電力電子技術(shù)第四章

電力電子技術(shù)第四章第1頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月第4章無源逆變電路無源逆變電路：將直流電轉(zhuǎn)換為頻率、幅值固定或可變的交流電并直接供給負載的逆變電路。逆變電路應(yīng)用廣泛，在各種直流電池向交流負載供時，就需要逆變電路。交流電機調(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其電路的核心部分都是逆變電路。第2頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1概述逆變器的分類按相數(shù)：單相、三相按輸入側(cè)直流電源：電壓型、電流型按接線方式：半橋式、全橋式、推挽式按換流方式：器件換流逆變器、負載諧振式換流逆變器、強迫換流逆變器第3頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1概述換流方式器件換流：利用全控型器件的自關(guān)斷能力進行換流。電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓。相控整流電路和三相交流調(diào)壓電路屬于電網(wǎng)換流。需要把負的電網(wǎng)電壓施加在欲關(guān)斷的晶閘管上即可使其關(guān)斷，不適用于沒有交流電網(wǎng)的無源逆變電路。第4頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1概述換流方式負載換流：由負載諧振提供換流電壓負載換流的單相橋式逆變電路：大電感濾波的晶閘管橋式逆變電路負載工作在對基波電流接近并聯(lián)諧振狀態(tài)而略呈容性。第5頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1概述換流方式負載換流負載電流基本呈矩形波負載工作在對基波電流接近并聯(lián)諧振的狀態(tài)，對基波阻抗很大而對諧波阻抗很小，uo波形接近正弦波。換流必須在uo過零前并留有足夠裕量，才能使換流順利完成。第6頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1概述換流方式強迫換流設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強迫施加反向電壓或反向電流的換流方式。晶閘管VT通態(tài)時，預(yù)先給電容C充電。合上開關(guān)S，可使晶閘管被施加反壓而關(guān)斷SVT負載+第7頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)Q流方式器件換流只適用于全控型器件電網(wǎng)換流負載換流針對晶閘管強迫換流4.1概述第8頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2電壓型逆變電路電壓型逆變電路的特點：直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容濾波、相當于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。由于直流電壓源的鉗位作用，輸出電壓為矩形波，交流側(cè)輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)反饋二極管。第9頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.1單相半橋型逆變電路每個橋臂有一個可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，兩個電容的聯(lián)結(jié)點是直流電源的中點。負載聯(lián)結(jié)在直流電源中點和兩個橋臂聯(lián)結(jié)點之間。第10頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.1單相半橋型逆變電路

輸出電壓uo為矩形波，幅值為Um=Ud/2

輸出電流io波形隨負載情況而異。

t2-t3階段，感性負載中io不能立即改變方向，于是VD2導(dǎo)通續(xù)流。直流側(cè)電容器起著緩沖這種無功能量的作用。第11頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋逆變電路特點優(yōu)點：簡單，使用器件少缺點：輸出交流電壓幅值Um僅為Ud/2，直流側(cè)需兩電容器串聯(lián)，工作時要控制兩個電容器電壓均衡。半橋逆變電路常用于幾kW以下的小功率逆變電源4.2.1單相半橋型逆變電路第12頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月由兩個半橋電路組合而成橋臂(1和4)與橋臂(2和3)交替各導(dǎo)通180°4.2.2單相全橋型逆變電路第13頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.2單相全橋型逆變電路全橋逆變電路在單相逆變電路中應(yīng)用最廣泛輸出電壓uo的波形是矩型波輸出電壓、電流是半橋電路的一倍，Um=Ud

輸出電壓展開成傅里葉級數(shù)為基波有效值為：第14頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.2單相全橋型逆變電路移相調(diào)壓第15頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.2單相全橋型逆變電路各IGBT柵極驅(qū)動信號為180?寬度的脈沖V1和V2柵極信號互補，V3和V4柵極信號互補V3的基極信號比V1落后θ(0<θ

<180°)輸出電壓uo是幅值為Ud、寬度為θ

的正負交變的矩形波第16頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.3三相電壓型逆變電路180°導(dǎo)電方式：每橋臂導(dǎo)電角度180°,任一時刻有三個管子導(dǎo)通縱向換流：同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，相互換流第17頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

負載線電壓負載相電壓負載中點N和電源中點N′之間電壓uNN’第19頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.3三相電壓型逆變電路各相開始導(dǎo)電的角度依次相差120°在任一瞬間將有三個橋臂同時導(dǎo)通相電壓的波形是階梯波無功能量緩沖：上橋臂1中的V1從通態(tài)轉(zhuǎn)換到斷態(tài)時，因負載電感中的電流不能突變，下橋臂4中的VD4先導(dǎo)通續(xù)流，待負載電流降為零，橋臂4中電流反向時，V4才開始導(dǎo)通。負載的阻抗角越大，VD4導(dǎo)通時間越長。第20頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月uNN’的也是矩形波，但其頻率為uAN’頻率的3倍，幅值為其1/3，即為Ud/6。負載參數(shù)已知時，可由uAN波形求出A相電流iA波形，負載的阻抗角不同，iA的波形形狀和相位都有所不同橋臂1、3、5的電流相加可得直流側(cè)電流id的波形，id每隔60°脈動一次逆變器從交流側(cè)向直流側(cè)傳送的功率是脈動的第21頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月三橋式逆變電路輸出線電壓uAB展開成傅里葉級數(shù)得輸出線電壓的總有效值為基波有效值為4.2.3三相電壓型逆變電路第22頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3電流型逆變電路電流型逆變電路主要特點直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。交流側(cè)輸出電流波形為矩形波，電壓波形和相位則因負載阻抗情況的不同而不同。當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，由于反饋無功能量時直流電流并不反向，因此不必給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。第23頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3電流型逆變電路120°導(dǎo)電方式：每個臂一周期內(nèi)導(dǎo)電120?，按VT1-VT6的順序每隔60°依次導(dǎo)通，任一時刻有兩個管子導(dǎo)通。橫向換流：在上下橋臂組內(nèi)依次換流，每時刻上下橋臂組各有一個臂導(dǎo)通第24頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3電流型逆變電路

輸出電流波形是正負各120°的矩形波。與三相橋式可控整流電路在大電感負載下的交流輸入電流波形相同。輸出線電壓波形和負載性質(zhì)有關(guān)。輸出交流電流的基波有效值IA1和直流電流Id的關(guān)系為第25頁，課