第四章-DCAC逆变课件

4直流/交流逆变器4.0换流方式4.1逆变器的类型和性能指标4.2电压型单相方波逆变电路工作原理4.3三相逆变电路工作原理4直流/交流逆变器4.0换流方式4.0换流方式4.0.0引言4.0.1

逆变电路的基本工作原理4.0.2

换流方式分类4.0.3PWM4.0换流方式4.0.0引言逆变的概念逆变——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。逆变与变频变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变。主要应用各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。4.0.0引言逆变的概念以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理4.0.1

逆变电路的基本工作原理逆变电路及其波形举例负载a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理4.0.1逆S1、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。直流电交流电S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。直流电逆变电路最基本的工作原理——改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。

逆变电路及其波形举例a)b)tuoiot1t2电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同。逆变电路最基本的工作原理——改变两组开关切换频率，可改变输4.0.2换流方式分类换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为换相。开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。关断：全控型器件可通过门极关断。半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断。一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断。研究换流方式主要是研究如何使器件关断。本章换流及换流方式问题最为全面集中,因此安排在本章集中讲述。4.0.2换流方式分类换流——电流从一个支路向另一个支路1)器件换流（DeviceCommutation）利用全控型器件的自关断能力进行换流。在采用IGBT

、电力MOSFET

、GTO

、GTR等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。2)

电网换流（LineCommutation）电网提供换流电压的换流方式。将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。3)

负载换流（LoadCommutation）4)强迫换流（ForcedCommutation）1)器件换流（DeviceCommutation）负载换流电路及其工作波形

由负载提供换流电压的换流方式。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。如图是基本的负载换流电路，4个桥臂均由晶闸管组成。整个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。负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小。所以uo接近正弦波。注意触发VT2、VT3的时刻t1必须在uo过零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完成。?t?t?t?tOOOOiit1b)a)uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4负载换流电路由负载提供换流电压的换流方式。?t?t?t?4)强迫换流（ForcedCommutation）由换流电路内电容直接提供换流电压直接耦合式强迫换流通过换流电路内的电容和电感的耦合来提供换流电压或换流电流电感耦合式强迫换流设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换流。分类4)强迫换流（ForcedCommutation）由换流电直接耦合式强迫换流当晶闸管VT处于通态时，预先给电容充电。当S合上，就可使VT被施加反压而关断。

也叫电压换流。直接耦合式强迫换流原理图

电感耦合式强迫换流原理图电感耦合式强迫换流

先使晶闸管电流减为零，然后通过反并联二极管使其加上反向电压。也叫电流换流。直接耦合式强迫换流直接耦合式强迫换流原理图电感耦合式4.0.3PWM所谓PWM就是在所需的频率周期内，将直流电压调制成等幅不等宽的系列交流输出电压脉冲，以达到控制频率、电压、电流和抑制谐波的目的。4.0.3PWM所谓PWM就是在所需的频率周期内，将直流换流方式总结：器件换流——适用于全控型器件。其余三种方式——针对晶闸管。器件换流和强迫换流——属于自换流。电网换流和负载换流——属于外部换流。当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而是在支路内部终止流通而变为零，则称为熄灭。换流方式总结：4.1

逆变器的类型和性能指标4.1.1逆变器的类型4.1.2逆变器输出波形性能指标4.1.3其他指标4.1逆变器的类型和性能指标4.1.1逆变器的类型4.1.1逆变器的类型电压型逆变器VSI单相半桥单相全桥推挽逆变三相桥电流型逆变器CSI

依据直流电源的特性不同可分为：按输出电压不同分为CVCF、VVVF、脉冲型按逆变器电路结构不同分为：

按开关器件不同及换流关断方式不同分类：自关断、强迫关断、有源逆变、负载反电动势、负载谐振换流逆变器。4.1.1逆变器的类型电压型逆变器VSI电压型逆变器VSI电流型逆变器CSI电压型逆变器VSI电流型逆变器CSIZDV3T4T3D4Db1T2T1D2Dadiai单相半桥单相全桥ZDV3T4T3D4Db1T2T1D2Dadiai单相半桥单第四章-DCAC逆变课件4.1.2逆变器输出波形性能指标4.1.2逆变器输出波形性能指标4.1.2逆变器输出波形性能指标（续）畸变系数DF逆变电路输出的n次谐波有效值Vn经LC滤波后在负载上的n次谐波电压VLn为:

4.1.2逆变器输出波形性能指标（续）畸变系数DF逆变电路4.1.3其他指标逆变器的性能指标除输出波形性能指标外，还应包括：逆变效率单位重量（或单位体积）输出功率可靠性指标逆变器输入直流电流中交流分量的数值和脉动频率电磁干扰EMI及电磁兼容性EMC4.1.3其他指标逆变器的性能指标除输出波形性能指标外，还4.2

电压型单相方波逆电路工作原理4.2.1电压型单相全桥逆变电路4.2.2电压型单相半桥逆变电路4.2.3变压器中心抽头推挽式(Push-Pull)单相逆变电路4.2电压型单相方波逆电路工作原理4.2.1电压型单相全4.2.1电压型单相全桥逆变电路T1、T4与T2、T3交替通、断4.2.1电压型单相全桥逆变电路T1、T4与T2、T34.2.1电压型单相全桥逆变电路（续）不同负载时，D、T导电情况不同T导电供电，D导电续流（反回）电阻负载电感负载阻感负载4.2.1电压型单相全桥逆变电路（续）不同负载时，D、T导4.2.2电压型单相半桥逆变电路电容分压，半桥电路T1、T2交替通、断二级管D的功用R、L负载时，T、D交替导电4.2.2电压型单相半桥逆变电路电容分压，半桥电路4.2.2电压型单相半桥逆变电路（续）4.2.2电压型单相半桥逆变电路（续）4.2.3变压器中心抽头推挽式单相逆变电路

仅二个开关T1、T2轮流导电180度开关管断态电压高一倍2VD要输出变压器适用于低压小功率、须隔离的应用4.2.3变压器中心抽头推挽式单相逆变电路仅二个开关T4.3三相逆变电路工作原理4.3.1电压型三相逆变工作原理4.3.2电流型三相逆变工作原理4.3三相逆变电路工作原理4.3.1电压型三相逆变工作原4.3.1电压型三相逆变工作原理三个相差120度的单相逆变器组成一个三相逆变器4.3.1电压型三相逆变工作原理三个相差120度的单相逆变三个相差120度的单相逆变器组成一个三相逆变器

A相：T1、T4、T1’、T4’

B相：T3、T6、T3’、T6’C相：