第4章逆变电路

1、电力电子技术电力电子技术 4.1 换流方式换流方式 4.2 电压型逆变电路电压型逆变电路 本章小结本章小结第第4章章 逆变电路逆变电路电力电子技术电力电子技术2引引 言言逆变的概念逆变的概念 与整流相对应，与整流相对应，直流电直流电变成变成交流电交流电。 交流侧接电网，为交流侧接电网，为有源逆变有源逆变。 交流侧接负载，为交流侧接负载，为无源逆变无源逆变，本章主要讲述无源逆变。，本章主要讲述无源逆变。逆变与变频逆变与变频 变频电路：分为变频电路：分为交交变频交交变频和和交直交变频交直交变频两种。两种。 交直交变频后一部分就是逆变。交直交变频后一部分就是逆变。逆变电路的逆变电路的主要应用主要应用

2、 各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。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、不间断电源等。交流电机调速用变频器、不间断电源等。电力电子技术电力电子技术34.1 换流方式换流方式 4.1.1 逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理 4.1.2 换流方式分类换流方式分类电力电子技术电力电子技术44.1.1 逆变电路的基本工作原理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以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理 S1S4是桥式电路的是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。负载a)b)

3、tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2 S1、S4闭合，闭合，S2、S3断开时，断开时，uo正；反之正；反之uo负，输出交流电。负，输出交流电。 可改变输出可改变输出交流电的频率交流电的频率。 电阻负载电阻负载io和和uo波形相同波形相同。阻感负载阻感负载io滞后于滞后于uo，波形也不同。，波形也不同。图图4-1 逆变电路及其波形举例逆变电路及其波形举例 电力电子技术电力电子技术54.1.2 换流方式分类换流方式分类换流换流 电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为换相换相。 研究换流方式主要是研究研究换流方式主要是研究如何使器件关断如何

4、使器件关断。换流方式分为以下几种换流方式分为以下几种 器件换流（器件换流（Device Commutation） 全控型器件是器件换流。全控型器件是器件换流。 电网换流（电网换流（Line Commutation） 电网电网提供提供换流电压换流电压的换流方式。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。将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。不适用于无源逆变电路。不适用于无源逆变电路。电力电子技术电力电子技术64.1.2 换流方式分类换流方式分类a)u t t t tOOOOiit1b)ouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4图图4-2

5、 负载换流电路及其工作波形负载换流电路及其工作波形 负载换流负载换流（Load Commutation） 由由负载负载提供提供换流电压换流电压的换流方式。的换流方式。 负载负载电流电流的的相位超前相位超前于负载于负载电压电压的的场合，可实现负载换流，如电容性负载场合，可实现负载换流，如电容性负载和同步电动机。和同步电动机。 图图4-2a是基本负载换流逆变电路是基本负载换流逆变电路。 负载对基波的阻抗大而对谐波的阻负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小，所以抗小，所以uo接近接近正弦波正弦波。 注意触发裕量。注意触发裕量。电力电子技术电力电子技术74.1.2 换流方式分类换流方式分类强迫换流（强迫换

6、流（Forced Commutation） 设置设置附加的换流电路附加的换流电路，强迫施加反，强迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。压或反电流的换流方式称为强迫换流。 通常用通常用电容换流电容换流。换流方式总结换流方式总结 器件换流器件换流只适用于只适用于全控型器件全控型器件，其，其余三种方式主要是针对余三种方式主要是针对晶闸管晶闸管而言的。而言的。 器件换流和强迫换流属于器件换流和强迫换流属于自换流自换流，电网换流和负载换流属于电网换流和负载换流属于外部换流外部换流。图图4-3 直接耦合式直接耦合式强迫换流原理图强迫换流原理图 电力电子技术电力电子技术84.2 电压型逆变电路电压型逆变

7、电路 4.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路 4.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路电力电子技术电力电子技术94.2 电压型逆变电路电压型逆变电路引言引言根据直流侧分为两类根据直流侧分为两类 电压型电压型逆变电路：直流侧是电压源。逆变电路：直流侧是电压源。 电流型电流型逆变电路：直流侧是电流源。逆变电路：直流侧是电流源。电压型逆变电路的特点电压型逆变电路的特点 直流侧为直流侧为电压源电压源或并联或并联大电容大电容，电压基本无脉动。，电压基本无脉动。 电压源的电压源的钳位作用钳位作用，输出电压为，输出电压为矩形波矩形波。 阻感负载时各臂需并联阻感负载时各臂需并联反馈二极管反馈

8、二极管。图图4-5 电压型逆变电路举例（全桥逆变电路）电压型逆变电路举例（全桥逆变电路） 电力电子技术电力电子技术104.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路a)ttOOONb)oUm- -Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2图图4-6 单相半桥电压型逆单相半桥电压型逆变电路及其工作波形变电路及其工作波形 半桥逆变电路半桥逆变电路 在两个电容的在两个电容的联结点联结点便成为直便成为直流电源的流电源的中点中点。 工作原理工作原理 设设V1和和V2的栅极信号互补。的栅极信号互补。 uo为为矩形波矩形波，Um=Ud/2。 电路带电路带阻感负载阻感负载，io

9、如图所示如图所示的电流波形。的电流波形。 电力电子技术电力电子技术114.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路a)ttOOONb)oUm- -Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2图图4-6 单相半桥电压型逆单相半桥电压型逆变电路及其工作波形变电路及其工作波形 V1或或V2有电流时，有电流时，io和和uo同方同方向向，VD1或或VD2有电流时，有电流时，io和和uo反反向向，电感贮能反馈。，电感贮能反馈。VD1、VD2称称为为反馈二极管反馈二极管，又称，又称续流二极管续流二极管。优点是简单，使用器件少；优点是简单，使用器件少；缺点是缺点是Um仅为仅为U

10、d/2，2个电容器个电容器串联需控制电压均衡；常用于串联需控制电压均衡；常用于几几kW以下以下。 电力电子技术电力电子技术124.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路全桥逆变电路全桥逆变电路 共四个桥臂，可看成共四个桥臂，可看成两个半桥电路两个半桥电路组合而成。组合而成。 两对桥臂交替导通两对桥臂交替导通180。 输出电压和电流的幅值比半桥电路形状高出一倍。输出电压和电流的幅值比半桥电路形状高出一倍。 要改变输出交流电压的有效值可通过改变要改变输出交流电压的有效值可通过改变Ud来实现。来实现。图图4-5 全桥逆变电路全桥逆变电路 电力电子技术电力电子技术134.2.1 单相电压型逆变电

11、路单相电压型逆变电路a)b)图图4-7 单相全桥逆变电单相全桥逆变电路的移相调压方式路的移相调压方式 移相调压方式移相调压方式 上下桥互补上下桥互补,且且V3的基极信号比的基极信号比V1落后落后 （0 180）。）。 工作过程工作过程 t1时刻前时刻前V1和和V4导通，导通， uo=Ud。 t1时刻时刻V4截止，截止，uo=0。 t2时刻时刻V1截止，截止，uo=-Ud。 到负载电流过零，到负载电流过零，uo仍为仍为-Ud。 t3时刻时刻V3截止，而截止，而V4不能立刻导不能立刻导通，通，VD4导通续流，导通续流，uo再次为零再次为零。 改变改变 就可调节输出电压就可调节输出电压。电力电子技术

12、电力电子技术144.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路图图4-8 带中心抽头变带中心抽头变压器的逆变电路压器的逆变电路 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 交替驱动交替驱动两个两个IGBT。 两个二极管的作用也是提供两个二极管的作用也是提供无无功能量的反馈通道功能量的反馈通道。 变压器匝比为变压器匝比为1：1：1时，时，uo和和io波形及幅值与全桥逆变电路相同。波形及幅值与全桥逆变电路相同。 与全桥电路相比较与全桥电路相比较 少用少用一半开关器件一半开关器件。 器件承压器件承压2Ud，高一倍。，高一倍。 必须有一个必须有一个变压器变压器。 电力电子技术电力电子技术1

13、54.2.2 三相电压型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。三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路。三相桥式逆变电路三相桥式逆变电路 基本工作方式基本工作方式180导电方式导电方式，任一瞬间，任一瞬间三个桥臂三个桥臂同时导通。同时导通。 同一相上下两臂交替导电，也称为同一相上下两臂交替导电，也称为纵向换流纵向换流。 123234345456.。中点电压。中点电压Ud/2或或-Ud/2。图图4-9 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路 假想中点假想中点电力电子技术电力电子技术164.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路tOtOtOtOtOtOtO

14、tOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3图图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形电压型三相桥式逆变电路的工作波形 工作波形工作波形 当桥臂当桥臂1导通时，导通时，uUN=Ud/2，当桥臂当桥臂4导通时，导通时，uUN=-Ud/2，uUN的波形是的波形是幅值为幅值为Ud/2的矩形波的矩形波，V、W两相的情况和两相的情况和U相类似。相类似。 负载线电压负载线电压 UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu负载线电压负载线电压Ud/2-(Ud/2)，其值为其值为Ud，0，-Ud，具体，具体Uuv波波形如图。形如

15、图。(4-4)电力电子技术电力电子技术174.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3图图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形电压型三相桥式逆变电路的工作波形 负载相电压为负载相电压为 NN WNWN NN VNVN NN UNUNuuuuuuuuu(4-5)把上面各式相加并整理可求得把上面各式相加并整理可求得)(31)(31WNVNUN WN VN UN NNuuuuuuu设负载为三相对称负载，则设负载为三相对称负载，则有有uUN+uVN+uW

16、N=0，故可得，故可得 )(31 WN VN UNNNuuuu(4-6)(4-7) 其值为其值为Ud/6.电力电子技术电力电子技术184.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3图图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形电压型三相桥式逆变电路的工作波形 可得：可得：负载相电压负载相电压Ud/2-(Ud/6)，其，其值为值为Ud/3， 2Ud/3。具体。具体UuN波形如图。波形如图。图图4-10g给出的是阻感负载给出的是阻感负载下下 时时iU的波形。的波形。 3/如图如图4-10h所示，可以看出所示，可以看出id每每隔隔60脉动一次。脉动一次。 电力电子技术电力电子技术19本章小结本章小结讲述基本的逆变电路的结构及其工作原理讲述基本的逆变电路的结构及其工作原理 四大类基本变流电路中，四