电力电子第7章

3）t4-t5时刻： VT2、3稳 定导通，如c)
二、串联谐振逆变器（电压型）
串联谐振逆变器，换流是基于串联谐振的原理。 电压型逆变电路的特点：（1）是采用不可控整流，电路简 单、功率因数高。 (2) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。
(3) 输出电压为矩形波， 输出电流因负载阻抗不同 而不同。 (4) 阻感负载 时 需提供 无功。为了给交流侧向直 流侧反馈的无功提供通道， 逆变桥各臂并联反馈二极 管。
二、电流型逆变电路
电流型三相桥式逆变电路，采 用全控型器件） 基本工作方式是120°导电方 式—每个臂一周期内导电 120°每时刻上下桥臂组各有 一个臂导通, 横向换流。
波形分析
输出电流波形和负载性质无关，正负
id VT 3 VT 5 VT 1 Ud VT 4
iU O iV O
W
U V VT 6 W VT 2
以A相桥VT1、VT4间换相为例分析。 1）VT1稳定导通； a )图iT1=IA ,C1短 路，C4充电到Ud。
2）触发VT4开始换流： b )图，C4放电：+ →L4 → VT4 →— ，uc4=Ud瞬时加到L4 两端，L4、L1为全耦合使UL1=UL4=Ud,； C1开始充电，但uc1此刻仍为0； 此刻VT1因承受-Ud 而关断。由于L1、L4能量不能突变，故 使原通过VT1、L1的电流iA立刻转移到VT4、L4。 负载 iA由C1、充电C4放电提供。
(二)IGBT谐振型逆变器 图中，VI1—VI4为4只IGBT。
图a中，感应线圈L、电容C和电阻R组成并联谐振电路，使 整个负载电路呈现为电阻特性，因此负载电流和负载电压的基 波是同相位，在电压和电流过零瞬间，IGBT逆变桥进行换流， 实现了逆变器换流时在零电压和零电流时的开和关。
图b中，感应线圈L、Ｃ和R组成串联谐振电路在IGBT关断 期间震荡，开关器件两端的电压形成一近似正弦波，为开关器 件导通时建立起零电压条件，如VI1导通以前，Cl与L和R谐振， 使Cl上电压为零。VI1导通时其两端电压为零。 开关器件导通时的损耗大大降低了，提高了换流效率。
①区间： VT1、2、3同时通； 电机端线电压UAB =0， UBc =Ud, UcA =-Ud； 电流从AB端流入，从C端流出， 相当于ZAZB并联再与ZC串联 接到Ud电源。
②区间：开始触发VT4关断 VT1， VT2、3、4同时通； UAB =-Ud ，UBc =Ud, UcA =0。 ③区间：同理，VT2、3、4 同时通； 电机端线电压为120正负对称 的矩形波，电机相电压为180正负 对称的阶梯波。
第二节 谐振型逆变电路
一、并联谐振逆变器 并联谐振逆变器简称并联逆变器：换流电容与负载电路并联， 换流是基于并联谐振的原理。较多用于金属的熔炼、透热和淬火 的中频加热电源。 直流电源Ud由三相可控整流获得，经过大电感滤波，通过 并联逆变电路将直流电逆变为中频交流电供给负载，属于电流 型逆变器。

第三节 三相逆变器
根据最靠近逆变桥的直流滤波方式逆变器可分为： ① 电压型：电压型逆变器的输人端并接有大电容滤波，直流 电源阻抗小，输入直流电源为恒压源，输出电压比较平直，为 交变巨形波，输出电流接近正玄波。
② 电流型：电流型逆变器的输入端串接有大电感滤波，电源 呈现高阻抗，输入直流电源为恒流源，输出电流较平直，为交 变巨形波，电压为接近正玄波。
变频电路从变频过程分可分为二大类： ①交流—交流变频，它将50Hz的交流直接变成其它频率(低 于50Hz)的交流，称直接变频。 ②交流—直流—交流变频，将50Hz交流先整流为直流，再 由直流逆变为所需频率的交流。
上述两大类变频器又可细分如表。
二、无源逆变器(Invener)的简单工作原理
1.几种典型的逆变电路 a)：单相零式逆变电路 b):单相桥式逆变电路
一、电压型逆变器 (一)晶闸管串联电感式逆变电路 如图7-10，三相串联电感式逆变电路必须采用强迫换流形式。 断。
强迫换流采用C做储能元件，对VT产生反向脉冲迫使VT关
1．换流过程 换流在同一相桥臂的两管间进行，如A相桥内，VT1导通时 触发VT4导通，强迫VT1关断，负载iA由经VT1流出换为流入VT4。 换流电路由C1～C6、L1～L6组成，L1与L4 、 L3与L6、L5与L2 为全藕合，VD1～VD6为反馈二极管，为感性负载电流提供反馈 电源通路。
Id t
图5-11
t
脉冲各120°的矩形波； i O 输出电流和三相桥整流带大电感负载时的交 u 流电流波形相同, 谐波分析表达式也相同； 输出线电压波形和负载性质有关,大体为正弦波； O 输出交流电流的基波有效值： 6 I U1 I d 0.78 I d
UV
t
t
图5-14
(一)串联二极管式逆变电路 串联二极管式逆变器是电流型逆变器，性能优于电压型逆 变器，主要用于中大功率交流电动机调速系统。
思考题
• 1．试说明交流调压和交流调功电路有何区别？ • 答： • 交流调功电路和交流调压电路的电路形式完全相同， 但控制方式不同。 • 交流调压电路都是通过控制晶闸管在每一个电源周期 内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。 • 晶闸管交流调功电路是采用整周波的通、断控制方法， 例如以n个电源周波为一个大周期，改变导通周波数与阻 断周波数的比值来改变变换器在整个大周期内输出的平均 功率，实现交流调功。
1.逆变器带纯阻性负载是，负载电流与电压均为方波。 2.带大电感性负载，若采用恒定电压Ｕd供电的电压型电路 将无法工作，因为在半周末关断一对VT和导通另一对VT时，由 于电流滞后电压，此时电流未到零，如使负载电流瞬时反向， 将在负载电感两端感应出大电压，使管子损坏。 为此必须在晶闸管两端反并联一个二极管(称为反馈二极管)， 电路才能正常工作，电路如图7-3a)。
图7-1
c):单相半桥式逆变电路
工作原理:
VT1和VT2触发信号在一周期内各
半周正偏、半周反偏，互补
uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2
io波形随负载而异，感性负载时
V1或V2通时，io和uo同方向，直
流侧向负载提供能量
2. 逆变器换流有以下两种： （1）负载换流 逆变器输出电流超前电压(即容性负载)时，当流过VT的振 荡电流自然过零，则VT继续承受负载的反压，如超前时间大于 tq时间，就能保证管子完全恢复阻断能力实现可靠换流。这种 换流，主电路不需要附加换流环节，也称自然换流。 （2）强迫换流 亦称脉冲换流。感性负载，必须采用强迫换流。 特点：设置专门的换流回路，通常由电感、电容、小容量晶 闸管等组成。 换流回路的任务：是在需要的时刻产生短暂的反向脉冲电压， 迫使导通的管子关断。
3）图b ) C4放电使Uc4由Ud降为0， Uc1由0升到Ud ，当Uc4= Uc1=1/2 Ud时，Uxy= Ud，VT1所受反压为0。 4） C4对L4、VT4放电过程：图b iT4从iA开始不断上升; 图c):当C4放电结束Uc4=0时， iT4最大 并开始减小，此后L4开始稀放能量， UL4极性为上-下+； 环流路径： VT4 → VD4 → R1 → L4 . R1作用：限制环流衰减； VD4：提供负载滞后电流的通路。
图a为零电压开关(ZVS)，电容C与开关器件Q是并联的，在Q 导通之前C和L产生串联谐振，当C上电压为零时再使Q导通，此 时电压u与电流i波形见图a导通时波形。 当开关器件Q关断时，由于电容C的存在，开关器件Q上承受 的电压u以线性速度缓慢地从零开始上升，电压u与电流i彼形见 图a关断时波形。
图b为零电流开关(ZCS)。电感L与开关器件Q是串联的，当开 关器件Q导通，由于电感L的存在，开关器件Q上的电流i以线性速 度从零开始上升。电压u与电流i波形见图b导通时波形。 在Q关断之前L和C组成谐振电路产生并联谐振，当流过Q上的 电流为零时再使Q关断，此时电压u与电流i波形见图b。
电路组成：逆变桥由四个KK型快速VT组成，工作频 率(1000～2500Hz)。L1～L4为小电感，限制di／dt。 感应线圈L、R和Ｃ并联组成负载并联谐振电路。 接入电容可改善负载功率因数，并使负载略呈容性 而使ia超前u a一定角度 ，使VT自动换流。 直流侧串入大电感Ld使 id基本没有脉动。
5） 当负载iA减为0， 即L4放完电，之后iA反向，换流结束。在iA减为0并反向之 前，可能L4放电结束， VT4的电流降为0而关断。
换流电容C、电感L的取值：
2．三相串联电感式逆变器工作 原理 • 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°。
三、全控型器件构成的谐振逆变器 (一)软开关技术
开关器件在其端电压不为零时开通（硬开通） ，在其电流不 为零时关断（硬关断），硬开通、硬关断统称为硬开关。
开关的开通和关断过程伴随着电压和电流的剧烈变化。 • 产生较大的开关损耗和开关噪声。 电力电子开关器件在零电压、零电流时开通和关断，称之为 软开关。 不存在电压和电流的交迭。 • 降低开关损耗、开关噪声。提高开关频率。
逆变器工作原理： 两对VT以一定的频率交替导通， 负载感应线圈通入中频电流，产 生交变磁通，线圈中的金属产生 涡流与磁滞效应发热融化。 工作过程： 1） t1-t2间：VT1、VT4通，VT2、 VT3断，uo、io均为正，VT2、 VT3电压即为uo。ia 路径：图a
2）t2-t4间换流：t2时开始触发 VT2、 VT3通，换流开始，此时负载端压仍 ua1＞0，图b 。 当VT2、3导通时， ua1经VT2、 3反加到VT1、4上使其关断。 此间 i T1、4减小到0， i T2、3增大 到Id. 由于大Ld的恒流作用电源电路的基本概念