教学第4章无源逆变课件

第四章逆变电路逆变——与整流相对应，直流电变成交流电交流侧接电网，为有源逆变交流侧接负载，为无源逆变本章讲述无源逆变第四章逆变电路逆变——与整流相对应，直流电变成交流电14.1换流方式

4.2电压型逆变电路（单相）

4.3电流型逆变电路

※重在电路结构，工作原理学习内容：4.1换流方式※重在电路结构，工作原理学习内容：24.1.1逆变电路的基本工作原理4.1换流方式S1-S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成4.1.1逆变电路的基本工作原理4.1换流方式S3S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负直流交流4.1.1逆变电路的基本工作原理S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正S1、S44改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位相同.阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同.t1前：S1、S4通，uo和io均为正t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，uo变负，但io不能立刻反向

io从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感能量向电源反馈，io逐渐减小，t2时刻降为零，之后io才反向并增大过程分析：4.1.1逆变电路的基本工作原理电流从一条支路转移到另一条支路称为换流。改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率t1前：S1、S45①器件换流（IGBT,GTO,GTR,BJT,MOSFET)②电网换流③负载换流（负载满足的条件？）④强迫换流（直接耦合式，电感耦合式）4.1.2换流的基本方式①器件换流（IGBT,GTO,GTR,BJT,MOSFET)6采用晶闸管.负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容性.为改善负载功率因数使其略呈容性,而接入的直流侧串入大电感Ld,id基本没有脉动.※负载换流逆变电路采用晶闸管.※负载换流逆变电路7工作过程:4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩形波负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，uo波形接近正弦t1前：VT1、VT4通，VT2、VT3断，uo、io均为正，VT2、VT3电压即为uot1时：触发VT2、VT3使其开通，uo加到VT4、VT1上使其承受反压而关断，电流从VT1、VT4换到VT3、VT2t1必须在uo过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成工作过程:4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流负载工作在8※强迫换流逆变电路-(电容换流）直接耦合式强迫换流（电压换流）电感耦合式强迫换流（电流换流)※强迫换流逆变电路-(电容换流）直接耦合式强迫换流电感耦合式94.2

电压型逆变电路

4.2.1单相电压型逆变电路（1）半桥逆变电路*导电方式：V1，V2信号互补，各导通1804.2电压型逆变电路

4.2.1单相电压型逆变电路*导电方10工作原理：（1）t1—t2

电源电压经V1对负载供电，电流指数规律上升。负载电压为1/2ud.（2）t2—t3

电感经VD2续流，电流指数规律下降。负载电压为-1/2ud.

（3）t3—t4

电源经V2对负载供电，电流指数规律反向上升。负载电压为-1/2ud.（4）t4—t5电感经VD1续流，电流指数规律反向下降，负载电压为1/2ud.★因为是阻感负载，成感性，电流滞后电压，滞后角θ=arctanωL/R.单向半桥电压逆变电路优缺点总结：①优点：所用器件少。②缺点：u0幅值小，只有电源电压的一半，并且输入端接两个电容，还需保证C1=C2,不能精确满足。思考：电路中的二极管主要起什么作用？答：当负载为感性或阻感性时，二极管为负载向直流电源反馈能量提供通道（即续流过程），故这些二极管被称之为反馈二极管。※为了解决这一矛盾，在单向半桥的基础上提出了单向全桥电压型逆变电路。※单相半桥一般应用在小功率电路中。工作原理：（3）t3—t4电源经V2对负载供电，电流指114.2电压型逆变电路4.2.1单相电压型逆变电路（2）全桥逆变电路由四个臂构成，输入端并有一个电容。负载接在上下两组臂之间。4.2电压型逆变电路4.2.1单相电压型逆变电路由四个臂构12*导电方式一：V1,V4同时通断V2,V3同时通断V1,V4与V2,V3信号互补，各导电180工作原理：与单向半桥电路工作原理相同，只不过全桥中是两个臂同时工作，半桥中一个臂单独工作。全桥输出电压，电流波形与半桥完全一样，但幅值均为半桥的两倍。*思考1：在全桥中，续流过程如何完成？※VD2,VD3同时续流。※VD1,VD4同时续流。*导电方式一：工作原理：与单向半桥电路工作原理相同，只不过全13思考2：在导电方式一下工作，如果要改变输出电压的有效值（即幅值），应该采取什么样的方式？★只能靠改变输入直流电压的大小来改变输出电压的有效值。可以通过整流电路，斩波电路来实现。若不采用整流和斩波，能否直接进行调制呢？为此提出了导电方式二：

移相导电方式。思考2：在导电方式一下工作，如果要改变输出电压的有效值（即幅14导电方式二（移相导电）：V1,V2信号互补；V3,V4信号互补；V3信号比V1信号落后θ（0〈θ〈180）

所谓移相：即改变θ的大小。导电方式二（移相导电）：所谓移相：即改变θ的大小。15

单相全桥电压型逆变电路特性总结：（1）全桥逆变是单相中应用最广泛的逆变电路。（2）全桥逆变输出电压的幅值即为电源电压，比半桥增长一倍，一般应用在较大功率的场合。（3）在移相导电方式下，通过改变移相导电方式中的ө角，可改变输出电压的有效值。单相全桥电压型逆变电路特性总结：16

电压型逆变电路总结通过对单相电压逆变电路的学习，对于电压型逆变电路特性可归纳如下：（1）直流侧并有电容，相当于一个电压源，提供恒定的输入电压，直流电压基本无脉动。（2）输出电压波形均为矩形波，与负载无关，而电流波形和相位因负载阻抗角不同而不同。（矩形波，或近似为正弦波）（3）负载为感性时，需要提供无功功率，直流侧电容起到缓冲无功能量的作用，为了给交流侧向直流侧反馈能量提供通道，各臂都要并联一个反馈二极管。（4）直流侧向交流侧传送的功率是脉动的（输出电压无脉动，但电流有脉动），且其脉动与负载电流脉动一致。（5）一般在负载端会接上滤波器，滤去电压波形中的谐波分量，保留基波分量，使输出电压的波形接近标准的正弦波。电压型逆变电路总结通过对单相电压逆变电路的学习，对于电压型174.3电流型逆变电路*电流型逆变直流侧输入电源为电流源电流型逆变电路的特性：（1）直流侧串大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动。（2）因为是恒流，输出电流波形是矩形波，输出电压波形与负载有关系。（3）电路中不必加反馈二极管。（为什么？）（4）电感起到缓冲无功能量的作用。

4.3电流型逆变电路*电流型逆变直流侧输入电源为电流源电流184.3.1单相电流型逆变电路（1）电路结构①4个桥臂，每桥臂晶闸管各串联一个电抗器LT，用来限制晶闸管开通时的di/dt②采用负载换相方式，要求负载电流略超前于负载电压（呈容性）。③C和L、R构成并联谐振电路，故此电路称为并联谐振式逆变电路（但最终负载仍略显容性，准确应称之为容性小失谐负载）④并联谐振回路对基波呈高阻抗，对谐波呈低阻抗，谐波在负载上产生的压降很小，因此负载电压波形接近正弦波。4.3.1单相电流型逆变电路（1）电路结构①4个桥臂，19（2）工作原理：基本导电方式：1，4同时通断，2，3同时通断。t1-t2：VT1和VT4稳定导通阶段，iｏ=Id，t2时刻前在C上建立了左正右负的电压。t2~t4：t2时触发VT2和VT3开通，进入换流阶段。LT使VT1、VT4不能立刻关断，电流有一个减小过程VT2、VT3电流有一个增大过程t=t4时，VT1、VT4电流减至零而关断，换流阶段结束t4－t2=tγ

称为换流时间4个晶闸管全部导通，负载电容电压经两个并联的放电回路同时放电LT1、VT1、VT3、LT3到C；另一个经LT2、VT2、VT4、LT4到C电压波形近似为正弦波，且滞后电流一个角度，与负载系数有关。（2）工作原理：基本导电方式：1，4同时通断，2，3同时通断20思考：如何保证晶闸管的可靠关断？？※电流减小为零，晶闸管不能立刻关断，还需一段时间才能恢复正向阻断能力，也就是说电流为零后还要使VT1、VT4承受一段反压时间tb，这样晶闸管才能真正可靠关断。※所以为使晶闸管可靠关断，tb=t5-t4应大于晶闸管的关断时间tq思考：如何保证晶闸管的可靠关断？？※电流减小为零，晶闸管不能21※并且为保证可靠换流应在uo过零前td=t5-t2时刻触发VT2、VT3※两个重要参数：触发引前时间:

t=t+tio超前于uo的时间:

t

=t/2

+t即为功率因数角。即为功率因数角。22第4章逆变电路小结（1）换流方式，换流原理。（2）电压型逆变电路：单相：工作原理，波形分析，重点掌握单相全桥,

尤其移相导电方式。三相：重点掌握输出电压波形。（3）电流型逆变电路：单相：重点掌握工作原理及如何防止逆变失败问题。三相：SCR带二极管换流过程的理解。第4章逆变电路小结（1）换流方式，换流原理。23课外思考针对P144图5-16，不采用等效电容的方式，分析C1,C3,C5的电压变化曲线，并解释变化过程。课外思考针对P144图5-16，不采用等效电容的方式，分析C24

1.把直流电变成交流电的电路称为________，当交流侧有电源时称为________，当交流侧无电源时称为________。

2.电流从一个支路向另一个支路转移的过程称为换流，从大的方面，换流可以分为两类，即外部换流和________，进一步划分，前者又包括________和________两种换流方式，后者包括________和________两种换流方式。

3.适用于全控型器件的换流方式是________，由换流电路内电容直接提供换流电压的换流方式称为________。

4.逆变电路可以根据直流侧电源性质不同分类，当直流侧是电压源时，称此电路为________，当直流侧为电流源时，称此电路为________。

1填空题1.把直流电变成交流电的电路称为________，当交流侧255.半桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为________Ud，全桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为________Ud。

6.三相电压型逆变电路中，每个桥臂的导电角度为________，各相开始导电的角度依次相差________，在任一时刻，有________个桥臂导通。

7.单相电流型逆变电路采用________换相的方式来工作的，其中电容C和L、R构成________电路。

8.三相电流型逆变电路的基本工作方式是________导电方式，按VT1到VT6的顺序每隔________依次导通，各桥臂之间换流采用________换流方式。

5.半桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为________Ud261对于单相全桥电压型逆变电路，带阻感负载，移相导电方式，当θ=150º时，要求：（1）大致作出输出电压，输出电流波形。（2）说明每一阶段电路对应的工作状态。（以电流波形为基准分阶段讨论）2分析题1对于单相全桥电压型逆变电路，带阻感负载，移相导电方式，当272对于单相全桥电压型逆变电路，带阻感负载，，分析：希望改变输出电压的有效值，不允许采用外部调节的方式，电路可采用什么控制方案？（要求提出方案不少于两种，并属于不同的控制方式）2对于单相全桥电压型逆变电路，带阻感负载，，分析：希望改变283对于单相全桥电压型逆变电路，带阻感负载，分析：希望改变输出电压的有效值，电路可采用什么控制方案？并绘制该方案下的输出电压波形。3对于单相全桥电压型逆变电路，带阻感负载，分析：希望改变输29第四章逆变电路逆变——与整流相对应，直流电变成交流电交流侧接电网，为有源逆变交流侧接负载，为无源逆变本章讲述无源逆变第四章逆变电路逆变——与整流相对应，直流电变成交流电304.1换流方式

4.2电压型逆变电路（单相）

4.3电流型逆变电路

※重在电路结构，工作原理学习内容：4.1换流方式※重在电路结构，工作原理学习内容：314.1.1逆变电路的基本工作原理4.1换流方式S1-S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成4.1.1逆变电路的基本工作原理4.1换流方式S32S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负直流交流4.1.1逆变电路的基本工作原理S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正S1、S433改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位相同.阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同.t1前：S1、S4通，uo和io均为正t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，uo变负，但io不能立刻反向

io从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感能量向电源反馈，io逐渐减小，t2时刻降为零，之后io才反向并增大过程分析：4.1.1逆变电路的基本工作原理电流从一条支路转移到另一条支路称为换流。改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率t1前：S1、S434①器件换流（IGBT,GTO,GTR,BJT,MOSFET)②电网换流③负载换流（负载满足的条件？）④强迫换流（直接耦合式，电感耦合式）4.1.2换流的基本方式①器件换流（IGBT,GTO,GTR,BJT,MOSFET)35采用晶闸管.负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容性.为改善负载功率因数使其略呈容性,而接入的直流侧串入大电感Ld,id基本没有脉动.※负载换流逆变电路采用晶闸管.※负载换流逆变电路36工作过程:4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩形波负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，uo波形接近正弦t1前：VT1、VT4通，VT2、VT3断，uo、io均为正，VT2、VT3电压即为uot1时：触发VT2、VT3使其开通，uo加到VT4、VT1上使其承受反压而关断，电流从VT1、VT4换到VT3、VT2t1必须在uo过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成工作过程:4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流负载工作在37※强迫换流逆变电路-(电容换流）直接耦合式强迫换流（电压换流）电感耦合式强迫换流（电流换流)※强迫换流逆变电路-(电容换流）直接耦合式强迫换流电感耦合式384.2

电压型逆变电路

4.2.1单相电压型逆变电路（1）半桥逆变电路*导电方式：V1，V2信号互补，各导通1804.2电压型逆变电路

4.2.1单相电压型逆变电路*导电方39工作原理：（1）t1—t2

电源电压经V1对负载供电，电流指数规律上升。负载电压为1/2ud.（2）t2—t3

电感经VD2续流，电流指数规律下降。负载电压为-1/2ud.

（3）t3—t4

电源经V2对负载供电，电流指数规律反向上升。负载电压为-1/2ud.（4）t4—t5电感经VD1续流，电流指数规律反向下降，负载电压为1/2ud.★因为是阻感负载，成感性，电流滞后电压，滞后角θ=arctanωL/R.单向半桥电压逆变电路优缺点总结：①优点：所用器件少。②缺点：u0幅值小，只有电源电压的一半，并且输入端接两个电容，还需保证C1=C2,不能精确满足。思考：电路中的二极管主要起什么作用？答：当负载为感性或阻感性时，二极管为负载向直流电源反馈能量提供通道（即续流过程），故这些二极管被称之为反馈二极管。※为了解决这一矛盾，在单向半桥的基础上提出了单向全桥电压型逆变电路。※单相半桥一般应用在小功率电路中。工作原理：（3）t3—t4电源经V2对负载供电，电流指404.2电压型逆变电路4.2.1单相电压型逆变电路（2）全桥逆变电路由四个臂构成，输入端并有一个电容。负载接在上下两组臂之间。4.2电压型逆变电路4.2.1单相电压型逆变电路由四个臂构41*导电方式一：V1,V4同时通断V2,V3同时通断V1,V4与V2,V3信号互补，各导电180工作原理：与单向半桥电路工作原理相同，只不过全桥中是两个臂同时工作，半桥中一个臂单独工作。全桥输出电压，电流波形与半桥完全一样，但幅值均为半桥的两倍。*思考1：在全桥中，续流过程如何完成？※VD2,VD3同时续流。※VD1,VD4同时续流。*导电方式一：工作原理：与单向半桥电路工作原理相同，只不过全42思考2：在导电方式一下工作，如果要改变输出电压的有效值（即幅值），应该采取什么样的方式？★只能靠改变输入直流电压的大小来改变输出电压的有效值。可以通过整流电路，斩波电路来实现。若不采用整流和斩波，能否直接进行调制呢？为此提出了导电方式二：

移相导电方式。思考2：在导电方式一下工作，如果要改变输出电压的有效值（即幅43导电方式二（移相导电）：V1,V2信号互补；V3,V4信号互补；V3信号比V1信号落后θ（0〈θ〈180）

所谓移相：即改变θ的大小。导电方式二（移相导电）：所谓移相：即改变θ的大小。44

单相全桥电压型逆变电路特性总结：（1）全桥逆变是单相中应用最广泛的逆变电路。（2）全桥逆变输出电压的幅值即为电源电压，比半桥增长一倍，一般应用在较大功率的场合。（3）在移相导电方式下，通过改变移相导电方式中的ө角，可改变输出电压的有效值。单相全桥电压型逆变电路特性总结：45

电压型逆变电路总结通过对单相电压逆变电路的学习，对于电压型逆变电路特性可归纳如下：（1）直流侧并有电容，相当于一个电压源，提供恒定的输入电压，直流电压基本无脉动。（2）输出电压波形均为矩形波，与负载无关，而电流波形和相位因负载阻抗角不同而不同。（矩形波，或近似为正弦波）（3）负载为感性时，需要提供无功功率，直流侧电容起到缓冲无功能量的作用，为了给交流侧向直流侧反馈能量提供通道，各臂都要并联一个反馈二极管。（4）直流侧向交流侧传送的功率是脉动的（输出电压无脉动，但电流有脉动），且其脉动与负载电流脉动一致。（5）一般在负载端会接上滤波器，滤去电压波形中的谐波分量，保留基波分量，使输出电压的波形接近标准的正弦波。电压型逆变电路总结通过对单相电压逆变电路的学习，对于电压型464.3电流型逆变电路*电流型逆变直流侧输入电源为电流源电流型逆变电路的特性：（1）直流侧串大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动。（2）因为是恒流，输出电流波形是矩形波，输出电压波形与负载有关系。（3）电路中不必加反馈二极管。（为什么？）（4）电感起到缓冲无功能量的作用。

4.3电流型逆变电路*电流型逆变直流侧输入电源为电流源电流474.3.1单相电流型逆变电路（1）电路结构①4个桥臂，每桥臂晶闸管各串联一个电抗器LT，用来限制晶闸管开通时的di/dt②采用负载换相方式，要求负载电流略超前于负载电压（呈容性）。③C和L、R构成并联谐振电路，故此电路称为并联谐振式逆变电路（但最终负载仍略显容性，准确应称之为容性小失谐负载）④并联谐振回路对基波呈高阻抗，对谐波呈低阻抗，谐波在负载上产生的压降很小，因此负载电压波形接近正弦波。4.3.1单相电流型逆变电路（1）电路结构①4个桥臂，48（2）工作原理：基本导电方式：1，4同时通断，2，3同时通断。t1-t2：VT1和VT4稳定导通阶段，iｏ=Id，t2时刻前在C上建立了左正右负的电压。t2~t4：t2时触发VT2和VT3开通，进入换流阶段。LT使VT1、VT4不能立刻关断，电流有一个减小过程VT2、VT3电流有一个增大过程t=t4时，VT1、VT4电流减至零而关断，换流阶段结束t4－t2=tγ

称为换流时间4个晶闸管全部导通，负载电容电压经两个并联的放电回路同时放电LT1、VT1、VT3、LT3到C；另一个经LT2、VT2、VT4、LT4到C电压波形近似为正弦波，且滞后电流一个角度，与负载系数有关。（2）工作原理：基本导电方式：1，4同时通断，2，3同时通断49思考：如何保证晶闸管的可靠关断？？※电流减小为零，晶闸管不能立刻关断，还需一段时间才能恢复正向阻断能力，也就是说电流为零后还要使VT1、VT4承受一段反压时间tb，这样晶闸管才能真正可靠关断。※所以为使晶闸管可靠关断，tb=t5-t4应大于晶闸管的关断时间tq思考：如何保证晶闸管的可靠关断？？※电流减小为零，晶闸管不能50※并且为保证可靠换流应在uo过零前td=t5-t2时刻触发VT2、VT3※两个重要参数：触发引前时间:

t=t+tio超前于uo的时间:

t

=t/2

+t即为功率因数角。即为功率因数角。51第4章逆变电路小结（1）换流方式，换流原理。（2）电压型逆变电路：单相：工作原理，波形分析，重点掌握单相全桥,

尤其移相导电方式。三相：重点掌握输出电压波形。（3）电流型逆变电路：单相：重点掌握工作原理及如何防止逆变失败问题。三相：SCR带二极管换流过程的理解。第4章逆变电路小结