电压型方波逆变器

1、电压型方波逆变器电力电子技术的基本概况 逆变电路 电压型方波逆变器 直流侧是电压源。电压型逆变器 直流侧是电流源。电流型逆变器 逆变电路电压型逆变电路特点直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。交流侧输出电压波形为矩形波，与负载的性质无关，交流侧输出电流波形和相位由负载的性质决定。当交流侧为阻感负载时，逆变器需向负载提供无功功率，直流侧的电容起到缓冲无功功率的作用。反过来，逆变器为交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂一般并联有反馈二极管。 逆变电路1.1 单相逆变电路 uot3 U/2 0 t VT1 VD2 VD1 VD2 VD1 VT2 VT1 VT2 t 0 -U/2 t2 t

2、1 t5 t4 t6 io单桥臂逆变电路单桥臂逆变电路 单桥臂逆变电路工作波形VD2 VD1 A u0 VT2 VT1 - N Ud /2P R Ud /2Ud + 0 i0 L 逆变电路uot3 U/2 0 t VT1 VD2 VD1 VD2 VD1 VT2 VT1 VT2 t 0 -U/2 t2 t1 t5 t4 t6 io输出电压为矩形波，幅值Um=Ud /2。输出电流波形随负载情况而异。 t3时刻到来后，输出电流i0降为零，VD2截止，VT2开通，i0开始反向。 给VT2开通信号。VT1关断，VD2导通续流。设t2时刻以前VT1为通态，VT2为断态。t2时刻给VTl发出关断信号，同时

3、逆变电路uot3 U/2 0 t VT1 VD2 VD1 VD2 VD1 VT2 VT1 VT2 t 0 -U/2 t2 t1 t5 t4 t6 iot4时刻给VT2关断信号，给VT1开通信号后，VT2关断，VD1先导通续流。 t5时刻VT1开通 。 当VT1或VT2为通态时，负载电流和电压同方向。 当VDl或VD2为通态时，负载电流和电压反向，负载电感将其吸收的无功能量反馈回直流侧。 逆变电路负载向直流侧提供反馈能量通道的二极管。反馈二极管 使负载电流连续作用的二极管。续流二极管 单桥臂逆变电路的优点：简单、使用器件少。单桥臂逆变电路的缺点：输出交流电压的幅值Um仅为Ud/2，且直流侧需要两

4、个电容器串联，工作时还要控制两个电容器的电压均衡。 逆变电路单相全桥逆变电路u0 VT4 VT3 - C R Ud + i0 L VT1 VT2 VD3 VD2 VD1 VD4 两个开关对交替导通，每对开关导通180 ，对负载形成交流电压。全桥逆变器输出电压u0的波形与单桥臂输出电压u0的波形相同，仅幅值增加一倍 。 uot3 U/2 0 t VT1 VD2 VD1 VD2 VD1 VT2 VT1 VT2 t 0 -U/2 t2 t1 t5 t4 t6 io单桥臂逆变电路的无功交换分析适用于全桥逆变电路。 逆变电路幅值为Ud的180矩形方波电压的傅立叶级数表达式为：基波的幅值：基波有效值：上述

5、公式也适用于单桥臂逆变电路，只须将式中的Ud换成Ud/2。 逆变电路1.2 三相逆变器 u0 VT4 VT3 - C R Ud + i0 L VT1 VT2 VD3 VD2 VD1 VD4 三相桥式逆变电路可以看成是由3个单桥臂逆变电路组合而成。n VD2 VD1 0 VT2 VT1 - N Ud /2P Ud /2Ud + W iv VD4 VT4 VD3 VT3 VD5 VT5 VD6 VT6 V U iuiw id 逆变电路与单相的单桥臂、全桥逆变电路一样，电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式采用180导电方式，同一桥臂中的上、下两个开关交替导电，各相桥臂导电的角度依次相差120。 n

6、VD2 VD1 0 VT2 VT1 - N Ud /2P Ud /2Ud + W iv VD4 VT4 VD3 VT3 VD5 VT5 VD6 VT6 V U iuiw id 逆变电路在任一瞬间，三相逆变电路总有3个开关同时导通。由于同一桥臂上、下两个开关各自导通180，因此三相逆变器的每次换流都在同一桥臂上、下两个开关之间进行。 n VD2 VD1 0 VT2 VT1 - N Ud /2P Ud /2Ud + W iv VD4 VT4 VD3 VT3 VD5 VT5 VD6 VT6 V U iuiw id 逆变电路纵向换流三相逆变器的每次换流都是在同一桥臂上、下两个开关之间进行。 n VD2

7、 VD1 0 VT2 VT1 - N Ud /2P Ud /2Ud + W iv VD4 VT4 VD3 VT3 VD5 VT5 VD6 VT6 V U iuiw id 逆变电路t idt t t t t t 0 0 0 0 0 0 0 0 uWNuUNuVNiUuUnunNuUVUd /2Ud 2Ud /3Ud /6Ud /6当开关1导通时： uU0=Ud/2当开关4导通时： uU0=Ud/2uU0的波形是幅值为Ud2矩形波U相输出 逆变电路V、W两相的电压波形uV0、uW0与U相波形uU0相同，只是相位依次相差120。 V、W相输出t idt t t t t t 0 0 0 0 0 0 0

8、 0 uWNuUNuVNiUuUnunNuUVUd /2Ud 2Ud /3Ud /6Ud /6 逆变电路t idt t t t t t 0 0 0 0 0 0 0 0 uWNuUNuVNiUuUnunNuUVUd /2Ud 2Ud /3Ud /6Ud /6负载线电压分别为： uUV=uU0-uV0 uVW=uV0-uW0 uWU=uW0-uU0负载相电压分别为： uUn=uU0-un0 uVn=uV0-un0 uWn=uW0-un0 逆变电路交流负载中点n与直流电源假想中点0之间的电压为： 设交流负载为三相对称负载，则应有uUn + uVn + uWn =0，由此可得：un0的波形为矩形波，频

9、率为uU0频率的3倍、幅值为Ud/6。 逆变电路t idt t t t t t 0 0 0 0 0 0 0 0 uWNuUNuVNiUuUnunNuUVUd /2Ud 2Ud /3Ud /6Ud /6根据式uUn=uU0-un0uVn=uV0-un0uWn=uW0-un0 Un0=1/3(uU0+ uV0+uW0) 可得uUn 、 uVn、uWn的波形，uVn、uWn的电压波形与uUn相位依次相差120。 逆变电路若已知负载参数，可由uUn的波形求出U相电流iU的波形。 负载的功率因数角j不同，则各相线电流的波形和相位会有所不同。t idt t t t t t 0 0 0 0 0 0 0 0

10、uWNuUNuVNiUuUnunNuUVUd /2Ud 2Ud /3Ud /6Ud /6 逆变电路当U相桥臂的VT1由通态转换到断态时，感性负载电流通过U相下桥臂的二极管VD4续流。在滞后电流降为零后，U相下桥臂中的VT4开始导通反向电流。VD2 VD1 0 VT2 VT1 - N Ud /2P Ud /2Ud + W iv L VD4 VT4 VD3 VT3 VD5 VT5 VD6 VT6 V U iuiw id 逆变电路t idt t t t t t 0 0 0 0 0 0 0 0 uWNuUNuVNiUuUnunNuUVUd /2Ud 2Ud /3Ud /6Ud /6iV、iW的波形和iU形状相同，相位依次相差120。将U、V、W三个桥臂的电流相加，可得直流侧电流id的波形。特点:逆变器由直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，脉动的平均值与无脉动的值大体相同。 逆变电路将uUV展开成傅里叶级数得： 式中，n6k1；k为自然数。 逆变电路输出线电压有效值UUV为：基波幅值(UUVm)1为：基波有效值UUV1为： 逆变电路将uUN展开成傅里叶级数得： 式中，n6k1；k为自然数。 逆变电路t idt t t t t t 0 0 0 0 0 0 0 0 uWNuUNuVNiUuUnunNuUVUd /2Ud 2Ud /3Ud /6Ud /6基波幅值(UUnm)1为:负载相