电力电子技术41逆变
电力电子技术基础课件：逆变电路
V2
VD1 VD2 VD1 VD2
逆变电路
4.2.1 单相电压型逆变电路
1）半桥逆变电路
t3-t4:t3时刻电流过零边负，V2导通，负载电 流反向增加，输出电压uo =-Ud/2；
t4-t5:t4时刻V2关断，给V1驱动信号，由于 阻感负载电流不能突变，此时电流通过VD1续流， 电流逐渐减小，输出电压uo =Ud/2；
通而变为零，则称为熄灭。
电力电子技术
第四章 逆变电路
4.2 单相逆变电路工作原理
4.2.1 单相电压型逆变电路 4.2.2 单相电流型逆变电路
逆变电路
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 Ud
单相电流型逆变电路
iT
i VT1,4
i VT2,3
Id 0
tγ
uo/io
t
0
t1
Id t2 t3 t4
t5
tφ
t6 t7
t
tδ tβ
电流型逆变电路波形图
逆变电路
单相电流型逆变电路
t2-t4阶段：t2时刻四个晶闸管全部导通，负 载电容电压经两个回路LT1、VT1 、VT3 、LT3 和 LT2、VT2 、VT4 、LT4 放电；t4时刻VT1、VT4的 电流减小到零关断，直流侧电流Id全部转移到 VT2和VT3支路，换流结束。 。
VD3 VD4
u G1
0
t
u G2
0
t
u G3
q
0
t
u G4
0
t
uo io
电力电子复习思考题
电力电子复习思考题1、什么是电力电子器件，电力电子技术。
2、电力变换的分类。
3、电力电子技术的发展。
4、电力电子技术的应用。
5.触发晶闸管导通后，其栅极如何影响电路。
6、当晶闸管阳极和阴极之间加上正向电压而门极不加任何信号时，晶闸管处于什么状态。
7、额定电流为100a的晶闸管是指允许流过的最大有效值是多少。
8、晶闸管的发热允许是什么概念。
9、igbt能否代替gto。
10.各种全控设备的开关原理。
11、单向全控桥式整流电路，大电感负载，且无续流二极管，当α=600时，每只晶闸管的导通角θ为多少。
12.当三相半波可控整流电路中存在电阻负载时，如果在自然换相点之前添加触发脉冲，输出电压将如何变化。
13、在需要直流电压较低，电流较大的场合，宜采用什么类型整流电路。
14、有源逆变产生的条件是什么。
15.在三相桥式半控整流电路中，流过每个晶闸管的平均电流是负载电流的多少倍。
16.预防（有源）逆变器故障的措施是什么。
17、三相半波可控整流电阻性负载电路中，整流变压器二次相电压的有效值为u2，当控制角α的变化范围在00―300之间时，其输出平均电压ud是多少。
18、相控整流电路中晶闸管关断的条件是什么。
19、晶闸管的正向阻断峰值电压指的是什么。
20、三相桥式全控整流大电感负载电路工作于整流状态时，其控制角α的最大移相范围是多少。
21、带平衡电抗器的三相双反星形可控整流电路中，每只晶闸管中流过的平均电流是否负载电流的1/3。
22.平滑电抗器的设置是否能有效抑制电枢电流的间歇性现象，使电流波形连续平滑23、在三相桥式全空整流电路合闸启动或电流断续时，为了电路能正常工作，保证同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲，可采用什么方法。
24.以单相桥式半空气整流电路为例，分析其失控现象及解决方法。
25、如果对可控整流电路的输出电流波形质量要求交高，需采用什么措施。
26、三相半波可控整流电路，带电阻性负载，输出电流开始断续时的控制角α大于多少度。
(2024年)电力电子技术完整版全套PPT电子课件
实验报告撰写与答辩
讲解实验报告的撰写要求和答辩技巧 ，提高学生的综合素质和能力。
36
08
电力电子技术应用案例
2024/3/26
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新能源发电系统中电力电子技术应用
光伏发电系统
最大功率点跟踪（MPPT ）技术、逆变器并网技术 、孤岛检测与保护技术等 。
2024/3/26
风力发电系统
变桨距控制技术、变速恒 频技术、直驱式永磁风力 发电技术等。
2024/3/26
13
可控整流电路分析与应用
可控整流电路原理
可控整流电路通过控制触发角α的大小，实现对输出电压的调 节。
2024/3/26
可控整流电路应用
可控整流电路广泛应用于直流调速、电力拖动、电解、电镀 等领域。
14
滤波电路原理与设计方法
滤波电路原理
滤波电路是利用电容、电感等元件对交流电的频率特性进行滤波，从而得到平 滑的直流电的电路。
高性能器件选择
选用高性能的功率器件和驱动电路，提高电路的工作频率和可靠性。例如，选用低导通电阻和低栅极电荷的 MOSFET可以降低电路的导通损耗和开关损耗；选用高耐压和高电流的IGBT可以提高电路的带负载能力等 。
系统优化与热设计
对系统进行全面的优化和热设计，确保电路在高负载、高温等恶劣环境下仍能稳定可靠地工作。例如，采用 合理的散热结构和风扇控制策略可以降低电路的工作温度；采用模块化设计可以提高电路的维修性和可扩展 性等。
2024/3/26
功率场效应晶体管（Power MOSFE…
阐述Power MOSFET和IGBT的结构、特点以及在电力电子电路中的 广泛应用。
11
03
整流与滤波技术
2024/3/26
电力电子技术题库及答案整理版
一、填空题(每空1分，共５０分)1、对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上有I L __大于__ I H。
2、功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是______智能功率集成电路_________。
3、晶闸管断态不重复电压U DSM与转折电压U BO数值大小上应为，U DSM __小于__ U BO。
U _，设U2 4、电阻负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压U Fm等于_Fm2为相电压有效值。
5、三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差__________120°_______。
6、对于三相半波可控整流电路，换相重叠角的影响，将使用输出电压平均值_______下降______。
7、晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是_____________静态均压________________措施。
8、三相全控桥式变流电路交流侧非线性压敏电阻过电压保护电路的连接方式有___Y形和△形___二种方式。
9、抑制过电压的方法之一是用_____储能元件_______吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。
10、180°导电型电压源式三相桥式逆变电路，其换相是在___同一相_的上、下二个开关元件之间进行。
11、改变SPWM逆变器中的调制比，可以改变_________________输出电压基波________的幅值。
12、为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是___________(一个)较大的负电流__________。
13、恒流驱动电路中抗饱和电路的主要作用是_________减小存储时间________________。
14、功率晶体管缓冲保护电路中二极管要求采用___快速恢复__型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。
15、晶闸管门极触发刚从断态转入通态即移去触发信号，能维持通态所需要的最小阳极电流，称为：_____________________维持电流 _______________________。
电力电子技术中的逆变器有什么应用
电力电子技术中的逆变器有什么应用在电力电子技术领域，逆变器是一种重要的元件，其主要功能是将直流电转换为交流电。
逆变器在各个领域都有广泛的应用，本文将对逆变器的应用进行探讨。
一、家庭应用随着家庭电子设备的普及，逆变器在家庭应用中扮演着重要的角色。
逆变器可以将家庭的直流电转换为交流电，以满足电视、音响、电脑等交流设备的供电需求。
此外，逆变器还可以与太阳能电池板等可再生能源设备配合使用，实现家庭自给自足的电力供应。
逆变器在家庭应用中不仅提供了便利性，还可以降低能源消耗，实现节能环保。
二、工业应用逆变器在工业领域的应用也非常广泛。
在工业生产中，直流电和交流电的应用场景各不相同，逆变器可以实现两者之间的转换。
工业用逆变器不仅能够提供高质量的交流电源，还具备输出控制和保护功能，能够满足各类工业设备对电能的需求。
逆变器还可以实现电网与独立运行系统之间的切换，在电力供应不稳定或中断时保证生产系统的稳定运行。
三、交通运输领域逆变器在交通运输领域的应用也十分重要。
例如，逆变器广泛应用于电动汽车和混合动力汽车中，将电池的直流电转换为交流电，以驱动车辆运动。
逆变器不仅可以提供高效的能量转换，还可以控制电动汽车的速度和转向。
此外，逆变器还能够在列车、电车等电气化交通系统中实现高电压直流（HVDC）与交流的转换，提高供电质量和效率。
四、航空航天领域逆变器在航空航天领域的应用是航空电子技术中的重要组成部分。
航空器和航天器中需要使用电力设备，而逆变器可以将其所携带的直流电源转换为交流电，以供应各种航空电子设备的使用。
逆变器可以满足航空器和航天器对电能品质的高要求，例如传输效率、频率稳定性和电磁兼容性等。
逆变器在航空航天领域的应用也对其的可靠性和稳定性提出了很高的要求。
五、可再生能源领域逆变器在可再生能源领域是不可或缺的部分。
例如，太阳能和风能发电系统中都需要使用逆变器来将产生的直流电转换为交流电并输出到电网中。
逆变器在可再生能源系统中的作用不仅仅是能量转换，还包括最大功率点跟踪、电压调节、电网互连保护等功能。
电力电子技术在电力系统自动化中的应用
电力电子技术在电力系统自动化中的应用随着现代电力系统的不断发展，电力电子技术在电力系统自动化中的应用变得越来越重要。
电力电子技术的出现不仅提高了电力系统的稳定性和可靠性，还为电力系统的智能化和高效化提供了有力支持。
本文将探讨电力电子技术在电力系统自动化中的具体应用，包括逆变技术、短路电流限制技术以及柔性交流输电技术。
1. 逆变技术逆变技术是电力电子技术在电力系统自动化中的重要应用之一。
逆变器是将直流电转换为交流电的装置，由于其具有高效、可靠、灵活等特点，被广泛应用于变频调速、UPS电源、太阳能发电等领域。
在电力系统自动化中，逆变技术被用于实现直流输电、高压直流输电、交流与直流的互联互通等功能。
通过逆变技术，电力系统可以实现不同电压等级之间的互联互通，提高系统的可靠性和供电质量。
2. 短路电流限制技术电力系统中的短路故障常常会对系统的稳定性和安全性造成严重影响。
为了限制短路电流的大小，保护系统的设备和运行状态，电力电子技术被用于短路电流限制技术的研究与应用。
利用电力电子技术，可以通过调节电流限制器的控制策略，实现对短路电流的精确控制。
短路电流限制技术可以减少系统中的电磁力、电流冲击等问题，提高系统的稳定性和可靠性。
3. 柔性交流输电技术柔性交流输电技术是电力电子技术在电力系统自动化中的又一重要应用领域。
通过柔性交流输电技术，可以实现对电力系统中电压、频率等参数的控制和调节，进而优化系统的运行状态。
柔性交流输电技术主要包括STATCOM（静止同步补偿器）和SVC （静止无功补偿器）等装置。
这些装置通过电力电子技术可以实时控制并调整电力系统中的电流和电压，提高系统的稳定性和可靠性。
4. 智能电力电子装置随着信息技术的发展，智能电力电子装置在电力系统自动化中的应用也越来越广泛。
智能电力电子装置通过与传感器、监控系统等设备的联动，可以实时获取电力系统运行状态的信息，并进行智能化的控制和运行。
智能电力电子装置的应用，可以实现电力系统的自动化运行和管理。
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
《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 4.3 电压型逆变电路
0 2
2
(4.3.1)
输出电压瞬时值为:
uo
n 1, 3 , 5 ,
2U d n
s in nt
(4.3.2)
其中， 2f s 为输出电压角频率。
当 n=1时其基波分量的有效
值为:
U O1
2U d
2
0.45U d
(4.3.3)
图4.3.1 电压型半桥逆变电路及 其电压电流波形
4.3.1 电压型单相半桥逆变电路
图4.3.1 电压型半桥逆变电路 及其电压电流波形
4.3.1 电压型单相半桥逆变电路
2、工作原理：
在一个周期内，电力晶体 管 周正T1和偏T，2的半基周极反信偏号，各且有互半补。
若负载为纯电阻，在[0,π] 期 T2通π2截间 ，]期止，T间1，T截1，则有止T驱，u20有动则=U驱信ud0动。号=-信在导Ud号[通π。导，, 动 信信 号若号 ，负截 由载止于为，感纯尽性电管负感载T，1有中T驱的2无动电驱 流i。不能立即改变方向，于 是 D1导通续流，u0=－Ud /2 。
3、特点： 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。 4、应用：用于几kW以下的小功率逆变电源；
4.3.2 电压型单相全桥逆变电路
电路工作原理：
(4.3.7)
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
0≤ ωt ≤ θ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、
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➢ 显然，采用PAM控制方式时，其方波的导
通角恒定（180°方波或120°方波）。
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11
电力电子技术 4.1.1 逆变器的基本原理
➢ 图 （ 关断V4-D2时a4）中，导输，通变出当而电换功V压方率T为2管式（正V呢V的TD？1方2（）波V和电DV1压）T3；（和当VVD功T34）
率 管 VT2 （ VD2 ） 和 VT3 （ VD3 ） 导 通 而 V电T压1（为V负D的1）方和波V电T4压（。VD4）关断时，输出
➢ 单相全桥电路的输出波形如图4-2b所示， 显然，输出的正、负方波电压幅值相等
➢ 除了工业应用之外，逆变器在空调、冰箱等家用电器中也有广 泛应用。
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4
电力电子技术
4.1 概述
➢ UPS基本工作原理
➢ 市电正常时，由市电供电，市电经整流器整流为直流，再 逆变为50Hz恒频恒压的交流电向负载供电。同时，整流 器输出给蓄电池充电，保证蓄电池的电量充足。
➢ 此时负载可得到高质量的交流电压，具有稳压、稳频性能， 也称为稳压稳频电源。
流通特性
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8
电力电子技术 4.1.1 逆变器的基本原理
Ld
Sa
Id
Sb
逆变器的原理拓扑
➢ 图4-1b所示电流型逆变器直流侧采用 足够容量的电感滤波，因此直流侧电 流基本不变
➢ 逆变器的输出电流为幅值与直流电流
幅值相等的方波电流，其输出电压波
负载
形取决于负载对方波电流的响应
➢ 若考虑到直流电流的单向性以及负载 的无功缓冲，则图4-1b中的开关管必 须具有电流反相阻断的能力，考虑到 常规功率管弱的反向阻断特性，为此 可采用单向功率管顺向串联二极管的 组合来实现开关管的反相电流阻断特 性。
6. 空间矢量PWM控制的基本问题——原理、矢量分布、矢量合成。
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6
电力电子技术
4.1.1 逆变器的基本原理
ud
Cd
+ -
Sa
Sb
负载
逆变器的原理拓扑
➢ 如何完成直流－交流这一变 换呢？
➢ 考虑采用开关切换的方式将 直流量变换成交流量
➢ 完成直流电压变换的逆变器 称为电压型逆变器
➢ 完成直流电流变换的逆变器 则称为电流型逆变器。
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3
电力电子技术
4.1 概述
➢ 许多场合下，电网提供的50Hz工频电源不能满足负载的特殊需 要，要用交直交变频电路进行电能变换。如感应加热，根据加 热工艺和对象的不同，所需感应加热电源的频率范围从几百Hz 到几千Hz。
➢ 交流电机为了获得良好的调速特性需要频率可变的电源，这波变换方式是实现DC-AC最简单的变换 方式，一般而言，方波变换时逆变器的交 流输出有两种基本调制方式：脉冲幅值调 制（PAM－Pluse Amplitude Modulation） 和单脉冲调制（SPM－Single Pluse Modulation）。
➢ 脉冲幅值调制（PAM）是指：逆变器的输 出频率可由180°方波（如图4-3a所示）或 120°方波（如图4-3b所示）的周期来控制 （如图4-3c所示），而逆变器输出基波的 幅值则由输出方波的幅值即逆变器直流侧 电压（或电流）的幅值来控制，如图4-3d 所示。
电力电子技术
Power Electronics
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1
电力电子技术 第4章 DC－AC变换器
基本内容
1 概述 2 电压型逆变器（VSI） 3 空间矢量PWM控制
4 电流型逆变器
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2
电力电子技术
4.1 概述
➢ DC-AC变换器是指能将一定幅值的直流输入电压（或电流） 变换成一定幅值、一定频率的交流输出电压（或电流）， 并向无源负载（如电机、电炉、或其它用电器等）供电的 电力电子装置。
➢ 图4-1a所示电压型逆变器直
流侧采用足够容量的电容滤
波，因此直流侧电压基本不
变 编辑ppt
7
电力电子技术 4.1.1 逆变器的基本原理
ud
Cd
+ -
Sa
Sb
负载
逆变器的原理拓扑
➢ 逆变器的输出电压为幅值 与直流电压幅值相等的方 波电压，其输出电流波形 取决于负载对方波电压的
响应
➢ 若考虑到负载的无功缓冲， 则 图 4-1a 中 的 开 关 管 必 须 具有电流双向流通的能力， 为此可采用单向功率管反 向并联续流二极管的组合 来实现开关管的电流双向
整流器
逆变器
市电
负载
蓄
电
池
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5
电力电子技术
4.1 概述
➢ 重点学习内容:
1. 逆变器的电路结构、分类及主要性能指标。
2. 逆变器的三种基本变换方式——方波变换、阶梯波变换、正弦波 变换。
3. 方波逆变器的基本电路及其特点。
4. 阶梯波逆变器的基本电路及其特点。
5. 正弦波逆变器及其SPWM控制。
➢ 若使输出的正、负方波电压宽度相等，则 输出电压的正、负半周的面积相等，从而 实现了直流电压到交流电压的变换，这就 是实现逆变器的基本思路。
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电力电子技术
4.1.1 逆变器的基本原理
VT1 VD1 VT3 VD3
ud
uo
VT2 VD2 VT4 VD4
a)逆变器原理电路
a)
b)
c)
d)
➢ 有些负载虽然也用工频电源供电，但对电源的频率稳定性、波 形畸变等有严格要求，且绝不允许瞬时停电。比如对于计算机 一类的负载，特别是银行、证券公司、医院以及大型计算机中 心的计算机，瞬时的停电会带来严重后果。因此，需要不间断 电源（Uninterruptable Power Supply——UPS），其核心就是逆 变电路。
➢ DC-AC 变 换 器 又 称 为 无 源 逆 变 电 路 ， 常 简 称 作 逆 变 器 （Inverter）。
➢ 能把一定幅值的直流输入电压（或电流）变换成一定幅值、 一定频率的交流输出电压（或电流），并向电网供电的电 力电子装置称为有源逆变电路,习惯作为整流器电路的馈能 运行来讨论
➢ 本章将只讨论无源逆变电路——逆变器。
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9
电力电子技术
4.1.1 逆变器的基本原理
VT1 VD1 VT3 VD3
ud
uo
VT2 VD2 VT4 VD4
a)逆变器原理电路
uo
ud VT1 VT4
VD1 VD4
VT2 VT3 t VD2 VD3 ui
b)输出波形
➢实以 理现电图D路4C-2-来aA所讨C示论变的逆换单变功器相能的电的基压本型逆原全变理桥器。逆有变那器些原