4.2 单相半桥逆变电路方波调制(1)
逆变电路
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。
单相半桥逆变电路
目录摘要 (1)第一章系统方案设计及原理 (2)1.1、系统方案 (2)1.2、系统工作原理 (2)1.2.1、逆变电路的基本工作原理 (2)1.2.2、单相半桥阻感负载逆变电路 (3)1.2.3、单相半桥纯电阻负载逆变电路 (4)1.3、IGBT的结构特点和工作原理 (4)1.3.1、IGBT的结构特点 (4)1.3.2、IGBT对驱动电路的要求 (6)第二章硬件电路设计与参数计算 (7)2.1、系统硬件连接 (7)2.1.1、单相半桥无源逆变主电路如图下所示 (7)2.2、整流电路设计方案 (8)2.2.1、整流变压器的参数运算 (8)2.2.2、整流变压器元件选择 (9)2.2.3、整流电路保护元件的选用 (9)2.3、驱动电路设计方案........................................................................... 错误!未定义书签。
2.3.1、IGBT驱动器的基本驱动性能.............................................. 错误!未定义书签。
2.3.2、驱动电路................................................................................ 错误!未定义书签。
2.4、触发电路设计方案........................................................................... 错误!未定义书签。
第三章系统仿真.............................................................................................. 错误!未定义书签。
3.1、建立仿真模型................................................................................... 错误!未定义书签。
单相半桥电压型逆变电路的工作原理
单相半桥电压型逆变电路的工作原理
单相半桥电压型逆变电路是一种常见的逆变电路拓扑结构，常用于单相交流电源到直流电源的转换，适用于小功率应用。
以下是单相半桥电压型逆变电路的基本工作原理：
1.电源输入：单相半桥逆变电路通常接收单相交流电源作为输入。
这可以是来自电网的交流电，例如家用电源。
2.整流桥：输入的交流电源首先经过整流桥，将交流电转换为直
流电。
整流桥可以采用二极管桥或可控硅桥等。
3.滤波电容：为了减小直流电的脉动，逆变电路的输出端连接一
个滤波电容，用于平滑直流电压。
4.半桥逆变器：接下来是半桥逆变器部分，由两个功率开关（通
常是可控硅或晶闸管）组成。
这两个功率开关分别连接到正负
直流电压源和负载。
5.PWM控制：半桥逆变器通过PWM（脉宽调制）控制方式来
实现输出波形的控制。
通过调整开关的导通时间，可以控制输
出波形的幅值。
6.输出变压器：在半桥逆变器的输出端连接一个输出变压器，用
于改变输出电压的大小，以适应负载的需要。
7.输出负载：最终，经过输出变压器调整后的交流电源输出到负
载，可以是各种电器设备或电动机。
总体而言，半桥电压型逆变电路通过控制功率开关的导通时间，实现对输出交流电压幅值的调节，从而满足负载的电源需求。
这种逆变
电路通常用于小功率、单相电源的应用，例如家用电器、电子设备等。
单相桥式逆变pwm控制技术方程
单相桥式逆变pwm控制技术方程下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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单相方波电压逆变
0.45Ud，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。
4-11
单相电压型方波全桥逆变电路
2) 全桥逆变电路
共四个桥臂，可看成两个半桥 电路组合而成。
总谐波失真度THD
U 01rms
2U d
2
0.45Ud
0.45 200 90V
U0
Ud 2
100V , P0
U
2 0
/
R
1002 10
1000W
I0
U0 R
100 10
10A
IV
I0 2
5A
THD
U
2 0
U
2 01
0.52 0.452 48.4%
U 01
0.45
4-10
4.2.1 单相电压型方波逆变电路
量；VD1或VD2通时，io和 uo反向，电感中贮能向直
流侧反馈。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。
u
a)
o
Um
O
t
-Um
io
O
t3 t1 t2
t4
t5 t6
t
ON V1 V2 V1 V2
VD1 VD2 VD1 VD2 b)
单相半桥电压型逆变电路及其
工作波形
4-8
输出电压有效值
U0rms
2 T0
T0 2
0
Ud 2
2
dt
Ud 2
单相半桥逆变电路工作过程
单相半桥逆变电路工作过程单相半桥逆变电路是一种常用的逆变电路结构，可以将直流电能转换为交流电能。
它由两个开关管和两个二极管组成，通过控制开关管的导通和关断来控制电路的工作状态。
下面将详细介绍单相半桥逆变电路的工作过程。
在单相半桥逆变电路中，一个开关管和一个二极管串联连接，称为高侧开关管，另一个开关管和一个二极管并联连接，称为低侧开关管。
高侧开关管和低侧开关管之间通过负载相连。
在工作过程中，高侧开关管和低侧开关管交替导通和关断，从而实现对负载电压的控制。
当高侧开关管导通时，负载电压为正极性。
此时，负载电流通过高侧开关管和负载正极之间的通路流入负载，同时，负载的电容开始充电。
在这个过程中，低侧开关管处于关断状态，负载电流通过二极管流回负载的负极，此时二极管处于正向偏置状态，承担起了回路的导通功能。
接着，当高侧开关管关断时，负载电压为零。
此时，负载电流仍然通过高侧开关管和负载正极之间的通路流入负载，负载的电容继续充电。
与此同时，低侧开关管导通，负载电流通过低侧开关管和负载负极之间的通路流回电源，此时二极管处于反向偏置状态，不起导通作用。
当低侧开关管导通时，负载电压为负极性。
此时，负载电流通过低侧开关管和负载负极之间的通路流入负载，负载的电容继续充电。
与此同时，高侧开关管处于关断状态，负载电流通过二极管流回负载的正极，此时二极管处于正向偏置状态，承担起了回路的导通功能。
通过以上工作过程的循环，单相半桥逆变电路可以实现对负载电压的控制。
通过控制高侧开关管和低侧开关管的导通和关断时间，可以改变负载电压的大小和频率。
当高侧开关管和低侧开关管交替导通和关断时，负载电压呈现正弦波形。
需要注意的是，在实际应用中，为了保证负载电压和电流的稳定性，需要对开关管进行精确的控制。
通过合理的开关管触发角和工作频率的选择，可以实现电路的高效运行和稳定输出。
单相半桥逆变电路通过控制开关管的导通和关断来实现对负载电压的控制。
通过高侧开关管和低侧开关管的交替工作，负载电压呈现正弦波形，实现了直流电能向交流电能的转换。
详细逆变电路原理分析
电容C和电感L、电阻R构成并联谐振
电路，所以称这种电路为并联谐振式逆
变电路。
本电路采用负载换流，即要求负载 电流超前电压，因此，补偿电容应使负 载过补偿，使负载电路工作在容性小失 图4.6.1 并联谐振式逆变电路的原理图
谐情况下。
详细逆变电路原理分析
２、工作原理：
并联谐振式逆变电路属电流型，故 其交流输出电流波形接近矩形波，其中 包含基波和各次谐波。
2、工作原理
3 、电路参数计算
4.5.2 串联谐振式逆变电路
1、电路结构
2、工作原理
返
回
详细逆变电路原理分析
4.5.1 并联谐振式逆变电路 大滤波电感
１、电路结构:
小电感，限制晶闸 管电流上升率
• 负载为中频电炉，实际上是一个感
应线圈，图中L和R串联为其等效电路。 因为负载功率因数很低，故并联补偿电 容器C。
图4.3.1 电压型半桥逆变电路及其电压电流波形 详细逆变电路原理分析
优点： 简单，使用器件少； 缺点：
1）交流电压幅值仅为Ud/2； 2）直流侧需分压电容器； 3）为了使负载电压接近正弦波通常在输出端要 接LC滤波器，输出滤波器LC滤除逆变器输 出电压中的高次谐波。
应用：用于几kW以下的小功率逆变电源；
详细逆变电路原理分析
4.1.1逆变器的性能指标
（1）谐波系数HF：谐波分量有效值同基波分量有致值 之比。
（2）总谐波系数：总谐波系数表征了一个实际波形 同其基波的接近程度。 （3）逆变效率 （4）单位重量的输出功率:衡量逆变器输出率密度的 指标。 （5）电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）
详细逆变电路原理分析
π+θ≤ωt≤2π 期 间 ， T2 和 T3 才 导 通 。
单相逆变电路工作原理
单相逆变电路工作原理单相逆变电路指的是将直流电转换为交流电的电路。
这种电路通常由逆变器、控制电路和滤波电路等部分组成。
在工业控制、交流电源、太阳能逆变器等领域中，单相逆变电路起着至关重要的作用。
下面将详细介绍单相逆变电路的工作原理，以及其在各个领域中的应用。
一、单相逆变电路的工作原理单相逆变电路是指将直流电能转换为交流电能的电路。
其工作原理主要基于开关管的导通和截止来实现。
在单相逆变电路中，最常用的开关器件是双极型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）。
逆变电路可以分为两种基本结构：全桥逆变和半桥逆变。
（一）全桥逆变电路全桥逆变电路由四个开关管组成，可以将直流电源转换为交流电源。
在正半周，开关管1和开关管4导通，而开关管2和开关管3截止，将电压施加在电容上，电容充电并为负载提供电源。
在负半周，开关管2和开关管3导通，而开关管1和开关管4截止，电容放电并为负载提供电源。
通过这种方式，全桥逆变电路可以实现直流电到交流电的转换。
（二）半桥逆变电路半桥逆变电路由两个开关管组成，可以将直流电源转换为交流电源。
在正半周，开关管1导通，开关管2截止，电容通过开关管1充电并为负载提供电源。
在负半周，开关管2导通，开关管1截止，电容通过开关管2放电并为负载提供电源。
半桥逆变电路通常用于小功率应用，成本更低，效率更高。
在实际应用中，单相逆变电路通常配备PWM控制电路，以实现对输出波形的精确控制。
PWM控制电路可以通过控制开关管的工作周期和占空比来调整输出交流电的频率和幅值，从而满足不同的应用需求。
二、单相逆变电路在各领域的应用1. 工业控制领域单相逆变电路广泛应用于各种工业控制设备中。
如变频调速器、UPS电源、电动机驱动器等。
工业控制领域对电能质量和稳定性要求非常高，单相逆变电路通过PWM控制技术可以提供高质量的交流电能，满足工业生产对电能的各种需求。
2. 交流电源领域在交流电源领域，单相逆变电路常用于电网并网逆变器、光伏逆变器等设备中。
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电力电子学
—单相半桥逆变电路方波调制华中科技大学电气与电子工程学院
第4章直流/交流变换器
01逆变器的类型和性能指标
目录
02电压型单相方波逆变电路工作原理
03单相逆变器的单脉波脉冲宽度调制(PWM)
04正弦脉冲宽度调制技术(SPWM)
05三相逆变电路工作原理
单相半桥逆变电路方波调制
01单相半桥逆变电路方波调制目录
02小结与思考
01
单相半桥逆变电路方波调制
C o2
n
C o1
T 1
T 2
D 1
D 2
R
a
i a
V D
◆电容很大，近似认为电容电压恒定。
◆电容相等，电压均分。
◆T 1、T 2构成的串联支路称为一个桥臂。
◆T 1、T 2周期性交替通、断，产生交变的Van 。
◆注意：T 1和T 2两个开关管不能同时处于通态，否则将出现直流侧短路。
单相半桥逆变电路
1. T 1驱动导通时，T 2关断。
2. T 2驱动导通时，T 1关断
T 1 ON
v an 0.5V D
输出电压波形0.5V D /R
i a
负载电流波形
由于输出波形正、负各半个周期保持恒定，故称为180°方波调制。
C o2
n
C o1
T 1
T 2
D 1D 2
R
a
i a
V D
T 2 ON
an 2
D
V v =
an 2
D
V v =-
π2π
3π
t
ωt
ω
T 1 ON
v an 0.5V D
输出电压波形0.5V D /R
i a
负载电流波形
π
C o2
n
C o1
T 1
T 2
D 1D 2
R
a
i a
V D
∑∞
== ,5,3,1D
an
sin π
2n t n n V v ωD
D
,145.0π
2V V V rms ==
a 2D
V i R
=
a 2D
V i R
=-
T 2 ON
◆纯电阻负载时，电流i a 是与电压
u an 同相的方波
二极管的作用？
2π
3π
t
ωt
ω◆输出电压的大小取决于直流电压，基波频
率和相位取决于驱动脉冲的频率和相位
1. T 1驱动导通，T 2关断，电流上升
2. T 2驱动导通，T 1关断，电流下降
a D d d 2
an
i V v L t ==
D 1
T 1
D 2
T 2
0.5V D
v an
i a
D 1
先假定波形从90°起始
T 1
a D d d 2
an
i V v L t ==-
C o2
n
C o1
T 1
T 2
D 1D 2
L
a
i a
V D
输出电压波形
负载电流波形
在π<wt <3π/2期间，T 1阻断，虽然T 2有驱动信
号，但i a 为正值，正值i a 只能经过D 2回流到C 02
π
2π
3π
2
π
32
π
t
ωt
ωT 1 ON T 2 ON
52
π
∑∞
⋅⋅⋅=-=5,3,1n n n
m
1a )
(sin φωt n nZ V i 2
2
n )
n (L R Z ω+=0.5V D
v an
T o
i a
D 1
T 1
D 2
T 2
输出电压始终是180°方波。
输出电流波形由负载特性决定。
C o2
n
C o1
T 1
T 2
D 1D 2
Z
a
i a
V D
π2π3πt
ωt
ω输出电压波形
负载电流波形
02
小结与思考
小结与思考C o2n
C o1T 1T 2
D 1D 2
Z a i a V D 1.T 1和T 2两个开关管不能同时处于通态，否则将出现直流侧短路。
2.180°方波调制下，输出电压频率可变，但输出电压大小不可调节。
3.阻感性负载时，二级管的作用是什么？
谢谢！。