第4章 2电压型逆变电路

Chapter4Inverter主讲：伍文俊

第四章逆变电路（DC-AC）2§4.3电压型逆变电路(VoltageSourceInverter---VSI)直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。逆变桥各臂功率开关管反并联二极管用以续流。输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。

一.VoltageSourceInverterProperties3二.Single-PhaseHalfBridgeVSI1、脉冲发法：

开关器件V1和V2的栅极信号在一个周期内各有半周正偏，半周反偏，且二者互补（注意死区）。2、工作原理：0-t1：二极管VD1续流，u0=Ud/2，电流反向指数下降；t1-t2：开关器件V1导通，u0=Ud/2，电流指数上升；t2-t3：二极管VD2续流，u0=-Ud/2，电流指数下降；t3-t4：开关器件V2导通，u0=-Ud/2，电流反向指数上升。4

优点：简单，使用器件少；缺点：输出交流电压的幅值Um仅为Ud/2，且直流侧需要两个电容器串联，存在两个电容器电压的均衡。因此，常用于几kW以下的小功率逆变电源。输出电压uo为矩形波，其幅值为Um=Ud/2。3、输出电压：uo展开成傅里叶级数得：4、特点：导通规律：逆变电路每臂导通半个周期，主控功率器件导通前，同臂续流二极管先续流。逆变周期同功率开关管的控制周期。5三.Single-PhaseFullBridgeVSI1、脉冲发法：

开关器件V1和V4，V2和V3的栅极信号相同，在一个周期内各有半周正偏，半周反偏，且V1（V4）和V2（V3）互补（注意死区）。2、工作原理：0-t1：二极管VD1和VD4续流，u0=Ud，电流反向指数下降；t1-t2：开关器件V1和V4导通，u0=Ud，电流指数上升；t2-t3：二极管VD2和VD3续流，u0=-Ud，电流指数下降；t3-t4：开关器件V2和V3导通，u0=-Ud，电流反向指数上升。6导通规律：逆变电路每臂导通半个周期，每次两个臂同时导通；主控功率器件导通前，同臂续流二极管先续流。逆变周期同功率开关管的控制周期。输出电压uo为矩形波，其幅值为Um=Ud。3、输出电压：uo展开成傅里叶级数得：其中基波的幅值Uo1m和基波有效值Uo1分别为：7R=100Ω,L=10mH,C=22uF(过)f0=339Hz,Q=0.213,f=300Hz当负载为RLC串联负载时情况如何？R=10Ω,L=10mH,C=22uF(欠)f0=339Hz,Q=2.13,f=300Hz8R=1Ω,L=10mH,C=22uF(欠)f0=339Hz,Q=21.3,f=300HzR=10Ω,L=10mH,C=22uF(欠)f0=339Hz,Q=2.13,f=150Hz9R=10Ω,L=10mH,C=22uF(欠)f0=339Hz,Q=2.13,f=400Hz10

单相全桥逆变电路可看成两个半桥电路组合而成，两对桥臂交替导通180°。输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，但幅值高出一倍。

逆变电路每臂导通半个周期，每次导通两个功率器件；主控功率器件关断后，同臂续流二极管续流。逆变周期同功率开关管的控制周期。-----可实现负载换流。

负载换流条件：欠阻尼，逆变频率<谐振频率，电路提供的关断时间>功率器件固有关断时间。过阻尼导通规律：同RL负载。负载电压同RL负载，欠阻尼时逆变频率越接近谐振频率，负载电流波形正弦度越好；过阻尼时，电流波形似RL负载，因负载参数略有变化。欠阻尼导通规律:

逆变频率大于谐振频率：同RL负载。

逆变频率小于谐振频率：11移相调压方式1、脉冲发法：

V3的栅极信号比V1落后（0＜＜180°）。V3、V4的栅极信号分别比V2、V1的前移180°-。2、工作原理：0-t1：VD1和VD4导通，u0=Ud；t1-t2：V1和V4导通，u0=Ud；t2-t3：V1和VD3导通，u0=0；t3-t4：VD2和VD3导通，u0=-Ud；t4-t5：V2和V3导通，u0=-Ud；t5-t6：V2和VD4导通，u0=0。输出电压是正负各为的脉冲。改变就可调节输出电压。如果电流断续结果如何？

三相电压型逆变电路工作方式：四.

Three-PhaseVSI主要应用：三相交流调速等Ⅰ类工作方式

Ⅱ类工作方式

Ⅰ类工作(180度导电型):逆变桥各相均有一个管子导通；Ⅱ类工作(120度导电型):逆变桥只有两相各有一个管子导通。12

工作类型决定控制方式不一样,复杂程度有差异,本节主要讲Ⅰ类工作三相桥式逆变电路。（一）Ⅰ类工作三相桥式电压型逆变电路

前提：负载为三相对称负载，功率开关器件为理想器件。1.本电路的目的输入:直流电压源。输出:三相交流。

2.主要掌握

(1)六个主控开关管的脉冲波形；(2)负载相电压及线电压波形；

(3)负载相电压及线电压的谐波分析。133.电路结构与分析(1)触发脉冲的发法：

各管脉冲持续180°

,按顺序依次滞后60°，保证理想交流电压的输出。同相上桥和下桥管子控制脉冲互补，之间应有死区。(2)两类等效电路14154.工作原理感性负载

关心波形:六管控制脉冲，uAN，uBN，uAB，iA各区域工作状态16各区域工作状态等效电路17

谐波分析:线电压:显然18故线电压的FFT分析为：输出线电压有效值为：19同理可得：线电压基波幅值和基波有效值分别为：相电压:输出相电压有效值为：20小结:

(1)脉冲宽度180度，每隔60度换相一次；(2)为纵向换相,故换相要可靠(否则电源短路)；为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路，要采取“先断后通”的方法。(3)每个瞬时都有三个管子导通。一个二极管两个主控管和三个主控管两种状态交替导通。

基波幅值和基波有效值分别为：21感性负载

关心波形:六管控制脉冲，uAN，uBN，uAB，iAⅠ类工作波形大于60Ⅰ类工作波形小于6022以阻性负载为例。特点(1)脉冲宽度120度，每隔60度换一次相；(2)每个瞬时只有两相各有一管导通,另一相不通。(3)属横向换相。

输出电压FFT分析（二）Ⅱ类工作三相桥式电压型逆变电路Ⅱ类工作波形Ⅰ类工作波形小于6023Ⅰ类与Ⅱ类工作对比：(1)Ⅰ类工作逆变器功率器件和电源利用率较高，其输出电压也较高；(2)Ⅱ类工作逆变器每次换流是在不同相的桥臂间进行的,属横向换流，故它可以避免同一相上臂和下臂的直通现象,较Ⅰ类工作逆变器可靠。241.调节直流侧电压,调节直流侧输出电压Ud可调节逆变输出电压。前提是直流侧电压可控。

2.脉宽调制：调节逆变输出电压的脉冲宽度,如前述移相调压，Ⅰ类和Ⅱ类输出电压不同。3.多重化：把逆变电路输出波形半个周期内的脉冲分割成多个,通过对每个脉冲的宽度进行控制,来控制输出电压并改善波形。五.OutputVoltageRegulation--TheEnd--25作业:P118-5

26三相桥式逆变电路的工作状态表27三相桥式逆变电路的等效电路28

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30Ⅱ类工作31R=100Ω,L=10mH,C=22u