精选电力电子技术直流交流变换技术讲义

（优选）电力电子技术直流交流变换技术目前一页\总数五十三页\编于十一点概念把直流电变成交流电称为逆变，相应的功率变换装置被称为逆变器。目前二页\总数五十三页\编于十一点分类1：有源逆变与无源逆变如果把逆变器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变成同频率的交流电送到电网去，叫有源逆变；如果逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接接到负载，即把直流电逆变成某一频率的交流电供给负载，则叫无源逆变。目前三页\总数五十三页\编于十一点分类2：电压型逆变器与电流型逆变器输入电压为恒压源称为电压源逆变器输入为恒流源称为电流源逆变器，在实际应用中使用较少。目前四页\总数五十三页\编于十一点两图有何区别?分类3：目前五页\总数五十三页\编于十一点分类4：半桥与桥式分类5：自然换流与强迫换流分类6：正弦逆变与非正弦逆变……目前六页\总数五十三页\编于十一点负载的分类逆变器输出在负载为阻性时…逆变器输出在负载为感性或容性负载时…能量如何流动？目前七页\总数五十三页\编于十一点逆变与整流目前八页\总数五十三页\编于十一点§6.2方波逆变器单相半桥式逆变电路在直流侧有两个相互串联的足够大的电容，使得两个电容的联结点为直流电压的中点。两个电容构成一个桥臂，开关管和及其反并二极管和构成另一个桥臂，两桥臂的中点为输出端，可以通过变压器输出，也可由这两端直接输出。目前九页\总数五十三页\编于十一点工作原理（阻性负载时）输出电压为π电角度的方波交流电，宽度等于Ton（Q1或Q2的导通时间）。目前十页\总数五十三页\编于十一点数量关系Vab=？其输出电压有效值为：其瞬时值表达式为：目前十一页\总数五十三页\编于十一点感性负载时如何工作？此时负载上的电压电流波形如何？D1，D2有何作用？目前十二页\总数五十三页\编于十一点2、单相全桥逆变电路四个功率管、四个反并联二极管组成如何工作？目前十三页\总数五十三页\编于十一点工作原理（阻性负载时）控制方式有双极性控制、有限双极性控制和移相控制三种。

B图为双极性控制目前十四页\总数五十三页\编于十一点数量关系其输出电压有效值为：其瞬时值表达式为：目前十五页\总数五十三页\编于十一点工作原理（感性负载时）控制方式有双极性控制、有限双极性控制和移相控制三种。

B图为双极性控制目前十六页\总数五十三页\编于十一点受限双极性控制方式受限双极性控制方式的工作原理是让一个桥臂的两个管子(例如Q1和Q3)以PWM方式工作，另一个桥臂的两个管子Q2、Q4各轮流导通半个周期。目前十七页\总数五十三页\编于十一点受限双极性控制方式(感性负载）在D3，Q4导通期间为何iL保持不变？目前十八页\总数五十三页\编于十一点双极性控制与受限双极性控制的区别目前十九页\总数五十三页\编于十一点移相控制方式移相控制方式的工作过程是Q1和Q3轮流导通，各导通180度角；Q2和Q4也是这样，但Q1和Q4不是同时导通。目前二十页\总数五十三页\编于十一点三相逆变器电路可以由三个单相逆变器组成，通常三相逆变电路采用三相桥式电路，三相桥式电路如图所示。每个桥臂（Redleg，Yellowleg，Blueleg）相互延迟1200。三相方波逆变器目前二十一页\总数五十三页\编于十一点当G点和N点不连接时，180O导电型工作过程，负载为阻性。

6个功率管的驱动信号如图所示，三个单相逆变器的激励脉冲之间彼此相差1200，每个管子都导通180O，以便获得三相平衡（基波）的输出。任何时刻都有3个管子导通，其导通顺序为5、6、1；6、1、2；1、2、3；2、3、4；3、4、5；4、5、6；5、6、1….；每组管子导通60度。6个开关的驱动信号目前二十二页\总数五十三页\编于十一点6个状态的等效电路如图所示目前二十三页\总数五十三页\编于十一点可以求出6个状态时三相输出电压：目前二十四页\总数五十三页\编于十一点由上式画出三相输出相电压波形，如图所示，可见波形每个周期由六个阶梯组成，因此又称为六阶梯波。我们称、、为逆变器相电压；、、为逆变器线电压。180O目前二十五页\总数五十三页\编于十一点120O导电型（当G点和N点不连接）120度导电型模式时，每个开关元件导通120度，S1～S6依次间隔60度导通，逆变器中任一时刻只有两管导通，工作安全可靠，不会发生同一桥臂直通现象。导通顺序如何？目前二十六页\总数五十三页\编于十一点时段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6输出电压波形是怎样的？目前二十七页\总数五十三页\编于十一点高频逆变感应加热技术优点：升温快、热效率高无明火、无烟尘、无有害气体目前二十八页\总数五十三页\编于十一点高频逆变感应加热技术原理：电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能。目前二十九页\总数五十三页\编于十一点电路原理（如何产生交变磁场）目前三十页\总数五十三页\编于十一点3傅立叶级数、方波逆变器输出谐波在实际问题中，除了正弦函数外，还会遇到许多非正弦的周期函数，为了研究非正弦的周期函数，将周期函数展开成由三角函数组成的级数。将周期函数展开，它的物理意义是很明确的，即把一个比较复杂的周期运动看成是许多不同频率的简谐振动叠加。目前三十一页\总数五十三页\编于十一点方波的各次谐波目前三十二页\总数五十三页\编于十一点如何去除谐波？方波逆变器输出是一交变方波电压，在某些场合可以直接应用，例如在驱动交流电机等应用中；在另一些场合，方波逆变器输出就必须进行滤波，才能满足应用的需要。由于基波和谐波频率差较小，低通滤波器设计相当困难。目前三十三页\总数五十三页\编于十一点§6.3脉冲宽度调制（PWM）背景：方波逆变器可以方便地调整输出电压的频率，但输出电压的幅度在逆变环节中无法调节，通常需要增加调压环节完成调压功能，但这种方法使系统复杂，且输出电压谐波大。1964年，德国学者A.Schonung和H.Stemmler率先提出了脉宽调制（PWM:PulseWidthModulation）的思想，把通讯技术中的调制技术应用于交流传动中，开创了DC-AC技术研究的新领域。发展现状目前三十四页\总数五十三页\编于十一点PWM波形生成原理

在采样控制理论中，有一个重要结论：冲量相等而形状不同的脉冲，加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量，即是指窄脉冲的面积。这里所说的效果相同，是指环节的输出响应波形基本相同。如果将其输出波形用傅氏变换分析，其中低频特性基本相同，仅在高频段略有差异。

目前三十五页\总数五十三页\编于十一点如图中所示的三个面积相等但形状不同的窄脉冲，当他们分别加在惯性上环节上时，输出基本相同，并且，脉冲宽度越窄，其输出的差异越小。目前三十六页\总数五十三页\编于十一点原理：1）将正弦波n等分，将正弦波用宽度相同，幅度不同的一系列方波脉冲来拟合。2）将每个脉冲方波以面积相等的原则用一系列幅度相同，宽度不同的方波来替换（根据控制理论，这样替换后输出效果相同。）目前三十七页\总数五十三页\编于十一点把所希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作为载波，因为等腰三角波上下宽度与高度呈线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，在交点时刻就可以得到宽度正比于调制信号波幅度的脉冲。下图为调制波、载波和SPWM波的关系图形。目前三十八页\总数五十三页\编于十一点单极性PWM调制载波（三角波）在调制波半个周期内只在一个方向变化，所得到的PWM波形也只在一个方向变化的控制方式称为单极性PWM控制方式。目前三十九页\总数五十三页\编于十一点双极性PWM调制

在双极性控制方式中，载波（三角波）在调制波半个周期内是在正负两个方向变化，所得到的PWM波形也正负两个在方向变化。目前四十页\总数五十三页\编于十一点SPWM生成方法1）自然采样法2）规则采样法目前四十一页\总数五十三页\编于十一点PWM产生电路及控制原理（自然采样法）单极性PWM调制目前四十二页\总数五十三页\编于十一点简单的电压比较电路目前四十三页\总数五十三页\编于十一点Ur：信号波（正弦波）Uc：载波（三角波）调制电路的组成1）比较电路2）控制电路目前四十四页\总数五十三页\编于十一点控制方法在信号波Ur的正半周期Q1保持导通，Q3保持关断，然后：当Ur>Uc时，Q4导通，Q2关断则此时Vab=Vin当Ur<Uc时，Q4关断，Q2导通则此时Vab=0目前四十五页\总数五十三页\编于十一点在信号波Ur的负半周期Q3保持导通，Q1保持关断，然后：当Ur>Uc时，Q4导通，Q2关断则此时Vab=0当Ur<Uc时，Q4关断，Q2导通则此时Vab=-Vin目前四十六页\总数五十三页\编于十一点双极性PWM调制产生电路不变该使用何种控制方式？提示:Q1与Q4一组，Q2与Q3一组目前四十七页\总数五十三页\编于十一点控制方法在Ur正半周期：当Ur>Uc时，Q1与Q4通，Q2与Q3断

此时Vab=Vin当Ur<Uc时，Q1与Q4断，Q2与Q3通

此时Vab=-Vin在Ur负半周期：目前四十八页\总数五十三页\编于十一点三相桥逆变的PWM控制三相的PWM控制公用三角波载波uc；三相的调制信号urU、urV和urW依次相差120°目前四十九页\总数五十三页\编于十一点二重单相电压型逆变电路：两个单相逆变电路的输出电压u1和u2均是180°矩形波。两个单相逆变电路导通相位错60°目前五十页\总数五十三页\编于十一点二重单相电压型逆变电路：由两个单相全桥逆变电路组成，输出通过变压器T1和T2串联起来。输出波形：两个单相的输出电压u1和u2均是180°矩形波。二重逆变电路的工作波形二重单相逆变电路两个单相电路导通相位错开j=60°,则u1和u2的3次谐波就错开了3×60°=180。变压器串联合成后，两者中的3次谐波相互抵消，总输出电压中不含3次谐波。uo波形是120°矩形波，含6k±1次谐波，3k次谐波都被抵消。目前五十一页\总数五十三页\编于十一点无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？三相电压型逆变电路基本电路的工作方式是（）导电方式，输出的交流电压波形为（），相电压宽度为（），幅值(max)为（）。单极性和双极性PWM调制有什么区