第4章 1单相电压型逆变电路

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二.Single-Phase Half Bridge VSI
1、脉冲发法：
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（注意死区）。
2、工作原理：
0-t1：二极管VD1续流， u0=Ud/2，电流
反向指数下降； t1-t2：开关器件V1导通，u0=Ud/2，电 流指数上升； t2-t3：二极管VD2续流， u0=-Ud/2，电 流指数下降； t3-t4：开关器件V2导通，u0=-Ud/2，电 流反向指数上升。
2 d
(4)谐振电路的特性阻尼
(5)谐振电路的品质因数 (6)谐振电路的频率特性
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0 L
Q
1 0 C

L C
L C

R

0 L
R
1 1 0CR R
二.Application
1.交流电机的变频调速：AC-DC-AC 间接变频电路； 2.感应加热电源;
3.不停电电源UPS (Uninterruptible Power Supply)。
2
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三.Classification
从输入直流电源类型 从输出端相数 从输出电能方向
当 r t 时： u L ( ) (U U c (0))e 电容电压:
1 t uc U c (0) id dt C 0 U U c (0) 0e t cos(r t ) U
r
当 r t 时：
uc ( ) (U U c (0))e
uL L
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did U U c (0) ( e t sin r t r e t cos r t ) dt r e
t
U U c (0)
r
0 cos(r t )
其中:
tan 1
r
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开关器件V1和V4， V2和V3的栅极信号 相同，在一个周期内各有半周正偏，半周 反偏，且V1（ V4 ）和V2 （ V3 ）互补（注 意死区）。
2、工作原理： 0-t1：二极管VD1和VD4续流， u0=Ud，电流
反向指数下降； t1-t2：开关器件V1和V4导通，u0=Ud，电流 指数上升； t2-t3：二极管VD2和VD3续流， u0=-Ud，电 流指数下降； t3-t4：开关器件V2和V3导通，u0=-Ud，电流 反向指数上升。
n 1
n
其中基波的幅值Uo1m和基波有效值Uo1为：
U o1m 4U d

1.27U d
U o1
2 2U d

0.9U d
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4、负载电流： io展开成傅里叶级数得：
io

nZ n
1
4 Ud
n
sin( nt n ) n 为奇数；
采用全控器件的自关断能力实现的换流。
2.电网换流(Line Commutation) 依靠电网电压自动过零的特性换流。
3.负载换流(Load Commutation)
利用负载谐振特性换流。 4.强迫换流(电容换流)(Forced Commutation) 附加辅助换流电路,常用于以晶闸管为主控功率器 件的电路。
2 p 2 2p 0 0
有关根的讨论：
(1)临界阻尼 0 特征根为两个相等实根：
p1 p2
t id ( A 1 A 2t )e
二次微分方程的通解为：
初值： t 0,
dt
id 0; L did U U c (0);
U U c (0) L
电压型逆变电路
电流型逆变电路 单相逆变电路 三相逆变电路 无源逆变电路 有源逆变电路
从换流方式
器件换流电路 负载换流电路
电压换流 强迫换流 (电容换流) 电流换流 自换流逆变电路:器件换流、强迫换流
外部换流逆变电路:负载换流、电源换流
3
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四.Commutation Method 1.器件换流(Device Commutation)
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id
U U c (0) p1t (e e p2t ) L( p1 p2 )
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(3) 欠阻尼 0 0
特征根为两个虚根，令： r 02 2 t 通解为： id e ( A1 cos r t A2 sin r t )
带入初值求得：
A1 0, A2
故： id U U c (0) e t sin r t
r L
U U c (0) r L
显然(1),(2)两种情况无法在有限时间内实现频繁的电流换相,
而情况(3)经过半个周期，电流会自然过零，可实现负载换相。
下面详细分析情况(3)： 电感电压：
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uT
0
uL
1 R , 2L LC
u L ( )
rt
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2.负载的自然频率特性 负载总阻抗
Z R j (L 1 ) C
(1)谐振角频率:
0
1 LC
(2)谐振时电路的等效阻抗:
I d2
ZR
(3)谐振时电感所需的全部无功功率等于电容器所提 供的无功功率 ( I 0 L 0C )
第四章 逆变电路（DC-AC）
Chapter 4 Inverter
主讲：伍文俊
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第四章 逆变电路 (Inverter)
§4.1 概述 (Introduction)
一.Definition 1.逆变：将直流电能转换为某一频率交流电能的过程； 2.逆变电路：完成上述功能的电路。
4、特点：
优点：简单，使用器件少；
缺点：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，存在两个电容器电压的均衡。 因此，常用于几kW以下的小功率逆变电源。
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三.Single-Phase Full Bridge VSI—RL Load
（一）矩形波逆变器 1、脉冲发法：
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一.Voltage Source Inverter Properties
直流侧为电压源或并联大 电容，直流侧电压基本无 脉动。 逆变桥各臂功率开关管反 并联二极管用以续流。 输出电压为矩形波或阶梯 波，输出电流因负载阻抗 不同系
2、工作原理： 0-t1：VD1和VD4导通， u0=Ud； t1-t2：V1和V4导通，u0=Ud； t2-t3： V1和VD3导通， u0=0； t3-t4：VD2和VD3导通， u0=-Ud； t4-t5：V2和V3导通，u0=-Ud； t5-t6： V2和VD4导通， u0=0。
输出电压是正负各为的脉冲。 改变就可调节输出电压。
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导通规律：逆变电路每臂导通半个周期，主控 功率器件导通前，同臂续流二极管先续流。 逆变频率同功率开关管的控制频率。
3、输出电压：
输出电压uo为矩形波，其幅值为Ud/2。 uo展开成傅里叶级数得：
uo 2U d 1 1 sin t sin 3t sin 5t 3 5
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导通规律：逆变电路每臂导通半个周期，每次两 个臂同时导通；主控功率器件导通前，同臂续流二极 管先续流。 逆变频率同功率开关管的控制频率。 3、输出电压：
输出电压uo为矩形波，其幅值为Um=Ud。
uo展开成傅里叶级数得：
uo
4U d 1 1 sin t sin 3 t sin 5 t 3 5 4 Ud sin( nt ) n 为奇数；
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五.Inverter Properties 1.不能采用电源换相,只能用负载换相、器件换相和 强迫换相。 2.换相一旦失败,将引起直流电源短路。
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§4.2 单相电压型逆变电路 (Single Phase Voltage Source Inverter)
A1 0, A2 解得：
(2)过阻尼 0 0 2 2 2 2 特征根为两个不等实根：p1 0 , p2 0
pt p t 通解为： id A1e A2e
1 2
U U c (0) t 故：id te L
带入初值求得：
其中：
Zn R 2 (nL )2 , n tan nL . R
单相全桥逆变电路可看成两个半 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。
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例：单相全桥矩形波逆变器，纯阻负载，逆变电路输入直
一.Voltage Source Inverter Properties 二.Single-Phase Half Bridge VSI 三.Single-Phase Full Bridge VSI—RL Load
（一）矩形波逆变器 （二）移相调压逆变器
四.Single-Phase Full Bridge VSI—RLC Load