逆变电路
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逆变电路工作原理
逆变电路工作原理逆变电路是一种将直流电能转换为交流电能的电路，逆变器是逆变电路的核心组件。
逆变电路广泛应用于电力电子领域，如太阳能发电系统、风能发电系统、电动汽车等。
本文将详细介绍逆变电路的工作原理及其相关知识。
一、逆变电路的基本原理逆变电路通过改变输入电源的电压和电流波形，将直流电能转换为交流电能。
逆变电路主要由开关器件、滤波电路和控制电路组成。
1. 开关器件：逆变电路中常用的开关器件有晶体管和功率MOSFET。
开关器件的作用是根据控制信号将直流电源连接到输出负载或断开连接，从而实现电能的转换。
2. 滤波电路：逆变电路的输出通常是脉冲宽度调制（PWM）信号，需要通过滤波电路将其转换为纯净的交流电信号。
滤波电路通常由电感和电容组成，用于滤除脉冲信号中的高频成分，使输出电压平滑。
3. 控制电路：逆变电路的控制电路负责生成开关器件的控制信号，以实现对输出电压和频率的调节。
控制电路通常由微处理器或专用控制芯片实现，它可以根据输入信号和系统要求进行逆变电路的控制。
二、逆变电路的工作模式逆变电路可以分为两种工作模式：单相逆变和三相逆变。
1. 单相逆变：单相逆变电路适用于单相交流电源。
它通过将直流电源经过开关器件进行开关控制，产生PWM信号，然后通过滤波电路将其转换为纯净的交流电信号。
单相逆变电路常用于家用电器、UPS电源等领域。
2. 三相逆变：三相逆变电路适用于三相交流电源。
它通过控制三相开关器件的导通和断开，实现对输出电压和频率的调节。
三相逆变电路常用于工业电力系统、电动机驱动等领域。
三、逆变电路的应用逆变电路广泛应用于各个领域，其中一些主要应用包括：1. 太阳能发电系统：逆变电路将太阳能电池板输出的直流电能转换为交流电能，供电给家庭或商业用途。
逆变电路可以控制输出电压和频率，以适应不同的负载需求。
2. 风能发电系统：逆变电路将风力发电机输出的直流电能转换为交流电能，供电给电网或独立的电力系统。
逆变电路可以实现功率调节和电压调节，以适应风力发电机的变化。
电力电子逆变电路
逆变电路的定义
逆变电路是一种将直流电能转换为交流电能的电力电子装置 。
逆变电路的作用
逆变电路可以将直流电源转化为交流电源，从而满足各种不 同的电力需求。
逆变电路的分类及特点
逆变电路的分类
根据不同的控制方式和技术特点，逆变电路可分为不同的类型，如全控型、半 控型、电流型和电压型等。
逆变电路的特点
逆变电路具有高效率、低噪音、可靠性高、体积小、重量轻等优点。
最优控制策略
最优控制策略是基于最优控制理论设计的控制策略，旨在实现电力电子逆变电路的最优运行 。常用的最优控制策略包括线性二次型调节器（LQR）、模型预测控制（MPC）等。
优点：能够实现全局最优，具有较好的动态性能和稳态性能。
缺点：实现较为复杂，需要较高的计算能力，且可能存在稳定性和鲁棒性问题。
04
CATALOGUE
电力电子逆变电路的拓扑结构及工作模式
逆变电路的拓扑结构
半桥逆变电路
这种结构只需要一个半桥直流 电源，结构简单，成本低，但 输出电压只有电源电压的一半
。
全桥逆变电路
这种结构需要两个半桥直流电源， 输出电压是电源电压的两倍，具有 较高的电压输出能力和较宽的调压 范围。
多桥逆变电路
这种结构是将多个全桥逆变电路组 合在一起，可以提供更高的输出电 压和更大的输出电流。
逆变电路性能的预测与优化
实验与仿真结果分析
逆变电路实验数据的分析与 解释
仿真结果与实验结果的对比 分析
逆变电路性能的评估与改进 建议
电力电子逆变电路在实际应 用中的优缺点总结
06
CATALOGUE
电力电子逆变电路的发展趋势与挑战
技术发展趋势
高频化 随着电力电子技术的不断发展， 电力电子逆变电路的工作频率越 来越高，能够实现更高的功率密 度和更快的响应速度。
电力电子技术第4章 逆变电路
t
14
4.2.1 单相电压型逆变电路
◆工作原理 ☞设开关器件V1和V2的栅极信 号在一个周期内各有半周正偏，半 周反偏，且二者互补。 ☞输出电压uo为矩形波，其幅 值为Um=Ud/2。 ☞电路带阻感负载，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降零时，VD2截止， V2开通，io开始反向。
1 uNN' (uUN' uVN' uWN' ) 3 1 (uUN uVN uWN ) 3 1 = (uUN' uVN' uWN' ) 3
O
WN'
t
O
UV
t U
d
d) u e) u f)
O
U
NN'
t
d
O
2 U 3
d
6
t
U 3
d
UN
O iU
t
g) i h)
O
t
d
O
27
t
O
wt
7
4.1.2 换流方式分类
◆负载换流 ☞由负载提供换流电压的换流方式。
☞负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负 载换流，如电容性负载和同步电动机。
uo io O i O i iVT iVT
1
uo ωt
io
4
iVT
2
iVT
3
ωt ωt
4
O uVT
a) O
u VT
t1
1
uVT b)
ωt
8
a) Um O - Um io O
电力电子技术5 逆变电路
通过分析，实现有源逆变的条件有两个，应同时满足。 （1）外部条件：要有一个能提供逆变能量的直流电源，且极性必须与
晶闸管的导通电流方向一致，其电压只要稍大于变流器直流侧的平均电 压Ud。 （的2极）性内与部整条流件状：态变时流相电反路，必才须能工把作直在流β功小率于逆9变00区为域交，流使功直率流反端送电电压网U。d 这两个条件缺一不可。 （3）串接大电感
电力电子技术
第五章 逆变电路
第五章 逆变电路
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
电力器件的换流方式 有源逆变电路 无源逆变电路 电压型逆变电路 电流型逆变电路 负载换流式逆变电路 脉冲宽度调制型逆变电路
第五章 逆变电路
在实际应用中，有些场合需要将交流电转变为大小 可调的直流电——即前面讲过的整流。有时还需要 将直流电转变为交流电——即为逆变。它是整流电 路的逆过程。在一定条件下，一套晶闸管电路既可 用于整流又可用于逆变，这种装置称为变流器。
亦增大，导致
5.2 有源逆变电路
2、重物下放，变流器工作于逆变状 反送电网，这就是有源逆变的工
态
作原理。
在整流状态，电流Id由直流电压Ud产 生，整流电压Ud的波形必须使正面积 大于负面积。当重物下放时，电动
机转速方向相反，产生的电动势E亦
反向，为了防止两电源顺向串接形
成短路，此时Ud方向也要反向，即控 制角大于900，Ud波形出现负面积大 于正面积变成负值，但由于E的作用，
如果将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流 电逆变成同频率的交流电反送到电网去，称为有源 逆变。它用于直流电机的可逆调速、绕线型异步电 动机的串级调速、高压直流输电和太阳能发电等方 面。如果逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接 接到负载，即将直流电逆变成为某一频率或可变频 率的交流电供给负载，称为无源逆变。它用于交流 电机变频调速、感应加热、不间断电源等方面。
晶闸管的导通电流方向一致，其电压只要稍大于变流器直流侧的平均电 压Ud。 （的2极）性内与部整条流件状：态变时流相电反路，必才须能工把作直在流β功小率于逆9变00区为域交，流使功直率流反端送电电压网U。d 这两个条件缺一不可。 （3）串接大电感
电力电子技术
第五章 逆变电路
第五章 逆变电路
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
电力器件的换流方式 有源逆变电路 无源逆变电路 电压型逆变电路 电流型逆变电路 负载换流式逆变电路 脉冲宽度调制型逆变电路
第五章 逆变电路
在实际应用中，有些场合需要将交流电转变为大小 可调的直流电——即前面讲过的整流。有时还需要 将直流电转变为交流电——即为逆变。它是整流电 路的逆过程。在一定条件下，一套晶闸管电路既可 用于整流又可用于逆变，这种装置称为变流器。
亦增大，导致
5.2 有源逆变电路
2、重物下放，变流器工作于逆变状 反送电网，这就是有源逆变的工
态
作原理。
在整流状态，电流Id由直流电压Ud产 生，整流电压Ud的波形必须使正面积 大于负面积。当重物下放时，电动
机转速方向相反，产生的电动势E亦
反向，为了防止两电源顺向串接形
成短路，此时Ud方向也要反向，即控 制角大于900，Ud波形出现负面积大 于正面积变成负值，但由于E的作用，
如果将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流 电逆变成同频率的交流电反送到电网去，称为有源 逆变。它用于直流电机的可逆调速、绕线型异步电 动机的串级调速、高压直流输电和太阳能发电等方 面。如果逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接 接到负载，即将直流电逆变成为某一频率或可变频 率的交流电供给负载，称为无源逆变。它用于交流 电机变频调速、感应加热、不间断电源等方面。
电力电子技术-第4章逆变电路讲解
（4）直流侧电感起到缓冲无功能量的作用。
4.3.1 单相电流型逆变电路
（1）电路结构
①用④阻载② 载来③ 联 确4并抗电个采 电限应C谐联，压桥和用 压制称振谐谐波臂L负 （晶之式振波形、，载 呈闸为逆回在接R每换 容管容变构路负近桥相性开性电成对载正臂方）通小路并基上弦晶式。时失（联波产波闸，的谐但谐呈生。管要d负最振高的i各/求载d终电阻压t串负）负路抗降联载载，，很一电仍故对小个流略此谐，电略显电波因抗超容路呈此器前性称低负L于T，为，负并准
4.2.1 单相电压型逆变电路
1、 半桥逆变电路 •（1）电路图
+
Ud 2
Ud
Ud 2
-
V1 io R L
u o V 2
a)
VD 1
VD 2
*导电方式：
V1，V2信号互补，
各导通180゜。
•半桥逆变电路有两个桥臂， 每个桥臂有一个可控器件和一 个反并联二极管组成。 •在直流侧接有两个相互串联 的足够大的电容，两个电容的 联结点是直流电源的中点。 •负载联结在直流电源中点和 两个桥臂联结点之间。
能否不改变直 流电压，直接进行 调制呢？为此提出 了导电方式二：
移相导电方式。
*导电方式二：移相调压 调节输出电压脉冲的宽度
采用移相方式调节逆变电路的输出电压
• 各IGBT栅极信号为180°正偏， 180°反偏，且V1和V2栅极信号互补， V3和V4栅极信号互补； • V3的基极信号不是比V1落后180°，
而是只落后q ( 0< q <180°)；
• 也就是：V3、V4的栅极信号分别比
V2、V1的前移180°-q 。
工作过程
•t1时刻以前V1，V4通，u0=ud, io 从 0 增加； •t1时刻V4断，V1，VD3续流，u0=0，io 下降； • t2时刻V1也关断，io 还未下降到0，于是VD2，VD3续流，u0=-ud。 •直到io过0变负，V2，V3通，u0=-ud, io从0负增加； •t3时刻V3断，V2，VD4续流，u0=0，io 负减小； • t4时刻V2也关断，io 还未减小到0，于是VD1，VD4续流，u0=ud。
4.3.1 单相电流型逆变电路
（1）电路结构
①用④阻载② 载来③ 联 确4并抗电个采 电限应C谐联，压桥和用 压制称振谐谐波臂L负 （晶之式振波形、，载 呈闸为逆回在接R每换 容管容变构路负近桥相性开性电成对载正臂方）通小路并基上弦晶式。时失（联波产波闸，的谐但谐呈生。管要d负最振高的i各/求载d终电阻压t串负）负路抗降联载载，，很一电仍故对小个流略此谐，电略显电波因抗超容路呈此器前性称低负L于T，为，负并准
4.2.1 单相电压型逆变电路
1、 半桥逆变电路 •（1）电路图
+
Ud 2
Ud
Ud 2
-
V1 io R L
u o V 2
a)
VD 1
VD 2
*导电方式：
V1，V2信号互补，
各导通180゜。
•半桥逆变电路有两个桥臂， 每个桥臂有一个可控器件和一 个反并联二极管组成。 •在直流侧接有两个相互串联 的足够大的电容，两个电容的 联结点是直流电源的中点。 •负载联结在直流电源中点和 两个桥臂联结点之间。
能否不改变直 流电压，直接进行 调制呢？为此提出 了导电方式二：
移相导电方式。
*导电方式二：移相调压 调节输出电压脉冲的宽度
采用移相方式调节逆变电路的输出电压
• 各IGBT栅极信号为180°正偏， 180°反偏，且V1和V2栅极信号互补， V3和V4栅极信号互补； • V3的基极信号不是比V1落后180°，
而是只落后q ( 0< q <180°)；
• 也就是：V3、V4的栅极信号分别比
V2、V1的前移180°-q 。
工作过程
•t1时刻以前V1，V4通，u0=ud, io 从 0 增加； •t1时刻V4断，V1，VD3续流，u0=0，io 下降； • t2时刻V1也关断，io 还未下降到0，于是VD2，VD3续流，u0=-ud。 •直到io过0变负，V2，V3通，u0=-ud, io从0负增加； •t3时刻V3断，V2，VD4续流，u0=0，io 负减小； • t4时刻V2也关断，io 还未减小到0，于是VD1，VD4续流，u0=ud。
逆变电路工作原理
逆变电路工作原理逆变电路是一种将直流电能转换为交流电能的电路，其工作原理基于电子器件的开关特性。
逆变电路广泛应用于各种电子设备中，如电力变换器、UPS电源、太阳能发电系统等。
一、基本原理逆变电路的基本原理是利用开关器件（如晶体管、功率MOSFET、IGBT等）将直流电源的电压进行周期性开关，通过控制开关时间和频率，可以实现直流电能向交流电能的转换。
逆变电路主要分为两种类型：单相逆变电路和三相逆变电路。
二、单相逆变电路单相逆变电路是指将直流电源转换为单相交流电源的电路。
其基本结构包括整流滤波器、逆变桥和输出滤波器。
整流滤波器用于将输入的交流电源转换为直流电源，逆变桥则控制开关器件的导通和关断，输出滤波器用于去除逆变过程中产生的高频噪声。
单相逆变电路的工作过程如下：1. 输入电源将交流电压输入整流滤波器，滤波器将其转换为稳定的直流电压。
2. 逆变桥根据控制信号控制开关器件的导通和关断，将直流电源的电压进行周期性开关。
3. 开关器件导通时，直流电源的电压通过输出滤波器转换为交流电压。
4. 输出滤波器去除逆变过程中产生的高频噪声，得到稳定的交流输出电压。
三、三相逆变电路三相逆变电路是指将直流电源转换为三相交流电源的电路。
其基本结构包括整流滤波器、逆变桥和输出滤波器。
整流滤波器用于将输入的交流电源转换为直流电源，逆变桥则控制开关器件的导通和关断，输出滤波器用于去除逆变过程中产生的高频噪声。
三相逆变电路的工作过程如下：1. 输入电源将三相交流电压输入整流滤波器，滤波器将其转换为稳定的直流电压。
2. 逆变桥根据控制信号控制开关器件的导通和关断，将直流电源的电压进行周期性开关。
3. 开关器件导通时，直流电源的电压通过输出滤波器转换为三相交流电压。
4. 输出滤波器去除逆变过程中产生的高频噪声，得到稳定的三相交流输出电压。
四、逆变电路的应用逆变电路广泛应用于各种电子设备中，如：1. 电力变换器：逆变电路可以将直流电能转换为交流电能，用于电力系统中的电能转换和传输。
电力电子技术-第4章逆变电路
ON
VD
14
VD
VD b)
VD
固定180°移相方波控制方式
思考2：在导电方式一下工作，如果要改变输出电 压的有效值（即幅值），应该采取什么样的方式？ ★只能靠改变输入直 流电压的大小来改变 输出电压的有效值。 能否不改变直流电 压，直接进行调制 呢？为此提出了导 电方式二：
移相导电方式。
课程回顾
uo S 4
图5-1 i 从电源负极流出，经 S S3流回正极，负载电 2、负载和 o t1时刻断开 St 、 S ，合上 S 、 S ， u 变负，但 u 1 1前： 4 S1、S4通， 2 3 o 和i o o 均为正 io不能立刻 电流从一条支路转移到另一条支路称为换流。 感能量向电源反馈， io逐渐减小，t2时刻降为零，之后io 反向
负载提供能量。
VD V
2 2
• VD 1 或 VD 2 通时， i o 和 u o 反
a) uo Um O -Um io O t3 t4 t1 t 2 t5 t6 V1 V2 V1 V2 VD 1 VD 2 VD 1 VD 2 b)
向，负载电感中贮藏的能量
向直流侧反馈。
t
• 输出电压 uo 为矩形波，幅
• 全桥逆变电路
*导电方式一： V1,V4同时通断；
uo Um O
V2,V3同时通断；
V1,V4与V2,V3信号 互补，各导电180 ゜。
-Um
io O t3 t1 t 2 V 14 VD
14
t
t4 t5 t6 V 23
23
t
V2
23
ON
V 14
14
VD
VD b)
VD
思考：在导电方式一下工作，如果要改变输出电压
《逆变电路及应用》课件
电路设计
根据元器件的参数和电路需求，进行 电路设计，调整相应的阻容值。
逆变电路的性能评估方法
效率评估
逆变电路的效率是指输出功 率与输入功率的比值。可以 通过测量输入电流和输出电 流，计算得出逆变电路的效 率。
波形质量评估
逆变电路的输出波形质量是 对逆变电路性能的重要评价 指标，可通过示波器观察。
稳定性评估
逆变电路输出电压的稳定性 与电源电压和负载变化有关， 可通过空载、满载试验来评 估逆变电路的稳定性。
逆变电路的未来发展趋势
未来，随着新能源、智能家居、物联网等领域的迅猛发展，逆变电路的应用场景将越来越广泛。同时， 随着半导体、陶瓷和材料科学的进步，逆变电路的效率和稳定性也将得到进一步提升。
逆变电路及应用
逆变电路是一种将电能从一种形式转化为另一种形式的电路。本课件将深入 探讨逆变电路的原理、设计和应用。逆变电路的概念Fra bibliotek原理1
定义
逆变电路是将直流电转化为可变的交流电的电路。
2
原理
逆变电路利用半导体器件实现对直流电源进行逆变，产生高频交流电，再通过变 压器将电压升高到需要的水平。
3
应用
逆变电路广泛用于太阳能、风能发电系统、交通信号灯、UPS等领域。
常见的逆变电路类型
全桥逆变电路
采用MOS管作为开关管，输出 波形质量高，抗干扰性强。
半桥逆变电路
采用晶闸管作为开关管，成本 低，体积小，适用于低功率逆 变。
多电平逆变电路
能够提供多种电平的输出电压， 输出波形更接近正弦波，适用 于高功率逆变。
逆变电路的主要应用领域
太阳能发电系统
太阳能电池板输出的是直流电，逆变电路将 其转换为交流电，以供人们使用。
根据元器件的参数和电路需求，进行 电路设计，调整相应的阻容值。
逆变电路的性能评估方法
效率评估
逆变电路的效率是指输出功 率与输入功率的比值。可以 通过测量输入电流和输出电 流，计算得出逆变电路的效 率。
波形质量评估
逆变电路的输出波形质量是 对逆变电路性能的重要评价 指标，可通过示波器观察。
稳定性评估
逆变电路输出电压的稳定性 与电源电压和负载变化有关， 可通过空载、满载试验来评 估逆变电路的稳定性。
逆变电路的未来发展趋势
未来，随着新能源、智能家居、物联网等领域的迅猛发展，逆变电路的应用场景将越来越广泛。同时， 随着半导体、陶瓷和材料科学的进步，逆变电路的效率和稳定性也将得到进一步提升。
逆变电路及应用
逆变电路是一种将电能从一种形式转化为另一种形式的电路。本课件将深入 探讨逆变电路的原理、设计和应用。逆变电路的概念Fra bibliotek原理1
定义
逆变电路是将直流电转化为可变的交流电的电路。
2
原理
逆变电路利用半导体器件实现对直流电源进行逆变，产生高频交流电，再通过变 压器将电压升高到需要的水平。
3
应用
逆变电路广泛用于太阳能、风能发电系统、交通信号灯、UPS等领域。
常见的逆变电路类型
全桥逆变电路
采用MOS管作为开关管，输出 波形质量高，抗干扰性强。
半桥逆变电路
采用晶闸管作为开关管，成本 低，体积小，适用于低功率逆 变。
多电平逆变电路
能够提供多种电平的输出电压， 输出波形更接近正弦波，适用 于高功率逆变。
逆变电路的主要应用领域
太阳能发电系统
太阳能电池板输出的是直流电，逆变电路将 其转换为交流电，以供人们使用。
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uo 4U d 1 1 sin t sin 3 t sin 5 t L 3 5
基波的幅值Uo1m： U o1m
4U d 1.27U d
2 2U dLeabharlann 基波有效值Uo1： U o1
0.9U d
上述公式对半桥逆变电路同样适用，只是公式中的Ud要换成Ud/2
逆变电路的主要应用 处理各种直流电源：如把蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源变成交 流电源。 交流电机变频调速、不间断电源、感应加热电源等。
2
4.1 换流方式
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：
P98
P98
S1~S4是桥式逆变电路的4个桥臂。 把直流电变成了交流电的原理： t1～t2期间：S1、S4闭合，S2、S3断开：负载电压uo为正(左正右负) t2～t3期间：S1、S4断开，S2、S3闭合：负载电压uo为负(左负右正) 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和负载电压uo的波形相同，相位也相同。 阻感负载时，负载电流io相位滞后于负载电压uo的相位，两者波形也不同。
14
全桥逆变电路的移相调压方式
P102
前述对称交替驱动180°的全桥电路输出交流电压的有效值 只能通过改变直流电压Ud来实现。下面用移相方式调节输 出电压。将V4、V3的驱动信号相对于V1、V2前移，驱动 脉冲宽度仍为180°。 工作过程 ①t1时刻前：V1和V4导通， uo=+Ud ②t1时刻：关断V4，驱动V3。但V3不能立刻导通。因负载电感 中的电流io不能突变，二极管VD3导通与V1构成通道续流 (续流回路：RL-VD3-V1)，期间uo=0 ③t2时刻：使V1截止，驱动V2，但V2不能立刻导通。因负载电 流io尚未降到零，VD2导通续流， VD2与VD3构成通道续流 (续流回路：RL-VD3-电源-VD2)。期间uo=-Ud ④当负载电流io过零并开始反向时，VD2和VD3截止，V2和V3开 始导通，uo仍为-Ud ⑤t3时刻：关断V3，驱动 V4。但V4不能立刻导通，VD4导通续 流，uo再次为零。
Qc （U c、Qc 为常量） C q 大学物理： u c c （u c、q c 为变量） C du c 1 dq c 1 电路原理： ic dt C dt C du 1 t i c C c 或 u c i c dt dt C 0 结论：电容电压发生变化时，电容引线上出现“电容电流”。 中学物理：U c
2.如下图单相桥式逆变电路及其输出电压电流波形。
说明：①桥式逆变电路把直流电Ud变成交流电uo的工作原理。 ②如何改变逆变输出交流电的工作频率。
18
P102
3.输出电压和电流波形与半桥电路形
状相同，但电压幅值高出一倍。 4.在对角两对桥臂180°交替导通的
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。
13
4.2.1 单相电压型逆变电路
P102
电压型全桥逆变电路的定量分析： P102
输出的负载电压Ud的矩形波uo展开成傅里叶级数：
4.1.2 换流方式分类（不作要求，自学） P98
3
4.2 电压型逆变电路
P100
按直流侧电源性质的不同，可分为两类： ①电压型逆变电路：直流侧是电压源。 ②电流型逆变电路：直流侧是电流源。 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.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。 3.阻感负载时需提供无功功率通道释放电感 储能，。逆变桥各臂并联一只反馈二极管。
缺点：是输出交流电压的幅值Um仅为Ud/2，且直流侧需要两个电容器串
联，工作时还要控制两个电容器电压的均衡；因此，半桥电路常用于 几kW以下的小功率逆变电源。
常见的电动自行车充电器就是这种逆变电路。
12
4.2.1 单相电压型逆变电路
2.全桥逆变电路 电路结构和工作原理：
1.共四个桥臂。对角V1和V4组成一对 桥臂，V2和V3为组成一对桥臂： ①每对桥臂中的两只IGBT同步驱动。 ②两对桥臂交替驱动180°。 2.驱动频率可变。
9
单相半桥逆变电路带阻感负载电路详细分析
t3～ t4 期间: V2被驱动且有电流。V1被关断。 ①负载电压u0 (=VC2)与负载电流io同方向，负载获得能量。 ②负载获得的电功率由电容C2和电源Ud各提供一半，即 io/2来自电容C2，另io/2来自电源Ud。 ③ A点电位VA下降，有： VC2↓ (放电) ，VC1↑(充电) VC1+ VC2= Ud ④电源提供能量的1/2存入C1，另1/2给负载。 ⑤负载获得能量的1/2源于C2，另1/2源于电源。
第4章 逆变电路
第1讲
4.1 换流方式 P98 4.2 电压型逆变电路 P100 4.2.1 单相电压逆变电路 P101
1
第4章 逆变电路
序
P97
逆变的几个概念 整流：将直流电变成交流电，即AC→DC。包括控制输出直流的电压平均值。 逆变：将交流电变成直流电，即 DC→AC。包括控制输出交流电压的频率 和波形。 换流：变流电路在工作中不断发生电流从一个支路向另一个支路转移， 这就是“换流”，也叫“换相”。 有源逆变：逆变输出到电网。 无源逆变：逆变输出到负载。本章主要讲述无源逆变。 变频电路：通过电路使输出交流电的频率、波形。 变频电路类型：有“交-交变频” 和“交-直-交变频”两种。
结论：输出到负载的电压成为有间隔的正负方波，方波宽度 为(180°-°)，其平均值和有效值随θ 增大而降低。 故：改变 就可调节输出电压。叫“移相调压”。
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4.2.1 单相电压型逆变电路
3. 带中心抽头变压器的逆变电路 P103
P103
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。 若Ud和负载参数与全桥逆变电路相同，变压器匝 比为1:1:1时，uo和io波形及幅值与全桥逆变电路完 全相同。 与全桥电路相比较： ①比全桥电路少用一半开关器件。
7
单相半桥逆变电路带阻感负载电路详细分析
t1～ t2 期间: V1被驱动且有电流。 V2被关断。 ①负载电压u0 (=VC1)与负载电流io同方向，负载获 得能量。 ②负载获得的电功率由电容C1和电源Ud各提供一 半，即io/2来自电容C1，另io/2来自电源Ud。 ③ A点电位VA上升，有： VC2↑(充电) ，VC1↓(放电) VC1+ VC2= Ud ④电源提供能量的1/2存入C2，另1/2给负载。 ⑤负载获得能量的1/2源于C1，另1/2源于电源。
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4.2.1 单相电压型逆变电路
单相半桥逆变电路小结：
P101
io和uo同方向期间：直流侧向负载提供能量。 io和uo反向期间：即续流二极管(VD1或VD2)导通期间，电感中贮能流
向电容和电源。VD1、VD2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。 优点：简单，使用器件少；
②器件承受的电压为2Ud，比全桥电路高一倍。
(原边的升压效应) ③必须多加一个变压器。
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4.2.1 单相电压型逆变电路
1.单相半桥逆变电路 两只IGBT+两只大电容
P103
2.单相全桥逆变电路
四只IGBT 3.单相带中心抽头变压器的逆变电路
两只IGBT+中心抽头变压器
17
作 业
1.说明：“有源逆变”与“无源逆变”的区别。 “电压型逆变电路”与“电流型逆变电路”的区别。
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单相半桥逆变电路带阻感负载电路详细分析
t4～ t5 期间: V1被驱动但无电流。V2被关断。 ①负载电压u0反向变正(=VC1)，但负载电流io不能立即反 向，u0与io异向，负载输出电能。 ②L储能电流的经VD1导通续流，电流的一半流经C1(充 电) ，另一半则返回电源再经过C2(放电)到负载。 ③A点电位VA下降，有： VC2↓ (充电) ，VC1↑(放电) VC1+ VC2= Ud ④电源获得能量的1/2源于L释能，另1/2源于C2(放电) 。 ⑤ L释能的1/2到电源，另1/2存入C1
本节我们讨论三个电压型单相逆变电路： 1.半桥逆变电路 2.全桥逆变电路 3.带中心抽头变压器的逆变电路
4
4.2.1 单相电压型逆变电路
4.2.1 单相电压逆变电路 1.半桥逆变电路
P101
电路结构： ①两个串联的容量足够大的电容，两电容的联结点为直流电源的中点A。 ②两只可控器件组成两个桥臂，各自反并联一只续流二极管。 ③负载联接在直流电源中点A和B之间。 工作原理： 开关器件V1和V2在一个周期内互补交替驱动(各180°)。 输出电压uo为矩形波，其幅值为Ud /2。 输出电流i0波形与负载性质有关。
6
单相半桥逆变电路带阻感负载电路详细分析
准备： 1. 设下图中电容容量C1=C2 2. 在下图Ud-C1-C2回路中，当A点电位VA发生变动时，依回路电压原理，始终 应满足：VC1+VC2=Ud 3. A点电位VA发生变动期间，意味一个电容被充电，而另一个电容在等量放电， 即：充电电流=放电电流。 4. 对于C、L和电源，如果某时刻电流从其电压的正端流出为释出电能，从电压 的正端流入为吸收电能，这里的“电压正端”不是参考方向，是指某时刻的 真实极性。
5
单相半桥逆变电路带阻感负载电路详细分析
问题：电容器两个极板之间是绝缘的，电流无法通过，为何有“电容电 流”的说法？又：单相半桥两电容中点电位如何波动？ 答：在静止稳态下，电容引线中电流为零，如右图所示。 但应注意图中电容器两极板之间有电压Vc=U。 这个电压Vc是如何形成的？是因为电容器两个极板上分别存在正、 负电荷。 正、负电荷如何分布到极板上去的？是接通电路瞬间由电池提供的。 在这个“瞬间”期间，电容两根引线上出现电流给极板提供电荷(充 电)。同理，断开电池，再把电容两根引线短接，则电容两极板上的 电荷在引线上以电流的形式释放中和(放电)，电容电压变为零。
基波的幅值Uo1m： U o1m
4U d 1.27U d
2 2U dLeabharlann 基波有效值Uo1： U o1
0.9U d
上述公式对半桥逆变电路同样适用，只是公式中的Ud要换成Ud/2
逆变电路的主要应用 处理各种直流电源：如把蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源变成交 流电源。 交流电机变频调速、不间断电源、感应加热电源等。
2
4.1 换流方式
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：
P98
P98
S1~S4是桥式逆变电路的4个桥臂。 把直流电变成了交流电的原理： t1～t2期间：S1、S4闭合，S2、S3断开：负载电压uo为正(左正右负) t2～t3期间：S1、S4断开，S2、S3闭合：负载电压uo为负(左负右正) 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和负载电压uo的波形相同，相位也相同。 阻感负载时，负载电流io相位滞后于负载电压uo的相位，两者波形也不同。
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全桥逆变电路的移相调压方式
P102
前述对称交替驱动180°的全桥电路输出交流电压的有效值 只能通过改变直流电压Ud来实现。下面用移相方式调节输 出电压。将V4、V3的驱动信号相对于V1、V2前移，驱动 脉冲宽度仍为180°。 工作过程 ①t1时刻前：V1和V4导通， uo=+Ud ②t1时刻：关断V4，驱动V3。但V3不能立刻导通。因负载电感 中的电流io不能突变，二极管VD3导通与V1构成通道续流 (续流回路：RL-VD3-V1)，期间uo=0 ③t2时刻：使V1截止，驱动V2，但V2不能立刻导通。因负载电 流io尚未降到零，VD2导通续流， VD2与VD3构成通道续流 (续流回路：RL-VD3-电源-VD2)。期间uo=-Ud ④当负载电流io过零并开始反向时，VD2和VD3截止，V2和V3开 始导通，uo仍为-Ud ⑤t3时刻：关断V3，驱动 V4。但V4不能立刻导通，VD4导通续 流，uo再次为零。
Qc （U c、Qc 为常量） C q 大学物理： u c c （u c、q c 为变量） C du c 1 dq c 1 电路原理： ic dt C dt C du 1 t i c C c 或 u c i c dt dt C 0 结论：电容电压发生变化时，电容引线上出现“电容电流”。 中学物理：U c
2.如下图单相桥式逆变电路及其输出电压电流波形。
说明：①桥式逆变电路把直流电Ud变成交流电uo的工作原理。 ②如何改变逆变输出交流电的工作频率。
18
P102
3.输出电压和电流波形与半桥电路形
状相同，但电压幅值高出一倍。 4.在对角两对桥臂180°交替导通的
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。
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4.2.1 单相电压型逆变电路
P102
电压型全桥逆变电路的定量分析： P102
输出的负载电压Ud的矩形波uo展开成傅里叶级数：
4.1.2 换流方式分类（不作要求，自学） P98
3
4.2 电压型逆变电路
P100
按直流侧电源性质的不同，可分为两类： ①电压型逆变电路：直流侧是电压源。 ②电流型逆变电路：直流侧是电流源。 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.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。 3.阻感负载时需提供无功功率通道释放电感 储能，。逆变桥各臂并联一只反馈二极管。
缺点：是输出交流电压的幅值Um仅为Ud/2，且直流侧需要两个电容器串
联，工作时还要控制两个电容器电压的均衡；因此，半桥电路常用于 几kW以下的小功率逆变电源。
常见的电动自行车充电器就是这种逆变电路。
12
4.2.1 单相电压型逆变电路
2.全桥逆变电路 电路结构和工作原理：
1.共四个桥臂。对角V1和V4组成一对 桥臂，V2和V3为组成一对桥臂： ①每对桥臂中的两只IGBT同步驱动。 ②两对桥臂交替驱动180°。 2.驱动频率可变。
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单相半桥逆变电路带阻感负载电路详细分析
t3～ t4 期间: V2被驱动且有电流。V1被关断。 ①负载电压u0 (=VC2)与负载电流io同方向，负载获得能量。 ②负载获得的电功率由电容C2和电源Ud各提供一半，即 io/2来自电容C2，另io/2来自电源Ud。 ③ A点电位VA下降，有： VC2↓ (放电) ，VC1↑(充电) VC1+ VC2= Ud ④电源提供能量的1/2存入C1，另1/2给负载。 ⑤负载获得能量的1/2源于C2，另1/2源于电源。
第4章 逆变电路
第1讲
4.1 换流方式 P98 4.2 电压型逆变电路 P100 4.2.1 单相电压逆变电路 P101
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第4章 逆变电路
序
P97
逆变的几个概念 整流：将直流电变成交流电，即AC→DC。包括控制输出直流的电压平均值。 逆变：将交流电变成直流电，即 DC→AC。包括控制输出交流电压的频率 和波形。 换流：变流电路在工作中不断发生电流从一个支路向另一个支路转移， 这就是“换流”，也叫“换相”。 有源逆变：逆变输出到电网。 无源逆变：逆变输出到负载。本章主要讲述无源逆变。 变频电路：通过电路使输出交流电的频率、波形。 变频电路类型：有“交-交变频” 和“交-直-交变频”两种。
结论：输出到负载的电压成为有间隔的正负方波，方波宽度 为(180°-°)，其平均值和有效值随θ 增大而降低。 故：改变 就可调节输出电压。叫“移相调压”。
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4.2.1 单相电压型逆变电路
3. 带中心抽头变压器的逆变电路 P103
P103
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。 若Ud和负载参数与全桥逆变电路相同，变压器匝 比为1:1:1时，uo和io波形及幅值与全桥逆变电路完 全相同。 与全桥电路相比较： ①比全桥电路少用一半开关器件。
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单相半桥逆变电路带阻感负载电路详细分析
t1～ t2 期间: V1被驱动且有电流。 V2被关断。 ①负载电压u0 (=VC1)与负载电流io同方向，负载获 得能量。 ②负载获得的电功率由电容C1和电源Ud各提供一 半，即io/2来自电容C1，另io/2来自电源Ud。 ③ A点电位VA上升，有： VC2↑(充电) ，VC1↓(放电) VC1+ VC2= Ud ④电源提供能量的1/2存入C2，另1/2给负载。 ⑤负载获得能量的1/2源于C1，另1/2源于电源。
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4.2.1 单相电压型逆变电路
单相半桥逆变电路小结：
P101
io和uo同方向期间：直流侧向负载提供能量。 io和uo反向期间：即续流二极管(VD1或VD2)导通期间，电感中贮能流
向电容和电源。VD1、VD2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。 优点：简单，使用器件少；
②器件承受的电压为2Ud，比全桥电路高一倍。
(原边的升压效应) ③必须多加一个变压器。
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4.2.1 单相电压型逆变电路
1.单相半桥逆变电路 两只IGBT+两只大电容
P103
2.单相全桥逆变电路
四只IGBT 3.单相带中心抽头变压器的逆变电路
两只IGBT+中心抽头变压器
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作 业
1.说明：“有源逆变”与“无源逆变”的区别。 “电压型逆变电路”与“电流型逆变电路”的区别。
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单相半桥逆变电路带阻感负载电路详细分析
t4～ t5 期间: V1被驱动但无电流。V2被关断。 ①负载电压u0反向变正(=VC1)，但负载电流io不能立即反 向，u0与io异向，负载输出电能。 ②L储能电流的经VD1导通续流，电流的一半流经C1(充 电) ，另一半则返回电源再经过C2(放电)到负载。 ③A点电位VA下降，有： VC2↓ (充电) ，VC1↑(放电) VC1+ VC2= Ud ④电源获得能量的1/2源于L释能，另1/2源于C2(放电) 。 ⑤ L释能的1/2到电源，另1/2存入C1
本节我们讨论三个电压型单相逆变电路： 1.半桥逆变电路 2.全桥逆变电路 3.带中心抽头变压器的逆变电路
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4.2.1 单相电压型逆变电路
4.2.1 单相电压逆变电路 1.半桥逆变电路
P101
电路结构： ①两个串联的容量足够大的电容，两电容的联结点为直流电源的中点A。 ②两只可控器件组成两个桥臂，各自反并联一只续流二极管。 ③负载联接在直流电源中点A和B之间。 工作原理： 开关器件V1和V2在一个周期内互补交替驱动(各180°)。 输出电压uo为矩形波，其幅值为Ud /2。 输出电流i0波形与负载性质有关。
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单相半桥逆变电路带阻感负载电路详细分析
准备： 1. 设下图中电容容量C1=C2 2. 在下图Ud-C1-C2回路中，当A点电位VA发生变动时，依回路电压原理，始终 应满足：VC1+VC2=Ud 3. A点电位VA发生变动期间，意味一个电容被充电，而另一个电容在等量放电， 即：充电电流=放电电流。 4. 对于C、L和电源，如果某时刻电流从其电压的正端流出为释出电能，从电压 的正端流入为吸收电能，这里的“电压正端”不是参考方向，是指某时刻的 真实极性。
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单相半桥逆变电路带阻感负载电路详细分析
问题：电容器两个极板之间是绝缘的，电流无法通过，为何有“电容电 流”的说法？又：单相半桥两电容中点电位如何波动？ 答：在静止稳态下，电容引线中电流为零，如右图所示。 但应注意图中电容器两极板之间有电压Vc=U。 这个电压Vc是如何形成的？是因为电容器两个极板上分别存在正、 负电荷。 正、负电荷如何分布到极板上去的？是接通电路瞬间由电池提供的。 在这个“瞬间”期间，电容两根引线上出现电流给极板提供电荷(充 电)。同理，断开电池，再把电容两根引线短接，则电容两极板上的 电荷在引线上以电流的形式释放中和(放电)，电容电压变为零。