电力电子课件—第三章—逆变技术

1、第第3章章 逆变电路逆变电路目录3.1 换流方式 3.1.1 逆变电路的基本工作原理 3.1.2 换流方式分类3.2 电压型逆变电路 3.2.1 单相电压型逆变电路 3.2.2 三相电压型逆变电路3.3 电流型逆变电路 3.3.1 单相电流型逆变电路 3.3.2 三相电流型逆变电路3.4 多重逆变电路和多电平逆变电路 3.4.1 多重逆变电路 3.4.2 多电平逆变电路引引 言言逆变(DC-AC)概念 逆变与整流相对应，直流电变成交流电交流侧接电网接电网，为有源逆变有源逆变交流侧接负载接负载，为无源逆变无源逆变本章讲述无源逆变逆变与变频变频电路变频电路：交交交交变频和交直交交直交变频两种交直交

2、变频由交直变换和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变引 言n 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，需要逆变电路要逆变电路 交流电机调速用变频器、不间断电源交流电机调速用变频器、不间断电源(UPS)、感应加热电源等电、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路力电子装置的核心部分都是逆变电路n本章内容 3.1节节换流方式换流方式 3.2节节电压型逆变电路电压型逆变电路 3.3节节电流型逆变电路电流型逆变电路 3.4节节逆变电路的多重化和多电平逆变电路。逆变电路的多重化和多电平逆变电路。n本章仅讲述逆变

3、电路基本内容3.1 换流方式 n3.1.1 逆变电路的基本工作原理n单相桥式逆变电路为例 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个臂，由电力电子器件及辅助电路组成助电路组成 S1、S4闭合，闭合，S2、S3断开时，负载电压断开时，负载电压uo为正为正n图5-1 逆变电路及其波形举例负载a)b)图5-1tS1S2S3S4iouoUduoiot1t23.1.1 逆变电路的基本工作原理n S1、S4断开，S2、S3闭合时，uo为负，把直流电变成了交流电n 改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率n电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同负载a)b)图5-1tS1S2

4、S3S4iouoUduoiot1t2逆变电路及其波形举例逆变电路及其波形举例3.1.1 逆变电路的基本工作原理 阻感负载时，阻感负载时，io相位滞后于相位滞后于uo，波形也不同，波形也不同. t1前：前： S1、S4通，通，uo 和和 io 均为正均为正 t1时刻时刻: 断开断开S1、S4，合上，合上S2、S3，uo变负，变负， 但但 io不能立刻反向不能立刻反向 io从电源负极流出，经从电源负极流出，经S2、负载和、负载和S3流回正极，流回正极，负载电感能量向电源反馈，负载电感能量向电源反馈，io 逐渐减小逐渐减小，t2时刻时刻 降为零，之后降为零，之后 io 才反向并增大才反向并增大负载a

5、)b)图5-1tS1S2S3S4iouoUduoiot1t23.1.2 换流方式分类n换流电流从一个支路向另一个支路转移的过程.(也称换相) 开通开通：适当的门极驱动信号就可使其开通适当的门极驱动信号就可使其开通 关断：关断： 全控型器件可通过门极关断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，才一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断能关断 研究换流方式主要是研究如何使器件关断研究换流方式主要是研究如何使器件关断3.1.2 换流方式分类n1. 器件换流 利用全控型器件的自关断能

6、力进行换流利用全控型器件的自关断能力进行换流（Device Commutation）n2. 电网换流 由电网提供换流电压称为电网换流（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、交流调压电路和采用相控方式的交交变频电路，不需要器件有门极关断能力，也不需要为换流附加元件。路，不需要器件有门极关断能力，也不需要为换流附加元件。n3. 负载换流 由负载提供换流电压称为负载换流（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电流相位超前于

7、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，可实现负载换流流3.2.1 单相电压型逆变电路n1半桥逆变电路n电路结构n n工作原理 V1和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，互补 uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2+-RLa)ttOOONb)图5-6UdiouoV1V2VD1VD2uoUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2Ud2Ud2单相半桥电压型逆变电路及其工作波形3.2.2 三相电压型逆变电路n三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路n应用最广的是三相桥式逆变电

8、路n可看成由三个半桥逆变电路组成NN+-UVW图5-9V1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD6Ud2Ud2三相电压型桥式逆变电路180导电方式导电方式 每桥臂导电180，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120 任一瞬间有三个桥臂同时导通 每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流纵向换流 波形分析tOtOtOtOtOtOtOtO图5-10a)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3电流型三相桥式逆变电路 UVW图5-11idUdVT1VT2VT3VT4VT5VT6 单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路 ABCRL图5-12LdIdVT1VT2VT3VT4LT1LT2LT3LT4uoio串联二极管式晶闸管逆变电路 M3UVW+-图5-15LIdC1C2C3C4C