全新第五章 逆变电路

由换流电路内电容 直接提供换流电压 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 直接耦合式 强迫换流 电感耦合式 强迫换流
5-10
二. 换流方式分类
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。
图5-3直接耦合式 强迫换流原理图
5-12
第二节. 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
直流侧是电压源
电压型逆变电路——又称为电压源
型逆变电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI
直流侧是电流源
电流型逆变电路——又称为电流源
型逆变电路 Current Source Type Inverter-VSTI
图5－12 单相桥式电流型 （并联谐振式）逆变电路
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一. 单相电流型逆变电路
2. 工作分析
一个周期内有两个 导通阶段和两个换 流阶段。
t1~t2：VT1和VT4稳定导通阶段，iｏ=Id， t2时刻前在C上建立了左正右负的电压。 t2~t4：t2时触发VT2和VT3开通，进入 换流阶段。
u G1,4 O u G2,3 O iT O io O t1 Id t 2 t3 t i VT
(5-6) (5-7)
负载三相对称时有uUN+uVN+uWN=0，于是
u NN'
负载已知时，可由uUN波形求出iU波形。
1 (u UN' uVN' u WN' ) 3
一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似。
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，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” 数量分析见教材。
图5-7 单相全桥逆变 电路的移相调压方式
u G1 O u G2 O u G3 O u G4 O uo io O
t
?
t
t t
io
t 1 t2
t3
b)
uo
t
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一. 单相电压型逆变电路
3. 带中心抽头变压器的逆变电路
交替驱动两个IGBT，经变压 器耦合给负载加上矩形波交 流电压。 两个二极管的作用也是提供 无功能量的反馈通道。
电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多。 换流方式有负载换流、强迫换流。
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三. 电流型逆变电路
一. 单相电流型逆变电路 二. 单相电流型逆变电路
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一. 单相电流型逆变电路
1. 电路原理
由四个桥臂构成，每 个桥臂的晶闸管各串 联一个电抗器，用来 限制晶闸管开通时的 di/dt。 工作方式为负载换相。 电容C和L 、R构成并 联谐振电路。 输出电流波形接近矩 形波，含基波和各奇 次谐波，且谐波幅值 远小于基波。
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。
图5-4 电感耦合式 强迫换流原理图
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二. 换流方式分类
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。
1. 器件换流（Device Commutation）
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（Line Commutation）
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。
u
图5－6 单相半桥电压型逆变 电路及其工作波形
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一. 单相电压型逆变电路
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。
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一. 单相电压型逆变电路
O
U d 6
t
NN' UN
O O
2 U 3
d
t
U d 3
t
iU g) i h) O
d
t
O
图5-10电压型三相桥式逆 变电路的工作波形
t
5-23
二. 三相电压型逆变电路
负载中点和电源中点间电压
u NN' 1 1 (uUN' uVN' uWN' ) (uUN uVN uWN ) 3 3
图5-8 带中心抽头变压器的逆变电路
Ud和负载参数相同，变压器匝比为1：1：时，uo和io波 形及幅值与全桥逆变电路完全相同。 与全桥电路的比较：
比全桥电路少用一半开关器件。 器件承受的电压为2Ud，比全桥电路高 一倍。 必须有一个变压器 。
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二. 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
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。
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。
图5-1 逆变电路及其波形举例
5-6
二. 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。
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三. 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。 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。 因负载不同而不同。 图5-11 电流型三相桥式逆变电路 (2) 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
(3)直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管。
VT
1,4
O
t
AB
O
t
图5－13并联谐振式逆变 电路工作波形
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一. 单相电流型逆变电路
io在t3时刻，即 iVT1=iVT2时刻过零， t3时刻大体位于t2和 t4的中点。 t=t4时，VT1、VT4电流减至零而关断， 换流阶段结束。 t4－t2= tg 称为换流时间。 保证晶闸管的可靠关断 晶闸管需一段时间才能恢复正向 阻断能力，换流结束后还要使 VT1、VT4承受一段反压时间tb。 tb= t5- t4应大于晶闸管的关断时间 tq。 。
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。
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二. 换流方式分类
t
t
?
t t
io t 1 t2 t3 uo t
b)
动画演 示
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一. 单相电压型逆变电路
阻感负载时，还可采用移 相得方式来调节输出电压 －移相调压。
V3的基极信号比V1落后q （0＜ q ＜180 °）。V3、 V4的栅极信号分别比V2、 V1的前移180°－q。输 出电压是正负各为q的脉 冲。 改变q就可调节输出电压。
WN'
O
UV
t U
d
O
U d 6
t
NN' UN
O O
2 U 3
d
t
U d 3
t
iU g) i h) O
d
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。
动画演示
t
O
图5-10电压型三相桥式逆 变电路的工作波形
t
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二. 三相电压型逆变电路
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。 负载线电压
应用最广的是三相桥式逆变电路
图5-9 三相电压型桥式逆变电路
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二. 三相电压型逆变电路
u
基本工作方式—— 180°导电方式 每桥臂导电180°， 同一相上下两臂交替 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。
UN'
a) u b)
O
VN'
U d 2
t
O
t
u
c) u d) u e) u f)
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。
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第一节 换流方式
一. 逆变电路的基本工作原理
二. 换流方式分类
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一. 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。
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第二节.电压型逆变电路
2.电压型逆变电路的特点
(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)输出电压为矩形波， 输出电流因负载阻抗不同 而不同。
(3)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。