電力電子技術(shù)之-逆變電路

第4章逆變電路

4.1換流方式

4.2電壓型逆變電路

4.3電流型逆變電路

4.4多重逆變電路和多電平逆變電路

本章小結(jié)1引言■逆變的概念

◆與整流相對(duì)應(yīng)，直流電變成交流電→逆變。

◆交流側(cè)接電網(wǎng)→有源逆變；交流側(cè)接負(fù)載→無(wú)源逆變。

本章主要講述無(wú)源逆變?！瞿孀兣c變頻

◆變頻：分為交交變頻、交直交變頻兩種。

◆交直交變頻：由交流→直流變換（整流）、直流→交流變換兩部分電路串聯(lián)而成。直流→交流變換即為逆變?！瞿孀冸娐返闹饕獞?yīng)用

◆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→逆變電路；

◆太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電的核心電路→逆變電路；等等。24.1換流方式

4.1.1逆變電路的基本工作原理

4.1.2換流方式分類34.1.1逆變電路的基本工作原理■以單相橋式逆變電路為例說明最基本的工作原理S1~S4是橋式電路的4個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成。負(fù)載a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2

◆開關(guān)S1、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓uo為正；開關(guān)S1、S4斷開，S2、S3閉合時(shí)，uo為負(fù)→將直流電變成了交流電。

◆改變兩組開關(guān)的切換頻率→可改變輸出交流電的頻率。

?電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流io和uo的波形相同，相位也相同。

?阻感負(fù)載時(shí)，io相位滯后于uo，波形也不同。圖4-1逆變電路及其波形舉例

44.1.2換流方式分類■換流

◆電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移的過程→換相。

◆研究換流方式主要是研究：如何使器件關(guān)斷?！鰮Q流方式類型可分為器件換流、電網(wǎng)換流、負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流四種：

◆器件換流（DeviceCommutation）

?利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流→器件換流。?在采用IGBT、電力MOSFET、GTO、GTR等全控型器件的電路中，換流方式一般為器件換流。

◆電網(wǎng)換流（LineCommutation）

?由電網(wǎng)提供換流電壓的換流方式→電網(wǎng)換流。?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，不需要器件具有門極可關(guān)斷能力。如，第三章中的晶閘管橋式整流電路等。54.1.2換流方式分類a)uωtωtωtωtOOOOiit1b)ouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4圖4-2負(fù)載換流電路及其工作波形

◆負(fù)載換流（LoadCommutation）由負(fù)載提供換流電壓的換流方式→負(fù)載換流。

?負(fù)載換流時(shí)→負(fù)載上電流的相位應(yīng)超前于電壓。如，電容性負(fù)載，同步電動(dòng)機(jī)負(fù)載等。

?圖4-2a是一個(gè)基本的負(fù)載換流逆變電路，電路器件由晶閘管組成，整個(gè)負(fù)載工作在接近并聯(lián)諧振狀態(tài)而略呈容性。直流側(cè)串大電感→工作過程可認(rèn)為id基本沒有脈動(dòng)。假定開始是VT1、VT4導(dǎo)通。t1時(shí)刻若觸發(fā)VT2、VT4使其導(dǎo)通，由于此時(shí)電壓uo尚是左正右負(fù)，就給VT1、VT4

施加了一個(gè)反壓迫使其關(guān)斷，即，VT2、VT4的導(dǎo)通造成VT1、VT4

關(guān)斷條件。反之亦然。

√uo接近正弦波。因?yàn)樨?fù)載對(duì)基波電流的阻抗大，而對(duì)諧波電流的阻抗小。

√注意：觸發(fā)VT2、VT3的時(shí)刻t1必須在uo過零前并留有足夠的裕量(以保證VT1、VT4有充分的施加反壓時(shí)間)，才能使換流順利完成。64.1.2換流方式分類◆強(qiáng)迫換流（ForcedCommutation）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→強(qiáng)迫換流。強(qiáng)迫換流一般用于晶閘管組成的變換電路。?通常利用附加電容上所儲(chǔ)存的能量來實(shí)現(xiàn)，→也稱電容換流。

?強(qiáng)迫換流分類

直接耦合式強(qiáng)迫換流→由換流電路內(nèi)的電容直接提供換流所需的反壓；電感耦合式強(qiáng)迫換流→

通過換流電路內(nèi)的電容和電感的耦合來提供換流電壓或換流電流。

√直接耦合式強(qiáng)迫換流

如圖4-3，當(dāng)晶閘管VT處于通態(tài)時(shí)，預(yù)先給電容充電。若S閉合，就可使VT被施加反壓而關(guān)斷→也稱電壓換流。圖4-3直接耦合式強(qiáng)迫換流原理圖

74.1.2換流方式分類

√電感耦合式強(qiáng)迫換流

圖4-4a中，若在晶閘管VT導(dǎo)通時(shí)閉合S，則LC振蕩電路的工作給VT施加了一個(gè)反壓，迫使VT導(dǎo)通電流衰減(相當(dāng)于給VT疊加一個(gè)反向電流)，直到VT的電流衰減至零而關(guān)斷。VT關(guān)斷后，振蕩電流繼續(xù)通過VD組成回路給VT施加反壓(VD的導(dǎo)通壓降)，直到LC振蕩的第一個(gè)半周期結(jié)束。圖4-4電感耦合式強(qiáng)迫換流原理圖

■換流方式總結(jié)◆器件換流只適用于全控型器件，其余三種方式主要針對(duì)晶閘管。

◆器件換流、強(qiáng)迫換流歸類自換流，電網(wǎng)換流、負(fù)載換流歸類外部換流。

◆電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移→稱為換流。電流不是從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移，而是在一個(gè)支路內(nèi)部終止流通而變?yōu)榱恪鷦t稱熄滅。

圖4-4b的工作原理相類似，區(qū)別只是兩圖中電容所充起始電壓極性不同。圖4-4a是讓VT在LC振蕩的第一個(gè)半周期中關(guān)斷，而圖4-4b是讓VT在LC振蕩的第二個(gè)半周期中關(guān)斷。由于這兩種情況下的VT都是在正向電流減至零且VD開始流過電流時(shí)關(guān)斷(VD上的管壓降也是加在VT上的反向電壓)→也稱電流換流。84.2電壓型逆變電路4.2.1單相電壓型逆變電路4.2.2三相電壓型逆變電路94.2電壓型逆變電路·引言■逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同，可分為兩類

◆電壓型逆變電路：直流側(cè)是電壓源。

◆電流型逆變電路：直流側(cè)是電流源。■電壓型逆變電路的特點(diǎn)

◆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)?！粲捎谥绷麟妷涸吹你Q位作用，輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同?！糇韪胸?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，逆變橋各臂需要并聯(lián)反饋二極管(續(xù)流二極管)。圖4-5電壓型逆變電路舉例（全橋逆變電路）

104.2.1單相電壓型逆變電路a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2圖4-6單相半橋電壓型逆變電路及其工作波形

■半橋逆變電路

◆直流側(cè)接有兩個(gè)串聯(lián)的足夠大電容，兩個(gè)電容的聯(lián)結(jié)點(diǎn)成為直流電源的中點(diǎn)，負(fù)載聯(lián)接在直流電源中點(diǎn)和兩個(gè)橋臂聯(lián)結(jié)點(diǎn)之間。

◆工作原理

?設(shè)開關(guān)器件V1和V2的柵極信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)各有半周正偏，半周反偏，且二者互補(bǔ)。?輸出電壓uo為矩形波，其幅值為Um=Ud/2。

?電路若是阻感負(fù)載，t2時(shí)刻給V1關(guān)斷信號(hào)，給V2開通信號(hào)，則V1關(guān)斷，但感性負(fù)載中的電流io不能立即改變方向，于是VD2導(dǎo)通續(xù)流，當(dāng)t3時(shí)刻io降為零時(shí)，VD2截止，V2開通，io開始反向，由此得出如圖所示電流波形。114.2.1單相電壓型逆變電路a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2圖4-6單相半橋電壓型逆變電路及其工作波形

?V1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稱為反饋二極管,它又起著使負(fù)載電流連續(xù)的作用，故又稱續(xù)流二極管。◆半橋逆變電路特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，使用器件少。缺點(diǎn)是輸出交流電壓的幅值Um僅為Ud/2，且直流側(cè)需要兩個(gè)電容器串聯(lián)，工作時(shí)還需要控制兩個(gè)電容器電壓的均衡(否則會(huì)引起中性點(diǎn)偏移)。因此，半橋電路多用于幾個(gè)kW及其以下功率的小功率逆變電源。■半橋逆變電路

124.2.1單相電壓型逆變電路■全橋逆變電路

◆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°。在這種情況下，要改變輸出交流電壓的有效值只能通過改變直流電壓Ud來實(shí)現(xiàn)。

◆輸出電壓和電流波形與半橋電路形狀相同，但幅值高出一倍。

◆uo為矩形波，展開為傅里葉級(jí)數(shù)：其中基波的幅值Uo1m和基波有效值Uo1分別為：圖4-5全橋逆變電路

(4-1)(4-2)(4-3)134.2.1單相電壓型逆變電路◆移相調(diào)壓方式

?控制方式：V1與V2導(dǎo)通互補(bǔ)，

V3與V4

導(dǎo)通互補(bǔ)。但是，V3的柵極控制信號(hào)比V1落后(0＜＜180o)。V3、V4的柵極控制信號(hào)分別比V2、V1前移180o－。輸出電壓是正負(fù)各為的脈沖。

?工作過程

√t1時(shí)刻前V1和V4導(dǎo)通，uo=Ud。

√t1時(shí)刻V4截止。因負(fù)載電感中的電流io不能突變，V3不能立刻導(dǎo)通，VD3導(dǎo)通通過V1續(xù)流，uo=0。

√t2時(shí)刻V1截止，而V2不能立刻導(dǎo)通，VD2和VD3構(gòu)成續(xù)流通道，uo=－

Ud。√直到負(fù)載電流過零并開始反向時(shí)，VD2和VD3截止，V2和V3開始導(dǎo)通，uo仍為－Ud。

√t3時(shí)刻V3截止，而V4不能立刻導(dǎo)通，VD4導(dǎo)通續(xù)流，uo再次為零…?改變可調(diào)節(jié)輸出電壓。a)b)圖4-7單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式

144.2.1單相電壓型逆變電路圖4-8帶中心抽頭變壓器的逆變電路

■帶中心抽頭變壓器的逆變電路

◆交替驅(qū)動(dòng)兩個(gè)IGBT，經(jīng)變壓器耦合給負(fù)載加上矩形波交流電壓。

◆兩個(gè)二極管的作用也是提供無(wú)功能量的反饋通道。

◆Ud和負(fù)載參數(shù)相同，變壓器匝比為1：1：1時(shí)，uo和io波形及幅值與全橋逆變電路完全相同。

◆與全橋電路相比較

?比全橋電路少用一半開關(guān)器件。

?器件承受的電壓為2Ud，比全橋電路高一倍。

?必須有一個(gè)變壓器。

154.2.2三相電壓型逆變電路■三相逆變電路組成→

三個(gè)單相半橋逆變電路組合而成。

◆基本工作方式是180o導(dǎo)電方式。

◆同一相(即同一半橋)上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差120°，任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通?！裘看螕Q流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱為縱向換流。圖4-9三相電壓型橋式逆變電路

假想中點(diǎn)總結(jié)上述可得導(dǎo)通順序及規(guī)律：V1V2V3

→V2V3

V4→V3V4V5

→V4V5V6

→V5V6V1

→V6V1V2164.2.2三相電壓型逆變電路NN'tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uUdUd2Ud3Ud62Ud3圖4-10電壓型三相橋式逆變電路的工作波形

■工作波形

◆對(duì)于U相輸出來說，當(dāng)橋臂1導(dǎo)通時(shí)，uUN’=Ud/2，當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時(shí)，uUN’=-Ud/2，uUN’的波形是幅值為Ud/2的矩形波，V、W兩相的情況和U相類似。

◆負(fù)載線電壓uUV、uVW、uWU可由下式求出：◆負(fù)載各相的相電壓分別為

(4-4)(4-5)174.2.2三相電壓型逆變電路圖4-10電壓型三相橋式逆變電路工作波形

◆中點(diǎn)電壓差把上面各式相加并整理可求得設(shè)負(fù)載為三相對(duì)稱負(fù)載，則有uUN+uVN+uWN=0，故可得◆負(fù)載參數(shù)已知時(shí)，可以由uUN的波形求出U相電流iU的波形，圖4-10g給出的是阻感負(fù)載下時(shí)iU的波形。◆把橋臂1、3、5的電流加起來，就可得到直流側(cè)電流id的波形，如圖4-10h所示，可以看出id每隔60°脈動(dòng)一次。(4-6)(4-7)NN'tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uUdUd2Ud3Ud62Ud3184.2.2三相電壓型逆變電路■基本數(shù)量關(guān)系

◆輸出線電壓諧波：把輸出線電壓uUV展開成傅里葉級(jí)數(shù)得

式中，，k為自然數(shù)?！糨敵鼍€電壓有效值UUV為

其中基波幅值UUV1m和基波有效值UUV1分別為(4-8)(4-9)(4-10)(4-11)194.2.2三相電壓型逆變電路

◆輸出相電壓諧波：把輸出相電壓uUN展開成傅里葉級(jí)數(shù)得式中，，k為自然數(shù)?！糌?fù)載相電壓有效值UUN為其中基波幅值UUN1m和基波有效值UUN1分別為■為了防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源的短路，要采取“先斷后通”的方法。

(4-12)(4-13)(4-14)(4-15)204.2.2三相電壓型逆變電路■例：三相橋式電壓型逆變電路，180°導(dǎo)電方式，Ud=200V。試求輸出相電壓的基波幅值UUN1m和有效值UUN1、輸出線電壓的基波幅值UUV1m和有效值UUV1、輸出線電壓中7次諧波的有效值UUV7。解：

UUV7=2Ud/（3.14×7×）=22.3（V）

＝0.45×200＝90（V）＝0.637×200＝127.4（V）

＝1.1×200=220（V）

＝0.78×200=156（V）

214.3電流型逆變電路

4.3.1單相電流型逆變電路

4.3.2三相電流型逆變電路224.3電流型逆變電路·引言■電流型逆變電路→直流電源為電流源的逆變電路?！鲭娏餍湍孀冸娐分饕攸c(diǎn)

◆直流側(cè)串大電感，電流基本無(wú)脈動(dòng)，相當(dāng)于電流源。

◆交流輸出電流為矩形波，與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)。輸出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同。

◆直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的作用。不需給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管?！綦娏餍湍孀冸娐分?，采用半控型器件的電路仍應(yīng)用較多，換流方式有負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流。圖4-11電流型三相橋式逆變電路

234.3.1單相電流型逆變電路■電路分析

◆由四個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂的晶閘管各串聯(lián)一個(gè)電抗器，用來限制晶閘管開通時(shí)的di/dt。

◆采用負(fù)載換相方式工作的，要求負(fù)載電流略超前于負(fù)載電壓，即負(fù)載略呈容性。

◆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。圖4-12單相橋式電流型（并聯(lián)諧振式）逆變電路

■單相橋式并聯(lián)諧振式晶閘管逆變電路244.3.1單相電流型逆變電路■工作波形分析

◆在交流電流的一個(gè)周期內(nèi)，有兩個(gè)穩(wěn)定導(dǎo)通階段和兩個(gè)換流階段。

◆t1~t2：VT1和VT4穩(wěn)定導(dǎo)通階段，io=Id，t2時(shí)刻前在C上建立了左正右負(fù)的電壓。

◆在t2時(shí)刻觸發(fā)VT2和VT3開通，開始進(jìn)入換流階段。?由于換流電抗器LT的作用，VT1和VT4不能立刻關(guān)斷，其電流有一個(gè)減小過程，VT2和VT3的電流也有一個(gè)增大過程。圖4-13并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形

254.3.1單相電流型逆變電路

?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。

√一個(gè)回路是經(jīng)LT1、VT1、VT3、LT3回到電容C。

√另一回路是經(jīng)LT2、VT2、VT4、LT4回到電容C。◆當(dāng)t=t4時(shí)，VT1、VT4電流減至零而關(guān)斷，直流側(cè)電流Id全部從VT1、VT4轉(zhuǎn)移到VT2、VT3，換流階段結(jié)束。圖4-13并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形

264.3.1單相電流型逆變電路圖4-13并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形

◆晶閘管需一段時(shí)間才能恢復(fù)正向阻斷能力，t4時(shí)刻換流結(jié)束后還要使VT1、VT4承受一段反壓時(shí)間t，tβ=t5-t4應(yīng)大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq?！魹楸ＷC可靠換流應(yīng)在uo過零前t=t5-t2時(shí)刻觸發(fā)VT2、VT3，t為觸發(fā)引前時(shí)間io超前于uo的時(shí)間（負(fù)載的功率因數(shù)角）

把t表示為電角度（弧度）可得(4-16)(4-17)(4-18)◆注意：“先通后斷”；電壓反向過零之前t>tδ實(shí)施換流。274.3.1單相電流型逆變電路■基本數(shù)量關(guān)系◆io展開成傅里葉級(jí)數(shù)可得

◆負(fù)載電壓有效值Uo和直流電壓Ud的關(guān)系其基波電流有效值Io1為

(4-19)(4-20)284.3.1單相電流型逆變電路一般情況下值較小，可近似認(rèn)為cos(/2)≈1，再考慮到式(4-18)可得或■實(shí)際工作過程中，感應(yīng)線圈參數(shù)可能隨時(shí)間變化，必須使工作頻率適應(yīng)負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整，這種控制方式稱為自勵(lì)方式。

◆固定工作頻率的控制方式稱為他勵(lì)方式。

◆自勵(lì)方式存在起動(dòng)問題，解決方法：

?先用他勵(lì)方式，系統(tǒng)開始工作后再轉(zhuǎn)入自勵(lì)方式。

?附加預(yù)充電起動(dòng)電路。(4-21)29■波形分析

◆輸出電流波形和負(fù)載性質(zhì)無(wú)關(guān)，正負(fù)脈沖各120°的矩形波。

◆輸出電流和三相橋整流帶大電感負(fù)載時(shí)的交流電流波形相同，諧波分析表達(dá)式也相同。

◆輸出線電壓波形和負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，大體為正弦波，但疊加了一些脈沖。

◆輸出交流電流的基波有效值IU1和直流電流Id的關(guān)系為

4.3.2三相電流型逆變電路tOtOtOtOIdiViWuUVU圖5-14電流型三相橋式逆變電路的輸出波形

圖5-11電流型三相橋式逆變電路■電路分析

◆基本工作方式是120°導(dǎo)電方式，每個(gè)臂一周期內(nèi)導(dǎo)電120°，每個(gè)時(shí)刻上下橋臂組各有一個(gè)臂導(dǎo)通?！魮Q流方式為橫向換流。(4-22)V1V2

→V2V3

→V3V4

→V4V5→V5V6→V6V1304.3.2三相電流型逆變電路圖4-15串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路

■串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路

◆主要用于中大功率交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。

◆電路分析

?是電流型三相橋式逆變電路，各橋臂的晶閘管和二極管串聯(lián)使用。

?120°導(dǎo)電工作方式，輸出波形和圖4-14的波形大體相同。

?采用強(qiáng)迫換流方式，電容C1~C6為換流電容。

◆換流過程分析

?電容器所充電壓的規(guī)律：對(duì)于共陽(yáng)極晶閘管，它與導(dǎo)通晶閘管相連一端極性為正，另一端為負(fù)，不與導(dǎo)通晶閘管相連的電容器電壓為零，共陰極的情況與此類似，只是電壓極性相反。314.3.2三相電流型逆變電路-+UVW+-UVWa)+-UVWb)-+UVWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU=Id-iV?等效換流電容概念：圖4-16中的換流電容C13就是圖4-14中的C3與C5串聯(lián)后再與C1并聯(lián)的等效電容。?分析從VT1向VT3換流的過程

√假設(shè)換流前VT1和VT2通，C13電壓UC0左正右負(fù)。

√換流階段分為恒流放電和二極管換流兩個(gè)階段。

√t1時(shí)刻觸發(fā)VT3導(dǎo)通，VT1被施以反壓而關(guān)斷，Id從VT1換到VT3，C13通過VD1、U相負(fù)載、W相負(fù)載、VD2、VT2、直流電源和VT3放電，放電電流恒為Id，故稱恒流放電階段，如圖4－16b。圖4-16換流過程各階段的電流路徑

324.3.2三相電流型逆變電路-+UVW+-UVWa)+-UVWb)-+UVWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU=Id-iV圖4-16換流過程各階段的電流路徑

√uC13下降到零之前，VT1承受反壓，反壓時(shí)間大于tq就能保證可靠關(guān)斷。√t2時(shí)刻uC13降到零，之后C13反向充電，忽略負(fù)載電阻壓降，則二極管VD3導(dǎo)通，電流為iV，VD1電流為iU=Id-iV，VD1和VD3同時(shí)導(dǎo)通，進(jìn)入二極管換流階段。√隨著C13電壓增高，充電電流漸小，iV漸大，t3時(shí)刻iU減到零，iV=Id，VD1承受反壓而關(guān)斷，二極管換流階段結(jié)束?！蘴3以后，進(jìn)入VT2、VT3穩(wěn)定導(dǎo)通階段。334.3.2三相電流型逆變電路ttOuOiUCOuC13uC5uC3-UCOIdiUiVt1t2t3圖4-17串聯(lián)二極管晶閘管逆變電路換流過程波形

√從VT1向VT3換流的過程中，如果負(fù)載為交流電動(dòng)機(jī)，則在t2時(shí)刻uC13降至零時(shí)，如電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)eVU>0，則VD3仍承受反向電壓而不能導(dǎo)通。直到uC13升高到與eVU相等后，VD3才承受正向電壓而導(dǎo)通，進(jìn)入VD3和VD1同時(shí)導(dǎo)通的二極管換流階段?！舨ㄐ畏治?圖4-17給出了電感負(fù)載時(shí)uC13、iU和iV的波形圖。

?uC1的波形和uC13完全相同。

?uC3從零變到-UC0，uC5從UC0變到零，變化幅度是C1的一半。

?這些電壓恰好符合相隔120°后從VT3到VT5換流時(shí)的要求，為下次換流準(zhǔn)備好了條件。344.3.2三相電流型逆變電路OOOOOwtwtwtOwtwtVT4導(dǎo)通UVWiViWiUudMVT1導(dǎo)通VT3導(dǎo)通VT6導(dǎo)通VT5導(dǎo)通VT2導(dǎo)通uVT1圖4-19無(wú)換相器電動(dòng)機(jī)電路工作波形

圖4-18無(wú)換相器電動(dòng)機(jī)的基本電路

■負(fù)載為同步電動(dòng)機(jī)◆其工作特性和調(diào)速方式都和直流電動(dòng)機(jī)相似，但沒有換向器，因此被稱為無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)。

◆采用120°導(dǎo)電方式，利用電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)實(shí)現(xiàn)換流。

◆BQ是轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，用來檢測(cè)磁極位置以決定什么時(shí)候給哪個(gè)晶閘管發(fā)出觸發(fā)脈沖。作業(yè)：P118，1～7354.4多重逆變電路和多電平逆變電路

4.4.1多重逆變電路

4.4.2多電平逆變電路364.4多重逆變電路和多電平逆變電路·引言■電壓型逆變電路的輸出電壓是矩形波，電流型逆變電路的輸出電流是矩形波，矩形波中含有較多的諧波，對(duì)負(fù)載會(huì)產(chǎn)生不利影響?！龀３２捎枚嘀啬孀冸娐钒褞讉€(gè)矩形波組合起來，使之成為接近正弦波的波形。■也可以改變電路結(jié)構(gòu)，構(gòu)成多電平逆變電路，它能夠輸出較多的電平，從而使輸出電壓向正弦波靠近。374.4.1多重逆變電路120°60°180°tOtOtO三次諧波三次諧波u1u2uo圖4-20二重單相逆變電路

圖4-21二重逆變電路的工作波形

■二重單相電壓型逆變電路

◆兩個(gè)單相全橋逆變電路組成，輸出通過變壓器T1和T2串聯(lián)起來。

◆輸出波形

?兩個(gè)單相的輸出u1和u2是180°矩形波。

?u1和u2相位錯(cuò)開=60°,其中的3次諧波就錯(cuò)開了3×60°=180，變壓器串聯(lián)合成后，3次諧波互相抵消，總輸出電壓中不含3次諧波。

?

uo波形是120°矩形波，含6k±1次諧波，3k次諧波都被抵消?！鲇纱说贸龅囊恍┙Y(jié)論

◆把若干個(gè)逆變電路的輸出按一定的相位差組合起來，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。

◆多重逆變電路有串聯(lián)多重和并聯(lián)多重兩種方式，電壓型逆變電路多用串聯(lián)多重方式，電流型逆變電路多用并聯(lián)多重方式。

384.4.1多重逆變電路圖4-22三相電壓型二重逆變電路

■三相電壓型二重逆變電路

◆電路分析

?由兩個(gè)三相橋式逆變電路構(gòu)成，輸出通過變壓器串聯(lián)合成。

?兩個(gè)逆變電路均為180°導(dǎo)通方式。

?工作時(shí)，逆變橋II的相位比逆變橋I滯后30°。

?T1為Δ/Y聯(lián)結(jié)，線電壓變比為。T2一次側(cè)Δ聯(lián)結(jié)，二次側(cè)兩繞組曲折星形接法，其二次電壓相對(duì)于一次電壓而言，比T1接法超前30°，以抵消逆變橋II比逆變橋I滯后的30°，這樣uU2和uU1的基波相位就可以相同。?如果T2和T1一次側(cè)匝數(shù)相同，為了使uU2和uU1基波幅值相同，T2和T1二次側(cè)間的匝比應(yīng)為。394.4.1多重逆變電路UA21UUNUU2-UB22UU1(UA1)tOtOtOtOtO3131)(1+)UU1UA21-UB22UU2UUN(UA1)UdUd32Ud31Ud32Ud(1+Ud31Ud圖4-23二次側(cè)基波電壓合成相量圖

圖4-24三相電壓型二重逆變電路波形圖

◆工作波形

?T1、T2二次側(cè)基波電壓合成情況的相量圖如圖4-23所示，圖中UA1、UA21、UB22分別是變壓器繞組A1、A21、B22上的基波電壓相量。

?由圖4-24可以看出，uUN比uU1接近正弦波。404.4.1多重逆變電路◆基本的數(shù)量關(guān)系

?把uU1展開成傅里葉級(jí)數(shù)得式中，n=6k±1，k為自然數(shù)。

?uU1的基波分量有效值為n次諧波有效值為

(4-23)(4-24)(4-25)414.4.1多重逆變電路?輸出相電壓uUN的基波電壓有效值為

其n次諧波有效值為式中，n=12k±1，k為自然數(shù)，在uUN中已不含5次、7次等諧波。◆該三相電壓型二重逆變電路的直流側(cè)電流每周期脈動(dòng)12次，稱為12脈波逆變電路，一般來說，使m個(gè)三相橋式逆變電路的相位依次錯(cuò)開 運(yùn)行，連同使它們輸出電壓合成并抵消上述相位差的變壓器，就可以構(gòu)成脈波數(shù)為6m的逆變電路。(4-26)(4-27)◆基本的數(shù)量關(guān)系424.4.2多電平逆變電路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)u