DC_AC变换器

R负 载
ia
T0 4
(c) 电 阻 负 载 电 流 波 形
3T 0 4 T0 2 T0 D
2
0
D
1
t L负 载
D4
T 1 T4
D3
T
2
T3
ia
θ
T
1
(d ) 电 感 负 载 电 流 波 形
T4
T1、T4与T2、T3 交替通、断
0
D1 D4
π
2π
D2 D3 T
2
T3
R L负 载
ωt
iD
T
1
(e)R -L 负 载 电 流 波 形
Co1
T1
单相半桥
VD
n
Co2
Z
ia
D1
a
D2
T2
单相全桥
4.1.1 逆变器的类型（续3）
负载
a A * * O
1
* b B
VD
T1
D
D2
T2
推挽式单相逆变电路
4.1.1 逆变器的类型（续3）
P
Vd 2 0 Vd 2 T4 T1 D1 T3 ia a D3 T5 ib D6 b T2 D5 ic c
总有效值Vab
2 = T 0
4VD 2π
∫
T0 2 0
2 VD dt

= VD
基波有效值 V1 =
=
2 2 VD = 0.9VD π
4.2.2 电压型单相半桥逆变电路
Co1
T1
VD
n
Co2
Z
ia
D1
a
D2
va n
1 V 2
D
T2
ia
0
驱 动
T
1
T0 2
驱 动
3 T0 4
T
t < 180o 方波
S4
vo
(c) 宽度 θ
基本逆变电路
VD
0
逆变器自身控制方案
ωt
T/2 T
t
PWM输出电压波形
p
4.3.1 单脉冲宽度调制PWM逆变器
正半周中，T1、T4导通θ角 负半周中，T2、T3导通θ角 开关频率决定输出频率 脉宽θ决定输出电压大小
V g1 , Vg 4
θ
π θ π π θ + − 2 2 2 2 2
4.1.2 逆变器输出波形性能指标（续）
畸变系数 DF A
S1 S3
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:
L C
v0
C D
v1
R
V Ln =
Vn n ⋅ωL − 1 nω c
×
V 1 = 2 2 n nωc n ω LC − 1
VD
S2 B
V Ln =
∑
∞
12
V = V −1 1
2
V 2 = V1 + V2 + V3 + ⋅ ⋅ ⋅
180 方波 V D
v1 ( t ) VD
0
2
2
2
π
T 2 X-Axis
o 180方波
ωt
t
2 2 VD π 1 HF 3 = V 3 / V 1 = 0 .33 V 3 = V1 3 1 HF 5 = 0 .2 V 5 = V1 5 2 2 V D − V1 THD = = 0 . 48 2 V1 V1 =
T
4
T
2
T3
0 (f) 输 入 电 流 波 形
t
4.2.1 电压型单相全桥逆变电路（续）
T1
T4 T2 T3
T1
T4
电阻负载 负载 阻感负载
电感
v ab (t ) = 4V D sin( nωt ) n π n =1, 3, 5 ,
∑
∞
Ø不同负载时，D、T 导电情况不同 ØT导电供电，D导电 续流（返回）
4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续2）
v (t )
v ( t ) = V 1 m sin ω t
1 2 3 4
7π 10
0
v ab ( t )
Vd
5 9π 10
π
6 7 8 9
2π
10
π 10
1
3π 5π 10 10 2 3
ωt
(a)
5 = θ2 = θ 1
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
4.1.1 逆变器的类型
依据直流电源的特性不同可分为：
电压型逆变器VSI 电流型逆变器CSI
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：
单相半桥 单相全桥 推挽逆变 三相桥
Vn n 2 ⋅ ω 2 LC
=
Vn ω n2 ω 0
2
=
Vn nω 2 ( ) ω0
S4
n
(a) 基本逆变电路
2 n ( n 次谐波衰减了 n
vo
第n次谐波的畸变系数 : DFn =
ωt
t
ω 2 ) 倍 ω0
v1
VD
C
vo
π
X-Axis
Vn n 2 ⋅ V1
=
HFn n2
ωt
单极性 SPWM 电压波形
T3（D3）、T2（D2）导通
Vab＝－Vd
三种电平
T1（D1）、T3（D3）导通 或T2（D2）、T4（D4）导通
Vab＝0
4.3.3 单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器（续1）
vc , f c
O
δ2 δ1 δ4 δ3 δ 10 δ 11 δ 12
N =
fc = 14, P = 6 fr
vab
Vd I′ M
θ3 θ θ1 θ 12
4
θ
5
θ
6
调制比 : M =
i
ϕ π 2
(d)SPWM电 压
v rm v cm fc f ＝ c fr f0
O
π
π +ϕ
p
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
4.2.1 电压型单相全桥逆变电路
Vab
驱动 0
T1 T4
驱动 驱动
T2 T3
T1
T4
t
ia
0
(b ) 负 载 电 压 t
4.3.0 概述
q控制输出电压基波V1的大小 q 控制输出电压波形，要求谐波系数小，谐波频率高 Vn 2 2 V Ln = n ⋅ ω LC 控制方案1: 控制方案2: 控制方案3: 可控整流方案 斩波调压方案 逆变器自身控制方案
4.3.0 概述（续1）
交流 电源 可控
直流 电源
+
直流 环节 滤波器 逆 变 器 负 载
π
θ7
θ8
θ9
2π
ω t
(b) (a) 正 弦 电 压
− Vd
(b)SPW M 等 效 电 压
4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续3）
∫V
vab(t)
i(t)
D
⋅ dt = VD ⋅ ∆t = ∫ V1m sin ωtdt
m
1 ∆tm = V1m sin ω tdt ∫ VD 1 θ m = ω ⋅ ∆tm = ω ⋅ ∫ V1m sin ω tdt VD
T
2
0
(b)电 压 波 形
3T 0 2
t
0
Ø 电容分压，半桥电路 Ø T1、T2交替通、断 Ø 二级管D的功用 Ø R、L负载时，T、D交替 导电
ia
0
T 1 ON 1 T0 4
T 2 ON
T
t
0
ia m
D
1 Vd = 8 f0L
D
2
(c)电 阻 负 载 电 流 波 形
1
T1
T2
t
ia
0
RL
iam
(d)电 感 负 载 电 流 波 形
由正弦波 v r ( f r ) 与三角波 v c ( f c ) 的交点所 确定的 等幅多脉冲电压 v ab , 各段脉宽按正弦变化， v ab 仅含基波v1，f 1＝ f r 和 与开关频率 f c 相当的高次谐波。
vr , fr
π
ωt
2π
（ b） 由
v
c
,v
r
相交确定开关点
若v rm < v cm，则v 1m＝ v rm ⋅ VD v cm
θ = ωTon T 2 Ton π
X -Axis
2π
T
ωt t
基本逆变电路
逆变电路只能直接输出 vo = +VD vo = −VD vo = 0
vo
VD
0
ωt
T/2 T
t
4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续1）
θ ω
Vd
V1m sinω t i
△t期间
i
△t
在某一很短的时间段期间， 正弦电压与同一时间段中等幅 脉冲电压作用于L、R电路时， 只要两个窄脉冲电压的冲量相 等，则它们所形成的电流响应 就相同。因此要使图4.8(b)的 PWM电压波在每一时间段都与 该时段中正弦电压等效，除每 一时间段的面积相等外，每个 时间段的电压脉冲还必须很 窄，这就要求脉波数量P很多。 脉波数越多，不连续的按正弦 规律改变宽度的多脉波电压就 越等效于正弦电压。