电子电力技术课件-4

4.2电压型逆变电路1）逆变电路的分类——根据直流侧电源性质的不同电压型逆变电路——又称为电压源型逆变电路VoltageSourceInverter-VSI直流侧是电压源电流型逆变电路——又称为电流源型逆变电路CurrentSourceInverter-CSI直流侧是电流源12）电压型逆变电路的特点图4-6电压型全桥逆变电路(1)直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。(2)交流侧输出电压为矩形波，与负载阻抗角无关；交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗不同而不同。(3)阻感负载时需提供无功功率。直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管,构成逆导开关。24.2电压型逆变电路

4.2.1单相电压型逆变电路

4.2.2三相电压型逆变电路34.2.1单相电压型逆变电路1）半桥逆变电路重点掌握：（1）电路的拓扑形式（现多用全控型器件）（2）开关管的控制方式，输出电压波形及输出交流电压有效值如何改变？b)4180°方波控制（两开关管互补通断）输出电压为正负对称180°方波，幅度为±Ud/2，通过改变直流侧来调节输出交流电压有效值大小。工作原理V1和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补，输出电压uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2。a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD25图4－6单相半桥电压型逆变电路及其工作波形a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2设t2时刻以前V1为通态，V2为断态。t2时刻给V1关断信号，给V2开通信号，则V1关断，但感性负载中的电流io不能立即改变方向，于是VD2导通续流。当t3时刻io降为零时，VD2截止，V2开通，io开始反向。同样，在t4时刻给V2关断信号，给V1开通信号后，V2关断，VD1先导通续流，t5时刻，V1才开通。6V1或V2通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供能量；VD1或VD2通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈，即负载电感将其吸收的无功能量反馈回直流侧。ONb)ttOOoUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2反馈回的能量暂时储存在直流侧电容器中，直流侧电容器起着缓冲这种无功能量的作用。因为二极管VD1、VD2是负载向直流侧反馈能量的通道，所以称为反馈二极管,它又起着使负载电流连续的作用，又称续流二极管。分析电容和二极管作用7优点：电路简单，使用器件少。缺点：输出交流电压幅值为Ud/2，且直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡。应用：用于几kW以下的小功率逆变电源。单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合。82)全桥逆变电路共四个桥臂，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，幅值高出一倍。图4-7单相全桥逆变电路的移相调压方式阻感负载时，还可采用移相的方式来调节输出电压－移相调压。移相调压实际上就是调节输出电压脉冲的宽度。tOtOtOtOtOb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo9单相全桥逆变电路中，各IGBT的栅极信号仍为180°正偏，180°反偏，并且V1和V2的栅极信号互补，V3和V4的栅极信号互补。V3的栅极信号比V1落后q（0＜q＜180°）。V3、V4的栅极信号分别比V2、V1的前移180°－q。tOtOtOtOtOb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo输出电压uo不再是正负各为180°的脉冲，而是正负各为的脉冲。改变就可调节输出电压。10设t1时刻前V1和V4导通，输出电压uo为Ud，t1时刻V3和V4栅极信号反向，V4截止，但感性负载中的电流io不能突变，V3不能立刻导通，VD3导通续流。因为V1和VD3同时导通，所以输出电压为零。t2时刻V1和V2栅极信号反向，V1截止，V2不能立刻导通，VD2导通续流，和VD3构成电流通道，输出电压为-Ud。t3时刻V3和V4栅极信号再次反向，V3截止，而V4不能立刻导通，VD4导通续流，uo再次为零。纯电阻负载时，也可以得到相同的结果，只是VD1~VD4不再导通，不起续流作用。在uo为零的期间，4个桥臂均导通，负载也没有电流。tOtOtOtOtOb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouoV1V4V1VD3VD2VD3V2V3V2VD4VD1VD4V1V4114.2.2三相电压型逆变电路三个半桥单元可组合成一个三相逆变电路应用最广的是三相桥式逆变电路图4-9三相电压型桥式逆变电路N和N,一般不连在一起，否则输出波形变化很大。N,为假想中点，相当于地点。12基本工作方式——180°导电方式tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd2Ud3Ud62Ud3每桥臂按180°方波控制，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120°。任一瞬间有三个桥臂同时导通。每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流。13波形分析负载各相到电源中点N'的电压：U相，1通，uUN'=Ud/2，4通，uUN'=-Ud/2图4-10电压型三相桥式逆变电路的工作波形tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd2Ud3Ud62Ud3负载线电压14tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd2Ud3Ud62Ud3负载相电压负载中点和电源中点间电压15负载三相对称时有uUN+uVN+uWN=0，于是uNN’也是矩形波，但其频率为uUN’频率的3倍，幅值为其1/3，即为Ud/6。

由上式得到uUN

的波形，uVN和uWN的波形形状和uUN相同，均为6拍阶梯波，幅度为±2Ud/3，仅相位依次相差120°负载已知时，可由uUN波形求出iU波形。tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd2Ud3Ud62Ud316桥臂1、3、5的电流相加可得直流侧电流id的波形，id每60°脉动一次，直流电压基本无脉动，因此逆变器从交流侧向直流侧传送的功率是脉动的，这是电压型逆变电路的一个特点。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短路，应采取“先断后通”174.3电流型逆变电路直流电源为电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。图4-9电流型三相桥式逆变电路一般在逆变电路直流侧串联一个大电感，因为大电感中的电流脉动很小，因此可近似看成直流电流源。电流型逆变电路主要特点

(1)

直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源直流回路相当于高阻抗。18

(2)

电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，交流输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关。输出电压波形和相位因负载不同而不同。(3)当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用，因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必给开关器件反并联二极管。19第