第十六讲逆变电路-1.ppt

电 力 电 子 技 术Power Electronic Technology 引言 逆变的概念 逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变。 交流侧接负载，为无源逆变。 逆变与变频 变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变。 主要应用 各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等，当需要这些电源为交流负载供电时，就需要无源逆变电路。 恒压恒频（CVCF）电源 UPS主电路结构 小容量的UPS，整流部分使用二极管整流器和直流斩波器（PFC），可获得较高的交流输入功率因数，逆变器部分使用IGBT并采用PWM控制，可获得良好的控制性能。 大容量UPS主电路。采用PWM控制的逆变器开关频率较低，通过多重化联结降低输出电压中的谐波分量。 逆变电路的基本工作原理 以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理 逆变电路的基本工作原理 逆变电路最基本的工作原理 ——改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。 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。 开通方式：适当的门极驱动信号就可使其开通 关断方式： 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。 换流方式分类 1) 器件换流（Device Commutation） 利用全控型器件的自关断能力进行换流。 在采用IGBT等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。 2) 电网换流（Line Commutation） 电网提供换流电压的换流方式。 将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。 3) 负载换流（Load Commutation） 4) 强迫换流（Forced Commutation） 换流方式分类 负载换流方式 负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流。 右图是基本的负载换流电路，4个桥臂均由晶闸管组成。 整个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性。 直流侧串电感，工作过程可认为id 基本没有脉动。 换流方式分类 工作过程 4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩形波 负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，即将uo波形中的谐波成分滤除，而使之接近正弦波（基波）。 t1前：VT1、VT4通，VT2、VT3断，uo、io均为正，VT2、VT3承受正向电压uo t1时：触发VT2、VT3使其开通，uo加到VT4、VT1上使其承受反压而关断，电流从VT1、VT4换到VT3、VT2。注意：由于有Ld作用，不会造成短路。 t1必须在uo过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成 换流方式分类 4. 强迫换流 换流方式分类 直接耦合式强迫换流 当晶闸管VT处于通态时，预先给电容充电。当S合上，就可使VT被施加反压而关断。 也叫电压换流。 换流方式分类 换流方式总结： 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——属于外部换流。 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。 电压型逆变电路 1）逆变电路的分类 —— 根据直流侧电源性质的不同 电压型逆变电路 2）电压型逆变电路的特点 单相电压型逆变电路 1）半桥逆变电路 单相电压型逆变电路 优点：电路简单，使用器件少。 缺点：输出交流电压幅值为Ud/2，且直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡。 应用： 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 2) 全桥逆变电路 输出电压定量分析 uo成傅里叶级数 基波幅值 基波有效值 当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 3）带中心抽头变压器的逆变电路 三相电压型逆变电路 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 三相电压型逆变电路 基本工作方式——180°导电方式 三相电压型逆变电路 三相电压型逆变电路 三相电压型逆变电路 负载已知时，可由uUN波形求出iU波形。 桥臂1、3、5的电流相加可得直流侧电流id的波形，id每60°脉动一次，直流电压基本无脉动，因此逆变器从交流侧向直流侧传送的功率是脉动的，这是电压型逆变电路的一个特点。