DC-AC变换技术

Ts
ToTsnt
t
Ts /2
(b)
(c) ( a)
( c)
Ts Tot n T s /2 ( b)
Q1 t t
t
t Ts
A
移相控制方式
3
4
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。
Q1 V
in
Q
3
D1
Q2
A
Z
D3
Q
4
(a)
Q1
Q3
Q 1

f(t)A0 Ansint(n) n1
方波的各次谐波

f(t)A0 Ansint(n) n1
逆变器输出
A1si nt (1)
基波
3次 谐 波
A3si3 nt(3)
5次 谐 波
A5si5 nt(5)
基波为1
3次 谐 波 为 0.33 5次 谐 波 为 0.2 7次 谐 波 为 0.14 9次 谐 波 为 0.11 11次 谐 波 为 0.09
V
VAB
ABVAB
Vin
Vin
B
t
D4 i R
i
i L
R
Q3
Q 1
Q 3
D4
Q 4
QQ12Q4D1
QQ2
4
DQ31
t
Q1 D3
Q 3
D4
Q 4
t
Q1 D2 t tQ2 D1 Q 4Q1
V AB
t
V
AB
t
tt
t
i
iL
L
Q3 D1 Q2
Ton Ts /2
(a)
(b)
Ts t Ton Ts /2 Ton TTTosns /2tT s /2
Q2 D1
Q 1tt来自V ABtt
i L
Ton Ts/2
t Ts
Ton Ts/2
t Ts
(a)
(b)
(c)
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）。
数量关系
Vab=？
其输出电压有效值为：
D1
Q 1
V AB A
Vin/2
D2 i R
Q2
Q1
Q1 D2
Q2 D1
Q1
t
t
V AB
i R
iL
Q 1
Qt 3 D4 Q 1 DQ34
Q2 D1
t
Q 1
Q 4
t
V AB
t
t
i L
Q3 Q2
(a)
Ton Ts /2 (b)
t
Ts Ton T s /2
To
n
Ts
Ts
t/2
( c)
t
Ts Ton T s /2
( a)
( b)
A
受限双极性控制方式(感性负载）
B Q1
V
in
Q
3
Q 1
D1
Q2Q4
❖ 1964年，德国学者A. Schonung 和H. Stemmler 率先提出了脉宽调制（PWM: Pulse Width Modulation）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
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。
DC600v集中供电系统工作原理
DC600v集中供电系统工作原理
电气化区段运行方式
❖ 25kv→受电弓→主变压器→整流，滤波 →DC600v
逆变器 → 空调
DC600v
→ 热水器
DC110电 → 蓄电池 压装置
照明等
→ 其他直 流负载
非电气化区段运行方式
发电车 DC600v
逆变器 → 空调 → 热水器
其瞬时值表达式为：
工作原理（感性负载时）
Q1
QD11
V
in
V
A
in
Q
3
QD33
QD21
Z
A Q
D43
(a)
QD22
QQ 1 4D2
Q2Q QQ3 14
VAB
VAB
ZB
Vin B
Vin
QD44 i R
D4 i R
QQ12Q4Q3
Q 4
QD13Q4
t
Q1 D2t
Q3Q4DD4 3 QQ2 1DD1 2
共阳极组中导通 VT6 VT2 VT2 VT4 VT4 VT6 的晶闸管
输出电压波形是怎样的？
❖ 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。
Ts
tTon Ts /2
(a)
( a)
(b)
( b)
( c)
t Ts
A
在D3，Q4导通期间为何iL保持不变？
1
2
3
双极性控制与受限双极性控制的区别
Q2
Q1
Z V
in
Q
4Q
3
(a)
B
D2
Q1 Q4
D1
VAB
B
A
Q2
Vin
Z
D4 D3i
Q
4
R
Q2 Q3
D2
Q1Q4 Q1 tQ4
Q1
Q 4
QQ12
D
DQ233Q4
车轴式供电
轴驱式发电机的供电系统有许多缺点。
首先,客车发电机的机械传动是一个复杂的结构部件,经常 损坏,特别是在高速运行时。
此外,轴驱式发电机显著增加车辆的运行阻力。例如,在运 行速度90公里/小时时,车辆的运行阻力由于有轴驱式发电 机而增加28%。客车独立供电系统由于能量多次转换(在电 力机车上电能变成机械能,之后在客车上机械能变成电能), 因而效率低。它由机车的平均运用效率、减速器、发电机 及蓄电池的效率所决定。此时在额定功率下供电系统的效 率大约是50%
和及其反并t 二极管和构成另一t
D2 i
个桥臂，两桥i 臂的中点为输出
R 端，可以通过L 变压器输出，也
可由这两端直接输出。
Ton Ts/2
t Ts
Ton Ts/2
t Ts
(b)
(c)
工作原理（阻性负载时）
C
V in B
Q1
iL
Z
C
Q
2
D1
Q 1
V AB A
Vin/2
D2 i R
Q2
Q 1
Q1 D2
第6章 DC-AC变换技术
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。
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。
分类2：电压型逆变器与电流型逆变器
负载电压
负载电流
❖ 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。
分类3： ❖ 两图有何区别?
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
……
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…
DC110电 压装置 → 蓄电池
→ 照明等 其他直 流负载
→ 热水器
发电车 ac380v
→ 空调 → 整流装置 → 蓄电池
→ 照明等 其他直 流负载
DC110v电源装置
具体电路
三相方波逆变器
❖ 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（Red leg，Yellow leg， Blue leg）相互延迟1200。
S 1b
S2 b S3 b S4 b S5 b S6 b
π
2π
π
2π
ωt ωt ωt ωt
ωt ωt
6个开关的驱动信号
6个状态的等效电路如图所示
： ❖ 可以求出6个状态时三相输出电压
❖ 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。
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。
低通滤波
由于基波和谐波频率差较小，低通滤波器设计相当困难。
§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。
D2
QQ 14
Q2
Q
Q3
4
VAB Vin V AB
V in
B