電力電子學(xué)-課堂4-dc ac逆變器

4

直流/交流逆變器逆變器的類型和性能指標(biāo)電壓型單相

逆變電路工作原理電壓型單相逆變器電壓和波形控制三相逆變電路工作原理三相逆變器輸出電壓和波形的S

控制大容量逆變器的復(fù)合結(jié)構(gòu)本章小結(jié)逆變器應(yīng)用廣泛非工頻交流負(fù)載感應(yīng)加熱：數(shù)10～數(shù)百kHz長波通訊：數(shù)10kHz甚低頻發(fā)射機(jī)：10kHz功率超聲應(yīng)用：電火花加工：聲納電源：臭氧發(fā)生器：數(shù)10kHz交流電

頻調(diào)速SCR變頻調(diào)速：1kHz變頻調(diào)速：數(shù)10kHz高頻內(nèi)調(diào)制應(yīng)用不間斷電源(UPS)及備用電源：數(shù)10kHz高頻逆變式整流焊機(jī)：數(shù)10kHz通用變頻器激光電源：數(shù)10kHz高頻電鍍電源：數(shù)10kHzX射線高壓直流電源：數(shù)10kHz通用高壓直流充電電源：數(shù)10kHz快速充電電源特殊用途高頻逆變器高頻電子鎮(zhèn)流器大功率紫外光源能、風(fēng)能和波能發(fā)電等離子體脈沖發(fā)生器電源4.1

逆變器的類型和性能指標(biāo)逆變器的類型逆變器輸出波形性能指標(biāo)其他指標(biāo)4.1.1

逆變器的類型按逆變器電路結(jié)構(gòu)不同分為：單相半橋 單相全橋 推挽逆變?nèi)鄻蛞罁?jù)直流電源的特性不同可分為：電壓型逆變器VSI 電流型逆變器CSI按輸出電壓不同分為CVCF（constant

voltage

&

constant

freqeuncy）VVVF(variable

voltage

variable

frequency

)、脈沖型按開關(guān)器件不同及換流關(guān)斷方式不同分類：自關(guān)斷、強(qiáng)迫關(guān)斷、有源逆變、負(fù)載反電動勢、負(fù)載諧振換流逆變器。ZT3T43DD4bT1T2D1D2aaiCDV電壓型逆變器VSIiDZ3TT4D3D4b1T21D2DaaiL

TDV電流型逆變器CSIiDt負(fù)載電壓Vab驅(qū)動

T1

T4D驅(qū)動

T1

T4驅(qū)動

T2

T30VDVtI驅(qū)動

T1

T4D驅(qū)動

T1

T4驅(qū)動

T2

T3負(fù)載電流abi0ID4.1.1逆變器的類型(續(xù)1)ZCo1Co

2DVT1T21DD

2iaanZVDT3T4D3D4bT1T2D1D2aidia單相半橋單相全橋4.1.1逆變器的類型（續(xù)2）*aAbBVD1T2TD

1

D

2*

*O負(fù)載推挽式單相逆變電路2Vd2VdT1D3D1

T3T54DT46D2DT2iaibaT6bD5iccPQ

電壓型三相橋式逆變電路04.1.1逆變器的類型（續(xù)3）4.1.2

逆變器輸出波形性能指標(biāo)(1)諧波系數(shù)HFn

Vn

/V1

(2)總諧波系數(shù)THD

1

1

V

V

2THD

1

1

V

2

V

n

1

n

2,3,4

V12

V22

V32V

V

22121

V

)2n1

n1,221（VVD1VD2V12V

V

2THD

D

1

0.480

ttT2180

ov1

(t

)VD4.1.2

逆變器輸出波形性能指標(biāo)（續(xù)）BCDRLVDS1S2S3S4C(a)基本逆變電路v01v畸變系數(shù)DFADvoVd0ttv1CovT2逆變電路輸出的n次諧波有效值Vn經(jīng)LC濾波后在負(fù)載上的n次諧波電壓VLn為:1

n

n2

2

LC

11

VncV

n

n

L

ncLnV

0(

n

)22VnV

VVLn

n

n

n

n2

2

LC

0

21

221n2Vn

HFn1n2

Vn次諧波衰減了n2倍，第n次諧波的畸變系數(shù):(

)21

DF

n

2,3,4nVnV總畸變系數(shù):DF

n4.1.3

其他指標(biāo)逆變器的性能指標(biāo)除輸出波形性能指標(biāo)外，還應(yīng)包括：逆變效率單位重量（或單位體積）輸出功率可靠性指標(biāo)逆變器輸入直流電流

流分量的數(shù)值和脈動頻率電磁干擾EMI及電磁兼容性EMC4.2

電壓型單相

逆電路工作原理電壓型單相全橋逆變電路電壓型單相半橋逆變電路變壓器中心抽頭推挽式(Push-Pull)單相逆變電路4.2.1

電壓型單相全橋逆變電路(a)電路ZDVT34T3D4DbT12TD1D2aDiaittt(b)負(fù)載電壓(c)電阻負(fù)載電流波形(d)電感負(fù)載電流波形t(f)輸入電流波形Vabiaia00驅(qū)動

T1

T4驅(qū)動

T1

T40驅(qū)動

T2

T3000TT0

43T0

40T

2T1

T4

D

2

D3

T

2

T3D

1

D41T

T42T

T32T

T3T

1

T

4R負(fù)載L負(fù)載RL負(fù)載ia2

t(e)R-L負(fù)載電流波形iDD2D3D1

D4T1、T4與T2、T3交替通、斷單相全橋180°逆變器電感負(fù)載電流分析方法：①分段式求解電路方程法②諧波分解法單相全橋180°逆變器電感負(fù)載電流4V D

sin

ntvan

nn1,3,5,a1V

4VD1D

0.9V2基波v

4VD

sin

ta1

DR2

(L)21

sin(t

)i

(t)

4

Vt驅(qū)動

T1

T4驅(qū)動

T1

T4驅(qū)動

T2

T3(b)負(fù)載電壓圖4.30vab分析方法：①分段式求解電路方程法②諧波分解法R2

(nL)2nZ

)RnLn

arctan(諧波分析法計(jì)算示例如圖全橋逆變器，負(fù)載由R、L、C

構(gòu)成，求負(fù)載回路電

流。計(jì)算示例2nnvo

(ion(n1,3,5,

nn1,3,5,

0

for n

2,

4,..Z

1

n

R

nL

nC

17計(jì)算示例（續(xù)）作業(yè)題-1請用PSPICE上述兩題計(jì)算結(jié)果。4.2.1

電壓型單相全橋逆變電路（續(xù)）ZDVT34T3D4DbT1T2D12DaiDai不同負(fù)載時(shí)，D、T導(dǎo)電情況不同T導(dǎo)電供電，D導(dǎo)電續(xù)流（反回）t驅(qū)動

T1

T4驅(qū)動

T1

T4驅(qū)動

T2

T3(b)負(fù)載電壓圖4.30vab20T0

20VD

dt

VD4VDn

sin(nt

)總有效值Vab

vabt

T

2n1,3,5,DDD4V1

0.9V

2 2

V2基波有效值V (a)電路電阻負(fù)載

電感負(fù)載阻感負(fù)載4.2.2

電壓型單相半橋逆變電路圖4.2單相半橋逆變電路及電壓電流波形t0aiD

1T1

D2T2R-L(e)R-L負(fù)載電流波形t0aiD

11T

D

2

T28

f0L1

Viam

d

iam(d)電感負(fù)載電流波形t0iaON1T2T

ON0T43

T014T0(c)電阻負(fù)載電流波形t021

VDvan(b)電壓波形T

1T

2驅(qū)動驅(qū)動20TT

023T0電容分壓，半橋電路T1、T2交替通、斷二級管D的功用R、L負(fù)載時(shí)，T、D交替導(dǎo)電(a)電路ZCo1Co

2VDT1T21D2Daian4.2.2

電壓型單相半橋逆變電路（續(xù)）(a)電路ZCo1Co

2VDT1T2D1D

2iaant0V

D2van1(b)電壓波形T

2驅(qū)動T1驅(qū)動

02TT

023T0 D

sin

nt2Vanv

n1,3,5,

nD1a1

0.45V2VV

D2基波v

2VD

sint

sin(t

)

(L)22V1i

(t)

R2a4.2.3

變壓器中心抽頭推挽式單相逆變電路

僅二個(gè)開關(guān)T1、T2輪流導(dǎo)電180度開關(guān)管斷態(tài)電壓高一倍2VD要輸出變壓器

適用于低壓小功率、須

的應(yīng)用*bBVDT1

2TD

1

D

2負(fù)載aA*

*O變壓器中心抽頭推挽式單相逆變電路推挽式諧振型逆變器---常用于熒光燈啟輝器的電路負(fù)載與電容并聯(lián)諧振電路分析)2111oRG(

j)

V0

(

j)

Vi1

2

LC

jLQoQ

o1

R1

(

j

1

(

)LC

max1QQoG(

j)

u

1(1

u2

)

j

uG(

j)

(1

u2

)2

(

u

)2G(

j)

Q諧振條件下，負(fù)載電阻電壓增益與品質(zhì)因素成正比！全橋諧振逆變器R2

4LC半橋諧振逆變器4.3

單相逆變器輸出電壓和波形控制引言單脈沖寬度調(diào)制

逆變器正脈沖寬度調(diào)制S

基本原理單極性倍頻正弦脈沖寬度調(diào)制逆變器雙極性正弦脈沖寬度調(diào)制BS

逆變器基波移相控制引言n2

2

LCVnLnV

控制方案1:控制方案2:控制方案3:可控整流方案斬波調(diào)壓方案逆變器自身控制方案控制輸出電壓基波V1的大小

控制輸出電壓波形，要求諧波系數(shù)小，諧波頻率高可控整流方案可控

直流

電源

逆變器負(fù)載+-交流電源直流

環(huán)節(jié)

濾波器斬波調(diào)壓方案DC/DC斬波器

逆變器負(fù)載二極

管整

流器

濾波器

引言（續(xù)1）ABCDRLS1S2S3S4C基本逆變電路v0v1D

VAxisv1Dvo0ttov0v1tCTTon

T(b)(c)寬度tT/2T輸出電壓波形voE02Ttovon

2T2tvo180

o

180oDVVD逆變器自身控制方案引言（續(xù)2）2021/11/2324.3

單相電壓型單脈波逆變器（）移相調(diào)壓（圖4-6）可采用移相方式調(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓，稱為移相調(diào)壓各柵極信號為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的基極信號只比V1

(

<180°)V3、V4的柵極信號分別比V2、V1的前移180°-uo成為正負(fù)各為

的脈沖，改變

即可調(diào)節(jié)輸出電壓有效值圖4-6

單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式■4.3.1

單脈沖寬度調(diào)制

逆變器T34TD3D4bT12TD2aaiD1負(fù)載電路2VD2VDttt驅(qū)動信號2

2

2

2

22Vg1,Vg

40Vg

2

,Vg

3022輸出電壓

32abvT1T4導(dǎo)通T2T3導(dǎo)通2

2

2

2

2VD0VD正半 ，T1、T4導(dǎo)通角負(fù)半 ，T2、T3導(dǎo)通角開關(guān)頻率決定輸出頻率脈寬決定輸出電壓大小4.3.1

單脈沖寬度調(diào)制逆變器（續(xù)）

度0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00

020

40

60 80

100

120

140

160

180V1m4VdV3m4Vd4VdV5mV7m4Vd220dV1

2脈寬為的矩形波的基波、3、5、7次諧波電壓相對值

2

2

sin)1(

t4Vdn

sin

2

vab(t

)

d2d

VtdVn1

)(n221

2

2Vab

n1,3,5,7,

V1m4

VD

sin2

4VD

sin

n2nmVndV

2

2

V

時(shí)，

11m

dV

4

V思考題：分析計(jì)算移相

方式，輸出電壓THD

與?

關(guān)系，是否有極小值？4.3.2

正脈沖寬度調(diào)制S基本原理（續(xù)1）ABCDRLS1S2S3S4C基本逆變電路0vv1DV

vo

0vo

VDoDv

V逆變電路只能直接輸出x1vDvo0ttx1vov0tCTTon

T(b)(c)寬度tT/2T輸出電壓波形0vo2Ttovon

2T2tvo180

o

180oVDDVVD4.3.2

正脈沖寬度調(diào)制S

基本原理（續(xù)2）V1m

sin

t

ii△t期間△tdV在某一很短的時(shí)間段期間，正弦電壓與同一時(shí)間段中等幅脈沖電壓作用于L、R電路時(shí)，只要兩個(gè)窄脈沖電壓的沖量相等，則它們所形成的電流響應(yīng)就相同。因此要使圖4.8(b)的電壓波在每一時(shí)間段都與該時(shí)段中正弦電壓等效，除每一時(shí)間段的面積相等外，每個(gè)時(shí)間段的電壓脈沖還必須很窄，這就要求脈波數(shù)量P很多。脈波數(shù)越多，不連續(xù)的按正弦規(guī)律改變寬度的多脈波電壓就越等效于正弦電壓。沖量等效原理控制的基本原理理論基礎(chǔ)---沖量等效原理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)，其效果基本相同沖量指窄脈沖的面積效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異f

(t)

(t)tOa)b)c)d)tt

OOtOf

(t)f

(t)f

(t)控制的基本原理一個(gè)實(shí)例圖6-2a的電路電路輸入：u(t)，窄脈沖，如圖6-1a、b、c、d所示電路輸出：i(t)，圖6-2b面積等效原理a)Ob)tdbaci(t)i(t)e(t)沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波正弦半波N等分，可看成N個(gè)彼此相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等寬度按正弦規(guī)律變化tOua)b)OutS等效的波形——脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波波形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功能可用于調(diào)制任意波形4.3.2

正脈沖寬度調(diào)制S基本原理（續(xù)3）

1m

si(n)tv0

t

4

52

3

2

2

tdVab(tv)Vdv

()t1097

862

1(

b)

0

11

2

3

4

5

3

5

7

910

10

10

10

10(

a)1

2

3

4

5(

a)

正弦電壓

(

b)

S

等效電壓圖4.8

用S

電壓等效正弦電壓VD

dt

VD

T

k

V1m

sintdtTk

ss

sDssD=

V1mD1m1

11222sin（1

T）sin（kT

-

T）12sin2sskTD

DDk（

T）sin

kT

sinVV(k

1)TV1m

sintdt

V1m

sintdtV

V1m[cos(k

1)Ts

coskTs

]V

V1mVVV

2k

k

ss

t

(kT

1

T

)第k個(gè)時(shí)區(qū)中心點(diǎn)相位角：第k個(gè)脈沖作用時(shí)間：kSDT

VD=

TK

=

V1m

sin

4.3.3

單極性正弦脈沖寬度調(diào)制SSVd4D34DbT12TD1

T32D

Taia負(fù)載T1（D1）、T4（D4）導(dǎo)通或T2（D2）、T4（D4）導(dǎo)通Vab＝02341110

2t(d)S電壓

2tvr

,

frdVab＝VdT3（D3）、T2（D2）導(dǎo)通

VVab＝－VdT1（D1）、T3（D3）導(dǎo)通IMvc,

fcvabO

1O12112

3

4

5

6相交確定開關(guān)點(diǎn)（b）由

v

c

,

v

riS的幾個(gè)概念2341110

2t單極性S電壓波形

2tvr

,

frVdc

cv

,

fO

1abvO121

12

345

6（b）由相交確定開關(guān)點(diǎn)v

c

,

v

rdV43D4Db1T2TD1

T32D

Taia負(fù)載驅(qū)動信號生成電路-1+--c三角波v正弦波vr-1+-+-ABV

,Tg1

1V

,Tg

2

2V

,Tg4

4V

,Tg

3

3VAVAVBBV+T1與T2互補(bǔ)通、斷T3與T4互補(bǔ)通、斷正弦vr正半周vr

vc，T2通、T4通，vab

0vr

vc，T1通、T4通，vab

Vd正弦vr負(fù)半周vr

vc

，T1通、T3通，vab

0vr

vc

，T2通、T3通，vab

Vd4.3.3

單極性正弦脈沖寬度調(diào)制逆變器（續(xù)）2341110

2t(d)S

電壓

2tvr

,

frVdIMvc,

fcabvO

1O1211

2

3

4

5

6（b）由相交確定開關(guān)點(diǎn)v

c

,

v

ri由正弦波vr

(fr

)與三角波vc

(fc

)的交點(diǎn)所確定的等幅多脈沖電壓vab,各段脈寬按正弦變化，vab僅含基波v1，f1＝fr和與開關(guān)頻率fc相當(dāng)?shù)母叽沃C波。Dcm1mfr

f1輸出脈沖數(shù)：

P

2N

v

rmv

cm

fc

＝

fc調(diào)制比:M載波比:N

Vv＝

v

rm若v

rm

v

cm，則v4.3.3

單極性倍頻正弦脈沖寬度調(diào)制SS（續(xù)）規(guī)則抽樣法獲得對稱脈波單極倍頻：每個(gè)TC中有兩個(gè)單方向脈波,

輸出脈沖數(shù)：p=2N基波電壓VD

sin(1tk

)Vab

DVD

M

1, 當(dāng)

V

V

,

M

1rm

cm1

kc

c

cmTkT

/

2

FC

FB

V=

k

=

=

=

r

=cmVrm

rmcm在一個(gè)小周期Tc內(nèi)第k個(gè)脈沖的占空比為D

=sin(w

t

)T

/

2 T

/

4

EC

EA

VV半個(gè)載波周期內(nèi)，輸出電壓平均面積：輸出電壓瞬時(shí)值VV01

d

1V

(t)

MV

sin(t)TkDcT

/

2cm

VrmVV基波電壓有效值

V

MV

/ 2

0.707V1

d

dD基波電壓幅值

V

MV1m121

2

3

4

111121

2

3

4

11n2π2nπ

22Vd2Vd2

cosδ

V1m

2V

cosnδ

Vnm

2V

1

cosδ

cosδ

cosδ

cosδ

cosδ

1

cosnδ

cosnδ

cosnδ

cosnδ

cosnδ6個(gè)脈波時(shí)，有效值:直流電壓利用率2V2dVd的基波電壓有效值

V1

為180DDD2111mVcm

VD

0.707VV

2V

Vrm

V

M

VM

1時(shí)，V22

2'電壓利用率少了21.46%

0.78544VDVDV1

采用單級倍頻S輸出交流電壓Xv1Dvo0ttXov0v1tCTonTonTtT/2T輸出電壓波形voE02TtovT22tvo(b)

180o(c)寬度

180oDVVD基波幅值與調(diào)制比M的關(guān)系4.3.3

單極性正弦倍頻脈沖寬度調(diào)制SS－－－輸出電壓諧波分析輸出諧波為奇次諧波：h

j

*

2N

k其中，j＝1，2，3，。。。，k＝1，3，5，。。。輸出交流含基波，載波比倍頻2N為中心的邊際高頻諧波(1)

S可以消除,2N-1以下諧波。N=6

時(shí)，最低諧波為11次；(2)

11次諧波大于1/11=9%N=6輸出交流諧波分析4.3.4

雙極性正弦脈沖寬度調(diào)制BS

逆變器VDD3D4bT1T2D1

T3D2

T4aia負(fù)載雙極性三角波Vc,Vr交點(diǎn)確定開關(guān)通、斷點(diǎn)輸出電壓正、負(fù)半，vab既有正電壓也有負(fù)電壓，沒有零電壓frfcN

9VcmVrmt12

2t3243VDDVvab(c)電壓波形2VcmVM

rm

020vcvr4.3.4

雙極性正弦脈沖寬度調(diào)制BS

逆變器（續(xù)1）VD43D4Db1T2TD1

T32D

Taia負(fù)載-1+-+-cv三角波正弦波

vr

VgVg1

,Vg4

(T1

,T4

)Vg

2

,Vg

3

(T2

,T3

)(b)驅(qū)動信號生成電路T1與T2互補(bǔ)通、斷T3與T4互補(bǔ)通、斷正弦正半周vr

vc，T1、T4通，vab

VD

vr

vc，T2、T3通，vab

VD正弦負(fù)半周vr

vc，T1、T4通，vab

VD

vr

vc，T2、T3通，vab

VD

9frfcN

VcmVrm

21

32t324VDVDvab2t(c)電壓波形VcmM

Vrm020vcvr規(guī)則采樣法ucuOtTcADBOtuotAtDtBTkMF

urab1

M

VD

sin(r

t)

V1m

sin

rDVD

sin(rt)cmcmcm

Vrmv r

2VcmVab

[Tk

VD

(2Tk

Tc

1)VDv

V

r

VD

=

rm

VD

sinVVVVM

Vrm

V1m

1VcmVD4.3.4

雙極性正弦脈沖寬度調(diào)制BS 逆變器（續(xù)2）載波比N

fc

/

fr

15調(diào)制比M

Vrm

/Vcm最低次諧波為N

2

13次

相同的開關(guān)頻率時(shí)單極S：開關(guān)動作次數(shù)相對少些，諧波情況好些，多用于單相逆變。雙極性S：諧波情況差些，用于三相逆變。00.40.20.60.81rV15V1V19V29

V310.2

0.4

0.6

0.8

1(d)N=15，基波和諧波值V13

V1727

33V

VdVn2

2

V

9fcfrN

VcmVrmt12

2t3243VDDVvab(c)電壓波形2VcmM

Vrm020vcvr4.3.4

BS逆變電路的諧波分析逆變電路輸出電壓頻譜圖諧波角頻率為式中，j

=1,3,5,…時(shí)，k=0,2,4,

…；j

=2,4,6,…時(shí)，k=1,3,5,…波中不含低次諧波，只含c及其附近的諧波以及2c、3c等及其附近的諧波單相雙極 橋式逆變電路輸出電壓頻譜圖h

jN-1p136問答題：1-6-2應(yīng)用PSPICE度調(diào)制、單極性倍頻，設(shè)計(jì)單相全橋電壓逆變器，分別采用單脈沖寬和雙極性調(diào)制技術(shù)（載波比N=50），已知直流電源電壓Vd

=300V,

輸出交流電壓V0

頻率50Hz，幅值

240V,

負(fù)載R=3歐姆。1、采用單脈沖寬度調(diào)制，脈寬為0.4π,計(jì)算高次諧波分量，THD

大?。?、采用單極性倍頻3、采 極性S調(diào)制方法，計(jì)算調(diào)制比和THD大??；調(diào)制方法，計(jì)算調(diào)制比和THD大?。?、對上述三種調(diào)制方法分別設(shè)計(jì)二階LC濾波器，使輸出負(fù)載電壓THD小于1%，比較濾波前、后波形效果，比較上述兩種調(diào)制方法THD大小變化。5、要求理論分析和PSPICE

相互對照。-3逆變器防止上下橋臂直通的措施在DC-DC變換器中的應(yīng)用實(shí)例Forward

DC-DC在DC-DC變換器中的應(yīng)用4.3.5

基波移相控制—消除特定諧波VAES1S4v0S1'S4'VBvo

v

A

vBS2S3S2'S3'VA1VB11V11A1

B1A1

B1

V

2

2V

V

cos

V

2V1

12

2

V

cos

1

基波移相，既可調(diào)節(jié)基波電壓大小又可消除某次諧波

1

60

，n

3，

3

180n次諧波相差n

n

1VA3

VB3

,V3

01

36，n

5，5

180VA5

VB5

,V5＝0基波移相控制4.4.6

特定諧波消除的消除特定諧波特定諧波的消除..2121

2341For

B3

B5

0,

2B

4VSsin(nsin(n

)d1

2

cos

n

2

cos

n

2

cos

n

2

cos

nnS4Vno

23.62

and

o

33.3n

4VS

1

2

cos

n1

2

cos

n2

B

n

)d

1

sin(n

)d

0

Bn

sin

ntvo

(t)

n1,3,5,.4.6.2

多電平逆變器飛跨電容器多電平級聯(lián)多電平4.6.2

多電平逆變器原理4.6.2

多電平逆變器工作原理4.6.2

多電平逆變器原理多電平逆變器電流方向級聯(lián)（cascaded）型H-橋式逆變器多電平逆變器與的比較多電平逆變器的優(yōu)勢4.4

三相逆變電路工作原理電壓型三相逆變工作原理電流型三相逆變工作原理4.4.1

電壓型三相逆變工作原理逆變器1逆變器2逆變器3VbnVcn+

-ADBCFCFVBE

EVanVADVabcn（a）框圖三個(gè)相差120度的單相逆變器組成一個(gè)三相逆變器半橋、全橋-----逆變器基本單元三相半橋電壓型逆變器N'N+-UV1V2V4V3

V5V61VD

VD3VVD

4VD5WVD

6

VD

2Ud2U

d2三相半橋式逆變器每個(gè)開關(guān)導(dǎo)電180，任何時(shí)候有三個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)電。上、下開關(guān)互補(bǔ)導(dǎo)電，開關(guān)導(dǎo)電順序?yàn)椋?23

234

345

456

561

612

1234.4.1

電壓型三相全橋逆變工作原理2Vd2VdACFEDT11D3DT3T55D2DT2T6D64D

BT45D

53T

T

3D

1D

T1T4D4D6D2T2

T6（b）電路圖三個(gè)相差120度的單相逆變器組成一個(gè)三相逆變器A相：T1、T4、T1’、T4’B相：T3、T6、T3’、T6’C相：T5、T2、T5’、T2’電壓型三相逆變器輸出線電壓4.4.1

電壓型三相逆變工作原理（續(xù)2）Vd2

d

2VT1D3D1

T3T54TD4

T6D6T2iaibabD5iccD2PQ0v226T0ab0Vg

6Vd33

234532

1（Ta）電路02T0Vg1Vg

2

0Vg

30g

4VT4ⅢⅡ

t

ttt

t

tt

tt0g

5VT5T3vbc0vca0y2（b）

180o

導(dǎo)電波形vao為180

方波,vab為120

方波任何時(shí)候有三個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)電。上、下開關(guān)互補(bǔ)導(dǎo)電，開關(guān)導(dǎo)電順序?yàn)椋?23

234

345

456

561

612

123三相橋式逆變器每個(gè)開關(guān)導(dǎo)電180，4.4.1

電壓型三相逆變工作原理（續(xù)3）2Vd

d

2V1T1D3

3D

TT55DT4D4

T6D6D2T2iaibicabcPQ0電路abca

Vianicib.V

ca.V

abV

bc.an.Vab.V

cn.

n

V

bn1.

51.

531c星形負(fù)載V

ca.131313.

..

.(V

bc

V

ab

).

.(V

ca

V

bc

)V

bn

.V

cn

(V

ab

V

ca

)V

an

..

.

.V

an

V

bn

V

ab.

.

.V

cn

V

an

V

ca.

.

.

.

.

2V

an

(V

bn

V

cn

)

V

ab

V

ca.4.4.1

電壓型三相逆變工作原理（續(xù)4）131313.V

an

.V

bn

.V

cn

.

.(V

ab

V

ca

).

.(V

bc

V

ab).

.(V

ca

V

bc

)負(fù)載星形連接時(shí)：t00vabvbc2

22

tt00tt

tvcavanvbn0vcn0dVMd32

Vd31

V332

3435180o導(dǎo)電波形180

導(dǎo)電(三開關(guān)同時(shí)導(dǎo)電)線電壓120負(fù)載相電壓階梯波4.4.1

電壓型三相逆變工作原理（續(xù)5）t0vab2tvan0dVMd32

VdV31d

an5

7

11

13v

(t

)

2

V

sin

t

1

sin5

t

1

sin7

t

1

sin11

t

1

sin13

t

V1m

2Vd

0.636Vdd

an5

7

11

13v

(t

)

2

V

cos

t

1

cos

5

t

1

cos

7

t

1

cos

11

t

1

cos

13

t

dab

t

sin13131sin11

t

111

t

sin7

t

71sin515V sin

t

3

v

(t)

2V1m

23Vd

1.1Vddab

t

cos

13131cos11

t

111

t

cos

7

t

71cos

515V

cos

t

3v

(t)

2三相逆變器

輸出波形及諧波4.5

三相逆變器輸出電壓和波形的S

控制CAT4

T6

BT1

T3

T5T221

VD21

VD0(a)電路ABC(c)電壓波形圖

t

t

t

t00vC

00vB00A0vvcrvbrvarvcvr

vc驅(qū)動上管v

VD

/

2vr

vc驅(qū)動下管v

VD

/

2ra

rm

rv

V

sin

t三相正弦調(diào)制波雙極性三角載波

vc、fcvrb

Vrmsin(r

t

-

120

)vrc

Vrmsin(r

t

-

240

)r

2fr

2f14.5

三相逆變器輸出電壓和波形的S

控制(c)電壓波形圖

t

t

t00vC

00vB00v

A0vcrvbrvarcv+--1+--+-1+-Vg1

T1Vg4

T4Vg3

T3Vg6

T6+--1+-Vg5

T5Vg2

T2參考波形成VR+（續(xù)1）frVc

fcoV

VoVrmVar

(t

)Vbr

(t

)V

(t

)cr(b)

驅(qū)動信號-c

cm

1

r

rmAomDDcmAom_maxD1

1123線電壓最大值為（1）改變V

即可調(diào)節(jié)輸出基波電壓rmVVVV固定f

、V

，f

fV

V

M

V2

2V

0.866V2

D

D則脈波多，最低諧波頻率高載波比

N

fc

/

fr

大，

t（2）改變fr

調(diào)頻，f1

fr（3）載波頻率fc：(4)輸出電壓相位由參考電壓vr的相位決定4.5

三相逆變器輸出電壓和波形的S

控制（(c)電壓波形圖

t

t

t0vC

00vB000v

A0vcrvbrvarvc(b)

驅(qū)動信號

t

（1）驅(qū)動信號可由硬件電路實(shí)現(xiàn)，亦可由+--1+--+-1+-Vg

1 T1Vg

4 T4Vg

3 T3Vg

6 T6Vc+--1+-Vg

5 T5Vg

2 T2參考波形成VR+rffcoV

VoVrmVar

(t

)Vbr

(t

)V

(t

)cr-CBT6

T221

Vd21

Vd

T4

T1

T3

T50

A(a)電路ABCMicro

Processor.或DSP實(shí)現(xiàn)。（2）提高電壓利用率，可改變vr或采用空間矢量控制。4.4.2

電流型三相逆變工作原理RUdLdiT1T3T5T2T6T4abcRniabiicR2222222222

t

t

t

t

t

t

t

t

ttVg1T2T3T4T5T6Vg6

T60Vg20Vg30Vg40Vg500biic00iab0iaId0T1

T1T2T3T4T5(b)

波形（1200導(dǎo)電類型）(a)電路:星型負(fù)載L大，iD恒定120度導(dǎo)電模式，僅兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)電12，23，34，45，56，61，124.4.2

電流型三相逆變工作原理（續(xù)）(a)電路:星型負(fù)載RUdLdiT1T3T5T2T6T4abcRnaiibicR2222

t

t

ttbici000iaId0iab(b)波形（

1200導(dǎo)電類型）3baabibc

i

)

梯形波i

1

(i2iab

(ica

ibc

)

ia

ib

iab

ib負(fù)載三角形聯(lián)接時(shí)iab

ica

iacbbiabiaiicaaicibc三角形負(fù)載4.6

大容量逆變器的復(fù)合結(jié)構(gòu)引言12階梯波逆變器24階梯波逆變器引言開關(guān)器件電壓6－7KV，3KA－6KA、8KA一個(gè)三相橋容量難于達(dá)到10MVA器件串聯(lián)提高電壓器件并聯(lián)增大電流幾個(gè)三相橋電路通過變壓器組復(fù)合型逆變器是擴(kuò)大容量的有效途徑4.6.1

12階梯波逆變器1A1BC1NP2AC2PNa11b

c12ca22B2

b(a)電路a2比vva1滯后，VdⅡⅠⅠⅡNSNsVAVaVa21VBVbVb21VcVc2C1Va1a2

Vb2VVb1Vc2c1V(b）輸出電壓AVBCVn次諧波滯后n120Vv

23Np

s1

cos5

tt

cos7

t

cos11

t

cos13

t

5

7

11

13N

1

1

1cosda1

Ns1cos

11()

t

111

1cos7()t

7cos5()t

5cos()

t

NvV

23p

a1

d

36，5

180，va5

va15

va25

0va7

va17

v

a27

0

25.7，7

180，4.6.1

12階梯波逆變器（續(xù)1）

VA

Va1

Va2

Vb2

VB

Vb1

Vb2

Vc2

a1

V

Va2Vb2c2Vb2VC

Vc1

Vc2

Va2VV