电力电子应用技术 教学课件 作者 周元一 项目5 无源逆变电路及其应用.pptx

项目1　单相可控整流电路及其应用项目2　三相可控整流电路及其应用项目3　直流斩波电路及其应用项目4　交流变换电路及其应用项目5　无源逆变电路及其应用附　　录项目5　无源逆变电路及其应用项目5　无源逆变电路及其应用5.1　绝缘栅双极型晶体管(IGBT)5.2　无源逆变原理5.3　电压型逆变电路5.4　电流型逆变电路5.5　逆变器的SPWM控制技术5.6　中频感应加热电路制作5.7　任务评价与总结5.8　相关知识5.9　练习5.1　绝缘栅双极型晶体管(IGBT)5.1　绝缘栅双极型晶体管(IGBT)5.1.1　IGBT的结构和工作原理图5-1　IGBT简化等效电路和电气图形符号a)IGBT的简化等效电路b)IGBT的图形符号5.1　绝缘栅双极型晶体管(IGBT)5.1.2　IGBT的基本特性图5-2　IGBT的转移特性和输出特性a)转移特性　b)输出特性5.1.3　IGBT的主要参数5.1　绝缘栅双极型晶体管(IGBT)1)最大集射极间电压UCES：决定了器件的最高工作电压，它由内部PNP型晶体管的击穿电压确定，具有正温度系数。2)最大集电极电流：包括集电极连续电流IC和峰值电流ICM，为IGBT的额定电流，表征其电流容量。3)最大集电极功耗PCM：正常工作温度下允许的最大功耗。4)最大栅射极电压UGES：栅极电压由栅氧化层和特性所限制，为了确保长期使用的可靠性，应将栅极电压限制在20V之内。5.1.4　IGBT的特点5.1　绝缘栅双极型晶体管(IGBT)1)开关速度高，开关损耗小。2)相同电压和电流额定值时，安全工作区比GTR大，且具有耐脉冲电流冲击能力。3)通态压降比MOSFET低，特别是在电流较大的区域。4)输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似。5.1.5　IGBT的符号含义有关IGBT的符号，各国厂家并不完全一样，但是参数定义与其他功率器件类似。5.1　绝缘栅双极型晶体管(IGBT)表5-1　IGBT的符号及含义5.2　无源逆变原理5.2　无源逆变原理5.2.1　逆变器的基本工作原理如图5?3a所示，以单相桥式无源逆变电路为例来分析其基本工作原理，用开关S1、S2、S3、S4表示由电力电子开关器件组成的4个桥臂。图5-3　单相桥式无源逆变电路及电压与电流波形a)电路　b) 负载的电压与电流波形5.2.2　电力电子器件的换相方式5.2　无源逆变原理图5-4　通断电路示意图5.2　无源逆变原理(1)器件换相　利用全控型器件自身具有的自关断能力实现换相，由于全控型器件(IGBT、GTO、GTR、MOSFET)可利用控制端信号使其关断，换相控制简单。(2)电网换相　由电网提供换相电压的换相方式称电网换相。(3)负载换相　由负载提供换相电压的换相方式称负载换相。(4)强迫换相　设置附加的换相电路，向导通的晶闸管施加反向电压或向导通的晶闸管门极施加反向电流使晶闸管强迫关断，称为强迫换相。5.2.3　逆变电路的分类5.2　无源逆变原理随着用电设备的不断发展，用电设备对交流电源的性能参数也有很多不同的要求，由此产生了多种逆变电路，大致可以按照以下方式分类:1)根据输入直流电源的特点分：可以分为电压型逆变电路和电流型逆变电路。2)根据电路的结构特点分：可以分为半桥式逆变电路、全桥式逆变电路、推挽式逆变电路以及其他形式逆变电路。3)根据负载特点分：可以分为非谐振式逆变电路和谐振式逆变电路。5.2　无源逆变原理4)按输出相数分：可以分为单相逆变电路和三相逆变电路。5.3　电压型逆变电路5.3　电压型逆变电路5.3.1　电压型单相半桥逆变电路1.电路结构2.工作原理图5-5　半桥逆变电路及工作波形a)电路原理图　b)电压和电流波形5.3　电压型逆变电路5.3.2　电压型单相全桥逆变电路1.电路结构图5-6　电压型全桥逆变电路的原理图及工作波形a)电路　b)输出电压　c)纯电阻性负载电流波形　d)纯电感性负载电流波形　e)阻感性负载电流波形5.3　电压型逆变电路2.工作原理3.移相调压图5-7　电压型全桥逆变电路移相调压波形5.3　电压型逆变电路例5-1　单相桥式逆变电路如图5-6a所示，逆变电路输出电压为方波，如图5-6b所示，已知Ud=110V，逆变频率为f=100Hz，负载R=10Ω，L=0.02H。求：(1)输出电压基波分量；(2)输出电流基波分量。解：(1)输出电压为方波，则(2)阻抗为5.3.3　电压型逆变电路的特点电压型逆变电路主要有以下特点：1)直流侧接有大电容，相当于电压源，直流电压基本无脉动。5.3　电压型逆变电路2)由于直流电压源的钳位作用，交流侧电压波形为矩形波，与负载阻抗角无关，而交流侧电流波形和相位因负载阻抗角的不同而不同，其波形接近三角波或接近正弦波。3)当交流侧为电感性负载时需提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量