电力电子应用技术 第4版 王楠 第5章 无源逆变电路新.ppt

5.1.1 逆变技术基本概念和分类 以单相桥式逆变电路为例 S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成 逆变电路及其波形举例 改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率 电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同 阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同 换流方式分类 换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称换相 开通：适当的门极驱动信号就可使其开通 关断： 全控型器件可通过门极关断 半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断 一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断 研究换流方式主要是研究如何使器件关断 本章换流及换流方式问题最为全面集中,因此在本章讲述 换流方式分类 换流方式分类 换流方式分类 换流方式类别 负载换流逆变电路： 采用晶闸管 负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近 并联谐振状态而略呈容性 电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入直流侧串入大电感Ld， id基本没有脉动 换流方式类别 换流方式类别 换流方式类别 换流方式分类 器件换流——适用于全控型器件 其余三种方式——针对晶闸管 器件换流和强迫换流——属于自换流 电网换流和负载换流——外部换流 当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而是在支路内部终止流通而变为零，则称为熄灭 单相电压型逆变电路 单相电压型逆变电路 单相电压型逆变电路 1．半桥逆变电路 电路结构： 单相电压型逆变电路 特点 优点：简单，使用器件少 缺点：交流电压幅值Ud/2，直流侧需两电容器 串联，要控制两者电压均衡 用于几kW以下的小功率逆变电源 单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合 单相电压型逆变电路 单相电压型逆变电路 输出电压定量分析 uo成傅里叶级数 基波幅值 基波有效值 uo为正负各180°时，要改变输出电压有效值只能改变Ud来实现 单相电压型逆变电路 单相电压型逆变电路 3．带中心抽头变压器的逆变电路 交替驱动两个IGBT，经变压器耦合给负载加上矩形波交流电压 两个二极管的作用也是提供无功能量的反馈通道 Ud和负载参数相同，变压器匝比为1:1:1时，uo和io波形及幅值与全桥逆变电路完全相同 三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路 应用最广的是三相桥式逆变电路 可看成由三个半桥逆变电路组成 波形分析 负载中点和电源中点间电压 输出线电压有效值 基波幅值 基波有效值 负载相电压有效值 基波幅值 基波有效值 电流型逆变电路 电流型逆变电路 电流型逆变电路主要特点 (1)?直流侧串大电感，相当于电流源 (2)?交流输出电流为矩形波，输出电压波形和相位因 负载不同而不同 (3)?直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关 器件反并联二极管 电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍 应用较多 换流方式有负载换流、强迫换流 单相电流型逆变电路 单相电流型逆变电路 单相电流型逆变电路 保证晶闸管的可靠关断 晶闸管需一段时间才能恢复正向阻断能力，换流结束后还要使VT1、VT4承受一段反压时间tb tb= t5- t4应大于晶闸管的关断时间tq 单相电流型逆变电路 为保证可靠换流应在uo过零前td= t5- t2时刻触发VT2、VT3 td为触发引前时间 (5-15) io超前于uo的时间 (5-16) 表示为电角度 (5-17) w为电路工作角频率；g、b分别是tg、tb对应的电角度 单相电流型逆变电路 数量分析 忽略换流过程，io可近似成矩形波，展开成傅里叶级数 基波电流有效值 负载电压有效值Uo和直流电压Ud的关系（忽略Ld的损耗，忽略晶闸管压降） 单相电流型逆变电路 实际工作过程中，感应线圈参数随时间变化，必须使工作频率适应负载的变化而自动调整，这种控制方式称为自励方式 固定工作频率的控制方式称为他励方式 自励方式存在起动问题，解决方法： 先用他励方式，系统开始工作后再转入自励方式 附加预充电起