詳細逆變電路演示文稿

詳細逆變電路演示文稿目前一頁\總數(shù)三十頁\編于二十點詳細逆變電路目前二頁\總數(shù)三十頁\編于二十點4.1逆變器的性能指標與分類

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

1、有源逆變:2、無源逆變：目前三頁\總數(shù)三十頁\編于二十點4.1.1逆變器的性能指標（1）諧波系數(shù)HF：諧波分量有效值同基波分量有致值之比。（2）總諧波系數(shù)：總諧波系數(shù)表征了一個實際波形同其基波的接近程度。（5）電磁干擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）（3）逆變效率（4）單位重量的輸出功率:衡量逆變器輸出率密度的指標。目前四頁\總數(shù)三十頁\編于二十點4.1.2逆變電路的分類

①

電壓型：輸人端并接有大電容，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。

②電流型：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流電流輸出。（1）、根據(jù)輸入直流電源特點分類

①半橋式逆變電路；②全橋式逆變電路；③推換式逆變電路；④其他形式：如單管晶體管逆變電路。（2）、根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點分類目前五頁\總數(shù)三十頁\編于二十點4.1.2逆變電路的分類（3）、根據(jù)換流方式分類（4）、根據(jù)負載特點分類①非諧振式逆變電路②諧振式逆變電路①負載換流型逆變電路；②脈沖換流型逆變電路；③自換流型逆變電路。目前六頁\總數(shù)三十頁\編于二十點4.1.3逆變電路用途1、可以做成變頻變壓電源（VVVF），主要用于交流電動機調(diào)速。2、可以做成恒頻恒壓電源（CVCF），其典型代表為不間斷電源（UPS）、航空機載電源、機車照明，通信等輔助電源也要用CVCF電源。3、可以做成感應(yīng)加熱電源，例如中頻電源，高頻電源等。逆變器的用途十分廣泛：返回目前七頁\總數(shù)三十頁\編于二十點4.2逆變電路的工作原理開關(guān)T1、T4閉合，T2、T3斷開：u0=Ud；開關(guān)T1、T4斷開，T2、T3閉合：u0=－Ud;當以頻率fS交替切換開關(guān)T1、T4和T2、T3時，則在電阻R上獲得如圖4.2.4(b)所示的交變電壓波形，其周期Ts=1/fS，這樣，就將直流電壓E變成了交流電壓uo。uo含有各次諧波，如果想得到正弦波電壓，則可通過濾波器濾波獲得。圖4.2.1單相橋式逆變電路工作原理

1、主要功能:圖4.2.1(a)中主電路開關(guān)T1~T4，它實際是各種半導(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)器件有快速晶閘管、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、功率晶體管（GTR）、功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET）、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載。2、工作原理：返回目前八頁\總數(shù)三十頁\編于二十點它由兩個導(dǎo)電臂構(gòu)成，每個導(dǎo)電臂由一個全控器件和一個反并聯(lián)二極管組成。在直流側(cè)接有兩個相互串聯(lián)的足夠大的電容C1和C2，且滿足C1=C2。設(shè)感性負載連接在A、0兩點間。T1和T2之間存在死區(qū)時間，以避免上、下直通，在死區(qū)時間內(nèi)兩晶閘管均無驅(qū)動信號。1.電壓型逆變電路半橋逆變電路結(jié)構(gòu)及波形：4.3.1電壓型單相半橋逆變電路4.3電壓型逆變電路

動畫目前九頁\總數(shù)三十頁\編于二十點

輸出電壓有效值為:

由傅里葉分析，輸出電壓瞬時值為:

其中，為輸出電壓角頻率。當n=1時其基波分量的有效值為:

(4.3.1)(4.3.2)(4.3.3)目前十頁\總數(shù)三十頁\編于二十點

在一個周期內(nèi)，電力晶體管T1和T2的基極信號各有半周正偏，半周反偏，且互補。若負載為阻感負載，設(shè)t2時刻以前，T1有驅(qū)動信號導(dǎo)通，T2截止，則u0=Ud/2。t2時刻關(guān)斷的T1，同時給T2發(fā)出導(dǎo)通信號。由于感性負載中的電流i。不能立即改變方向，于是D2導(dǎo)通續(xù)流，u0=－Ud/2

。t3時刻i。降至零，D2截止，T2導(dǎo)通，i。開始反向增大，此時仍然有u0=－Ud/2

。在t4時刻關(guān)斷T2，同時給T1發(fā)出導(dǎo)通信號，由于感性負載中的電流i。不能立即改變方向，D1先導(dǎo)通續(xù)流，此時仍然有u0=Ud/2；t5時刻i。降至零，T1導(dǎo)通，u0=Ud/2；

圖4.3.1電壓型半橋逆變電路及其電壓電流波形2、工作原理：緩沖電感反饋的無功能量目前十一頁\總數(shù)三十頁\編于二十點缺點：1）交流電壓幅值僅為Ud/2；2）直流側(cè)需分壓電容器；3）為了使負載電壓接近正弦波通常在輸出端要接LC濾波器，輸出濾波器LC濾除逆變器輸出電壓中的高次諧波。

優(yōu)點：簡單，使用器件少；應(yīng)用：用于幾kW以下的小功率逆變電源；目前十二頁\總數(shù)三十頁\編于二十點4.3.2電壓型單相全橋逆變電路全控型開關(guān)器件T1和T4構(gòu)成一對橋臂，T2和T3構(gòu)成一對橋臂,T1和T4同時通、斷；T2和T3同時通、斷。T1(T)4與T2(T3)的驅(qū)動信號互補，即T1和T4有驅(qū)動信號時，T2和T3無驅(qū)動信號，反之亦然，兩對橋臂各交替導(dǎo)通180°。1、電路工作過程：目前十三頁\總數(shù)三十頁\編于二十點輸出方波電壓瞬時值：

輸出方波電壓有效值：基波分量的有效值：圖4.3.2電壓型單相全橋逆變電路和電壓、電流波形圖(4.3.6)(4.3.4)(4.3.5)同單相半橋逆變電路相比，在相同負載的情況下，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。1）純電阻負載時目前十四頁\總數(shù)三十頁\編于二十點0≤t＜Ts／4，Ts2≤t≤3Ts／4期間，D1、D4導(dǎo)通起負載電流續(xù)流作用，在此期間T1～T4均不導(dǎo)通。圖4.3.2電壓型單相全橋逆變電路和電壓、電流波形圖

2）電感負載時由可得負載電流峰值為：(4.3.7)目前十五頁\總數(shù)三十頁\編于二十點0≤θ≤ωt期間，T1和T4有驅(qū)動信號，由于電流i0為負值，T1和T4不導(dǎo)通，D1、D4導(dǎo)通起負載電流續(xù)流作用，u0=+Ud。θ≤ωt≤π期間，i0為正值，T1和T4才導(dǎo)通。π≤ωt≤π+θ期間，T2和T3有驅(qū)動信號，由于電流i0為負值，T2、T3不導(dǎo)通，D2、D3導(dǎo)通起負載電流續(xù)流作用，u0=－Ud。π+θ≤ωt≤2π期間，T2和T3才導(dǎo)通。3）阻感負載RL時圖4.3.2電壓型單相全橋逆變電路和電壓、電流波形圖

圖4.3.2(e)所示是RL負載時直流電源輸入電流的波形。圖4.3.2(f)所示是RL負載時直流電源輸入電流的波形。目前十六頁\總數(shù)三十頁\編于二十點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的基本工作方式為180°導(dǎo)電型，即每個橋臂的導(dǎo)電角為180°，同一相上下橋臂交替導(dǎo)電的縱向換流方式，各相開始導(dǎo)電的時間依次相差120°。在一個周期內(nèi)，6個開關(guān)管觸發(fā)導(dǎo)通的次序為T1→T2→T3→T4→T5→T6，依次相隔60°，任一時刻均有三個管子同時導(dǎo)通，導(dǎo)通的組合順序為T1T2T3，T2T3T4，T3T4T5，T4T5T6，T5T6T1，T6T1T2，每種組合工作60°。圖4.3.3電壓型三相橋式逆變電路

1、工作過程：目前十七頁\總數(shù)三十頁\編于二十點

將一個工作周期分成6個區(qū)域。在0<ωt≤π/3區(qū)域，設(shè)ug1>0,ug2>0,ug3>0，則有T1，T2，T3導(dǎo)通，

2、各相負載相電壓和線電壓波形：根據(jù)同樣的思路可得其余5個時域的值線電壓相電壓圖4.3.4電壓型三相橋式逆變電路及其工作波形式中Ud為逆變器輸入直流電壓。目前十八頁\總數(shù)三十頁\編于二十點

3、負載相電壓和線電壓幅值分析：利用博里葉分析，其相電壓的瞬時值為：相電壓基波幅值(4.3.8)(4.3.9)由上式可知，負載相電壓中無3次諧波，只含更高階奇次諧波，n次諧波幅值為基波幅值的1/n。其線電壓的瞬時值為：線電壓基波幅值

(4.3.11)(4.3.10)由上式可知，負載線電壓中無3次諧波，只含更高階奇次諧波，n次諧波幅值為基波幅值的1/n。目前十九頁\總數(shù)三十頁\編于二十點表三相橋式逆變電路的工作狀態(tài)表返回目前二十頁\總數(shù)三十頁\編于二十點4.4.1電流型單相橋式逆變電路當T1、T4導(dǎo)通，T2、T3關(guān)斷時，I0=Id；反之，I0=-Id。當以頻率f交替切換開關(guān)管T1、T4和T2、T3時，則在負載上獲得如圖（b）所示的電流波形。輸出電流波形為矩形波，與電路負載性質(zhì)無關(guān)，而輸出電壓波形由負載性質(zhì)決定。主電路開關(guān)管采用自關(guān)斷器件時，如果其反向不能承受高電壓，則需在各開關(guān)器件支路串入二極管。圖4.4.1電流型單相橋式逆變電路及電流波形

1、電路工作過程：防反相高壓恒流大電感4.4電流型逆變電路目前二十一頁\總數(shù)三十頁\編于二十點其中基波幅值I01m和基波有效值I01分別為

(4.4.1)

(4.4.2)

(4.4.3)

將圖（b）所示的電流波形i0展開成傅氏級數(shù),有2、電流波形參數(shù)計算：

圖4.4.1電流型單相橋式逆變電路及電流波形

目前二十二頁\總數(shù)三十頁\編于二十點

導(dǎo)電方式為120°導(dǎo)通、橫向換流方式，任意瞬間只有兩個橋臂導(dǎo)通。

導(dǎo)通順序為1→T2→T3→T4→T5→T6，依次間隔60°，每個橋臂導(dǎo)通120°。這樣，每個時刻上橋臂組和下橋臂組中都各有一個臂導(dǎo)通。

輸出電流波形與負載性質(zhì)無關(guān)。輸出電壓波形由負載的性質(zhì)決定。圖4.4.3電流型三相橋式逆變電路原理圖及輸出電流波形

(4.4.4)

1、工作方式:輸出電流的基波有效值I01和直流電流Id的關(guān)系式為：

返回目前二十三頁\總數(shù)三十頁\編于二十點4.5負載換流式逆變電路

并聯(lián)諧振式逆變電路

1、電路結(jié)構(gòu)

2、工作原理

3、電路參數(shù)計算

4.5.2

串聯(lián)諧振式逆變電路

1、電路結(jié)構(gòu)

2、工作原理

返回目前二十四頁\總數(shù)三十頁\編于二十點4.5.1并聯(lián)諧振式逆變電路

負載為中頻電爐，實際上是一個感應(yīng)線圈，圖中L和R串聯(lián)為其等效電路。因為負載功率因數(shù)很低，故并聯(lián)補償電容器C。電容C和電感L、電阻R構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，所以稱這種電路為并聯(lián)諧振式逆變電路。本電路采用負載換流，即要求負載電流超前電壓，因此，補償電容應(yīng)使負載過補償，使負載電路工作在容性小失諧情況下。圖4.6.1并聯(lián)諧振式逆變電路的原理圖

１、電路結(jié)構(gòu):小電感，限制晶閘管電流上升率大濾波電感目前二十五頁\總數(shù)三十頁\編于二十點并聯(lián)諧振式逆變電路屬電流型，故其交流輸出電流波形接近矩形波，其中包含基波和各次諧波。工作時晶閘管交替觸發(fā)的頻率應(yīng)接近負載電路諧振頻率，故負載對基波呈現(xiàn)高阻抗，而對諧波呈現(xiàn)低阻抗，諧波在負載電路上幾乎不產(chǎn)生壓降，因此，負載電壓波形為正弦波。又因基波頻率稍大于負載諧振頻率，負載電路呈容性，io超前電壓uo一定角度，達到自動換流關(guān)斷晶閘管的目的。

圖4.6.3并聯(lián)諧振式逆變電路原理圖及其工作波形２、工作原理：目前二十六頁\總數(shù)三十頁\編于二十點圖4.6.2并聯(lián)諧振式逆變電路換流的工作過程

逆變電路換流的工作過程目前二十七頁\總數(shù)三十頁\編于二十點t2時刻觸發(fā)T2，T3

，電路開始換流。由于T2，T3導(dǎo)通時，負載兩端電壓施加到T1，T4的兩端，使T1，T4承受負壓關(guān)斷。由于每個晶閘管都串有換相電抗器LT

，故T1和T4在t2時刻不能立刻關(guān)斷，T2，T3中的電流也不能立刻增大到穩(wěn)定值。在換流期間，四個晶閘管都導(dǎo)通，由于時間短和大電感Ld的恒流作用，電源不會短路。當t=t4時刻，T1、T4電流減至零而關(guān)斷，直流側(cè)電流Id全部從T1、T4轉(zhuǎn)移到T2、T3

，換流過程結(jié)束。t4-t2=tr稱為換流時間。T1、T4中的電流下降到零以后，還需一段時間后才能恢復(fù)正向阻斷能力，因此換流結(jié)束以后，還要使T1、T4承受一段反壓時間tβ才能保證可靠關(guān)斷。tβ=t5－t4應(yīng)大于晶閘管關(guān)斷時間tq。

圖4.6.3并聯(lián)諧振式逆變電路原理圖及其工作波形

目前二十八頁\總數(shù)三十頁\編于二十點為了保證電路可靠換流，必須在輸出電壓u0過零前t?時刻觸發(fā)T2、T3，稱t?為觸發(fā)引前時間。為了安全起見，必須使