電力電子技術(shù)逆變電路講義

1、 4.1 換流方式換流方式 4.2 電壓型逆變電路電壓型逆變電路 4.3 電流型逆變電路電流型逆變電路 4.4 多重逆變電路和多電平逆變電路多重逆變電路和多電平逆變電路第第4 4章章 逆變電路逆變電路逆變的概念逆變的概念 與整流相對(duì)應(yīng)，與整流相對(duì)應(yīng)，直流電直流電變成變成交流電交流電。 交流側(cè)接電網(wǎng)，為交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變有源逆變。 交流側(cè)接負(fù)載，為交流側(cè)接負(fù)載，為無(wú)源逆變無(wú)源逆變，本章主要講述無(wú)源逆變。，本章主要講述無(wú)源逆變。逆變與變頻逆變與變頻 變頻電路：分為變頻電路：分為交交變頻交交變頻和和交直交變頻交直交變頻兩種。兩種。 交直交變頻由交直變換（整流）和直交變換兩部分組成，交直交變頻由

2、交直變換（整流）和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變。后一部分就是逆變。逆變電路的逆變電路的主要應(yīng)用主要應(yīng)用 各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽(yáng)能電池等。各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽(yáng)能電池等。 交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。第4章 逆變電路引言引言4.1 換流方式以單相橋式逆變電路單相橋式逆變電路為例說(shuō)明最基本的工作原理圖5-1 逆變電路及其波形舉例負(fù)載a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2S1S4是橋式電路的4個(gè)臂，由電力電子器

3、件及輔助電路組成。4.1 換流方式4.1.1 逆變電路的基本工作原理+ -S1、S4閉合、S2、S3斷開(kāi)4.1.1 逆變電路基本工作原理4.1.1 逆變電路基本工作原理- +S1、S4斷開(kāi)、S2、S3閉合S1、S4閉合閉合，S2、S3斷開(kāi)斷開(kāi)時(shí)，負(fù)載電壓uo為正正。S1、S4斷開(kāi)斷開(kāi)，S2、S3閉合閉合時(shí)，負(fù)載電壓uo為負(fù)負(fù)。直流電交流電4.1.1 逆變電路的基本工作原理逆變電路最基本的工作逆變電路最基本的工作原理原理 改變兩組開(kāi)關(guān)切換頻率，可改變輸出交流電頻率。電阻負(fù)載電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流i io o和u uo o的波形相同，相位也相同。阻感負(fù)載阻感負(fù)載時(shí)，i io o相位滯后于u uo o

4、，波形也不同。阻性阻性阻感性阻感性4.1.1 逆變電路的基本工作原理 逆變電路逆變電路第第5 5章章 以上討論的僅僅是逆變器的主電路，要構(gòu)成一個(gè)完整的逆以上討論的僅僅是逆變器的主電路，要構(gòu)成一個(gè)完整的逆變器除了主電路之外還要有其它附加電路，其基本結(jié)構(gòu)如下圖變器除了主電路之外還要有其它附加電路，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，除逆變主電路外還包括：所示，除逆變主電路外還包括： 逆變電路逆變電路第第4 4章章4.1.2 換流方式分類(lèi)換流換流電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移的過(guò)程，也稱(chēng)為換相換相。開(kāi)通：適當(dāng)?shù)拈T(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)就可使器件開(kāi)通。關(guān)斷：全控型器件可通過(guò)門(mén)極關(guān)斷。半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷。

5、一般在晶閘管電流過(guò)零后施加一定時(shí)間反壓，才能關(guān)斷。研究換流方式主要是研究如何使器件關(guān)斷。研究換流方式主要是研究如何使器件關(guān)斷。本章?lián)Q流及換流方式問(wèn)題最為全面集中,因此安排在本章集中講述。4.1.2 換流方式分類(lèi)1) 器件換流（Device Commutation）u 利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。u 在采用IGBT 、電力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型器件的電路中的換流方式是器件換流。2) 電網(wǎng)換流（Line Commutation）u 電網(wǎng)提供換流電壓的換流方式。u 將負(fù)的電網(wǎng)電壓施加在欲關(guān)斷的晶閘管上即可使其關(guān)斷。不需要器件具有門(mén)極可關(guān)斷能力，但不適用于沒(méi)有交流電網(wǎng)的無(wú)源逆

6、變電路。3) 負(fù)載換流（Load Commutation）u 由負(fù)載提供換相電壓的換流方式。u 負(fù)載電流的相位超前于負(fù)載電壓的場(chǎng)合，都可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。4)強(qiáng)迫換流（Forced Commutation）4.1.2 換流方式分類(lèi)由換流電路內(nèi)電容直接提供換流電壓直接耦合式強(qiáng)迫換流通過(guò)換流電路內(nèi)的電容和電感的耦合來(lái)提供換流電壓或換流電流電感耦合式強(qiáng)迫換流設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反壓或反電流的換流方式稱(chēng)為強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流。 通常利用附加電容上所儲(chǔ)存的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此也稱(chēng)為電容換流電容換流。分類(lèi)直接耦合式直接耦合式強(qiáng)迫換流 當(dāng)晶閘管VT處于通態(tài)時(shí)，預(yù)先給電容充電。當(dāng)S合上，就可使VT

7、被施加反壓而關(guān)斷。 也叫電壓換流電壓換流。圖5-3直接耦合式強(qiáng)迫換流原理圖圖5-4 電感耦合式強(qiáng)迫換流原理圖電感耦合式電感耦合式強(qiáng)迫換流 先使晶閘管電流減為零，然后通過(guò)反并聯(lián)二極管使其加上反向電壓。 也叫電流換流電流換流。4.1.2 換流方式分類(lèi)4.1.2 換流方式分類(lèi) 換流方式總結(jié)：器件換流適用于全控型器件。其余三種方式針對(duì)晶閘管。器件換流和強(qiáng)迫換流屬于自換流。電網(wǎng)換流和負(fù)載換流屬于外部換流。當(dāng)電流不是從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移，而是在支路內(nèi)部終止流通而變?yōu)榱?，則稱(chēng)為熄滅熄滅。4.2 電壓型逆變電路電壓型逆變電路又稱(chēng)為電壓源型逆變電路Voltage Source Type Inverter-

8、VSTI直流側(cè)是電壓源電壓源電流型逆變電路又稱(chēng)為電流源型逆變電路Current Source Type Inverter-VSTI直流側(cè)是電流源電流源1）逆變電路的分類(lèi) 根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同4.2 電壓型逆變電路圖5-5 電壓型全橋逆變電路 (1)直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng)無(wú)脈動(dòng)。 (2)輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。 (3)阻感負(fù)載時(shí)需提供無(wú)功功率。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。2）電壓型逆變電路的特點(diǎn)4.2.1 單相電壓型逆變電路u圖56 單相半橋電壓型逆變電路及其工作波形a)ttOOONb)oUm- -U

9、miot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD21）半橋逆變電路工作原理uV1和V2柵極信號(hào)在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補(bǔ)，輸出電壓uo為矩形波，幅值為Um=Ud/2。uV1或V2通時(shí)，io和uo同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；VD1或VD2通時(shí)，io和uo反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋。VD1、VD2稱(chēng)為反饋二極管,它又起著使負(fù)載電流連續(xù)的作用，又稱(chēng)續(xù)流二極管。半橋逆變電路半橋逆變電路t1t2：C1V1負(fù)載，輸出電壓右正左負(fù)- +t2t3：C2VD2負(fù)載，二極管VD2續(xù)流，輸出電壓左正右負(fù)+ -半橋逆變電路半橋逆變電路t3t4：C2V2負(fù)載，輸出電壓右正左負(fù)+ -

10、半橋逆變電路半橋逆變電路- +t4t5：C1VD1負(fù)載，二極管VD1續(xù)流，輸出電壓左負(fù)右正半橋逆變電路半橋逆變電路- + -+ - +工作原理工作原理V1和和V2柵極信號(hào)在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補(bǔ)，輸出電壓柵極信號(hào)在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補(bǔ)，輸出電壓u uo o為矩為矩形波，幅值為形波，幅值為Um=Ud/2。V1或或V2通時(shí)，通時(shí)，i io o和和u uo o同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；VD1或或VDVD2 2通時(shí)，通時(shí)，i io o和和u uo o反向，反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋。電感中貯能向直流側(cè)反饋。VDVD1 1、VDVD2

11、 2稱(chēng)為稱(chēng)為反饋二極管反饋二極管, , 起著使負(fù)載電流連續(xù)的作起著使負(fù)載電流連續(xù)的作用，又稱(chēng)用，又稱(chēng)續(xù)流二極管續(xù)流二極管。半橋逆變電路半橋逆變電路u優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，使用器件少。u缺點(diǎn)缺點(diǎn)：輸出交流電壓幅值為U Ud d/2/2，且直流側(cè)需兩電容器串聯(lián)，要控制兩者電壓均衡。u應(yīng)用應(yīng)用：用于幾kW以下的小功率逆變電源。單相全橋、三相橋式都可看成若干個(gè)半橋逆變電路的組合。半橋逆變電路半橋逆變電路全橋逆變電路全橋逆變電路 共四個(gè)橋臂，可看成共四個(gè)橋臂，可看成兩個(gè)半橋電路兩個(gè)半橋電路組合組合而成。而成。 兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通180。 輸出電壓和電流波形與半橋電路形狀相輸出電壓和電流波形與

12、半橋電路形狀相同，但幅值高出一倍。同，但幅值高出一倍。 在這種情況下，要改變輸出交流電壓的在這種情況下，要改變輸出交流電壓的有效值只能通過(guò)改變直流電壓有效值只能通過(guò)改變直流電壓Ud來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)實(shí)現(xiàn)。 tttUu5sin513sin31sin4do其中基波的幅值其中基波的幅值Uo1m和基波有效值和基波有效值Uo1分別為分別為 ddo1m27.14UUUdd1o9 . 022UUU圖圖4-5 全橋逆變電路全橋逆變電路 (4-1)(4-2)(4-3)4.2.1 單相電壓型逆變電路uUd的矩形波的矩形波uo展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)得展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)得 阻感負(fù)載時(shí)，還可采用移相的方式來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓移相調(diào)壓移相調(diào)壓

13、。a)圖4-7 單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式tOtOtOtOtOb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo各柵極信號(hào)為180正偏，180反偏，且V1和V2互補(bǔ)，V3和V4互補(bǔ)關(guān)系不變V3的基極信號(hào)比V1落后q （0 q 180 ）。 V3、V4的柵極信號(hào)分別比V2、V1的前移180q。輸出電壓是正負(fù)各為q的脈沖。改變q就可調(diào)節(jié)輸出電壓。qq全橋逆變電路全橋逆變電路移相調(diào)壓控制方式全橋逆變電路全橋逆變電路tOtOtOtOtOq qb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo工作過(guò)程工作過(guò)程 t1時(shí)刻前時(shí)刻前V1和和V4導(dǎo)通，導(dǎo)通， uo=Ud。 t1時(shí)刻時(shí)刻V4截止，

14、而因負(fù)載電感中的電流截止，而因負(fù)載電感中的電流io不能突變，不能突變，V3不能立刻導(dǎo)通，不能立刻導(dǎo)通，VD3導(dǎo)通導(dǎo)通續(xù)流，續(xù)流，uo=0。 t2時(shí)刻時(shí)刻V1截止，而截止，而V2不能立刻導(dǎo)通，不能立刻導(dǎo)通，VD2導(dǎo)通續(xù)流，和導(dǎo)通續(xù)流，和VD3構(gòu)成電流通道，構(gòu)成電流通道，uo=-Ud。 到負(fù)載電流過(guò)零并開(kāi)始反向時(shí)，到負(fù)載電流過(guò)零并開(kāi)始反向時(shí)，VD2和和VD3截止，截止，V2和和V3開(kāi)始導(dǎo)通，開(kāi)始導(dǎo)通，uo仍為仍為-Ud。 t3時(shí)刻時(shí)刻V3截止，而截止，而V4不能立刻導(dǎo)通，不能立刻導(dǎo)通，VD4導(dǎo)通續(xù)流，導(dǎo)通續(xù)流，uo再次為零再次為零。 改變改變q q就可調(diào)節(jié)輸出電壓就可調(diào)節(jié)輸出電壓。全橋逆變電路全橋

15、逆變電路tOtOtOtOtO? ?b)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo特點(diǎn) 共四個(gè)橋臂，可看成兩個(gè)半橋電路組合而成。 兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通180。 輸出電壓合電流波形與半橋電路形狀相同，幅值高出一倍。4.2.2 4.2.2 三相電壓型逆變?nèi)嚯妷盒湍孀冸娐冯娐啡齻€(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電路。應(yīng)用最廣的是三相三個(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電路。應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路。橋式逆變電路。圖圖4-9 三相電壓型橋式逆變電路三相電壓型橋式逆變電路 假想中點(diǎn)假想中點(diǎn)三相橋式逆變電路三相橋式逆變電路 基本工作方式是基本工作方式是180導(dǎo)電方式導(dǎo)電方式。 同一相（即同一半橋

16、）上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電的角度同一相（即同一半橋）上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電的角度差差120 ，任一瞬間有，任一瞬間有三個(gè)橋臂三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。同時(shí)導(dǎo)通。 每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱(chēng)為每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱(chēng)為縱向換流縱向換流。V1V6觸發(fā)控制信號(hào)的波形觸發(fā)控制信號(hào)的波形V1：V4：V3：V6：V5：V2：4.2.2 三相電壓型逆變電路V1V2V3V4V5V61060 ononon260120ononon3120180ononon4180240ononon5240300ononon4.2.2 三相電壓型逆變電路4.2.2 4.2.2 三相電壓型逆變

17、三相電壓型逆變電路電路圖圖4-9 三相電壓型橋式逆變電路三相電壓型橋式逆變電路 4.2.2 4.2.2 三相電壓型逆變?nèi)嚯妷盒湍孀冸娐冯娐穲D圖4-9 三相電壓型橋式逆變電路三相電壓型橋式逆變電路 1 2 34 5 64.2.2 三相電壓型逆變電路狀態(tài)狀態(tài) 123456電角度電角度 060 60120120180180240240300300360導(dǎo)通導(dǎo)通開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān) V5V5、V6V6、V1V1V V6 6、V V1 1、V V2 2V V1 1、V V2 2、V V3 3V V2 2、V V3 3、V V4 4V V3 3、V V4 4、V V5 5V V4 4、V V5 5、V V6 6負(fù)載

18、負(fù)載等等值值電路電路 uUN dU31dU32dU31dU31dU32dU314.2.2 三相電壓型逆變電路4.2.2 4.2.2 三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3圖圖4-10 電壓型三相橋式逆變電路的工作波形電壓型三相橋式逆變電路的工作波形 工作波形工作波形負(fù)載各相到電源中點(diǎn)N的電壓：對(duì)于對(duì)于U相輸出來(lái)說(shuō)相輸出來(lái)說(shuō)，當(dāng)橋臂當(dāng)橋臂1導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)，uUN=Ud/2，當(dāng)橋臂當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)， uUN=-Ud/2。uUN的波形是幅值為的波形是幅值為Ud

19、/2的的矩形波，矩形波，V、W兩相的情況兩相的情況和和U相類(lèi)似。相類(lèi)似。4.2.2 4.2.2 三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3圖圖4-10 電壓型三相橋式逆變電路的工作波形電壓型三相橋式逆變電路的工作波形 負(fù)載線電壓負(fù)載線電壓uUV、uVW、uWU可由下式可由下式求出求出 UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu負(fù)載各相的相電壓分別為負(fù)載各相的相電壓分別為 NN WNWN NN VNVN NN UNUNuuuuuuuuu(4-4)(4-

20、5)4.2.2 4.2.2 三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路把上面各式相加并整理可求得把上面各式相加并整理可求得)(31)(31WNVNUN WN VN UN NNuuuuuuu設(shè)負(fù)載為三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載，則有設(shè)負(fù)載為三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載，則有uUN+uVN+uWN=0，故可得，故可得 )(31 WN VN UNNNuuuu負(fù)載參數(shù)已知時(shí)，可以由負(fù)載參數(shù)已知時(shí)，可以由uUN的波形的波形求出求出U相電流相電流iU的波形，圖的波形，圖4-10g給出的給出的是阻感負(fù)載是阻感負(fù)載 時(shí)時(shí)iU的波形。的波形。 3/把橋臂把橋臂1、3、5的電流加起來(lái)，就可的電流加起來(lái)，就可得到直流側(cè)電流得到直流側(cè)電流id的波形，如圖

21、的波形，如圖4-10h所所示，可以看出示，可以看出id每隔每隔60脈動(dòng)一次。脈動(dòng)一次。 (4-6)(4-7)負(fù)載中點(diǎn)和電源中點(diǎn)間電壓tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3圖圖4-10 電壓型三相橋式逆變電路的工作波形電壓型三相橋式逆變電路的工作波形 4.2.2 4.2.2 三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路基本的數(shù)量關(guān)系基本的數(shù)量關(guān)系 把輸出線電壓把輸出線電壓uUV展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)得展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)得 nktnntUtttttUusin)1(1sin3213sin13111sin1117si

22、n715sin51sin32ddUV式中，式中， ，k為自然數(shù)。為自然數(shù)。16 kn輸出線電壓有效值輸出線電壓有效值UUV為為 d202UVUV816.0d21UtuU其中基波幅值其中基波幅值UUV1m和基波有效值和基波有效值UUV1分別為分別為 ddUV1m1 .132UUUddUV1mUV178. 062UUUU(4-8)(4-9)(4-10)(4-11) 把把uUN展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)得展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)得 ntnntUtttttUusin1sin213sin13111sin1117sin715sin51sin2ddUN 式中，式中， ，k為自然數(shù)。為自然數(shù)。16 kn 負(fù)載相電壓有效值負(fù)載相

23、電壓有效值UUN為為d202UNUN471.0d21UtuU 其中基波幅值其中基波幅值UUN1m和基波有效值和基波有效值UUN1分別為分別為ddUN1m637.02UUUdUN1mUN145.02UUU為了防止同一相上下兩橋臂的開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源的短路，為了防止同一相上下兩橋臂的開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源的短路，要采取要采取“先斷后通先斷后通”的方法。的方法。 (4-12)(4-13)(4-14)(4-15)4.2.2 4.2.2 三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路負(fù)載相電壓負(fù)載相電壓UUV7 =2 Ud/（3.147 ）=22.3（V） 解：解：2dUN1mUN145.

24、 02UUUddUN1m637. 02UUUddUV1m1.132UUUddUV1mUV178. 062UUUU0.4520090（V） 0.637200127.4（V） 1.1200=220（V） 0.78200=156（V） 34.2.2 三相電壓型逆變電路例：三相橋式電壓型逆變電路，例：三相橋式電壓型逆變電路，180導(dǎo)電方式，導(dǎo)電方式，Ud=200V。試求輸出相電壓的基波幅值。試求輸出相電壓的基波幅值UUN1m和有效值和有效值UUN1、輸出線電壓的基波幅值、輸出線電壓的基波幅值UUV1m和有效值和有效值UUV1、輸出線、輸出線電壓中電壓中7次諧波的有效值次諧波的有效值UUV7。綜上所述，

25、三相橋式逆變電路中各開(kāi)關(guān)元件每隔綜上所述，三相橋式逆變電路中各開(kāi)關(guān)元件每隔60導(dǎo)通一個(gè)，導(dǎo)通導(dǎo)通一個(gè)，導(dǎo)通180后關(guān)斷，各元件導(dǎo)通順序?yàn)楹箨P(guān)斷，各元件導(dǎo)通順序?yàn)閂1V2V3V4V5V6。一個(gè)周期中逆變器輸出線電壓為矩形波，相電壓為六階梯波的交流電。一個(gè)周期中逆變器輸出線電壓為矩形波，相電壓為六階梯波的交流電。改變?cè)?dǎo)通與關(guān)斷的頻率，就能改變輸出交流電頻率，改變直流側(cè)改變?cè)?dǎo)通與關(guān)斷的頻率，就能改變輸出交流電頻率，改變直流側(cè)電壓，就能調(diào)節(jié)交流輸出電壓幅值。電壓，就能調(diào)節(jié)交流輸出電壓幅值。 4.2.2 三相電壓型逆變電路l 在上述在上述180180導(dǎo)電方式逆變器中，為了防止同一相上下兩橋臂的開(kāi)

26、關(guān)導(dǎo)電方式逆變器中，為了防止同一相上下兩橋臂的開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源的短路，要采取器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源的短路，要采取“先斷后通先斷后通”的方法。的方法。l 即先給應(yīng)關(guān)斷的器件關(guān)斷信號(hào)，待其關(guān)斷后留一定的時(shí)間裕量，然后即先給應(yīng)關(guān)斷的器件關(guān)斷信號(hào)，待其關(guān)斷后留一定的時(shí)間裕量，然后再給應(yīng)導(dǎo)通的器件發(fā)出開(kāi)通信號(hào)，即在兩者之間留一個(gè)短暫的死區(qū)時(shí)再給應(yīng)導(dǎo)通的器件發(fā)出開(kāi)通信號(hào)，即在兩者之間留一個(gè)短暫的死區(qū)時(shí)間。間。l 死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短要視器件的開(kāi)關(guān)速度而定，器件的開(kāi)關(guān)速度越快，所死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短要視器件的開(kāi)關(guān)速度而定，器件的開(kāi)關(guān)速度越快，所留的死區(qū)時(shí)間就可以越短。留的死區(qū)時(shí)間就可以越短。l 這

27、一這一“先斷后通先斷后通”的方法對(duì)于工作在上下橋臂通斷互補(bǔ)方式下的其他的方法對(duì)于工作在上下橋臂通斷互補(bǔ)方式下的其他電路也是適用的。顯然，前述的單相半橋和全橋逆變電路也應(yīng)該采取電路也是適用的。顯然，前述的單相半橋和全橋逆變電路也應(yīng)該采取這一方法。這一方法。4.3 4.3 電流型逆變電路電流型逆變電路 4.3.1 單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路 4.3.2 三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路4.3 4.3 電流型逆變電路電流型逆變電路引言引言直流電源為直流電源為電流源電流源的逆變電路稱(chēng)為的逆變電路稱(chēng)為電流型逆變電路。電流型逆變電路。電流型逆變電路主要特點(diǎn)電流型逆變電路主要特點(diǎn) 直流側(cè)串直流

28、側(cè)串大電感大電感，電流基本無(wú)脈，電流基本無(wú)脈動(dòng)，相當(dāng)于電流源。動(dòng)，相當(dāng)于電流源。 交流輸出電流為交流輸出電流為矩形波矩形波，與負(fù)載，與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)，輸出電壓波形和相阻抗角無(wú)關(guān)，輸出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同。位因負(fù)載不同而不同。 直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的作直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的作用，不必給開(kāi)關(guān)器件反并聯(lián)二極用，不必給開(kāi)關(guān)器件反并聯(lián)二極管。管。電流型逆變電路中，采用電流型逆變電路中，采用半控型器半控型器件件的電路仍應(yīng)用較多，換流方式的電路仍應(yīng)用較多，換流方式有有負(fù)載換流負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流。圖圖4-11 電流型三相橋式逆變電路電流型三相橋式逆變電路 定義定義電流型逆變電路和電壓

29、型逆變電路的不同 前面所列舉的各種電壓型逆變電路都采用全控型前面所列舉的各種電壓型逆變電路都采用全控型器件，換流方式為器件換流。器件，換流方式為器件換流。 采用半控型器件的電壓型逆變電路已很少應(yīng)用。采用半控型器件的電壓型逆變電路已很少應(yīng)用。 而電流型逆變電路采用半控型器件的電路仍應(yīng)用而電流型逆變電路采用半控型器件的電路仍應(yīng)用較多；較多； 電流型逆變電路就其換流方式而言，有的采用負(fù)電流型逆變電路就其換流方式而言，有的采用負(fù)載換流，有的采用強(qiáng)迫換流。載換流，有的采用強(qiáng)迫換流。4.3 電流型逆變電路4.3.1 單相電流型逆變電路圖512 單相橋式電流型（并聯(lián)諧振式）逆變電路由四個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂的

30、晶閘管各串聯(lián)一個(gè)電抗器，用來(lái)限制晶閘管開(kāi)通時(shí)的di/dt。工作方式為負(fù)載換相負(fù)載換相。電容C和L 、R構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。輸出電流波形接近矩形波，含基波和各奇次諧波，且諧波幅值遠(yuǎn)小于基波。1) 電路原理tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tfuotguABtdtbIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4圖513并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形一個(gè)周期內(nèi)有兩個(gè)導(dǎo)通階一個(gè)周期內(nèi)有兩個(gè)導(dǎo)通階段和兩個(gè)換流階段。段和兩個(gè)換流階段。t t1 1 t t2 2：VT1和VT4穩(wěn)定導(dǎo)通階段穩(wěn)定導(dǎo)通階段，i i= =I Id d，t t2 2時(shí)刻前在C

31、上建立了左正右負(fù)的電壓。t t2 2 t t4 4：t t2 2時(shí)觸發(fā)VT2和VT3開(kāi)通，進(jìn)入換流階段換流階段。LT使VT1、VT4不能立刻關(guān)斷，電流有一個(gè)減小過(guò)程。VT2、VT3電流有一個(gè)增大過(guò)程。4個(gè)晶閘管全部導(dǎo)通，負(fù)載電容電壓經(jīng)兩個(gè)并聯(lián)的放電回路同時(shí)放電。LT1、VT1、VT3、LT3到C；另一個(gè)經(jīng)LT2、VT2、VT4、LT4到C。4.3.1 單相電流型逆變電路2) 工作分析t=t4時(shí)，VT1、VT4電流減至零而關(guān)斷，換流階段結(jié)束。t4t2= tg g 稱(chēng)為換流時(shí)間換流時(shí)間。保證晶閘管的可靠關(guān)斷保證晶閘管的可靠關(guān)斷晶閘管需一段時(shí)間才能恢復(fù)正向阻斷能力，換流結(jié)束后還要使VT1、VT4承受

32、一段反壓時(shí)間tb。tb b= t5- t4應(yīng)大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq。 。io在t3時(shí)刻，即iVT1=iVT2時(shí)刻過(guò)零，t3時(shí)刻大體位于t2和t4的中點(diǎn)。4.3.1 單相電流型逆變電路tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tfuotguABtdtbIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4圖513并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形有關(guān)電流型逆變電路的無(wú)功功率 在uAB為正的部分，直流側(cè)電流同uAB方向相同，直流電源向負(fù)載送出能量； 在uAB為負(fù)的部分，直流側(cè)電流同uAB方向相反，直流電源從負(fù)載吸收能量，即補(bǔ)償電容C的能量向直流電源反饋，由

33、于電容上儲(chǔ)存的是無(wú)功能量，因而電容C回饋給電源的也是無(wú)功能量。 直流側(cè)的Ld起到緩沖這種無(wú)功能量的作用（當(dāng)uAB為負(fù)時(shí)，其極性同直流電源串聯(lián)，勢(shì)必增大Id，導(dǎo)致電感儲(chǔ)能增大，這樣電容C中的無(wú)功能量轉(zhuǎn)移到Ld中。對(duì)電感來(lái)說(shuō)，為了阻礙Id變化，兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)形成假想的反向電流從而向電源回饋能量）。 4.3.1 單相電流型逆變電路4.4 4.4 多重逆變電路和多電平逆變電路多重逆變電路和多電平逆變電路 4.4.1 多重逆變電路多重逆變電路 4.4.2 多電平逆變電路多電平逆變電路4.4 4.4 多重逆變電路和多電平逆變電路多重逆變電路和多電平逆變電路引言引言電壓型電壓型逆變電路的輸出電壓是矩形波

34、，逆變電路的輸出電壓是矩形波，電流型電流型逆逆變電路的輸出電流是矩形波，變電路的輸出電流是矩形波，矩形波矩形波中含有較多中含有較多的的諧波諧波，對(duì)負(fù)載會(huì)產(chǎn)生不利影響。，對(duì)負(fù)載會(huì)產(chǎn)生不利影響。 常常采用多重逆變電路把幾個(gè)矩形波組合起來(lái)，常常采用多重逆變電路把幾個(gè)矩形波組合起來(lái)，使之成為使之成為接近正弦波接近正弦波的波形。的波形。 也可以改變電路結(jié)構(gòu)，構(gòu)成多電平逆變電路，它也可以改變電路結(jié)構(gòu)，構(gòu)成多電平逆變電路，它能夠輸出較多的電平，從而使輸出電壓向正弦波能夠輸出較多的電平，從而使輸出電壓向正弦波靠近?？拷?。 4.4.1 4.4.1 多重逆變電路多重逆變電路12060180tOtOtO三次諧波三次

35、諧波u1u2uo圖圖4-20 二重單相逆變電路二重單相逆變電路 圖圖4-21 二重逆變電路的工作波形二重逆變電路的工作波形 二重單相電壓型逆變電路二重單相電壓型逆變電路 兩個(gè)單相全橋逆變電路組成，輸出通過(guò)變兩個(gè)單相全橋逆變電路組成，輸出通過(guò)變壓器壓器T1和和T2串聯(lián)串聯(lián)起來(lái)。起來(lái)。 輸出波形輸出波形 兩個(gè)單相的輸出兩個(gè)單相的輸出u1和和u2是是180矩形波矩形波。 u1和和u2相位錯(cuò)開(kāi)相位錯(cuò)開(kāi) =60,其中的其中的3次諧波就次諧波就錯(cuò)開(kāi)了錯(cuò)開(kāi)了360=180，變壓器串聯(lián)合成后，變壓器串聯(lián)合成后，3次次諧波互相抵消諧波互相抵消，總輸出電壓中不含，總輸出電壓中不含3次諧波。次諧波。 uo波形是波形

36、是120矩形波，含矩形波，含6k1次諧波次諧波，3k次諧波都被抵消。次諧波都被抵消。由此得出的一些結(jié)論由此得出的一些結(jié)論 把若干個(gè)逆變電路的輸出按一定的相位差把若干個(gè)逆變電路的輸出按一定的相位差組合起來(lái)，使它們所含的某些主要諧波分量相組合起來(lái)，使它們所含的某些主要諧波分量相互抵消，就可以得到較為接近正弦波的波形?；サ窒?，就可以得到較為接近正弦波的波形。 多重逆變電路有多重逆變電路有串聯(lián)多重串聯(lián)多重和和并聯(lián)多重并聯(lián)多重兩種兩種方式，方式，電壓型逆變電路多用串聯(lián)多重方式電壓型逆變電路多用串聯(lián)多重方式，電，電流型逆變電路多用并聯(lián)多重方式。流型逆變電路多用并聯(lián)多重方式。 4.4.1 4.4.1 多重逆

37、變電路多重逆變電路圖圖4-22 三相電壓型二重逆變電路三相電壓型二重逆變電路 三相電壓型二重逆變電路三相電壓型二重逆變電路 電路分析電路分析 由兩個(gè)三相橋式逆變電路構(gòu)成，由兩個(gè)三相橋式逆變電路構(gòu)成，輸出通過(guò)輸出通過(guò)變壓器串聯(lián)變壓器串聯(lián)合成。合成。 兩個(gè)逆變電路均為兩個(gè)逆變電路均為180導(dǎo)通方導(dǎo)通方式式。 工作時(shí)，逆變橋工作時(shí)，逆變橋II的相位比逆的相位比逆變橋變橋I滯后滯后30。 T1為為/ Y聯(lián)結(jié)，線電壓變比聯(lián)結(jié)，線電壓變比為為 ，T2一次側(cè)一次側(cè)聯(lián)結(jié)，二次側(cè)兩繞聯(lián)結(jié)，二次側(cè)兩繞組組曲折星形接法曲折星形接法，其二次電壓相對(duì)于，其二次電壓相對(duì)于一次電壓而言，比一次電壓而言，比T1的接法超前的接法超前30，以抵消逆變橋以抵消逆變橋II比逆變橋比逆變橋I滯后的滯后的30，這樣這樣uU2和和uU1的的基波相位就相同基波相位就相同。 如果如果T2和和T1一次側(cè)匝數(shù)相同，一次側(cè)匝數(shù)相同，為了使為了使uU2和和uU1基波幅值相同基波幅值相同，T2和和T1二次側(cè)間的匝比就應(yīng)為二次側(cè)間的匝比就應(yīng)為 。 3:13/1UA21UUNUU2-UB22UU1(UA1)tOtOtOtOt