逆变与逆变器——UPS基础

假想中点
图4-9 三相电压型桥式逆变电路
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4.2.2 三相电压型逆变电路
■工作波形 ◆对于U相输出来说，当桥臂1导通时， uUN’=Ud/2，当桥臂4导通时，uUN’=-Ud/2， uUN’的波形是幅值为Ud/2的矩形波，V、 W两相的情况和U相类似。 ◆负载线电压uUV、uVW、uWU可由下 式求出
(4-8)
U UV
1 2

2
0
2 u UV d t 0.816U d
(4-9)
其中基波幅值UUV1m和基波有效值UUV1分别为
U UV1m
U UV1
2 3U d

1.1U d
6
(4-10) (4-11)
10/47
U UV1m 2


U d 0.78U d
4.2.2 三相电压型逆变电路
1 2 2 U UN u UN d t 0.471 d U 2 0 其中基波幅值UUN1m和基波有效值UUN1分别为
(4-13)
U UN1m
U UN1
2U d
U UN1m 2

0.637U d
0.45U d
(4-14) (4-15)
■为了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的短路， 要采取“先断后通”的方法。
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4.1.1 逆变电路的基本工作原理
■以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理 ◆ S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。
uo S1 Ud S2 a)
图4-1 逆变电路及其波形举例
io 负载 S3
io t1 t2
uo S 4
t
b)
◆当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正；当开关S1、S4断开， S2、S3闭合时，uo为负，这样就把直流电变成了交流电。 ◆改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。 ◆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。
O O
2 U 3
d
t
U d 3
uNN'
t
1 (uUN' uVN' uWN' ) 3
(4-7)
iU g) i h) O
d
t
O
t
图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形
◆负载参数已知时，可以由uUN的波形 求出U相电流iU的波形，图4-10g给出的 是阻感负载下 / 3时iU的波形。 ◆把桥臂1、3、5的电流加起来，就可 得到直流侧电流id的波形，如图4-10h所 示，可以看出id每隔60°脉动一次。
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4.2 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
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4.2 电压型逆变电路·引言
■根据直流侧电源性质的不同，可以分为两类 ◆电压型逆变电路：直流侧是电压源。 ◆电流型逆变电路：直流侧是电流源。 ■电压型逆变电路的特点 ◆直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。 ◆由于直流电压源的钳位作用，输出电压为矩形波，输出电流因负 载阻抗不同而不同。 ◆阻感负载时需提供无功功率，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。
a)
b)
图4-7 单相全桥逆变电 路的移相调压方式 6/47
4.2.2 三相电压型逆变电路
■三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路。 ■三相桥式逆变电路 ◆基本工作方式是180°导电方式。 ◆同一相（即同一半桥）上下两臂交替导电，各相开始导电的角度 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。
uo 4U d 1 1 sint sin 3t sin 5t 3 5
(4-1)
其中基波的幅值Uo1m和基波有效值Uo1分别为
U o1m
U o1
4U d

1.27U d
0.9U d
(4-2) (4-3)
2 2U d

图4-5 全桥逆变电路 5/47
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4.2.1 单相电压型逆变电路
◆移相调压方式 ☞ V3的基极信号比V1落后（0＜＜ 180°）。V3、V4的栅极信号分别比V2、V1 的前移180°-。输出电压是正负各为的脉 冲。 ☞工作过程 √t1时刻前V1和V4导通， uo=Ud。 √t1时刻V4截止，而因负载电感中的电流 io不能突变，V3不能立刻导通，VD3导通续 流，uo=0。 √t2时刻V1截止，而V2不能立刻导通， VD2导通续流，和VD3构成电流通道，uo=Ud。 √到负载电流过零并开始反向时，VD2和 VD3截止，V2和V3开始导通，uo仍为-Ud。 √t3时刻V3截止，而V4不能立刻导通， VD4导通续流，uo再次为零。 ☞改变就可调节输出电压。
u a) u b) u c) u d)
UN'
O
VN'
U d 2
t t t
O
WN'
O
UV
U O u e)
NN' UNd来自tU d 6u UV u UN' u VN' u VW u VN' u W N' u W U u W N' u UN'
◆负载各相的相电压分别为
逆变与逆变器：不间断电源(UPS)的基础
■逆变的概念 ◆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，这里主要介绍无源逆变。 ■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。 ■逆变电路的主要应用 ◆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。
O O
2 U 3
d
(4-4)
f)
u
t
U d 3
t
iU g) i O
d
u UN u UN' u NN' u VN u VN' u NN' u W N u W N' u NN '
t
(4-5)
h)
O
t
图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形 8/47
4.2.2 三相电压型逆变电路
u a) u b)
UN'
◆把上面各式相加并整理可求得
U d 2
O
VN'
t
O
t t
U
d
u
c) u d) u e) u f)
WN'
1 1 uNN' (uUN' uVN' uWN' ) (uUN uVN uWN ) 3 3
(4-6)
O
UV
O
NN' UN
t
U d 6
设负载为三相对称负载，则有 uUN+uVN+uWN=0，故可得
图4-5 电压型逆变电路举例（全桥逆变电路） 4/47
4.2.1 单相电压型逆变电路
■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，但幅值高出一倍。 ◆在这种情况下，要改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压Ud 来实现。 ◆Ud的矩形波uo展开成傅里叶级数得
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4.2.2 三相电压型逆变电路
■基本的数量关系 ◆把输出线电压uUV展开成傅里叶级数得 2 3U d 1 1 1 1 u UV sint sin 5t sin 7t sin11t sin13t 5 7 11 13
2 3U d 1 sint ( 1) k sin nt n n 式中，n 6k 1，k为自然数。 ◆输出线电压有效值UUV为
◆把uUN展开成傅里叶级数得
u UN 2U d 1 1 1 1 sin11t sin13t sint sin 5t sin 7t 5 7 11 13
(4-12)
2U d 1 sint sin nt n n 式中， 6k 1，k为自然数。 n ◆负载相电压有效值UUN为