电力电子技术直流交流变换技术

1、编辑ppt1第6章 DC-AC变换技术编辑ppt2概念v把直流电变成交流电称为逆变，相应的功率变换装置被称为逆变器。编辑ppt3分类1：有源逆变与无源逆变v如果把逆变器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变成同频率的交流电送到电网去，叫有源逆变；v如果逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接接到负载，即把直流电逆变成某一频率的交流电供给负载，则叫无源逆变。编辑ppt4分类2：电压型逆变器与电流型逆变器v输入电压为恒压源称为电压源逆变器v输入为恒流源称为电流源逆变器，在实际应用中使用较少。负载电压负载电压负载电流负载电流编辑ppt5v两图有何区别?分类3：编辑ppt6分类4：半桥与桥式分类5：自然换流

2、与强迫换流分类6：正弦逆变与非正弦逆变编辑ppt7负载的分类编辑ppt8逆变与整流逆变器整流器逆变器整流器逆变器整流器逆变器整流器编辑ppt96.2方波逆变器单相半桥式逆变电路 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:20-Apr-2001Sheet of File:F:李 宏 电 路 图 lihong.ddbDrawn By:QQDD1212VinCCZABiLQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin/2(a)(b)(c)D2D1v在直流侧有两个相互串联的足够大的电容，使得两个

3、电容的联结点为直流电压的中点。两个电容构成一个桥臂，开关管和及其反并二极管和构成另一个桥臂，两桥臂的中点为输出端，可以通过变压器输出，也可由这两端直接输出。编辑ppt10工作原理（阻性负载时）123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:20-Apr-2001Sheet of File:F:李 宏 电 路 图 lihong.ddbDrawn By:QQDD1212VinCCZABiLQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin/2(a)(b)(c)D2D1编辑ppt11数量关系.5 , 3

4、 , 1sin2ninABtnnVv123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:20-Apr-2001Sheet of File:F:李 宏 电 路 图 lihong.ddbDrawn By:QQDD1212VinCCZABiLQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin/2(a)(b)(c)D2D1Vab=？其输出电压有效值为：其瞬时值表达式为：2422120200inTinABVdtVTv编辑ppt12感性负载时如何工作？123456ABCD654321DCBATitleNumber

5、RevisionSizeBDate:20-Apr-2001Sheet of File:F:李 宏 电 路 图 lihong.ddbDrawn By:QQDD1212VinCCZABiLQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin/2(a)(b)(c)D2D1123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:20-Apr-2001Sheet of File:F:李 宏 电 路 图 lihong.ddbDrawn By:QQDD1212VinCCZABiLQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1V

6、ABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin/2(a)(b)(c)D2D1此时负载上的电压电流波形如何？D1，D2有何作用？编辑ppt132、单相全桥逆变电路 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李宏电路图lihong.ddbDrawn By:QQDD2424VinZBQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin(a)(b)(c)D2D1QQDD1313AQ4Q3Q4Q4D3Q3D4Q4编辑ppt14工作原理（阻性

7、负载时）123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李宏电路图lihong.ddbDrawn By:QQDD2424VinZBQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin(a)(b)(c)D2D1QQDD1313AQ4Q3Q4Q4D3Q3D4Q4 编辑ppt15数量关系inTinsABVdtVTVs212022其输出电压有效值为：其瞬时值表达式为：tttVvinAB5sin513sin31sin4编辑ppt16工作原理（感性负载时）1

8、23456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李宏电路图lihong.ddbDrawn By:QQDD2424VinZBQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin(a)(b)(c)D2D1QQDD1313AQ4Q3Q4Q4D3Q3D4Q4 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李宏电路图lihong.ddbDrawn By:

9、QQDD2424VinZBQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin(a)(b)(c)D2D1QQDD1313AQ4Q3Q4Q4D3Q3D4Q4编辑ppt17受限双极性控制方式123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李宏电路图lihong.ddbDrawn By:QQDD2424VinZBQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin(a)(b)(c)D2D1QQDD1313A

10、Q4Q3Q4Q4D3Q3D4Q4123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李 宏 电 路 图 lihong.ddbDrawn By:QQ13Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin(a)(b)D3D1Q4Q2Q4Q3tt编辑ppt18受限双极性控制方式(感性负载）123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李宏电路图lihong.

11、ddbDrawn By:QQDD2424VinZBQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin(a)(b)(c)D2D1QQDD1313AQ4Q3Q4Q4D3Q3D4Q4123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李 宏 电 路 图 lihong.ddbDrawn By:QQ13Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin(a)(b)D3D1Q4Q2Q4Q3tt在D3，Q4导通期间为何iL

12、保持不变？编辑ppt19123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李宏电路图lihong.ddbDrawn By:QQDD2424VinZBQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin(a)(b)(c)D2D1QQDD1313AQ4Q3Q4Q4D3Q3D4Q4123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李 宏 电 路 图 li

13、hong.ddbDrawn By:QQ13Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin(a)(b)D3D1Q4Q2Q4Q3tt123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李宏电路图lihong.ddbDrawn By:QQDD2424VinZBQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin(a)(b)(c)D2D1QQDD1313AQ4Q3Q4Q4D3Q3D4Q4编辑ppt20移相控制方式1

14、23456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李宏电路图lihong.ddbDrawn By:QQDD2424VinZBQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin(a)(b)(c)D2D1QQDD1313AQ4Q3Q4Q4D3Q3D4Q4123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李宏电路图lihong.ddbDrawn By:Q

15、Q13Q1VABiRtttTsTs/2VinQ4Q2ta编辑ppt21v三相逆变器电路可以由三个单相逆变器组成，通常三相逆变电路采用三相桥式电路，三相桥式电路如图所示。每个桥臂（Red leg，Yellow leg，Blue leg）相互延迟1200。三相方波逆变器三相方波逆变器编辑ppt22当G点和N点不连接时，180O导电型工作过程，负载为阻性。 6个功率管的驱动信号如图所示，三个单相逆变器的激励脉冲之间彼此相差1200，每个管子都导通180O，以便获得三相平衡（基波）的输出。任何时刻都有3个管子导通，其导通顺序为5、6、1；6、1、2；1、2、3；2、3、4；3、4、5；4、5、6；5、

16、6、1.；每组管子导通60度。S1btt2t2tttS2bS3bS4bS5bS6b6个开关的驱动信号编辑ppt236个状态的等效电路如图所示编辑ppt24v可以求出6个状态时三相输出电压：3233223211dcYNdcBNRNdcEdcEVRiuVuuRVRViRRRR323232232222dcBNYNdcRNdcEdcEVRiuuVRiuRVRViRRRR323232232333dcYNRNdcBNdcEdcEVRiuuVRiuRVRViRRRR323232232444dcBNRNdcYNdcEdcEVRiuuVRiuRVRViRRRR323232232555dcYNBNdcRNdcEd

17、cEVRiuuVRiuRVRViRRRR323232232566dcYNRNdcBNdcEdcEVRiuuVRiuRVRViRRRR编辑ppt25v由上式画出三相输出相电压波形，如图所示，可见波形每个周期由六个阶梯组成，因此又称为六阶梯波。我们称 、 、 为逆变器相电压； 、 、 为逆变器线电压。RNuYNuBNuRYuRBuYBut32dcVRNut3dcVYNu3dcV32dcV2 3 tBNu3dcV32dcV180O编辑ppt26120O导电型（当G点和N点不连接）120度导电型编辑ppt27时 段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组

18、中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6输出电压波形是怎样的？编辑ppt28高频逆变感应加热技术v优点： 升温快、热效率高 无明火、无烟尘、无有害气体编辑ppt29高频逆变感应加热技术v原理：v电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能。 编辑ppt30电路原理（如何产生交变磁场）编辑ppt31v3傅立叶级数、方波逆变器输出谐波 v在实际问题中，除了正弦函数外，还会遇到许多非正弦的周期函数，为了研究非正弦的周期函数，将周期函数展

19、开成由三角函数组成的级数。将周期函数展开，它的物理意义是很明确的，即把一个比较复杂的周期运动看成是许多不同频率的简谐振动叠加。)sin()(10nnntnAAtf编辑ppt32逆变器输出基波3次谐波5次谐波逆变器输出基波3次谐波5次谐波方波的各次谐波)sin()(10nnntnAAtf)sin(11tA)3sin(33tA)5sin(55tA基波为13次谐波为0.335次谐波为0.27次谐波为0.149次谐波为0.1111次谐波为0.09基波为13次谐波为0.335次谐波为0.27次谐波为0.149次谐波为0.1111次谐波为0.09编辑ppt33如何去除谐波？v方波逆变器输出是一交变方波电压

20、，在某些场合可以直接应用，例如在驱动交流电机等应用中；在另一些场合，方波逆变器输出就必须进行滤波，才能满足应用的需要。低通滤波低通滤波编辑ppt346.3脉冲宽度调制（PWM）v背景：v方波逆变器可以方便地调整输出电压的频率，但输出电压的幅度在逆变环节中无法调节，通常需要增加调压环节完成调压功能，但这种方法使系统复杂，且输出电压谐波大。v1964年，德国学者A. Schonung 和H. Stemmler 率先提出了脉宽调制（PWM: Pulse Width Modulation）的思想，把通讯技术中的调制技术应用于交流传动中，开创了DC-AC技术研究的新领域。v发展现状编辑ppt35PWMP

21、WM波形生成原理波形生成原理 在采样控制理论中，有一个重要结论：冲量相等而形状不同的脉冲，加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量，即是指窄脉冲的面积。这里所说的效果相同，是指环节的输出响应波形基本相同。如果将其输出波形用傅氏变换分析，其中低频特性基本相同，仅在高频段略有差异。 编辑ppt36如图中所示的三个面积相等但形状不同的窄脉冲，当他们分别加在惯性上环节上时，输出基本相同，并且，脉冲宽度越窄，其输出的差异越小。0tf(t)0tf(t)0tf(t)0f(t)ta b c d编辑ppt37原理：1）将正弦波n等分，将正弦波用宽度相同，幅度不同的一系列方波脉冲来拟合。2）将每个脉冲方波以面

22、积相等的原则用一系列幅度相同，宽度不同的方波来替换（根据控制理论，这样替换后输出效果相同。）编辑ppt38v把所希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。v通常采用等腰三角波作为载波，因为等腰三角波上下宽度与高度呈线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，在交点时刻就可以得到宽度正比于调制信号波幅度的脉冲。下图为调制波、载波和SPWM波的关系图形。载 波调 制 波载 波调 制 波编辑ppt39单极性单极性PWMPWM调制调制v载波（三角波）在调制波半个周期内只在一个方向变化，所得到的PWM波形也只在一个方向变化的控制方式称为单

23、极性PWM控制方式。编辑ppt40双极性双极性PWMPWM调制调制 在双极性控制方式中，载波（三角波）在调制波半个周期内是在正负两个方向变化，所得到的PWM波形也正负两个在方向变化。编辑ppt41SPWMSPWM生成方法生成方法1 1）自然采样法）自然采样法MIsinrttuutktAtB2 2）规则采样法）规则采样法编辑ppt42PWMPWM产生电路及控制原理（自然采样法）产生电路及控制原理（自然采样法）单极性单极性PWMPWM调制调制编辑ppt43简单的电压比较电路编辑ppt44Ur：信号波（正弦波）Uc：载波（三角波）调制电路的组成1）比较电路2）控制电路编辑ppt45控制方法在信号波Ur的正半周期Q1保持导通，Q3保持关断，然后：当UrUc时，Q4导通，Q