第四章DC-AC变换器(无源逆变电路)3

1、电 力 电 子 技 术 Power Electronic Technology共二十七页4.4 电流(dinli)型逆变器 电流型逆变器拓扑是逆变器另一类主要(zhyo)的拓扑结构。这类逆变器的直流侧以电感为能量缓冲元件，从而使其直流侧呈现出电流源特性。电流型逆变器有以下主要特点： 直流侧有足够大的储能电感元件，从而使其直流侧呈现出电流源特性，即稳态时的直流侧电流恒定不变。 逆变器输出的电流波形为方波或方波脉冲，并且该电流波形与负载无关。逆变器输出的电压波形则取决于负载，且输出电压的相位随负载功率因数的变化而变化。 逆变器输出电流的控制仍可以通过PAM （脉冲幅值调制）和PWM（脉冲宽度调制）

2、两种基本控制方式来实现。共二十七页4.4 电流(dinli)型逆变器 值得注意的是，电流型逆变器与电压型逆变器在结构上具有一定的对偶性，例如：电压型逆变器直流侧的储能元件为电容，而电流型逆变器直流侧的储能元件为电感；另外，电压型逆变器的的功率管旁有反向(fn xin)并联的续流二极管，而电流型逆变器的功率管旁则一般有正向串联的阻断二极管（具有反向阻断能力的功率管除外，例如晶闸管）。共二十七页4.4 电流(dinli)型逆变器 与电压型逆变器类似，依据控制方式和结构的不同，电流型逆变器也可分为方波型、阶梯波型、正弦波型（PWM型）三类(sn li)。下面主要讨论方波型、阶梯波型电流型逆变器。共二

3、十七页4.4.1 电流(dinli)型方波逆变器 电流型方波逆变器按拓扑结构的不同可分为电流型单相全桥逆变器以及电流型三相桥式逆变器两类。也可以(ky)按电流型逆变器所采用功率器件的不同分为半控型和全控型两类。由于电流型逆变器尤其是大功率电流型方波逆变器仍有不少采用基于晶闸管的半控型结构，因此，除全控型结构外，以下讨论还将涉及到半控型电流型逆变器。 共二十七页全控型单相全桥电流型方波逆变器为了(wi le)使全控型功率器件具有足够的反向阻断能力，通常在每个功率管上正向串联一个二极管。另外，由于电流型逆变器的输出电流是基于功率器件通断直流侧电流的方波电流，因此，为了防止输出过电压，电流型逆变器的

4、输出需要接入滤波电容。单相全桥电流型方波逆变器也可采用PAM（脉冲幅值调制）控制和SPM（单脉冲控制）两种控制方式，且与电压型方波逆变器工作原理类似。4.4.1 电流(dinli)型方波逆变器单相全桥电流型方波逆变器 共二十七页4.4.1 电流(dinli)型方波逆变器单相全桥电流型方波逆变器 半控型单相全桥电流型方波逆变器结构功率器件为晶闸管基于晶闸管的半控型逆变器的换流可采用(ciyng)强迫换流和负载换流两种换流方式。当晶闸管逆变器采用强迫换流时，一般需增加强迫换流电路，从而使其结构复杂化。晶闸管逆变器采用负载换流时，晶闸管的换流电压需要由负载提供，即要求负载电流相位超前负载电压相位，显

5、然，这就要求负载为容性负载。 满足负载的容性需求为使负载电压成正弦变化，一般应设计为并联谐振模式共二十七页4.4.1 电流(dinli)型方波逆变器单相全桥电流型方波逆变器 共二十七页负载换流方式负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流。负载为容性、同步电动机整个(zhngg)负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性。直流侧串电感，工作过程可认为id 基本没有脉动。t1必须在u0过零前留有足够的裕量，以使晶闸管关断4.4.1 电流(dinli)型方波逆变器单相全桥电流型方波逆变器 共二十七页4.4.1 电流(dinli)型方波逆变器三相桥式电流型方波逆变器 三相桥式电流型逆变电路三相(

6、sn xin)桥式电流型方波逆变器的典型结构如右图所示与单相全桥电流型方波逆变器类似，三相全桥电流型方波逆变器可采用PAM控制和SPM两种控制方式。本书只对该控制方式展开讨论共二十七页4.4.1 电流(dinli)型方波逆变器三相桥式电流型方波逆变器 三相桥式电流型逆变电路三相(sn xin)全桥电流型方波逆变器一般只采用120导电方式。采用120导电方式时，任何瞬间，三相全桥电流型变流器有且只有两个桥臂导电，此时三相全桥电流型变流器的三相输出只有两相输出电流，因而两相输出电流的幅值必然一致。共二十七页需要注意(zh y)的是：当负载为Y形联接时，负载的相电流波形为120交流方波（电流幅值为I

7、d、0）；当负载为形联接时，负载的相电流为变流器两相输出电流之差，即负载的相电流波形为交流6阶梯波波形（电流幅值为(2/3)Id、(1/3)Id）。可见，将三相全桥电流型变流器的负载接成形联接时，能有效降低输出电流谐波。 4.4.1 电流(dinli)型方波逆变器三相桥式电流型方波逆变器 三相桥式电流型逆变电路共二十七页4.4.1 电流(dinli)型方波逆变器三相桥式电流型方波逆变器 共二十七页半控型三相全桥电流型变流器电路采用了强迫换流方式(fngsh)，其中C1 C6为换流电容，VD1 VD6为串联二极管。由于晶闸管本身具有反向阻断能力，因此，图中的串联二极管VD1 VD6其主要作用是为

8、了阻断换流电容间的相互放电。左图所示电路通常称为串联二极管式晶闸管逆变器。基于晶闸管的半控型三相全桥电流型方波逆变器仍采用120导电方式。晶闸管三相全桥（串联二极管式）电流型方波逆变器的电路(dinl)结构 4.4.1 电流型方波逆变器三相桥式电流型方波逆变器 共二十七页4.4.1 电流(dinli)型方波逆变器三相桥式电流型方波逆变器 半控型三相全桥电流型变流器电容器所充电压的规律： 对于共阳极晶闸管，它与导通晶闸管相连一端极性为正，另一端为负，不与导通晶闸管相连的电容器电压为零。对共阴极而言，电容极性相反。等效(dn xio)换流电容概念： 分析从VT1向VT3换流时，C13就是C3与C5

9、串联后再与C1并联的等效电容。 晶闸管三相全桥（串联二极管式）电流型方波逆变器的电路结构 共二十七页分析(fnx)从VT1向VT3换流的过程:假设换流前VT1和VT2通，C13电压UC0左正右负。如左图t1时刻触发VT3导通，VT1被施以反压而关断。Id从VT1换到VT3，C13通过VD1、U相负载、W相负载、VD2、VT2、直流电源和VT3放电，放电电流恒为Id，故称恒流放电阶段。如右图。uC13下降到零之前，VT1承受(chngshu)反压，反压时间大于tq就能保证关断。4.4.1 电流型方波逆变器三相桥式电流型方波逆变器 共二十七页二极管换流阶段：t2时刻uC13降到零，之后C13反向充

10、电。二极管VD3导通，电流为iV，VD1电流为iU=Id-iV，VD1和VD3同时通，进入二极管换流阶段。随着C13电压增高，充电电流渐小，iV渐大，t3时刻iU减到零，iV=Id，VD1承受反压而关断，二极管换流阶段结束(jish)。 t3以后，VT2、VT3稳定导通阶段。4.4.1 电流(dinli)型方波逆变器三相桥式电流型方波逆变器 共二十七页隔离(gl)作用4.4.1 电流(dinli)型方波逆变器三相桥式电流型方波逆变器 共二十七页4.4.2 电流(dinli)型阶梯波逆变器 直接(zhji)并联多重叠加结构 变压器移相多重叠加结构等共二十七页4.4.2 电流(dinli)型阶梯波

11、逆变器以下分析(fnx)三相电流型逆变器的并联多重叠加结构共二十七页4.4.2 电流(dinli)型阶梯波逆变器以下分析(fnx)三相电流型逆变器的并联多重叠加结构功率管每60换相一次，可将PAM方波相位互相错开60/2=30角。这样，通过30角的移相叠加即得8阶梯波电流。共二十七页4.4.2 电流(dinli)型阶梯波逆变器以下(yxi)分析三相电流型逆变器的并联多重叠加结构两重叠加后的输出电流波形中不存在零序谐波（如3次、9次等），并且5次、7次谐波得到了显著衰减。共二十七页4.4.2 电流(dinli)型阶梯波逆变器以下(yxi)分析三相电流型逆变器的并联多重叠加结构可将PAM方波相位互

12、相错开60/3=20角共二十七页4.4.2 电流(dinli)型阶梯波逆变器以下(yxi)分析三相电流型逆变器的并联多重叠加结构三重叠加后的输出电流波形中仍不存在零序谐波（如3次、9次等），并且5次、7次谐波得到了进一步衰减。显然，叠加重数越多，输出阶梯波电流波形的阶梯数也越多，电流的谐波含量就越小。共二十七页本章(bn zhn)小结 DC-AC变换(binhun)器即无源逆变电路（简称为逆变器）作为在国民经济各领域有着广泛而重要应用的电能变换(binhun)装置，多年来备受关注，其相关技术也得到了快速发展。本章分别以电压型逆变器和电流型逆变器为研究对象，具体阐述了相应方波逆变器、阶梯波逆变器

13、的基本原理、电路拓扑、波形调制以及谐波特征等。在研究了基于脉冲幅值调制（PAM）的方波逆变器和阶梯波逆变器基础上，重点讨论了电压型正弦波逆变器及其脉宽调制（PWM）技术。针对正弦波逆变器的正弦脉宽调制（SPWM），在详细论述了其基本问题之后，具体分析了单相、三相电压型正弦波逆变器的SPWM控制，并讨论了SPWM谐波及其特征.共二十七页作业(zuy) 4.4 什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点？4.5 电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？4.11 正弦脉宽调制SPWM的基本原理是什么？载波比N、电压调制系数M的定义是什么？在载波电压幅值Vcm和频率fc很定不变时，改变(gibin)调制参考波电压幅值.4.12 SPWM控制逆变电路，若调制波频率为400Hz，载波比为50，.共二十七页内容摘要电 力 电 子 技 术 Power Electronic Technology。电流型逆变器拓扑(