[工学]电力电子技术——第四章.ppt

第4章 逆变电路 §4.1 换流方式 §4.2 电压型逆变电路 §4.3 电流型逆变电路 §4.4 多重逆变电路和 多电平逆变电路  引 言 逆变概念 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； 本章讲述无源逆变。 逆变与变频 变频电路：交交变频和交直交变频两种； 交直交变频由交直变换和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变。 工业应用交流电源 变频变压电源 VVVF，即变频器。通常用于交流电动机调速； 恒频恒压电源 CVCF，典型代表是UPS，以及其它的各种电源； 感应加热用交流电源，要求频率可以在一定范围内变化。 逆变电路的应用 蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时，需要逆变电路； 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。 本章内容 4.1节——换流方式； 4.2节——电压型逆变电路； 4.3节——电流型逆变电路； 4.4节——逆变电路的多重化和多电平逆变电路。 本章仅讲述逆变电路基本内容，有关逆变电路的内容会进一步展开。 §4.1 换流方式 §4.1.1 逆变电路的基本工作原理 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。 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，uo为负。把直流电变成了交流电。 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（图4-1b） t1前：S1、S4通，uo和io均为正； t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，uo变负，但io不 能立刻反向； io从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负 载电感能量向电源反馈， io逐渐减小，t2时刻降为 零，之后io才反向并增大。 §4.1.2 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。 1、器件换流： 利用全控型器件的自关断能力进行换流（Device Commutation） 2、电网换流： 由电网提供换流电压称为电网换流（Line Commutation）； 可控整流电路、交流调压电路和采用相控方式的交交变频电路； 不需器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加元件。 3、负载换流： 由负载提供换流电压称为负载换流（Load Commutation）； 负载电流相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流； 负载为电容性负载时，负载为同步电动机时，可实现负载换流。 ??基本的负载换流逆变电路： 采用晶闸管作为主功率器件； 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，直流侧 id基本没有脉动。 工作过程（工作波形图4-2b） 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的作用，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。 4、强迫换流 设置附加的换流电路，给欲关断的 晶闸管强迫施加反向电压或反向电 流的换流方式称为强迫换流 （Forced Commutation）。 通常利用附加电容上储存的 能量来实现，也称为电容换流。 直接耦合式强迫换流 —— 由换流 电路内电容提供换流电压。 VT通态时，先给电容C充电。合上 S就可使晶闸管被施加反压而关断。 电感耦合式强迫换流：通过换流 电路内电容和电感耦合提供换流电压 或换流电流； 两种电感耦合式强迫换流： 图4-4a中