ch4 逆变电路

1、好学力行河南理工大学明德任责电力电子技术电力电子技术河南理工大学电气学院河南理工大学电气学院朱艺锋朱艺锋Email:Email:Power Electronics Technology好学力行河南理工大学明德任责第第4章章 逆变电路逆变电路4.1 电压型逆变电路电压型逆变电路 4.2 电流型逆变电路电流型逆变电路 4.3 多重逆变电路和多电平逆变电路多重逆变电路和多电平逆变电路 4.4 逆变器的逆变器的PWM控制技术控制技术 好学力行河南理工大学明德任责第第4章章 逆变电路逆变电路.引言引言l逆变的概念逆变的概念 逆变逆变直流电直流电 交流电。交流电。 交流侧接电网，为有源逆变，第三章。交流侧

2、接电网，为有源逆变，第三章。 交流侧接负载，为交流侧接负载，为无源逆变无源逆变，本章。，本章。l逆变与变频。逆变与变频。变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。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。，后一部分就是逆变。l主要应用主要应用各种直流电源（如蓄电池、干电池、太阳能电池等）的各种直流电源（如蓄电池、干电池、太阳能电池等）的电能变换。电能变换。交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源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等都是无源逆变电路。电

3、力电子装置等都是无源逆变电路。好学力行河南理工大学明德任责第第4章章 逆变电路逆变电路.引言引言l逆变的分类：逆变的分类： 根据逆变器直流侧电源的性质可分为电压型逆变器（根据逆变器直流侧电源的性质可分为电压型逆变器（voltage source inverter，VSI）和电流型逆变器（）和电流型逆变器（current source inverter，CSI）。逆变器都由直流电源提）。逆变器都由直流电源提供能量。为了滤除直流电源的电压纹波或电流纹波，并与供能量。为了滤除直流电源的电压纹波或电流纹波，并与负载进行无功功率的交换，在逆变器的直流侧必须设置储负载进行无功功率的交换，在逆变器的直流侧必

4、须设置储能滤波元件，如电感或电容。采用能滤波元件，如电感或电容。采用大电容作为储能和滤波大电容作为储能和滤波元件的逆变器元件的逆变器，电容起稳定电压的作用，直流电源等效为，电容起稳定电压的作用，直流电源等效为电压源，故称之为电压型逆变器（电压源，故称之为电压型逆变器（VSI）。）。好学力行河南理工大学明德任责第第4章章 逆变电路逆变电路.引言引言l逆变的分类：逆变的分类： 根据逆变器直流侧电源的性质可分为电压型逆变器（根据逆变器直流侧电源的性质可分为电压型逆变器（voltage source inverter，VSI）和电流型逆变器（）和电流型逆变器（current source invert

5、er，CSI）。逆变器都由直流电源提）。逆变器都由直流电源提供能量。为了滤除直流电源的电压纹波或电流纹波，并与供能量。为了滤除直流电源的电压纹波或电流纹波，并与负载进行无功功率的交换，在逆变器的直流侧必须设置储负载进行无功功率的交换，在逆变器的直流侧必须设置储能滤波元件能滤波元件 。采用大电感作为储能和滤波元件的逆变器采用大电感作为储能和滤波元件的逆变器，电感起稳定电流的作用，直流电源等效为电流源，故称之电感起稳定电流的作用，直流电源等效为电流源，故称之为电流型逆变器（为电流型逆变器（CSI）。）。l还有其他的还有其他的 分类方法。分类方法。好学力行河南理工大学明德任责4.1 电压型逆变电路电

6、压型逆变电路 根据逆变电路结构，电压型逆变电路分为根据逆变电路结构，电压型逆变电路分为单相逆单相逆变变电路和电路和三相逆变三相逆变电路。电路。4.1.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路 单相全桥逆变电路单相全桥逆变电路 单相半桥逆变电路单相半桥逆变电路3. 带中心抽头变压器的逆变电路带中心抽头变压器的逆变电路4.1.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路好学力行河南理工大学明德任责4.1.1 单相全桥逆变电路单相全桥逆变电路负载上的输出电压负载上的输出电压逆变交流电压的有效值等于直流电源电压，频率等于两组开关管的切换频率（控制频率）逆变交流电压的有效值等于直流电源电压，频率等于两组开关

7、管的切换频率（控制频率）好学力行河南理工大学明德任责4.1.1 单相全桥逆变电路单相全桥逆变电路稳态时的波形稳态时的波形逆变交流电压的有效值等于直流电源电压，频率等于两组开关管的切换频逆变交流电压的有效值等于直流电源电压，频率等于两组开关管的切换频率（控制频率）；且率（控制频率）；且RL负载下，输出电流的变化滞后输出电压一个相位；负载下，输出电流的变化滞后输出电压一个相位；在二极管导通期间，感性负载向电源反馈了能量在二极管导通期间，感性负载向电源反馈了能量：无功功率：无功功率。IGBT内部含有反并联的快速二极管内部含有反并联的快速二极管好学力行河南理工大学明德任责4.1.1 单相全桥逆变电路单

8、相全桥逆变电路n 输出电压波形作定量分析输出电压波形作定量分析展开成傅里叶级数得展开成傅里叶级数得逆变输出的交流电压基波最大幅值逆变输出的交流电压基波最大幅值 Uo1m和直流电源电压和直流电源电压Ud 之之比称为比称为直直流电压利用率流电压利用率（或逆变电路输出电压增益），它反映了（或逆变电路输出电压增益），它反映了逆变器的输出逆变器的输出能力能力，是评价逆变器性能的一个重要指标。，是评价逆变器性能的一个重要指标。好学力行河南理工大学明德任责4.1.1 单相全桥逆变电路单相全桥逆变电路n 单相全桥逆变电路的移相调压单相全桥逆变电路的移相调压栅极电压，上栅极电压，上下桥臂互补，下桥臂互补，V3的

9、基极信号的基极信号比比V1落后落后角，角， (0180)。输出电压为正输出电压为正负各为负各为宽度宽度 的脉冲。的脉冲。移相调压实际移相调压实际上就是调节上就是调节V3栅极电压相对栅极电压相对于于V1的滞后角的滞后角来调节输出电来调节输出电压脉冲的宽度。压脉冲的宽度。 移相调压也适用于阻性负载，但电移相调压也适用于阻性负载，但电流会出现断续，不利于负载运行。流会出现断续，不利于负载运行。 好学力行河南理工大学明德任责4.1.2 单相半桥逆变电路单相半桥逆变电路R负载时，负载电流波形与负载电压波形相同，均为方波。负载时，负载电流波形与负载电压波形相同，均为方波。RL负载时，负载电流波形滞后负载电

10、压波形一个角度。负载时，负载电流波形滞后负载电压波形一个角度。常采用常采用50%的占空比，以保证逆变的占空比，以保证逆变输出的交流波形正负半周对称。输出的交流波形正负半周对称。有功有功无功无功反馈反馈二极二极管管好学力行河南理工大学明德任责全桥逆变全桥逆变半桥逆变半桥逆变4.1.2 单相半桥逆变电路单相半桥逆变电路n全桥逆变与半桥逆变的比较全桥逆变与半桥逆变的比较l 全桥逆变输出电压幅值高，全桥逆变输出电压幅值高，直流电压利用率为半桥逆变直流电压利用率为半桥逆变的的2倍。但所用开关管多倍。但所用开关管多1倍。倍。l 半桥逆变所用开关管少，但半桥逆变所用开关管少，但需要两个电容串联，且分压需要两

11、个电容串联，且分压应该严格相等。另外，输出应该严格相等。另外，输出交流电压幅值较小。因此，交流电压幅值较小。因此，半桥电路常用于几千瓦以下半桥电路常用于几千瓦以下的小功率逆变电源。的小功率逆变电源。l 单相全桥逆变电路、三相桥单相全桥逆变电路、三相桥式逆变电路都可看成由若干式逆变电路都可看成由若干个半桥逆变电路组合而成个半桥逆变电路组合而成。好学力行河南理工大学明德任责4.1.3 带中心抽头变压器的逆变电路带中心抽头变压器的逆变电路l 交替驱动两个交替驱动两个IGBT，通过变压，通过变压器的耦合给负载加上器的耦合给负载加上矩形波交流矩形波交流电压电压。两个二极管的作用也是给。两个二极管的作用也

12、是给负载电感中贮藏的无功能量提供负载电感中贮藏的无功能量提供反馈通道。在反馈通道。在Ud和负载参数相和负载参数相同，且变压器一次侧同，且变压器一次侧2个绕组和个绕组和二次侧绕组的匝比为二次侧绕组的匝比为1：1：1的的情况下，该电路的输出电压情况下，该电路的输出电压uo和和输出电流的波形及幅值与全桥逆输出电流的波形及幅值与全桥逆变电路完全相同。变电路完全相同。l 电路虽然比全桥电路少用了一半电路虽然比全桥电路少用了一半开关器件，但器件承受的电压却开关器件，但器件承受的电压却为为2 Ud ，比全桥电路高一倍，比全桥电路高一倍，且必须有一个带中心抽头变压器。且必须有一个带中心抽头变压器。V1关断时，

13、变压器原边左半侧关断时，变压器原边左半侧的无功能量通过的无功能量通过VD2续流回馈续流回馈直流电源。直流电源。好学力行河南理工大学明德任责4.1.4 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路 用三个单相逆变电路可以组合成一个三相逆变电路，但在用三个单相逆变电路可以组合成一个三相逆变电路，但在三相逆变电路中，应用最广的是三相逆变电路中，应用最广的是三相桥式逆变电路三相桥式逆变电路。三相桥。三相桥式逆变电路在感应电动机的式逆变电路在感应电动机的变频调速变频调速系统中得到普遍应用。系统中得到普遍应用。图图4-7 4-7 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路l 导通顺序为编号顺序，驱动信号导通顺序

14、为编号顺序，驱动信号 依次相差依次相差60。l 若任意时刻总有三个管子导通，如若任意时刻总有三个管子导通，如V162，V123，V234，上组，上组2个管子个管子或下组或下组2个管子，组合数为个管子，组合数为 每个组合导通每个组合导通60，因此每个，因此每个 管子管子1个周期导通个周期导通180。称。称 180导通模式导通模式。纵向换流。纵向换流。l 若任意时刻只有若任意时刻只有2个管子导通，就想个管子导通，就想三相全控桥整流一样，每个管子在三相全控桥整流一样，每个管子在1个周期内导通个周期内导通120，称为，称为120导导通模式通模式。横向换流。横向换流。21333 2362CC好学力行河南

15、理工大学明德任责4.1.4 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路图图4-7 4-7 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路n 180导通模式分析：导通模式分析：设负载对称（设负载对称（ZA=ZB=ZC）,在在0-60区间内区间内V123导通，其导通，其他管截止。他管截止。同理，可以得到其他五段的导通情同理，可以得到其他五段的导通情况以及相电压和线电压的输出情况。况以及相电压和线电压的输出情况。好学力行河南理工大学明德任责4.1.4 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路n 180导通模式分析：导通模式分析：六阶梯波六阶梯波，三相相差，三相相差120宽为宽为120 的矩形波的矩形波BOAOA

16、Buuu好学力行河南理工大学明德任责4.1.4 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路图图4-7 4-7 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路n 180导通模式分析：导通模式分析：NN WNWN NN VNVN NN UNUNuuuuuuuuu UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu好学力行河南理工大学明德任责4.1.4 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路n 180导通模式分析：导通模式分析： 输出线电压的波形与三相全输出线电压的波形与三相全控桥整流电路交流侧电流波形控桥整流电路交流侧电流波形相同，因此谐波也为相同，因此谐波也为6k1次，次，k为自然数。为自然数。22d

17、dBOdd2BCdddU2U12U42U0.471U23333342UUU0.816U2333BCBOUU线电压与相电压有效值之间仍有线电压与相电压有效值之间仍有 倍的关系。倍的关系。3好学力行河南理工大学明德任责4.1.4 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路n 120导通模式分析：导通模式分析：相电压为矩形波，而线电压为相电压为矩形波，而线电压为六阶梯波。六阶梯波。好学力行河南理工大学明德任责l 120同一桥臂中上下两管有同一桥臂中上下两管有 60的导通间隙，对换流的安全的导通间隙，对换流的安全有利，但有利，但管子的利用率较低管子的利用率较低，并，并且若电机采用星型接法，则始终且若电机采用

18、星型接法，则始终有一相绕组断开，在有一相绕组断开，在换流时该相换流时该相绕组中会引起较高的感应电势绕组中会引起较高的感应电势，应采用过电压保护措施。应采用过电压保护措施。l 180导通方式，无论电动机星形导通方式，无论电动机星形接法或三角形接法，正常工作时接法或三角形接法，正常工作时不会引起过电压，因此对于电压不会引起过电压，因此对于电压型逆变器，型逆变器，180 导电方式应用导电方式应用较为普遍。较为普遍。4.1.4 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路n 180导通模式与导通模式与120导通模式比较：导通模式比较：120导通模式导通模式180导通模式导通模式好学力行河南理工大学明德任责4.

19、1.4 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路n 180导通模式下上下桥臂开关管的先断后通法：导通模式下上下桥臂开关管的先断后通法： 为了防止同一相上下两桥臂为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流的开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路，要采取侧电源的短路，要采取“先断后先断后通通”的方法。先给应关断的器件的方法。先给应关断的器件关断信号，待其关断后留一定的关断信号，待其关断后留一定的时间裕量，然后再给应导通的器时间裕量，然后再给应导通的器件发出开通信号，即在两者之间件发出开通信号，即在两者之间留一个短暂的留一个短暂的死区时间死区时间。死区时。死区时间的长短要视器件的开关速度而间的

20、长短要视器件的开关速度而定，器件的开关速度越快，所留定，器件的开关速度越快，所留的死区时间就可以越短。的死区时间就可以越短。工作在上下桥臂通断互补工作在上下桥臂通断互补方式下的单相半桥和全桥方式下的单相半桥和全桥逆变电路也必须采取逆变电路也必须采取先断先断后通法后通法。好学力行河南理工大学明德任责4.1.4 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路n 180导通模式感性负载下的三相桥式逆变器导通模式感性负载下的三相桥式逆变器阻感负载下阻感负载下 di环流：只在环流：只在IGBT和和VD之间流之间流通的电流。传送功率是脉动的通的电流。传送功率是脉动的V1-V4换相为例换相为例/3好学力行河南理工大学

21、明德任责4.1.4 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路n 180导通模式感性负载下的三相桥式逆变器导通模式感性负载下的三相桥式逆变器阻感负载下阻感负载下 di无功能量的反馈：回馈电流；无功能量的反馈：回馈电流；环流：只在环流：只在IGBT和和VD之间流之间流通的电流。通的电流。功率电流功率电流带载。带载。V1-V4换相为例换相为例/3好学力行河南理工大学明德任责4.1.4 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路n 有功功率的反馈有功功率的反馈 晶闸管构成的电压型交直交变频器在回馈有功功率时，需另加一晶闸管构成的电压型交直交变频器在回馈有功功率时，需另加一套逆变装置。电流型交直交变频器可直接回馈

22、有功功率。电压型套逆变装置。电流型交直交变频器可直接回馈有功功率。电压型变频器若采用双变频器若采用双PWM整流，也可直接回馈有功到电网去。整流，也可直接回馈有功到电网去。反并联有反并联有VD好学力行河南理工大学明德任责小小 结结 重点：重点：1 1）逆变电路的分类；电压型逆变和电流）逆变电路的分类；电压型逆变和电流 型逆变。逆变输出电压的调压和调频。型逆变。逆变输出电压的调压和调频。 2 2）单相全桥逆变与单相半桥逆变的电路）单相全桥逆变与单相半桥逆变的电路结构、结构、RLRL负载下的工作过程及波形；负载下的工作过程及波形； 3 3） 单相全桥逆变输出电压有效值的调节单相全桥逆变输出电压有效值

23、的调节方法：改变直流电源电压和移相调压方法：改变直流电源电压和移相调压。 4 4） 三相桥式逆变：三相桥式逆变：180180导通和导通和120120导导通工作方式；上下桥臂管子的先断后通工作方式；上下桥臂管子的先断后通通法；死区。法；死区。4.1 电压型逆变电路电压型逆变电路好学力行河南理工大学明德任责4.2 电流型逆变电路电流型逆变电路 直流电源为电流源的逆变电路称为直流电源为电流源的逆变电路称为电流型逆变电路电流型逆变电路。好学力行河南理工大学明德任责4.2.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路采用半控型器件的电压型逆变电采用半控型器件的电压型逆变电路已很少应用路已很少应用，但，但电流

24、型逆变电流型逆变电路中，采用半控型器件的电电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多路仍应用较多。1）电路特点：）电路特点：l 直流侧串大电感，电流基直流侧串大电感，电流基 本无脉动，相当于本无脉动，相当于电流源电流源。l 加热线圈等效为加热线圈等效为RL。为了实。为了实现现负载换流及功率因数校正负载换流及功率因数校正，并联并联C，负载工作在，负载工作在并联谐振并联谐振附近附近，并，并呈容性呈容性状态。状态。图图4-11 4-11 单相桥式电流型逆变电路单相桥式电流型逆变电路中频感应加热炉中频感应加热炉dU好学力行河南理工大学明德任责图图4 411 11 单相桥式电流型单相桥式电流型（并联谐振式）

25、逆变电路（并联谐振式）逆变电路 由四个桥臂构成，每个桥臂的晶闸管各串联一个电抗器LT T，用来限制晶闸管开通时的di/dt。 工作方式为工作方式为负载换流负载换流。 直流侧电感起缓冲无功能量直流侧电感起缓冲无功能量的作用，由于反馈无功能量的作用，由于反馈无功能量时电流并不反向，因此时电流并不反向，因此不必不必给开关器件反并联二极管给开关器件反并联二极管。输出输出电流波形接近矩形波，电流波形接近矩形波，含基波和各奇次谐波，谐含基波和各奇次谐波，谐波幅值远小于基波。波幅值远小于基波。4.2.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路dU好学力行河南理工大学明德任责4.2.1 单相电流型逆变电路单相电

26、流型逆变电路2）工作分析一个周期内有两个导通一个周期内有两个导通阶段和两个换流阶段。阶段和两个换流阶段。换流换流：变流电路变流电路的工作的工作电流从一个支路向另一电流从一个支路向另一个支路转移个支路转移的现象。的现象。换流过程换流过程：要关断的支：要关断的支路中的电流逐渐减小，路中的电流逐渐减小，要开通的支路中的电路要开通的支路中的电路逐渐增加。逐渐增加。 以以VT14向向VT23换流换流为例。为例。21VTVToiiidU好学力行河南理工大学明德任责t1t2：VT1和和VT4稳定导通阶段，稳定导通阶段，i=Id，t2时刻前在时刻前在C上建立了左上建立了左正右负的电压。正右负的电压。t2t4：

27、t2时触发时触发VT2和和VT3开通，开通，进入换流阶段。进入换流阶段。LT使使VT1、VT4不能立刻关断，不能立刻关断，电流有一个减小过程。电流有一个减小过程。VT2、VT3电流有一个增大过程。电流有一个增大过程。4个晶闸管全部导通，个晶闸管全部导通，负载电容负载电容电压经电压经VT23放电放电，将无功能量，将无功能量回馈给电源。电感回馈给电源。电感Ld起缓冲无起缓冲无功或无功交换的作用。功或无功交换的作用。4.2.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路dU好学力行河南理工大学明德任责电流波形近似矩形波，电流波形近似矩形波，其中其中含基波和各奇次含基波和各奇次谐波，谐波幅值远小谐波，谐波幅

28、值远小于基波。于基波。 电压波形：电压波形：4.2.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路2()/ /()()1,()()(1)CLCLLCLCZjXRjXjXRjXXLXRj XXCj Rj LCRjLC 可知，频率越高，阻抗越小。因此，对可知，频率越高，阻抗越小。因此，对基波呈现高阻抗，而对谐波呈现低阻抗，基波呈现高阻抗，而对谐波呈现低阻抗，电压波形近似正弦波，相位滞后电流。电压波形近似正弦波，相位滞后电流。 dU好学力行河南理工大学明德任责 t4t2= tg 称为称为换流时间换流时间。 保证晶闸管的保证晶闸管的可靠关断可靠关断 晶闸管需一段时间才晶闸管需一段时间才能恢复正向阻断能力，能

29、恢复正向阻断能力，换流结束后还要使换流结束后还要使VT1、VT4承受一段承受一段反压时间反压时间t。uVT1 t = t5 -t4应大于晶闸应大于晶闸管的关断时间管的关断时间tq（关（关断延迟）断延迟） 。l io超前于超前于uo的时间：的时间： ttt2均用电角度表示为：均用电角度表示为： 2为保证可靠换流，应为保证可靠换流，应在在uo过零前提前触发：过零前提前触发： 称为触发引前时间。称为触发引前时间。ttt4.2.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路dU好学力行河南理工大学明德任责io超前于超前于uo的时间的时间 表示为电角度表示为电角度 称为电压滞后角，或功率因数角。也是称为电压滞

30、后角，或功率因数角。也是确定确定C取值的依据取值的依据。 忽略换流过程，忽略换流过程，io可近似成矩形波，展开成傅里叶级数可近似成矩形波，展开成傅里叶级数 基波电流有效值基波电流有效值 负载电压有效值负载电压有效值Uo和直流电压和直流电压Ud的关系（忽略的关系（忽略Ld的损的损 耗，忽略晶闸管压降），则耗，忽略晶闸管压降），则uAB的均值的均值 应等于应等于Ud。可以由。可以由uAB波形推导出：波形推导出：2tttIi5sin513sin31sin4dodd1o9 . 024IIIdo1.11cosUUdo0.9cosUUdU4.2.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路好学力行河南理工大学

31、明德任责4.2.2 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路 1) 电路分析电路分析 基本工作方式是基本工作方式是120导电方式导电方式每个每个臂一周期内导电臂一周期内导电120，每个时刻上下桥臂，每个时刻上下桥臂组各有一个臂导通，换流方式为组各有一个臂导通，换流方式为横向换流横向换流。itOtOtOtOIdiViWuUVU图图4-14 4-14 电流型三相桥电流型三相桥式逆变电路的输出波形式逆变电路的输出波形 图图4-11 电流型三相桥式逆变电路电流型三相桥式逆变电路 2) 2) 波形分析波形分析 输出电流波形和负载性质无关，为正负各输出电流波形和负载性质无关，为正负各120120的矩形波。的矩

32、形波。 输出电流和三相桥整流带大电感负载时的输出电流和三相桥整流带大电感负载时的交流电流波形相同，谐波分析表达式也相同。交流电流波形相同，谐波分析表达式也相同。 输出线电压波形和负载性质有关，大体为输出线电压波形和负载性质有关，大体为正弦波。正弦波。 输出交流电流的基波有效值输出交流电流的基波有效值0.78Id0.78Id。好学力行河南理工大学明德任责电流型逆变电路主要特点 (1) 直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源。 (2) 交流输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关。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，由于反馈无功能量时电流并不反向，因此不必

33、给开关器件反并联二极管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和强迫换流。4.2.3 电流型逆变电路特点电流型逆变电路特点好学力行河南理工大学明德任责电压型逆变电路和电流型逆变电路的区别：4.2.3 电流型逆变电路特点电流型逆变电路特点好学力行河南理工大学明德任责重点：重点：1 1）单相电流型逆变的电路特点；电流）单相电流型逆变的电路特点；电流波形和电压波形以及数量关系；超前触波形和电压波形以及数量关系；超前触发时间、换流时间、反压时间及电压滞发时间、换流时间、反压时间及电压滞后角；后角；2 2）电压源型逆变和电流型逆变的区别；）电压源

34、型逆变和电流型逆变的区别；3 3）4 4种换流方式种换流方式 。小小 结结4 逆变电路逆变电路好学力行河南理工大学明德任责4.3 多重逆变电路和多电平逆变电路多重逆变电路和多电平逆变电路n电压型逆变电路电压型逆变电路输出电压是矩形波，电流输出电压是矩形波，电流随负载而定。随负载而定。n电流型逆变电路电流型逆变电路输出电流是矩形波，含有输出电流是矩形波，含有较多电流谐波，电压随负载而定。较多电流谐波，电压随负载而定。n多重多重 逆逆 变变 电电 路路 把几个矩形波（单电平）把几个矩形波（单电平）组合起来，使接近正弦波（输出波形叠加）。组合起来，使接近正弦波（输出波形叠加）。n多电平逆变电路多电平

35、逆变电路 输出较多电平（输出波形输出较多电平（输出波形幅度不同），使输出接近正弦。幅度不同），使输出接近正弦。好学力行河南理工大学明德任责4.3.1 多重逆变电路多重逆变电路v多重逆变电路多重逆变电路 电压型、电流型都可多重电压型、电流型都可多重化，以化，以电压型电压型为例。为例。v单相电压型二重逆变电路单相电压型二重逆变电路两个单相全桥逆变电路组两个单相全桥逆变电路组成，输出通过变压器成，输出通过变压器T T1 1和和T T2 2串联起来，串联起来，可以移相调可以移相调节节。输出波形：两个单相的输输出波形：两个单相的输出出u u1 1和和u u2 2是是180180矩形波矩形波。图4-13

36、二重单相逆变电路好学力行河南理工大学明德任责vu1和u2相位错开 =60,其中的3次谐波就错开了 360=180。v变压器串联合成后,3次谐波互相抵消,总输出电压中不含3次谐波.vuo波形是120矩形波，含6k1次谐波，3k次谐波都被抵消。 多重逆变电路有串联多重和并联多重两种 串联多重串联多重把几个逆变电路的输出串联起来，多用于电压型电压型。 并联多重并联多重把几个逆变电路的输出并联起来，多用于电流型电流型。12060180tOtOtO三次谐波三次谐波u1u2uo图4-21 二重逆变电路的工作波形图4-20 二重单相逆变电路4.3.1 多重逆变电路多重逆变电路好学力行河南理工大学明德任责v三

37、相电压型二重逆变电路三相电压型二重逆变电路的工作原理(简单介绍)图4-22 三相电压型二重逆变电路三相电压型二重逆变电路 由两个三相桥式逆变电路构成，输出通过变压器串联合成。 两个逆变电路均为180o导通方式。 逆变桥II的相位与逆变桥I滞后30o。 T1为/ Y联结，线电压变比为 （一次和二次绕组匝数相等)。 T2一次侧联结，二次侧两绕组曲折星形接法，其二次电压相对于一次电压而言，比T1的接法超前30o，以抵消逆变桥II比逆变桥I滞后的30o。这样，uU2和uU1的基波相位就相同。UA21UUNUU2-UB22UU1(UA1)4.3.1 多重逆变电路多重逆变电路好学力行河南理工大学明德任责v

38、由图424可看出uUN比uU1接近正弦波。v直流侧电流每周期脉动12次，称为12脉波逆变电路脉波逆变电路。v使m个三相桥逆变电路的相位依次错开 /(3m)，连同合成输出电压并抵消上述相位差的变压器，就可构成6m的脉波逆变电路。UA21UUNUU2-UB22UU1(UA1)图4-23 二次侧基波电压合成相量图 图4-24 三相电压型二重逆变电路波形图 4.3.1 多重逆变电路多重逆变电路好学力行河南理工大学明德任责4.3.2 多电平逆变电路多电平逆变电路v回顾图4-9三相电压型桥式逆变电路和图4-10的波形。 以N为参考点，输出相电压有U Ud d/2/2和-U-Ud d/2/2两种电平，称为两

39、电平逆两电平逆变电路变电路。图4-9 电压型三相桥式逆变电路1、2、6导通时的分压好学力行河南理工大学明德任责v 三电平逆变电路三电平逆变电路也称也称中点钳位型逆变电路中点钳位型逆变电路每桥臂由两个全控器件串每桥臂由两个全控器件串联构成，两者中点通过钳联构成，两者中点通过钳位二极管和直流侧中点相位二极管和直流侧中点相连连 。图4-25 三电平逆变电路4.3.2 多电平逆变电路多电平逆变电路好学力行河南理工大学明德任责v电路工作情况：以电路工作情况：以U U相相为例分析为例分析V V1111和和V V1212（或（或VDVD1111和和VDVD1212）导通，）导通，V V4141和和V V42

40、42断开时：断开时：U U与与OO间电位差为间电位差为U Ud d/2/2V V4141和和V V4242（或（或VDVD4141和和VDVD4242）通，）通，V V1111和和V V1212断，断，U U与与OO间电位差为间电位差为- -U Ud d/2/2。V V1111和和V V4242关断时：关断时：U U与与OO间电位差为间电位差为0 0。i iU U00时，时，V V1212和和VDVD1 1导通。导通。i iU U0uc时使时使V4通，通，V3断，断，uo=Ud 。 当当uruc时时，导通，导通V1和和V4，关断，关断V2和和V3。 如如io0，V1和和V4通，如通，如io0，

41、VD1和和VD4通，通， uo=Ud 。 当当uruc时时，导通，导通V2和和V3，关断，关断V1和和V4。 如如io0，VD2和和VD3通，通，uo=-Ud 。好学力行河南理工大学明德任责4.4 SPWM逆变控制技术逆变控制技术4.4.1 逆变器的逆变器的SPWM控制控制ucurUurVurWuuUNuVNuWNuUNuUVUd- -UdO? ?tOOOOO? ?t? ?t? ?t? ?t? ?t2Ud? ?2Ud2Ud? ?2Ud2Ud3Ud32 Ud三相桥式三相桥式PWM型逆变电路型逆变电路 三相桥式三相桥式PWMPWM逆变电路波形逆变电路波形 好学力行河南理工大学明德任责4.4 SPW

42、M逆变控制技术逆变控制技术4.4.2 PWM控制技术性能指标控制技术性能指标 目前，目前，PWM 控制策略有很多种，不同的控制策略有很多种，不同的PWM 控制策控制策略往往针对不同的技术性能指标，而其中比较重要的包括以略往往针对不同的技术性能指标，而其中比较重要的包括以下三个。下三个。1. 输出信号谐波的分布输出信号谐波的分布 逆变器在将直流电能变换成交流电能的过程中，除了逆变器在将直流电能变换成交流电能的过程中，除了产生所需要的产生所需要的基波基波成分外，还会产生大量的成分外，还会产生大量的谐波谐波。这些谐。这些谐波对逆变器供电的设备会产生不利的影响，比如当逆变器波对逆变器供电的设备会产生不

43、利的影响，比如当逆变器驱动交流电机时会造成驱动交流电机时会造成电机的噪声和震动电机的噪声和震动增大、电机增大、电机转矩转矩脉动脉动加剧等现象。由于不同的谐波对不同设备，甚至同一加剧等现象。由于不同的谐波对不同设备，甚至同一设备在不同的运行条件下的影响可能都不一样，因此在实设备在不同的运行条件下的影响可能都不一样，因此在实际中不应只对输出际中不应只对输出谐波总量谐波总量进行评估，还应对进行评估，还应对PWM 输出输出中中不同谐波的分布和含量不同谐波的分布和含量进行研究，以便寻求最佳的进行研究，以便寻求最佳的抑制抑制乃至消除乃至消除PWM 逆变器逆变器谐波谐波影响的措施。影响的措施。好学力行河南理

44、工大学明德任责4.4 SPWM逆变控制技术逆变控制技术4.4.2 PWM控制技术性能指标控制技术性能指标2. 开关器件的开关损耗开关器件的开关损耗 较高的开关频率对改善逆变装置的性能（特别是改善较高的开关频率对改善逆变装置的性能（特别是改善输出谐波的分布）一般都比较有利。但是，开关频率的提输出谐波的分布）一般都比较有利。但是，开关频率的提高受开关损耗和器件开关速度的限制，这一矛盾在大功率高受开关损耗和器件开关速度的限制，这一矛盾在大功率装置中尤为突出。这些场合要求在较低的开关频率下尽可装置中尤为突出。这些场合要求在较低的开关频率下尽可能地保证输出电能的质量。以能地保证输出电能的质量。以50Hz

45、三相逆变器为例，如果三相逆变器为例，如果开关频率较高，比如能达到开关频率较高，比如能达到3KHz4KHz以上，即使简单以上，即使简单地采用地采用SPWM调制，其输出电压中也基本上不含低次谐波。调制，其输出电压中也基本上不含低次谐波。相反，如果开关频率降至几百相反，如果开关频率降至几百Hz，那么，那么SPWM调制的效果调制的效果就很不理想了。此时可改用特定谐波消除法（就很不理想了。此时可改用特定谐波消除法（SHE），有），有选择地对系统性能影响最大的谐波，一般情况下是选择地对系统性能影响最大的谐波，一般情况下是5 次、次、7 次、次、11 次、次、13 次等低次谐波，加以抑制或消除，从而提次等低

46、次谐波，加以抑制或消除，从而提高逆变器的性能。高逆变器的性能。好学力行河南理工大学明德任责4.4 SPWM逆变控制技术逆变控制技术4.4.2 PWM控制技术性能指标控制技术性能指标3. 直流电压利用率直流电压利用率 对于电压型逆变器，在一定的直流环节电压条件下，对于电压型逆变器，在一定的直流环节电压条件下，PWM 控制所能产生的控制所能产生的最高交流输出电压最高交流输出电压代表了该代表了该PWM 控控制策略直流电压利用率的高低。为了充分发挥电机功率和制策略直流电压利用率的高低。为了充分发挥电机功率和充分利用有限的直流电压，一般都充分利用有限的直流电压，一般都希望电压利用率尽可能希望电压利用率尽

47、可能高高。比如在二电平三相全桥式电压型逆变器，所述的。比如在二电平三相全桥式电压型逆变器，所述的180导电型控制的时候，线电压峰值为导电型控制的时候，线电压峰值为因此因此180导电型控制的线电压利用率就等于导电型控制的线电压利用率就等于110。ddmABUUU10. 1321好学力行河南理工大学明德任责4.4 SPWM逆变控制技术逆变控制技术4.4.3 逆变器的逆变器的PWM跟踪控制跟踪控制 这种方法这种方法不不是用信号波对载波进行是用信号波对载波进行调制调制，而是把希望，而是把希望输出的电流或电压波形作为输出的电流或电压波形作为指令信号指令信号，把实际电流或电压，把实际电流或电压波形作为波形

48、作为反馈信号反馈信号，通过两者的，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电瞬时值比较来决定逆变电路各功率开关器件的通断路各功率开关器件的通断使实际的输出跟踪指令信号变使实际的输出跟踪指令信号变化。因此，这种控制方法称为化。因此，这种控制方法称为跟踪控制法跟踪控制法。跟踪控制法中。跟踪控制法中常用的有滞环比较方式和固定开关频率方式。常用的有滞环比较方式和固定开关频率方式。 其中跟踪型其中跟踪型PWM变流电路中，变流电路中，电流跟踪控制应用最电流跟踪控制应用最多多。好学力行河南理工大学明德任责4.4 SPWM逆变控制技术逆变控制技术4.4.3 逆变器的逆变器的PWM跟踪控制跟踪控制 1.滞环比较方式滞环比

49、较方式基本原理基本原理 把指令电流把指令电流i*和实际输出电流和实际输出电流i的偏差的偏差i*-i作为滞环比较器的输入。作为滞环比较器的输入。 V1（或（或VD1）通时，）通时，i增大增大; V2（或（或VD2）通时，）通时，i减小减小; 通过环宽为通过环宽为2D DI的滞环比较器的控制，的滞环比较器的控制，i就在就在i*+D DI和和i*-D DI的范围内，呈的范围内，呈锯齿状地跟踪指令电流锯齿状地跟踪指令电流i*。好学力行河南理工大学明德任责4.4 SPWM逆变控制技术逆变控制技术4.4.3 逆变器的逆变器的PWM跟踪控制跟踪控制 1.滞环比较方式滞环比较方式-参数影响参数影响 环宽过宽时

50、，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。小，但开关频率过高，开关损耗增大。L大时，大时，i的变化率小，跟踪慢；的变化率小，跟踪慢； L小时，小时，i的变化率大，的变化率大， ，开关频率过高。，开关频率过高。好学力行河南理工大学明德任责4.4 SPWM逆变控制技术逆变控制技术4.4.3 逆变器的逆变器的PWM跟踪控制跟踪控制 滞环控制的特点：滞环控制的特点：优点优点：1)硬件电路简单；硬件电路简单；2)属于实时控制，电流响应快；属于实时控制，电流响应快；3)属于闭环控制；属于闭环控制；4）不用载波，输出电压波形中不含特定）不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波。频率的谐波。缺点缺点：1）开关频率不固定，有时会出现很窄的的脉冲和很）开关频率不固定，有时会出现很窄的的脉冲和很大的电流尖峰，给驱动保护电路以及主电路的设计带来困难；大的电流尖峰，给驱动保护电路以及主电路的设计带来困难；2）如果开关频率的变化范围