无源逆变电路详细解析共89页
无源逆变
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
5.3 负载换流逆变电路
• 由于负载换流，通常是利用负载与换流电容构 成RLC回路，当电路满足谐振条件时，这类逆 变电路称为负载谐振式逆变电路，或简称谐振 式逆变器。 •根据换流电容和负载的连接方式不同可分为： •并联谐振式逆变器 •串联谐振式逆变器两种。
单相桥式整流
如何实现逆变？
整流
u2正半周， VT1和VT4通 u2负半周， VT2和VT3通
如何实现逆变？
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
Ud
S1 S i o 负载 3
i o t 1 t 2
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。
u u
u
u
A
A
VT
1
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
uo Um O -U m i o O t t 1 2
V1
a)
t
t3 t 4
t t 5 6
V2 V1 V2
2
t
2
电力电子技术4章 无源逆变电路
图4.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
4.3.3 电压型三相桥式逆变电路
1、工作过程：
电压型三相桥式逆变电路的基 本工作方式为180°导电型，即每个 桥臂的导电角为180°，同一相上下 桥臂交替导电的纵向换流方式，各 相开始导电的时间依次相差120°。
在一个周期内，6个开关管触 发导通的次序为T1→T2 →T3 →T4 →T5→T6 ，依次相隔60°，任一时 刻均有三个管子同时导通，导通的 组合顺序为T1T2T3，T2T3T4，T3T4T5 ，T4T5T6，T5T6T1，T6T1T2，每种组 合工作60°。
2、工作原理：
输出Ud负为载输。入直流电压，R为逆变器的
，当逆开变关器输T1、出T电4闭压u合0=，UTd；2、T3断开时
，当输开出关电压T1、u0T=4－断U开d
，T2、T3闭 ;
合
时
T4.2当2、.4以T(3b频时)所率，示f则S的交在交替电变切阻电换R压开上波关获形T1得，、如其T4
和 图 周
由
Ud
d L
io
dt
L2Iom Ts
2
可得负载电流峰值为：
Iom 4TLs Ud
(4.3.7)
2020/6/17
图4.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
4.3.2 电压型单相全桥逆变电路
3）阻感负载RL时
0≤θ≤ωt期间，T1和T4有驱动信号 ，由于电流i0为负值，T1和T4不导通， D1、D4 导 通 起 负 载 电 流 续 流 作 用 ，
其线电压的瞬时值为：
u B C 2 3 U d si t n 1 5 s5 it n 7 1 s7 it n 1 1 s1 1 it n 1 1 1 s3 1 it n 3 (4.3.10)
《无源逆变电路》课件
无源逆变电路可用于电动汽车充电桩 中，将直流电能转换为交流电能，为 电动汽车充电提供方便。
无源逆变电路的重要性
提高能源利用效率
无源逆变电路能够实现电能的双向转换，提高能源的利用效率， 降低能源浪费。
促进可再生能源利用
无源逆变电路在分布式电源系统中的应用，能够促进可再生能源的 利用，减少对传统能源的依赖。
电流型无源逆变电路
总结词
通过电感或电容储能，利用半导体开关器件进行高速的导通和关断，将直流电能 转换为交流电能。
详细描述
电流型无源逆变电路采用电感或电容作为储能元件，通过半导体开关器件的高速 导通和关断，将直流电能转换为交流电能。其输出电流为矩形波，输出电压为正 弦波。
不同种类无源逆变电路的比较
统的可靠性和稳定性。
选用高质量器件
02
选用高质量的器件，如高品质的电容、电感等，提高系统的可
靠性和稳定性。
加强可靠性设计
03
采用冗余设计、容错设计等可靠性设计方法，提高系统的可靠
性和稳定性。
06
无源逆变电路的发展趋势与展望
高效能与低成本的发展趋势
高效能
随着电力电子技术的不断进步，无源逆 变电路的高效能发展趋势日益明显。通 过优化电路设计、采用先进的控制算法 等手段，不断提高无源逆变电路的能量 转换效率和电能质量，以满足各种应用 场景的需求。
复杂。在实际应用中，应根据具体需求选择合适的无源逆变电路类型。
03
无源逆变电路的工作过程
电压型无源逆变电路工作过程
01
02
03
04
输入直流电压通过升压斩波电 路提高电压幅值。
提高后的直流电压作为逆变电 路的输入，经过全控开关器件
无源逆变电路
u
o
U
m
+
V
O
t
U
1
d
VD
1
-Um
i
o
2
i
o
R
L
U
d
t O t
1
3
t
u
4
U
o
d
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2
t
5
t
6
t
V2
2
2
VD
2
V1 VD
1
V VD
2
2
V1 VD
1
V
2
VD
a)
• V1或V2通时，负载电流io和电压uo同方向，直流侧向负载提供能量 • VD1或VD2通时，io和uo反向，负载电感中贮藏的能量向直流侧反馈
V4
VD 4
-
t3时刻V3和V4栅极信号再 次反向， V3截止， V4不能
34
V4
VD 4
-
+
V1 Ud C V2 VD1 R io L uo VD 2 V3 VD 3
t1时刻前V1和V4导通，输出电 压uo为ud t1时刻V3和V4栅极信号反向， V4截止，因io不能突变，V3不能 立即导通，VD3导通续流，因V1 和VD3同时导通，所以输出电压
V4
VD 4
-
u G1 O u G2 O u G3 O u G4 O uo io O io t1 t2 t3 uo
1
V VD
2
2
V VD
1
1
VD
2
u
o
+
m
U O
U
d
V
1
t
无源逆变电源原理
第十三讲 无源逆变13. 0 引 言➢ 逆变概念逆变——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，为无源逆变本章讲述无源逆变➢ 逆变与变频❖ 变频电路：交交变频和交直交变频两种❖ 交直交变频由交直变换和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变➢ 逆变电路的应用❖ 蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时，需要逆变电路 ❖ 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13.1 无源逆变的基本原理主要介绍逆变电路的基本工作原理和换流方式 13.1.1 逆变电路的基本工作原理 单相桥式逆变电路为例❖ 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 ❖ S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u o 为正图5-1 逆变电路及其波形举例❖ S1、S4断开，S2、S3闭合时，u o 为负，把直流电变成了交流电 ❖ 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i o 和u o 的波形相同，相位也相同 ❖ 阻感负载时，i o 相位滞后于u o ，波形也不同（图5-1b ）• t 1前：S1、S4通，u o 和i o 均为正• t 1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，u o 变负，但i o 不能立刻反向 • i o 从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感能量向电源反馈，i o 逐渐减小，t 2时刻降为零，之后i o 才反向并增大13.1.2 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，也称换相➢ 开通：适当的门极驱动信号就可使其开通 ➢ 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a)b )图5-1u➢ 研究换流方式主要是研究如何使器件关断➢ 换流方式 1. 器件换流❖ 利用全控型器件的自关断能力进行换流（Device Commutation ）2. 电网换流❖ 由电网提供换流电压称为电网换流（Line Commutation ）❖ 可控整流电路、交流调压电路和采用相控方式的交交变频电路 ❖ 不需器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加元件3. 负载换流❖ 由负载提供换流电压称为负载换流（Load Commutation ） ❖ 负载电流相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流 ❖ 负载为电容性负载时，负载为同步电动机时，可实现负载换流❖ 基本的负载换流逆变电路：❖ 采用晶闸管❖ 负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容性电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入 直流侧串入大电感L d ， i d 基本没有脉动图5-2 负载换流电路及其工作波形 ❖ 工作过程（工作波形图5-2b ） • 4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩形波• 负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，u o 波形接近正弦• t 1前：VT1、VT4通，VT2、VT3断，u o 、i o 均为正，VT2、VT3电压即为u o• t 1时：触发VT2、VT3使其开通，u o 加到VT4、VT1上使其承受反压而关断，电流从VT1、VT4换到VT3、VT2• t 1必须在u o 过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成4. 强迫换流设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流（Forced Commutation ）• 通常利用附加电容上储存的能量来实现，也称为电容换流➢ 直接耦合式强迫换流——由换流电路内电容提供换流电压♦ VT 通态时，先给电容C 充电。
无源逆变电路
Voltage Source Inverte—又称为电流源型
逆变电路 Current Source Inverter-CSI
5.3.1 单相半桥电压型逆变电路
电路结构特点
由两个桥臂组成，每个桥臂 为一个可控器件和一个反并 联二极管并联。
直流侧有两个串联的大电容， 两个电容的联结点为直流电 源的中点。
5.2.3 逆变电路的基本工作原理 以单相桥式逆变电路为例
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。
5.2.3 逆变电路的基本工作原理
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
直流电 交流电
5.2.3 逆变电路的基本工作原理
（a）α=60°的整流状态
（b）α=120°的逆变状态
单相双半波电路α=60°的整流和α=120°的逆变时的仿真波形
要使整流电路工作在逆变状态，必须满足两个条件：
1）变流器的输出Ud能够改变极性（内部条件）。由于晶闸 管的单向导电性，电流Id不能改变方向，为实现有源逆变， 必须改变Ud的极性。即让变流器的控制角α＞90°即可。
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。
阳极关断方式
➢ 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。
逆变电路
本章主要内容
逆变种类与换流方式 电压型逆变电路Voltage source inverter
(VSI)
无源逆变电路
5.3.3 三相电压型逆变电路
注意：为防止同一相上下桥臂开关器件同时导通而 引起直流侧电源短路，通常采取“先断后通”的方法。 即在器件关断后留一定裕量，也称为死区时间，然后 再给出应导通的器件的开通信号。
电压型逆变电路 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。 •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。因为输出电压极性不可改变，交流侧要向直 流侧反馈无功，只能通过改变电流的方向实现，所 以需并联反馈二极管以提供反向电流通路。
5.4.2 三相电流型逆变电路
电路分析 基本工作方式是120°导 电方式－每个臂一周期内导电 120°，VT1-VT6每隔60度一次 触发导通。因此，任一时刻上 下桥臂组各有一个臂导通，换 O i 流方式为横向换流。 O 在负载端并联三相电容，为负 i 载电感中的电流提供流通路径， O 以吸收电感中存储的能量 u
5.1.1 有源逆变电路
1 单相双半波有源逆变电路
1、电路结构
VT1
u2 u2
VT2
id
+ L ud 电能 +
E R
VT1
u2 u2
M
VT2
id
ud
L
E
R
电能 +
-
-
M +
u2
0
图3-1
t
u2
0
t
ug
0
ug
t
Ud
E
ud
0
ud
0
t
0
t
Ud E
t
第5章 无源逆变电路
• 二、串联谐振式逆变电路 • 1.电路组成 • 在逆变电路的直流侧并联一个大电容C，用电容储能来缓冲电 源和负载之间的无功功率传输。从直流输出端看，电源因并联大 电容，其等效阻抗变得很小，大电容又使电源电压Ud稳定，从而 使逆变电路输出电压接近双极性矩形波，这种逆变电路又被称为 电压型逆变电路。 • 图5一11给出了串联谐振式逆变电路的主电路，主要用于淬火、 热加工等场合。
•
• 第一节 无源逆变的基本工作原理
一、逆变电路工作原理 • 逆变电路种类较多，根据变频的过程可分为两大类，一类为 交一交变频，另一类为交一直一交变频，下面以单相逆变电路为 例来阐述其工作原理。 • 1.单相交一直一交变频电路 •
•
图5-1 单相输出交——直——交变频电路 （a）电路；（b）输出电压波形
• 一、并联谐振式逆变电路 • 1.电路组成 • 图5一8所示电路即为并联谐振逆变电路的主电路， 一般多用于金属的熔炼、淬火及透热的中频加热电源。
图5-8 并联谐振式逆变电路
图5-9 逆变器的换流过程 （a）VT1、VT4导通；（b）换相；（c）VT2、VT3导通
图5-10 并联谐振式逆变电路 工作波形
• 第二节谐振式逆变电路
•
在晶闸管逆变电路中，晶闸管的换相方式有以下三种: 器件换相、负载换相和强迫换相。其中负载换相方式是利用负载 电流相位超前电压的特点来实现换相的，即利用负载电路的谐振 来实现换相，这种电路称为谐振式逆变电路。由于谐振式逆变电 路不用附加专门的换流电路，因此应用较为广泛。 • 如果换相电容与负载并联，换相是基于并联谐振的原理， 则称为并联谐振式逆变电路;它广泛应用于金属冶炼、加热、中 频淬火等场合。如果换相电容与负载串联，换相是基于串联谐振 原理，则称为串联谐振式逆变电路，适用于高频悴火、弯管等场 合。 •
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55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 — 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
无源逆变电路详细解析
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思