第五章__逆變電路

1、l4.1 4.1 逆變器的性能指標(biāo)與分類逆變器的性能指標(biāo)與分類 l4.2 4.2 電力器件的換流方式與逆變電路的電力器件的換流方式與逆變電路的 工作原理工作原理 l4.3 4.3 電壓型逆變電路電壓型逆變電路l4.4 4.4 電流型逆變電路電流型逆變電路 l4.5 4.5 逆變器的逆變器的SPWMSPWM控制技術(shù)控制技術(shù)l4.6 4.6 負(fù)載換流式逆變電路負(fù)載換流式逆變電路 4.11 1）定義：）定義：如果將逆變電路的交流側(cè)接到交流電網(wǎng)上，把直如果將逆變電路的交流側(cè)接到交流電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻率的交流電反送到電網(wǎng)去，流電逆變成同頻率的交流電反送到電網(wǎng)去，2 2）應(yīng)用：）應(yīng)用：它用于直流電

2、機(jī)的可逆調(diào)速、繞線型異步電機(jī)的它用于直流電機(jī)的可逆調(diào)速、繞線型異步電機(jī)的串級(jí)調(diào)速、高壓直流輸電和太陽能發(fā)電等方面。串級(jí)調(diào)速、高壓直流輸電和太陽能發(fā)電等方面。l1 1）定義：）定義：逆變器的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而是直接接到逆變器的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而是直接接到l負(fù)載，即將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交負(fù)載，即將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交l流電供給負(fù)載，流電供給負(fù)載，l2 2）應(yīng)用：）應(yīng)用：它在交流電機(jī)變頻調(diào)速、感應(yīng)加熱、不停電電源它在交流電機(jī)變頻調(diào)速、感應(yīng)加熱、不停電電源l等方面應(yīng)用十分廣泛，是構(gòu)成電力電子技術(shù)的重要內(nèi)容。等方面應(yīng)用十分廣泛，是構(gòu)成電力電子技術(shù)的重要內(nèi)容。 1 1、

3、有源逆變、有源逆變: :2 2、無源逆變：、無源逆變：l （1 1）諧波系數(shù)）諧波系數(shù)HFHF（Harmonic FactorHarmonic Factor）l 諧波系數(shù)諧波系數(shù)HFHF定義為諧波分量有效值同基波分量有致定義為諧波分量有效值同基波分量有致值之比，即值之比，即l l 式中式中n=1n=1、2 2、3 3，表示諧波次數(shù)，表示諧波次數(shù)，n=1n=1時(shí)為基波。時(shí)為基波。(4.1.1)(4.1.1)1UUHFn l （2 2）總諧波系數(shù)）總諧波系數(shù)THDTHD（Total Harmonic Total Harmonic DistrotionDistrotion） 4 . 3,2211nn

4、UUTHD(4.1.2)(4.1.2)（5 5）電磁干擾（）電磁干擾（EMIEMI）和電磁兼容性（）和電磁兼容性（EMCEMC）（3 3）逆變效率）逆變效率l（4 4）單位重量的輸出功率）單位重量的輸出功率: :衡量逆變器輸出功率密度的指標(biāo)。衡量逆變器輸出功率密度的指標(biāo)。 總諧波系數(shù)表征了一個(gè)實(shí)際波形同其基波的接近程度?？傊C波系數(shù)表征了一個(gè)實(shí)際波形同其基波的接近程度。THDTHD定義為定義為 電壓型：電壓型：電壓型逆變器的輸入端并接有大電容，輸入電壓型逆變器的輸入端并接有大電容，輸入直流電源為恒壓源，逆變器將直流電壓變換成交流電壓。直流電源為恒壓源，逆變器將直流電壓變換成交流電壓。 電流型：電

5、流型：電流型逆變器的輸入端串接有大電感，輸入電流型逆變器的輸入端串接有大電感，輸入直流電源為恒流源，逆變器將輸入的直流電流變換為交直流電源為恒流源，逆變器將輸入的直流電流變換為交流電流輸出。流電流輸出。4.1.2（1 1）、根據(jù)輸入直流電源特點(diǎn)分類）、根據(jù)輸入直流電源特點(diǎn)分類 半橋式逆變電路；半橋式逆變電路； 全橋式逆變電路；全橋式逆變電路； 推換式逆變電路；推換式逆變電路； 其他形式：如單管晶體管逆變電路。其他形式：如單管晶體管逆變電路。（2 2）、根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類）、根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類 負(fù)載換流型逆變電路；負(fù)載換流型逆變電路； 脈沖換流型逆變電路；脈沖換流型逆變電路； 自換流型逆

6、變電路。自換流型逆變電路。4.1.2（3 3）、根據(jù)換流方式分類）、根據(jù)換流方式分類（4 4）、根據(jù)負(fù)載特點(diǎn)分類）、根據(jù)負(fù)載特點(diǎn)分類非諧振式逆變電路非諧振式逆變電路諧振式逆變電路諧振式逆變電路l 1 1、可以做成變頻變壓電源（、可以做成變頻變壓電源（VVVFVVVF），主要用于交），主要用于交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速。流電動(dòng)機(jī)調(diào)速。4.1.3 2 2、可以做成恒頻恒壓電源（、可以做成恒頻恒壓電源（CVCFCVCF），其典型代表為），其典型代表為不間斷電源（不間斷電源（UPSUPS）、航空機(jī)載電源、機(jī)車照明，通信等）、航空機(jī)載電源、機(jī)車照明，通信等輔助電源也要用輔助電源也要用CVCFCVCF電源。電源。 3

7、 3、可以做成感應(yīng)加熱電源，例如中頻電源，、可以做成感應(yīng)加熱電源，例如中頻電源，高頻電源等。高頻電源等。逆變器的用途十分廣泛：逆變器的用途十分廣泛：l4.1 4.1 逆變器的性能指標(biāo)與分類逆變器的性能指標(biāo)與分類 l4.2 4.2 電力器件的換流方式與逆變電路的電力器件的換流方式與逆變電路的 工作原理工作原理 l4.3 4.3 電壓型逆變電路電壓型逆變電路l4.4 4.4 電流型逆變電路電流型逆變電路 l4.5 4.5 逆變器的逆變器的SPWMSPWM控制技術(shù)控制技術(shù)l4.6 4.6 負(fù)載換流式逆變電路負(fù)載換流式逆變電路 l 在圖在圖4.2.14.2.1中，中，T T1 1、T T2 2表示由兩

8、個(gè)電力表示由兩個(gè)電力半導(dǎo)體器件組成的導(dǎo)電臂，當(dāng)半導(dǎo)體器件組成的導(dǎo)電臂，當(dāng)T T1 1關(guān)斷，關(guān)斷，T T2 2導(dǎo)導(dǎo)通時(shí)，電流流過通時(shí)，電流流過T T2 2；當(dāng)當(dāng)T T2 2關(guān)斷，關(guān)斷，T T1 1導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，電流電流i i從從T T2 2轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到T T1 1。圖圖4.2.1 橋臂的換流橋臂的換流4.2.1 電力半導(dǎo)體器件可以用切斷或接通電流電力半導(dǎo)體器件可以用切斷或接通電流的開關(guān)表示。的開關(guān)表示。l 定義：電流從一個(gè)臂向另一個(gè)臂轉(zhuǎn)移的定義：電流從一個(gè)臂向另一個(gè)臂轉(zhuǎn)移的過程稱為換流（或換相）。過程稱為換流（或換相）。（1 1）器件換流：）器件換流：利用電力電子器件自身所有的關(guān)斷能利用電力電

9、子器件自身所有的關(guān)斷能力進(jìn)行換流稱為器件換流。力進(jìn)行換流稱為器件換流。（2 2）電網(wǎng)換流：）電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓使電力電子器件由電網(wǎng)提供換流電壓使電力電子器件關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電流從一個(gè)臂向另一個(gè)臂轉(zhuǎn)移稱為電網(wǎng)換關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電流從一個(gè)臂向另一個(gè)臂轉(zhuǎn)移稱為電網(wǎng)換流。流。（3 3）負(fù)載換流：）負(fù)載換流：由負(fù)載提供換流電壓，使電力電子器由負(fù)載提供換流電壓，使電力電子器件關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電流從一個(gè)臂向另一個(gè)臂轉(zhuǎn)移稱為負(fù)載件關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電流從一個(gè)臂向另一個(gè)臂轉(zhuǎn)移稱為負(fù)載換流。凡是負(fù)載電流的相位超前電壓的場(chǎng)合，都可以換流。凡是負(fù)載電流的相位超前電壓的場(chǎng)合，都可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。4.2.1一般來說，換流方

10、式可分為以下四種：一般來說，換流方式可分為以下四種：l 在晶閘管在晶閘管T T處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí), ,預(yù)預(yù)先給電容先給電容C C按圖中所示極性充電。按圖中所示極性充電。如果合上開關(guān)如果合上開關(guān) S S，就可以使晶閘管就可以使晶閘管T T被加反壓而關(guān)斷。被加反壓而關(guān)斷。 圖圖4.2.2 脈沖電壓脈沖電壓 換流原理圖換流原理圖 4.2.1 脈沖電壓換流原理：脈沖電壓換流原理：（4 4）脈沖換流：）脈沖換流： 設(shè)置附加的換流電路，由換流電路設(shè)置附加的換流電路，由換流電路內(nèi)的電容提供換流電壓，控制電力電子內(nèi)的電容提供換流電壓，控制電力電子器件實(shí)現(xiàn)電流從一個(gè)臂向另一個(gè)臂轉(zhuǎn)移器件實(shí)現(xiàn)電流從一個(gè)臂

11、向另一個(gè)臂轉(zhuǎn)移稱為脈沖換流，有時(shí)也稱為強(qiáng)迫換流或稱為脈沖換流，有時(shí)也稱為強(qiáng)迫換流或電容換流。電容換流。l 脈沖換流有脈沖換流有脈沖電壓換流脈沖電壓換流和和脈沖電流換流脈沖電流換流。 晶閘管晶閘管T T處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，預(yù)先處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，預(yù)先給電容給電容C C按圖中所示的極性充電。按圖中所示的極性充電。 圖圖( (a)a)中，如果閉合開關(guān)中，如果閉合開關(guān)S S，LCLC振蕩電流流過晶閘管，直到其正向振蕩電流流過晶閘管，直到其正向電流為零后，再流過二極管電流為零后，再流過二極管D D。 圖圖( (b)b)中，接通開關(guān)中，接通開關(guān)S S后，后，LCLC振振蕩電流先和負(fù)載電流疊加流過晶閘蕩電流先和負(fù)載

12、電流疊加流過晶閘管管T T，經(jīng)半個(gè)振蕩周期經(jīng)半個(gè)振蕩周期t=t=后，振后，振蕩電流反向流過蕩電流反向流過T T，直到直到T T正向電流正向電流減至零以后再流過二極管減至零以后再流過二極管D D。 圖圖4.2.3 脈沖電流脈沖電流 換流原理圖換流原理圖 4.2.1 脈沖電流換流原理脈沖電流換流原理: : 這兩種情況，都在晶閘管的正向電這兩種情況，都在晶閘管的正向電流為零和二極管開始流過電流時(shí)晶閘管流為零和二極管開始流過電流時(shí)晶閘管關(guān)斷，二極管上的管壓降就是加在晶閘關(guān)斷，二極管上的管壓降就是加在晶閘管上的反向電壓。管上的反向電壓。l Ud為輸入直流電壓，為輸入直流電壓，R為逆變器為逆變器的輸出負(fù)載

13、。的輸出負(fù)載。l 當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)T1、T4閉合，閉合，T2、T3斷開斷開時(shí)，逆變器輸出電壓時(shí)，逆變器輸出電壓u0=Ud；l 當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)T1、T4斷開，斷開，T2、T3閉合閉合時(shí)，輸出電壓時(shí)，輸出電壓 u0=Ud ;l 當(dāng)以頻率當(dāng)以頻率fS交替切換開關(guān)交替切換開關(guān)T1、T4和和T2、T3時(shí)，則在電阻時(shí)，則在電阻R上獲得如圖上獲得如圖4.2.4(b)所示的交變電壓波形，其周期所示的交變電壓波形，其周期Ts=1/fS，這樣，就將直流電壓這樣，就將直流電壓E變成變成了交流電壓了交流電壓uo。uo含有各次諧波，如含有各次諧波，如果想得到正弦波電壓，則可通過濾波果想得到正弦波電壓，則可通過濾波器濾波獲得。

14、器濾波獲得。圖圖4.2.4 單相橋式逆變單相橋式逆變 電路工作原理電路工作原理 4.2.21、主要功能、主要功能: 圖圖4.2.4(a)中主電路開關(guān)中主電路開關(guān)T1T4，它實(shí)際是各種半導(dǎo)體開關(guān)器件的它實(shí)際是各種半導(dǎo)體開關(guān)器件的一種理想模型。逆變電路中常用的開關(guān)器件有一種理想模型。逆變電路中常用的開關(guān)器件有快速晶閘管快速晶閘管、可關(guān)可關(guān)斷晶閘管（斷晶閘管（GTO）、功率晶體管（功率晶體管（GTR）、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）、絕緣柵晶體管（絕緣柵晶體管（IGBT）。）。將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流電供給負(fù)載。將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流電供給負(fù)載。2、工

15、作原理：、工作原理：l4.1 4.1 逆變器的性能指標(biāo)與分類逆變器的性能指標(biāo)與分類 l4.2 4.2 電力器件的換流方式與逆變電路的電力器件的換流方式與逆變電路的 工作原理工作原理 l4.3 4.3 電壓型逆變電路電壓型逆變電路l4.4 4.4 電流型逆變電路電流型逆變電路 l4.5 4.5 逆變器的逆變器的SPWMSPWM控制技術(shù)控制技術(shù)l4.6 4.6 負(fù)載換流式逆變電路負(fù)載換流式逆變電路 它由兩個(gè)導(dǎo)電臂構(gòu)成，它由兩個(gè)導(dǎo)電臂構(gòu)成，每個(gè)導(dǎo)電臂由一個(gè)全控器件每個(gè)導(dǎo)電臂由一個(gè)全控器件和一個(gè)反并聯(lián)二極管組成。和一個(gè)反并聯(lián)二極管組成。在直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)在直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的足夠大的電容的足

16、夠大的電容C1和和C2，且且滿足滿足C1=C2。設(shè)感性負(fù)載連接設(shè)感性負(fù)載連接在在A、0兩點(diǎn)間。兩點(diǎn)間。 T1和和T2之間存在死區(qū)時(shí)之間存在死區(qū)時(shí)間，以避免上、下直通，在間，以避免上、下直通，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)兩晶閘管均無驅(qū)死區(qū)時(shí)間內(nèi)兩晶閘管均無驅(qū)動(dòng)信號(hào)。動(dòng)信號(hào)。圖圖4.3.1 電壓型半橋逆變電路電壓型半橋逆變電路 及其電壓電流波形及其電壓電流波形 4.3.1電壓型逆變電路電壓型逆變電路半橋逆變半橋逆變電路結(jié)構(gòu)及波形：電路結(jié)構(gòu)及波形： 輸出輸出電壓有效值電壓有效值為為: 由傅里葉分析，輸出由傅里葉分析，輸出電壓瞬電壓瞬時(shí)值時(shí)值為為: 其中，其中， 為輸出電壓角頻率。為輸出電壓角頻率。 當(dāng)當(dāng) n=1時(shí)其

17、時(shí)其基波分量的有效基波分量的有效值值為為: 4.3.122122/0dTdSOUdtUTUS tnnUundo sin2, 5 , 3, 1 ddOUUU45. 0221 (4.3.1)(4.3.2)(4.3.3)sf 2 圖圖4.3.1 電壓型半橋逆變電壓型半橋逆變電路及其電壓電流波形電路及其電壓電流波形 2 在一個(gè)周期內(nèi)，電力晶體管在一個(gè)周期內(nèi)，電力晶體管T1和和T2的的基極信號(hào)各有半周正偏，半周反偏，且互基極信號(hào)各有半周正偏，半周反偏，且互補(bǔ)。補(bǔ)。 若負(fù)載為阻感負(fù)載，設(shè)若負(fù)載為阻感負(fù)載，設(shè)t2時(shí)刻以前，時(shí)刻以前，T1有驅(qū)動(dòng)信號(hào)導(dǎo)通，有驅(qū)動(dòng)信號(hào)導(dǎo)通，T2截止，則截止，則 u0=Ud/2。

18、t2時(shí)刻關(guān)斷的時(shí)刻關(guān)斷的T1，同時(shí)給同時(shí)給T2發(fā)出導(dǎo)通信發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)。由于感性負(fù)載中的電流號(hào)。由于感性負(fù)載中的電流i。不能立即改不能立即改變方向，于是變方向，于是D2導(dǎo)通續(xù)流，導(dǎo)通續(xù)流，u0=Ud /2 。 t3時(shí)刻時(shí)刻i。降至零，降至零，D2截止，截止，T2導(dǎo)通，導(dǎo)通，i。開始反向增大，此時(shí)仍然有開始反向增大，此時(shí)仍然有u0=Ud /2 。 在在t4時(shí)刻關(guān)斷時(shí)刻關(guān)斷T2，同時(shí)給同時(shí)給T1發(fā)出導(dǎo)通信發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)，由于感性負(fù)載中的電流號(hào)，由于感性負(fù)載中的電流i。不能立即改不能立即改變方向，變方向，D1先導(dǎo)通續(xù)流，此時(shí)仍然有先導(dǎo)通續(xù)流，此時(shí)仍然有u0=Ud /2 ； t5時(shí)刻時(shí)刻 i。降至零，降至

19、零， T1導(dǎo)通，導(dǎo)通，u0=Ud /2 ； 圖圖4.3.1 電壓型半橋逆變電壓型半橋逆變電路及其電壓電流波形電路及其電壓電流波形 4.3.11 1、電壓型逆變電路、電壓型逆變電路半橋逆變電路半橋逆變電路工作原理：工作原理：緩沖電感反饋的無功能量緩沖電感反饋的無功能量缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：4.3.11）交流電壓幅值僅為）交流電壓幅值僅為Ud/2；2）直流側(cè)需分壓電容器；）直流側(cè)需分壓電容器；3 3）為了使負(fù)載電壓接近正弦波通常在輸出端要）為了使負(fù)載電壓接近正弦波通常在輸出端要接接LC濾波器，輸出濾波器濾波器，輸出濾波器LC濾除逆變器輸濾除逆變器輸出電壓中的高次諧波。出電壓中的高次諧波。 l優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 簡(jiǎn)

20、單，使用器件少；簡(jiǎn)單，使用器件少；應(yīng)用：應(yīng)用：用于幾用于幾kW以下的小功率逆變電源；以下的小功率逆變電源； 全控型開關(guān)器件全控型開關(guān)器件T1和和T4構(gòu)構(gòu)成一對(duì)橋臂，成一對(duì)橋臂，T2和和T3構(gòu)成一對(duì)構(gòu)成一對(duì)橋臂橋臂, T1和和T4同時(shí)通、斷；同時(shí)通、斷；T2和和T3同時(shí)通、斷。同時(shí)通、斷。T1(T)4與與T2(T3)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，即的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，即T1和和T4有有驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，T2和和T3無驅(qū)動(dòng)信無驅(qū)動(dòng)信號(hào)，反之亦然，兩對(duì)橋臂各交號(hào)，反之亦然，兩對(duì)橋臂各交替導(dǎo)通替導(dǎo)通180。圖圖4.3.2 電壓型單相全橋逆變電壓型單相全橋逆變 電路和電壓、電流波形圖電路和電壓、電流波形圖 4.3.

21、21、電路工作過程：、電路工作過程：l輸出方波電壓瞬時(shí)值：輸出方波電壓瞬時(shí)值： l輸出方波電壓有效值：輸出方波電壓有效值： 基波分量的有效值：基波分量的有效值：圖圖4.3.2 電壓型單相全橋逆變電壓型單相全橋逆變 電路和電壓、電流波形圖電路和電壓、電流波形圖 4.3.2(4.3.6)ddOUUU9 . 0241 dTdsOUdtUTUs 22/01tnnUundo sin4, 5 , 3, 1 (4.3.4)(4.3.5) 同單相半橋逆變電路相比，在相同負(fù)同單相半橋逆變電路相比，在相同負(fù)載的情況下，其輸出電壓和輸出電流的幅載的情況下，其輸出電壓和輸出電流的幅值為單相半橋逆變電路的兩倍。值為單相

22、半橋逆變電路的兩倍。1 1）純電阻負(fù)載時(shí)）純電阻負(fù)載時(shí) 0tTs4，T Ts s2t3T2t3Ts s4 4期間，期間，D1、D4導(dǎo)通起負(fù)載電流續(xù)流導(dǎo)通起負(fù)載電流續(xù)流作用，在此期間作用，在此期間T T1 1 T T4 4均不導(dǎo)通。均不導(dǎo)通。圖圖4.3.2 電壓型單相全橋逆變電壓型單相全橋逆變 電路和電壓、電流波形圖電路和電壓、電流波形圖 4.3.22 2）電感負(fù)載時(shí)）電感負(fù)載時(shí)22somodTILdtdiLU dsomULTI4 由由可得負(fù)載電流峰值為：可得負(fù)載電流峰值為：(4.3.7) 0t期間，期間，T1和和T4有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由于電流由于電流i0為負(fù)值，為負(fù)值，T1和和T4不導(dǎo)通

23、，不導(dǎo)通，D1、D4導(dǎo)通起負(fù)載電流續(xù)流作用，導(dǎo)通起負(fù)載電流續(xù)流作用， u0=+Ud。 t期間，期間， i0為正值，為正值，T1和和T4才才導(dǎo)通。導(dǎo)通。 t+期間，期間，T2和和T3有驅(qū)動(dòng)信有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由于電流號(hào)，由于電流i0為正值，為正值，T2、T3不導(dǎo)通，不導(dǎo)通，D2、D3導(dǎo)通起負(fù)載電流續(xù)流作用，導(dǎo)通起負(fù)載電流續(xù)流作用， u0=Ud 。 +t2期間，期間，T2和和T3才導(dǎo)通。才導(dǎo)通。4.3.23 3）阻感負(fù)載）阻感負(fù)載RLRL時(shí)時(shí)圖圖4.3.2 電壓型單相全橋逆變電壓型單相全橋逆變 電路和電壓、電流波形圖電路和電壓、電流波形圖 圖圖4.3.2(e)所示是所示是RL負(fù)載時(shí)直流電源負(fù)載負(fù)載時(shí)直流

24、電源負(fù)載電流的波形。圖電流的波形。圖4.3.2(f)所示是所示是RL負(fù)載時(shí)直流負(fù)載時(shí)直流電源輸入電流的波形。電源輸入電流的波形。 電壓型三相橋式逆變電路的基電壓型三相橋式逆變電路的基本工作方式為本工作方式為180180導(dǎo)電型，即每個(gè)導(dǎo)電型，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角為橋臂的導(dǎo)電角為180180，同一相上下，同一相上下橋臂交替導(dǎo)電的縱向換流方式，各橋臂交替導(dǎo)電的縱向換流方式，各相開始導(dǎo)電的時(shí)間依次相差相開始導(dǎo)電的時(shí)間依次相差120120。 在一個(gè)周期內(nèi)，在一個(gè)周期內(nèi)，6 6個(gè)開關(guān)管觸個(gè)開關(guān)管觸發(fā)導(dǎo)通的次序?yàn)榘l(fā)導(dǎo)通的次序?yàn)門 T1 1TT2 2 T T3 3 T T4 4 TT5 5TT6 6 ，依次相隔

25、依次相隔6060，任一時(shí)，任一時(shí)刻均有三個(gè)管子同時(shí)導(dǎo)通，導(dǎo)通的刻均有三個(gè)管子同時(shí)導(dǎo)通，導(dǎo)通的組合順序?yàn)榻M合順序?yàn)門 T1 1T T2 2T T3 3，T T2 2T T3 3T T4 4，T T3 3T T4 4T T5 5，T T4 4T T5 5T T6 6，T T5 5T T6 6T T1 1，T T6 6T T1 1T T2 2，每種組合工每種組合工作作6060。圖圖4.3.3 電壓型三相橋式逆變電路電壓型三相橋式逆變電路 4.3.31 1、工作過程：、工作過程： 將一個(gè)工作周期分成將一個(gè)工作周期分成6個(gè)區(qū)域。個(gè)區(qū)域。 在在00, ug20, ug30，則有則有T1，T2，T3導(dǎo)通，導(dǎo)

26、通，dcadbcabUuUuu0dcNdbNdaNUuUuUu3231314.3.3 2 2、各相負(fù)載相電壓和線電壓波形：、各相負(fù)載相電壓和線電壓波形：根據(jù)同樣的思路可得其余根據(jù)同樣的思路可得其余5個(gè)時(shí)域的值個(gè)時(shí)域的值線線電電壓壓相相電電壓壓圖圖4.3.4 4.3.4 電壓型三相橋式逆變電路及其工作波形電壓型三相橋式逆變電路及其工作波形式中式中Ud為逆變器輸入直流電壓。為逆變器輸入直流電壓。 4.3.3 3 3、負(fù)載相電壓和線電壓幅值分析：、負(fù)載相電壓和線電壓幅值分析：利用博里葉分析，其利用博里葉分析，其相電壓的瞬時(shí)值相電壓的瞬時(shí)值為：為： tttttUudBN 13sin13111sin11

27、17sin715sin51sin2 dmBNUU21 相電壓基波幅值相電壓基波幅值 (4.3.8)(4.3.9)由上式可知，負(fù)載相電壓中無由上式可知，負(fù)載相電壓中無3次諧波，只含更高階奇次諧波，次諧波，只含更高階奇次諧波，n次諧波次諧波幅值為基波幅值的幅值為基波幅值的1/n。其其線電壓的瞬時(shí)值線電壓的瞬時(shí)值為：為： tttttUudBC 13sin13111sin1117sin715sin51sin32線電壓基波幅值線電壓基波幅值 dmBCUU21 (4.3.11)(4.3.10)由上式可知，負(fù)載由上式可知，負(fù)載線線電壓中無電壓中無3次諧波，只含更高階奇次諧波，次諧波，只含更高階奇次諧波，n次

28、諧波次諧波幅值為基波幅值的幅值為基波幅值的1/n。4.3.3表表4.3.1三相橋式逆變電路的工作狀態(tài)表三相橋式逆變電路的工作狀態(tài)表電壓型逆變電路特點(diǎn)電壓型逆變電路特點(diǎn)1：直流側(cè)接有大電容，相當(dāng)于電壓源，直流電壓基本：直流側(cè)接有大電容，相當(dāng)于電壓源，直流電壓基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗2、由于直流電壓源的嵌位作用，交流側(cè)電壓波形為矩、由于直流電壓源的嵌位作用，交流側(cè)電壓波形為矩形波，與負(fù)載阻抗角無關(guān)，而交流側(cè)電流波形和相位形波，與負(fù)載阻抗角無關(guān)，而交流側(cè)電流波形和相位因負(fù)載阻抗角的不同而不同，其波形接近三角波或接因負(fù)載阻抗角的不同而不同，其波形接近三角波或接近正弦波。

29、近正弦波。3、當(dāng)交流側(cè)為感性負(fù)載時(shí)需提供無功功率，直流側(cè)電、當(dāng)交流側(cè)為感性負(fù)載時(shí)需提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋能量，各臂都并聯(lián)了反饋二極管。饋能量，各臂都并聯(lián)了反饋二極管。4、逆變電路從直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率時(shí)脈動(dòng)的，、逆變電路從直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率時(shí)脈動(dòng)的，因直流電壓無脈動(dòng)，故傳輸功率的脈動(dòng)是由直流電流因直流電壓無脈動(dòng)，故傳輸功率的脈動(dòng)是由直流電流的脈動(dòng)體現(xiàn)的的脈動(dòng)體現(xiàn)的l4.1 4.1 逆變器的性能指標(biāo)與分類逆變器的性能指標(biāo)與分類 l4.2 4.2 電力器件的換流方式與逆變電路的電力器件的換流方式

30、與逆變電路的 工作原理工作原理 l4.3 4.3 電壓型逆變電路電壓型逆變電路l4.4 4.4 電流型逆變電路電流型逆變電路 l4.5 4.5 逆變器的逆變器的SPWMSPWM控制技術(shù)控制技術(shù)l4.6 4.6 負(fù)載換流式逆變電路負(fù)載換流式逆變電路 l 當(dāng)當(dāng)T1、T4導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2、T3關(guān)關(guān)斷時(shí)，斷時(shí)，I0=Id ；反之，反之，I0=-Id 。l 當(dāng)以頻率當(dāng)以頻率f交替切換開關(guān)管交替切換開關(guān)管T1、T4和和T2、T3時(shí)，則在負(fù)載時(shí)，則在負(fù)載上獲得如圖上獲得如圖 4.4.1（b）所示的所示的電流波形。電流波形。l 輸出電流波形為矩形波，輸出電流波形為矩形波，與電路負(fù)載性質(zhì)無關(guān)，而輸出與電路負(fù)載性

31、質(zhì)無關(guān)，而輸出電壓波形由負(fù)載性質(zhì)決定。電壓波形由負(fù)載性質(zhì)決定。l 主電路開關(guān)管采用自關(guān)斷主電路開關(guān)管采用自關(guān)斷器件時(shí)，如果其反向不能承受器件時(shí)，如果其反向不能承受高電壓，則需在各開關(guān)器件支高電壓，則需在各開關(guān)器件支路路串入二極管串入二極管。圖圖4.4.1 電流型單相橋式電流型單相橋式 逆變電路及電流波形逆變電路及電流波形 4.4.1l1、電路工作過程：、電路工作過程：防反相高壓防反相高壓恒流大電感恒流大電感其中基波幅值其中基波幅值I01m和基波有效值和基波有效值I01分別為分別為 (4.4.1) (4.4.2) (4.4.3) 4.4.1)5sin513sin31(sin4 tttIido d

32、dmIII27. 1401 ddIII9 . 02401 將圖將圖4.4.1（b）所示的電流波形所示的電流波形i0展開成傅氏級(jí)數(shù)展開成傅氏級(jí)數(shù),有有2、電流波形參數(shù)計(jì)算：、電流波形參數(shù)計(jì)算： 圖圖4.4.1 電流型單相橋式電流型單相橋式 逆變電路及電流波形逆變電路及電流波形 導(dǎo)電方式導(dǎo)電方式為為120導(dǎo)通、橫向換流方式，導(dǎo)通、橫向換流方式，任意瞬間只有兩個(gè)橋臂導(dǎo)通。任意瞬間只有兩個(gè)橋臂導(dǎo)通。 導(dǎo)通順序?qū)樞驗(yàn)闉門1T2T3T4T5T6，依次間隔依次間隔60，每個(gè)橋臂導(dǎo)通，每個(gè)橋臂導(dǎo)通120。這。這樣，每個(gè)時(shí)刻上橋臂組和下橋臂組中都樣，每個(gè)時(shí)刻上橋臂組和下橋臂組中都各有一個(gè)臂導(dǎo)通。各有一個(gè)臂導(dǎo)

33、通。 輸出電流波形輸出電流波形與負(fù)載性質(zhì)無關(guān)。與負(fù)載性質(zhì)無關(guān)。 輸出電壓波形輸出電壓波形由負(fù)載的性質(zhì)決定。由負(fù)載的性質(zhì)決定。圖圖4.4.3 電流型三相橋式逆變電流型三相橋式逆變電路原理圖及輸出電流波形電路原理圖及輸出電流波形 (4.4.4) 4.4.21、工作方式、工作方式: 輸出電流的基波有效值輸出電流的基波有效值I01和直和直流電流流電流Id的關(guān)系式為：的關(guān)系式為： ddIII78. 0601 電流型逆變電路特點(diǎn)電流型逆變電路特點(diǎn)1、直流側(cè)接有大電感，相當(dāng)于電流源，直流電流基本、直流側(cè)接有大電感，相當(dāng)于電流源，直流電流基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。2、因?yàn)楦鏖_

34、關(guān)器件主要起改變直流電流流通路徑的作、因?yàn)楦鏖_關(guān)器件主要起改變直流電流流通路徑的作用，故交流側(cè)電流為矩形波，與負(fù)載性質(zhì)無關(guān)，而交用，故交流側(cè)電流為矩形波，與負(fù)載性質(zhì)無關(guān)，而交流側(cè)電壓波形和相位因負(fù)載阻抗角的不同而不同。流側(cè)電壓波形和相位因負(fù)載阻抗角的不同而不同。3、直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，因電流不能反、直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，因電流不能反向，故逆變電路中的開關(guān)器件不必反向并聯(lián)二極管。向，故逆變電路中的開關(guān)器件不必反向并聯(lián)二極管。l4.1 4.1 逆變器的性能指標(biāo)與分類逆變器的性能指標(biāo)與分類 l4.2 4.2 電力器件的換流方式與逆變電路的電力器件的換流方式與逆變電路的 工作原理

35、工作原理 l4.3 4.3 電壓型逆變電路電壓型逆變電路l4.4 4.4 電流型逆變電路電流型逆變電路 l4.5 4.5 逆變器的逆變器的SPWMSPWM控制技術(shù)控制技術(shù)l4.6 4.6 負(fù)載換流式逆變電路負(fù)載換流式逆變電路 1）重要理論基礎(chǔ)面積等效原理面積等效原理沖量沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同效果基本相同。沖量沖量窄脈沖的面積效果基本相同效果基本相同環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同圖1 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖d)單位脈沖函數(shù)f (t)d (t)tOa)矩形脈沖b)三角形脈沖c)正弦半波脈沖tOtOtOf (t)f (t)f (t)b)圖2 沖量相等的各

36、種窄脈沖的響應(yīng)波形具體的實(shí)例說明“面積等效原理面積等效原理”a）u (t)電壓窄脈沖，是電路的輸入 。 i (t)輸出電流，是電路的響應(yīng)。 OutSPWM波Out如何用一系列等幅不等寬的脈沖等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波OutOu t若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。OutSPWM波Out如何用一系列等幅不等寬的脈沖等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波OutOtUd-Ud對(duì)于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個(gè)完整周期的等效PWM波為：OtUd-Ud根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，而且這種方式在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。等等幅幅PWM波波輸入電源是恒定直流 如直流斬波電路；PWM逆變電路；PWM整流電路不等幅不等幅PWM波波輸入電源是交流或不是恒定的直流如斬控式交流調(diào)壓電路；矩陣式變頻電路OtUd-UdUot2）PWM電流波 電流型逆變電路進(jìn)行PWM控制，得到的就是PWM電流波。PWM波可等效的各種波形直流斬波電路 直流波形SPWM波 正弦波形等效成其他所需波形，如:l 所需波形 l 等效的PWM波0s5m s10m s15m s20m s25m s30m s-20V0V20Vl 將一個(gè)正弦波半波電壓分成將一個(gè)正弦波半波電壓