第章无源逆变.ppt

第5章 直流/交流的变换-无源逆变电路 5.1 概述 5.2 换流方式 5.3 负载换流逆变电路 5.4 电压型逆变电路 5.5 电流型逆变电路 5.6 多重逆变电路和多电平逆变电路 本章小结 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。 无源逆变主要应用 各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。 交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。 逆变电路根据不同的分类方法主要有如下几种： 如何实现逆变？ 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 S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。 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。 5.2 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，也称为换相。 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 、电力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。 3）负载换流（Load Commutation） 由负载提供换流电压的换流方式。 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。 如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。 负载两端电压经电容滤去高次谐波后，uo接近正弦波。 4)强迫换流（Forced Commutation） 直接耦合式强迫换流 5.3 负载换流逆变电路 由于负载换流，通常是利用负载与换流电容构成RLC回路，当电路满足谐振条件时，这类逆变电路称为负载谐振式逆变电路，或简称谐振式逆变器。 5.3.1 并联谐振式逆变器 这种逆变器的换流电容和负载并联，构成并联式谐振逆变器。 单相电流型逆变电路（负载换流型） 1) 电路原理 并联逆变器的换流过程 5.3.2 串联谐振式逆变器 这种逆变器的换向电容和负载（电感线圈L）串联利用负载回路串联谐振的原理进行换流，故称之为串联谐振式逆变器（简称串联逆变器） 谐振式电路的主要特点： （1）逆变电路输出波形为方波。并联谐振式逆变器由恒流源供电，输出电流为方波；而串联谐振式逆变器由恒压源供电，输出电压为方波。 （2）将逆变频率调谐在负载谐振频率附近，可获得正弦的输出电压或电流。并联式逆变器，负载的电压波形接近正弦波；而串联式逆变器，负载的电流波形接近正弦波。因此都无需通过低通滤波器来消除低次谐波。 （3）因为利用了负载的谐振特点，电流中的元器件要承受很大的电压或电流，特别是功率开关器件会因此而承受很大的器件应力。这是谐振式逆变器的一大缺点。 5.4 电压型逆变电路 逆变电路的分类 —— 根据直流侧电源性质的不同 5.4 电压型逆变电路 电压型逆变电路的特点 5.4 电压型逆变电路 5.4.1 单相电压型逆变电路 5.4.2 三相电压型逆变电路 5.4.1 单相电压型逆变电路 1）半桥逆变电路 半桥逆变电路的优点： 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。 2) 全桥逆变电路 单相电压型逆变电路 阻感负载时，还可采用移相得方式来调节输出电压－移相调压。 3） 带中心抽头变压器的逆变电路 5.4.2 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 180°导电型： 开关元件每隔60°电角度按标号1、2、3、4、5、6的次序导通，每个元件导通180°就关断，即同一支臂的两个元件一个导通，另一个关断，经过360°完成输出电压波形的一个周期。 5.4.2 三相电压型方波逆变电路 基本工作方式——180°导电方式 5.4.2 三相电压型逆变电路 波形分析 负载中点和电源中点间电压 负载三相对称时有uUN+uVN+uWN=0，于