第4章逆变电路1
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第4章 有源逆变电路
图4-2 全波电路的整流和逆变
（a）α=45°；β=45°
因Ra阻值很小，其电压也很小，因此Ud≈E。电流Id从Ud 的正端流出，从电动机反电动势E的正端流人，故由交流电源经 变流器输出电功率，直流电动机吸收电功率并将其转换为轴上的 机械功率以提升重物。如在提升运行中突然使晶闸管的控制角α 减小，则Ud增大，瞬时引起电流Id增大，电动机产生的电磁转矩 也增大，因电动机轴上重物产生的阻转矩不变，所以电动机转速 升高，提升加快。随着转速的升高，电动机的反电动势E=Ceφn 也增大，使Id恢复到原来的数值，此时电动机稳定运行在较高转 速。反之α增大，电动机转速减小所以改变晶闸管的控制角.可 以很方便地对电动机进行无级调速，从而改变提升的速度。 • 当α增大到某值如α3值，如图4一3所示，如此时电动机转矩 M1恰好与负载转矩相等，则电动机稳定在n=0处a点。如图4一3中 曲线①，这相当干整流器供电给电阻和电感，仍运行在整流状态。 如α再增大到90°，如图4-3中曲线②，则电动机转矩小于负载 转矩，于是在重物作用下电动机反转，E改变方向，E使Id增加， 最后稳定在b点，此时电动机运行在能耗制动状态，向整流器输 出的平均功率为零。
图4-6 有源逆变环流失败波形
• 二、最小逆变角的确定及限制 • 根据上述各种逆变失败原因的分析，可以总结出这样一条规 律:为了保证逆变能正常工作，除了选用可靠的触发器不丢失脉 冲外，同时对触发脉冲的最小逆变角β min，必须要有严格的限 制。 • 〔一)最小逆变角β min的确定 • 要保证在电压换相点之前完成换相，触发脉冲必须有超前的 电角度，即最小逆变角β min 应根据下面的因素来考虑。
•
公式与整流时一样。由于逆变运行时α>90°，cosα计算不 太方便，于是引入逆变角β，令α=π-β，用电度表表示时为 α=180°-β，所以
第四章有源逆变讲解
• 在可逆拖动系统中，通常采用两套变流器 相互切换。
2021/4/13
北京交通大学电气工程学院
4-7
有源逆变
5、逆变角 ➢为了方便，电路进入逆变状态时，通常用逆 变角 （或称引前触发角）表示相控角度。 ➢规定： 角计算的起始点为控制角 = 处， 计算方法为：自 = （ = 0 ）的起始点 向左方计量。 ➢ 、 的关系： = － 或 ＋ =
有源逆变
第 4 章 有源逆变与相 控变流器特性
2021/4/13
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4-0
概述
有源逆变
• 什么是逆变？为什么要逆变？
➢ 逆变（invertion）——把直流电转变成交流电，整流的逆过 程。
❖ 实例：电力机车再生制动行驶，机车的动能转变为电能，反送 到交流电网中去。
➢ 逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路。
2021/4/13
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4-11
本章内容
有源逆变
4.1 有源逆变电路的工作原理（概念）
4.2 三相有源逆变电路
4.3 有源逆变的应用 4.4 整流电路的谐波和功率因数 4.6 变流电路的功率因数及改善方法
2021/4/13
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4-12
有源逆变
4. 2 三相有源逆变电路
❖ 有源逆变电路——交流侧和电网连结。（本章介绍）
－ 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级 调速以及高压直流输电等。
❖ 无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 （将在第6章介绍）
➢ 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其 电路形式未变，只是电路工作条件转变。既可工作在整流状 态又可工作在逆变状态的电路又称为变流电路。
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4-7
有源逆变
5、逆变角 ➢为了方便，电路进入逆变状态时，通常用逆 变角 （或称引前触发角）表示相控角度。 ➢规定： 角计算的起始点为控制角 = 处， 计算方法为：自 = （ = 0 ）的起始点 向左方计量。 ➢ 、 的关系： = － 或 ＋ =
有源逆变
第 4 章 有源逆变与相 控变流器特性
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4-0
概述
有源逆变
• 什么是逆变？为什么要逆变？
➢ 逆变（invertion）——把直流电转变成交流电，整流的逆过 程。
❖ 实例：电力机车再生制动行驶，机车的动能转变为电能，反送 到交流电网中去。
➢ 逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路。
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本章内容
有源逆变
4.1 有源逆变电路的工作原理（概念）
4.2 三相有源逆变电路
4.3 有源逆变的应用 4.4 整流电路的谐波和功率因数 4.6 变流电路的功率因数及改善方法
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有源逆变
4. 2 三相有源逆变电路
❖ 有源逆变电路——交流侧和电网连结。（本章介绍）
－ 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级 调速以及高压直流输电等。
❖ 无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 （将在第6章介绍）
➢ 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其 电路形式未变，只是电路工作条件转变。既可工作在整流状 态又可工作在逆变状态的电路又称为变流电路。
逆变电路
uo 4U d 1 1 sin t sin 3 t sin 5 t L 3 5
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。
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。
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
电力电子技术-第4章逆变电路讲解
（4）直流侧电感起到缓冲无功能量的作用。
4.3.1 单相电流型逆变电路
（1）电路结构
①用④阻载② 载来③ 联 确4并抗电个采 电限应C谐联，压桥和用 压制称振谐谐波臂L负 （晶之式振波形、，载 呈闸为逆回在接R每换 容管容变构路负近桥相性开性电成对载正臂方）通小路并基上弦晶式。时失（联波产波闸，的谐但谐呈生。管要d负最振高的i各/求载d终电阻压t串负）负路抗降联载载，，很一电仍故对小个流略此谐，电略显电波因抗超容路呈此器前性称低负L于T，为，负并准
4.2.1 单相电压型逆变电路
1、 半桥逆变电路 •（1）电路图
+
Ud 2
Ud
Ud 2
-
V1 io R L
u o V 2
a)
VD 1
VD 2
*导电方式：
V1，V2信号互补，
各导通180゜。
•半桥逆变电路有两个桥臂， 每个桥臂有一个可控器件和一 个反并联二极管组成。 •在直流侧接有两个相互串联 的足够大的电容，两个电容的 联结点是直流电源的中点。 •负载联结在直流电源中点和 两个桥臂联结点之间。
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。
*导电方式二：移相调压 调节输出电压脉冲的宽度
采用移相方式调节逆变电路的输出电压
• 各IGBT栅极信号为180°正偏， 180°反偏，且V1和V2栅极信号互补， V3和V4栅极信号互补； • V3的基极信号不是比V1落后180°，
而是只落后q ( 0< q <180°)；
• 也就是：V3、V4的栅极信号分别比
V2、V1的前移180°-q 。
工作过程
•t1时刻以前V1，V4通，u0=ud, io 从 0 增加； •t1时刻V4断，V1，VD3续流，u0=0，io 下降； • t2时刻V1也关断，io 还未下降到0，于是VD2，VD3续流，u0=-ud。 •直到io过0变负，V2，V3通，u0=-ud, io从0负增加； •t3时刻V3断，V2，VD4续流，u0=0，io 负减小； • t4时刻V2也关断，io 还未减小到0，于是VD1，VD4续流，u0=ud。
4.3.1 单相电流型逆变电路
（1）电路结构
①用④阻载② 载来③ 联 确4并抗电个采 电限应C谐联，压桥和用 压制称振谐谐波臂L负 （晶之式振波形、，载 呈闸为逆回在接R每换 容管容变构路负近桥相性开性电成对载正臂方）通小路并基上弦晶式。时失（联波产波闸，的谐但谐呈生。管要d负最振高的i各/求载d终电阻压t串负）负路抗降联载载，，很一电仍故对小个流略此谐，电略显电波因抗超容路呈此器前性称低负L于T，为，负并准
4.2.1 单相电压型逆变电路
1、 半桥逆变电路 •（1）电路图
+
Ud 2
Ud
Ud 2
-
V1 io R L
u o V 2
a)
VD 1
VD 2
*导电方式：
V1，V2信号互补，
各导通180゜。
•半桥逆变电路有两个桥臂， 每个桥臂有一个可控器件和一 个反并联二极管组成。 •在直流侧接有两个相互串联 的足够大的电容，两个电容的 联结点是直流电源的中点。 •负载联结在直流电源中点和 两个桥臂联结点之间。
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。
*导电方式二：移相调压 调节输出电压脉冲的宽度
采用移相方式调节逆变电路的输出电压
• 各IGBT栅极信号为180°正偏， 180°反偏，且V1和V2栅极信号互补， V3和V4栅极信号互补； • V3的基极信号不是比V1落后180°，
而是只落后q ( 0< q <180°)；
• 也就是：V3、V4的栅极信号分别比
V2、V1的前移180°-q 。
工作过程
•t1时刻以前V1，V4通，u0=ud, io 从 0 增加； •t1时刻V4断，V1，VD3续流，u0=0，io 下降； • t2时刻V1也关断，io 还未下降到0，于是VD2，VD3续流，u0=-ud。 •直到io过0变负，V2，V3通，u0=-ud, io从0负增加； •t3时刻V3断，V2，VD4续流，u0=0，io 负减小； • t4时刻V2也关断，io 还未减小到0，于是VD1，VD4续流，u0=ud。
第四章 有源逆变电路
逆变状态和整流状态的区别：控制角 a 不同 0<a < /2 时，电路工作在整流状态
/2< a < 时，电路工作在逆变状态
第二节
三相有源逆变电路
2.逆变角的概念：
为实现逆变，需一反向的EM ，而Ud因a﹥π/2已自动变为负值，满足逆 变条件。因而可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算等 各项问题。 把 a >π /2时的控制角用π - a =β 表示，β称为逆变角。 整流状态：α＜π/2， 相应的β＞π/2；
第三节
结论：
逆变失败与最小逆变角的限制
1.β不能等于零。
2.β不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。
第三节
逆变失败与最小逆变角的限制
二、 确定最小逆变角βmin的依据
有源逆变时允许采用的最小逆变角 应等于
min=d +g+q′
d ——晶闸管的关断时间tq折合的电角度
tq大的可达200~300ms，折算到电角度约4~5。
极流入，该电源吸收电能。电源输出或吸收功率的大小由电势与电流
的乘积来决定。 （ EG ﹥ EM,整流； EG ﹤ EM ：逆变 ） (3) 两个电源反极性相连，如果电路的总电阻很小，将形成电源间 的短路， 应当避免发生这种情况。
第一节 逆变的概念
三、 有源逆变产生的条件
改变EM的极性； Ud极性也必须相反。 怎样使Ud方向相反？
有源逆变电路的控制电路在设计时，应充分考虑变压器漏电 感对晶闸管换流的影响以及晶闸管由导通到关断存在着关断
时间的影响，否则会由于逆变角β 太小造成换流失败，导致
逆变颠覆的发生。 以共阴极三相半波电路为例， 分析由于β 太小而对逆变电 路产生的影响。
电力电子整流逆变电路讲解
第4章 逆变电路
4.1 换流方式 4.2 电压型逆变电路 4.3 电流型逆变电路 4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路 本章小结
引言
■逆变的概念 ◆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，本章主要讲述无源逆变。 ■逆变与变频 ◆变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 ◆交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组 成，后一部分就是逆变。 ■逆变电路的主要应用 ◆各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。 ◆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。
e) f)
O O
2 U 3
d
t
U d 3
uNN'
t
1 (uUN' uVN' uWN' ) 3
(4-7)
iU g) i h) O
d
t
O
t
图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形
◆负载参数已知时，可以由uUN的波形 求出U相电流iU的波形，图4-10g给出的 是阻感负载下 / 3时iU的波形。 ◆把桥臂1、3、5的电流加起来，就可 得到直流侧电流id的波形，如图4-10h所 示，可以看出id每隔60°脉动一次。
图4-4 电感耦合式强迫换流原理图
■换流方式总结 ◆器件换流只适用于全控型器件，其余三种方式主要是针对晶闸管而言的。 ◆器件换流和强迫换流属于自换流，电网换流和负载换流属于外部换流。 ◆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，则称为熄灭。
8/47
4.2 电压型逆变电路
u a) u b) u c) u d)
UN'
4.1 换流方式 4.2 电压型逆变电路 4.3 电流型逆变电路 4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路 本章小结
引言
■逆变的概念 ◆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，本章主要讲述无源逆变。 ■逆变与变频 ◆变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 ◆交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组 成，后一部分就是逆变。 ■逆变电路的主要应用 ◆各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。 ◆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。
e) f)
O O
2 U 3
d
t
U d 3
uNN'
t
1 (uUN' uVN' uWN' ) 3
(4-7)
iU g) i h) O
d
t
O
t
图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形
◆负载参数已知时，可以由uUN的波形 求出U相电流iU的波形，图4-10g给出的 是阻感负载下 / 3时iU的波形。 ◆把桥臂1、3、5的电流加起来，就可 得到直流侧电流id的波形，如图4-10h所 示，可以看出id每隔60°脉动一次。
图4-4 电感耦合式强迫换流原理图
■换流方式总结 ◆器件换流只适用于全控型器件，其余三种方式主要是针对晶闸管而言的。 ◆器件换流和强迫换流属于自换流，电网换流和负载换流属于外部换流。 ◆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，则称为熄灭。
8/47
4.2 电压型逆变电路
u a) u b) u c) u d)
UN'
第四章：有源逆变
（2）保护措施：装快速熔断器或快速开关；
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4-25
有源逆变
4、确定最小逆变角 min 的依据
（1）最小逆变角 min = + +
: SCR的关断时间 tq 折合的电角度， 叫恢复阻断角， = tq
: 换相重叠角（约为15~20 ）
: 安全裕量角（一般取10 ）
有源逆变
cos ()cos2xBId
6U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值和 有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路的计 算原则进行 。
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4-16
有源逆变
二、三相桥式全控有源逆变电路
1、变流器工作于逆变状态（ 2 ）
Ud 0 , E 0 Ud E
❖ 有源逆变电路——交流侧和电网连结。（本章介绍）
－ 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级 调速以及高压直流输电等。
❖ 无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 （将在第6章介绍）
➢ 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其 电路形式未变，只是电路工作条件转变。既可工作在整流状 态又可工作在逆变状态的电路又称为变流电路。
u20
u10
O
id
id = iV T1+ iV T2
iV T2
iV T1
iV T2
O
t Ud<EM
Id t
电 动 机 输
a)单相全波电路的整流和逆变b)
出
图2-45
电
间图图只值，a能，b逆UMd改且U为电变Md变|可E回正动时ME通馈M|值运>极制过|U，性行在动改d。|并，，，变为π由才且全/了于能2U来波防晶d把～止>进电闸电Eπ两管能行M路之，电的从调工间动才单直节势作。向能流顺，导侧在输向电送逆整出串性到变流联I，交d状，。状I流dU方态侧态d极向,时实，性不现U也变d逆为必，变在负须欲。0反改值～过变，来电π，能/2即的之U输d功率送应方为向负，
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有源逆变
4、确定最小逆变角 min 的依据
（1）最小逆变角 min = + +
: SCR的关断时间 tq 折合的电角度， 叫恢复阻断角， = tq
: 换相重叠角（约为15~20 ）
: 安全裕量角（一般取10 ）
有源逆变
cos ()cos2xBId
6U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值和 有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路的计 算原则进行 。
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有源逆变
二、三相桥式全控有源逆变电路
1、变流器工作于逆变状态（ 2 ）
Ud 0 , E 0 Ud E
❖ 有源逆变电路——交流侧和电网连结。（本章介绍）
－ 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级 调速以及高压直流输电等。
❖ 无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 （将在第6章介绍）
➢ 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其 电路形式未变，只是电路工作条件转变。既可工作在整流状 态又可工作在逆变状态的电路又称为变流电路。
u20
u10
O
id
id = iV T1+ iV T2
iV T2
iV T1
iV T2
O
t Ud<EM
Id t
电 动 机 输
a)单相全波电路的整流和逆变b)
出
图2-45
电
间图图只值，a能，b逆UMd改且U为电变Md变|可E回正动时ME通馈M|值运>极制过|U，性行在动改d。|并，，，变为π由才且全/了于能2U来波防晶d把～止>进电闸电Eπ两管能行M路之，电的从调工间动才单直节势作。向能流顺，导侧在输向电送逆整出串性到变流联I，交d状，。状I流dU方态侧态d极向,时实，性不现U也变d逆为必，变在负须欲。0反改值～过变，来电π，能/2即的之U输d功率送应方为向负，
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每桥臂导电180°，同一相上下两臂交替导电，各相 开始导电的角度差120 °。
任一瞬间有三个桥臂同时导通。
每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为 纵向换流。
A
B
C
O
4.1.2 三相电压型逆变电路
基本工作方式——180°导电方式
0
uAO
1 3
Ud
120
300
60
180 240
360
2 3
4.1.1 单相电压型逆变电路
优点：电路简单，使
用器件少。
缺点：输出交流电压
幅值为Ud/2，且直流侧
需两电容器串联，要控
制两者电压均衡。
a)
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。
4.1.1 单相电压型逆变电路
3)带中心抽头变压器的逆变电路
交替驱动两个IGBT，经变压 器耦合给负载加上矩形波交 流电压。 两个二极管的作用也是提供 无功能量的反馈通道。 Ud和负载参数相同，变压器 匝比为1：1：1时，uo和io与 全桥逆变电路完全相同。
u0
V1 . 4
V2 .3
V1 .4
b)0
U
d
p
2p
wt
i0 c) 0
id d )0
iV 1 . 4 iD 1 .4
iD 2. 3 iV 2 .3
wt
iD 1.4
wt
全控器件V通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供 能量；
二极管VD通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反 馈。VD称为反馈二极管。
第4章 逆变电路 • 引言
2）根据逆变器的主电路结构不同可分为半桥逆变器、全 桥逆变器、二电平逆变器、多电平逆变器。
3）根据逆变器所用的电力电子器件及其关断（换流）方 式的不同可分为自关断（用全控型开关器件，如IGBT、 功率MOSFET、MCT和IGCT等）、强迫关断（换流）、 负载换流逆变器、电网换流逆变器（有源逆变器）。
Ud
0
wt
2 3
Ud
120
300
0
uAB
60
180 240
360
Ud
0
wt
-Ud
uBO
uBC
0
uCO
wt
0
wt
uCA
0
wt
0
wt
) a 相电压波形
) b 线电压波形
p U B O 2 U d sw i n 1 5 ts5 iw n 7 1 ts7 iw n 1 1 ts1 1 iw n 1 t p U B C 2 U d sw i- n 1 5 ts5 iw n - 7 1 ts7 iw n 1 1 ts1 1 iw n 1 t
4）根据逆变器的电压和频率的控制方法的不同可分为 PWM（脉冲宽度调制）逆变器，PAM（脉冲幅值调制） 逆变器，方波或阶梯波（用阶梯波调幅或用数台逆变器 通过变压器实现串并联的移相调压）逆变器。
4.1 电压型逆变电路
4.1.1 单相电压型逆变电路 4.1.2 三相电压型逆变电路
4.1.1 单相电压型逆变电路
VD又起着使负载电流连续的作用，又称续流二极管。
4.1.1 单相电压型逆变电路
1) 全桥逆变电路——阻感负载
id
V1
V3
VD1
VD 3
R io
L
Ud
uo
V2
VD 2
V4
VD 4
u0
V1. 4
V2 . 3
V1 .4
b)0
U
d
p
2p
wt
i0 c) 0
iV 1. 4 iD 1.4
id d )0
iD 2. 3 iV 2 .3
第4变电路 • 引言
• 逆变的概念
逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。
交流侧接电网，为。
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：分为交交变频和交直交变频两种。
交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两 部分组成，后一部分就是逆变。
• 主要应用
– 各种直流电源给交流负载供电，如蓄电池、干 电池、太阳能电池等。
与全桥电路的比较：
比全桥电路少用一半开关器件。
器件承受的电压为2Ud，比全桥电路高 一倍。 必须有一个变压器 。
4.1.2 三相电压型逆变电路
三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变 电路,应用最广的是三相桥式逆变电路
AB
O
C
三相电压型桥式逆变电路
4.1.2 三相电压型逆变电路
基本工作方式——180°导电方式
io
t1 t2
uo
t
3
b) i0
t
没有电流。
4.1.1 单相电压型逆变电路
2）半桥逆变电路
工作原理
V1和V2栅极信号在一周期内 各半周正偏、半周反偏，两
者互补，输出电压uo为矩形
波，幅值为Um=Ud/2。
V1或V2通时，io和uo同方向，
直流侧向负载提供能量；
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。
– 交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加
第4章 逆变电路 • 引言
1）逆变电路的分类 —— 根据直流侧电源性质 的不同
直流侧是电压源
电压型逆变电路——又称为电压源
型逆变电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI
直流侧是电流源
电流型逆变电路——又称为电流源
型逆变电路 Current Source Type Inverter-VSTI
wt
iD 1.4
wt
uo
4Ud
p
(siwnt1sin3wt1sin5wt 1 sin2(n-1)wt)
3
5
2n-1
Uo1m4U pd 1.27Ud
Uo1
2
2Ud
p
0.9Ud
改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压Ud来实现。
4.1.1 单相电压型逆变电路
1) 全桥逆变电路——阻感负载
• 阻感负载时，还可采用移相
变输出交流电频率。
V1
V3
iR R
+uR -
V2
V4
V1 .4
V2 . 3 V1 . 4
Ud p
- Ud
2p
wt
iV1. 4
U d /RR
wt
Ud iV 2 .3
Ud / R wt
4.1.1 单相电压型逆变电路
1) 全桥逆变电路——阻感负载
id
V1 Ud
V2
VD1
R iO
uO
VD2
V3 L
V4
VD3 VD4
1) 全桥逆变电路——电阻负载
id
共四个桥臂。
Ud
两对桥臂栅极信号在一周期内
各半周正偏、半周反偏，两者
互补，交替导通180°。
逆变:Ud(直流)——uR(交流)
uR
逆变电路最基本的工作原理 — 0
—通过两组开关的交替导通， id 输出电压有正有负，为交流电； 0
改变两组开关切换频率，可改
的方式来调节输出电压－移
相调压。
V3的基极信号比V1落后
（0＜ ＜180 °）。V3、
V4的栅极信号分别比V2、
uG1
O
uG2
a) t
V1的前移180°－。输出 电压是正负各为的脉冲。
uG3O
t
改变就可调节输出电压。 uG4O
t
O
t
在纯电阻负载时，采用移相调 u0
压方法得到相同的结果，只是
O
VD不再续流，Ud=0时，负载上
任一瞬间有三个桥臂同时导通。
每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为 纵向换流。
A
B
C
O
4.1.2 三相电压型逆变电路
基本工作方式——180°导电方式
0
uAO
1 3
Ud
120
300
60
180 240
360
2 3
4.1.1 单相电压型逆变电路
优点：电路简单，使
用器件少。
缺点：输出交流电压
幅值为Ud/2，且直流侧
需两电容器串联，要控
制两者电压均衡。
a)
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。
4.1.1 单相电压型逆变电路
3)带中心抽头变压器的逆变电路
交替驱动两个IGBT，经变压 器耦合给负载加上矩形波交 流电压。 两个二极管的作用也是提供 无功能量的反馈通道。 Ud和负载参数相同，变压器 匝比为1：1：1时，uo和io与 全桥逆变电路完全相同。
u0
V1 . 4
V2 .3
V1 .4
b)0
U
d
p
2p
wt
i0 c) 0
id d )0
iV 1 . 4 iD 1 .4
iD 2. 3 iV 2 .3
wt
iD 1.4
wt
全控器件V通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供 能量；
二极管VD通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反 馈。VD称为反馈二极管。
第4章 逆变电路 • 引言
2）根据逆变器的主电路结构不同可分为半桥逆变器、全 桥逆变器、二电平逆变器、多电平逆变器。
3）根据逆变器所用的电力电子器件及其关断（换流）方 式的不同可分为自关断（用全控型开关器件，如IGBT、 功率MOSFET、MCT和IGCT等）、强迫关断（换流）、 负载换流逆变器、电网换流逆变器（有源逆变器）。
Ud
0
wt
2 3
Ud
120
300
0
uAB
60
180 240
360
Ud
0
wt
-Ud
uBO
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0
uCO
wt
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wt
uCA
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wt
0
wt
) a 相电压波形
) b 线电压波形
p U B O 2 U d sw i n 1 5 ts5 iw n 7 1 ts7 iw n 1 1 ts1 1 iw n 1 t p U B C 2 U d sw i- n 1 5 ts5 iw n - 7 1 ts7 iw n 1 1 ts1 1 iw n 1 t
4）根据逆变器的电压和频率的控制方法的不同可分为 PWM（脉冲宽度调制）逆变器，PAM（脉冲幅值调制） 逆变器，方波或阶梯波（用阶梯波调幅或用数台逆变器 通过变压器实现串并联的移相调压）逆变器。
4.1 电压型逆变电路
4.1.1 单相电压型逆变电路 4.1.2 三相电压型逆变电路
4.1.1 单相电压型逆变电路
VD又起着使负载电流连续的作用，又称续流二极管。
4.1.1 单相电压型逆变电路
1) 全桥逆变电路——阻感负载
id
V1
V3
VD1
VD 3
R io
L
Ud
uo
V2
VD 2
V4
VD 4
u0
V1. 4
V2 . 3
V1 .4
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p
2p
wt
i0 c) 0
iV 1. 4 iD 1.4
id d )0
iD 2. 3 iV 2 .3
第4变电路 • 引言
• 逆变的概念
逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。
交流侧接电网，为。
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：分为交交变频和交直交变频两种。
交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两 部分组成，后一部分就是逆变。
• 主要应用
– 各种直流电源给交流负载供电，如蓄电池、干 电池、太阳能电池等。
与全桥电路的比较：
比全桥电路少用一半开关器件。
器件承受的电压为2Ud，比全桥电路高 一倍。 必须有一个变压器 。
4.1.2 三相电压型逆变电路
三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变 电路,应用最广的是三相桥式逆变电路
AB
O
C
三相电压型桥式逆变电路
4.1.2 三相电压型逆变电路
基本工作方式——180°导电方式
io
t1 t2
uo
t
3
b) i0
t
没有电流。
4.1.1 单相电压型逆变电路
2）半桥逆变电路
工作原理
V1和V2栅极信号在一周期内 各半周正偏、半周反偏，两
者互补，输出电压uo为矩形
波，幅值为Um=Ud/2。
V1或V2通时，io和uo同方向，
直流侧向负载提供能量；
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。
– 交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加
第4章 逆变电路 • 引言
1）逆变电路的分类 —— 根据直流侧电源性质 的不同
直流侧是电压源
电压型逆变电路——又称为电压源
型逆变电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI
直流侧是电流源
电流型逆变电路——又称为电流源
型逆变电路 Current Source Type Inverter-VSTI
wt
iD 1.4
wt
uo
4Ud
p
(siwnt1sin3wt1sin5wt 1 sin2(n-1)wt)
3
5
2n-1
Uo1m4U pd 1.27Ud
Uo1
2
2Ud
p
0.9Ud
改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压Ud来实现。
4.1.1 单相电压型逆变电路
1) 全桥逆变电路——阻感负载
• 阻感负载时，还可采用移相
变输出交流电频率。
V1
V3
iR R
+uR -
V2
V4
V1 .4
V2 . 3 V1 . 4
Ud p
- Ud
2p
wt
iV1. 4
U d /RR
wt
Ud iV 2 .3
Ud / R wt
4.1.1 单相电压型逆变电路
1) 全桥逆变电路——阻感负载
id
V1 Ud
V2
VD1
R iO
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VD2
V3 L
V4
VD3 VD4
1) 全桥逆变电路——电阻负载
id
共四个桥臂。
Ud
两对桥臂栅极信号在一周期内
各半周正偏、半周反偏，两者
互补，交替导通180°。
逆变:Ud(直流)——uR(交流)
uR
逆变电路最基本的工作原理 — 0
—通过两组开关的交替导通， id 输出电压有正有负，为交流电； 0
改变两组开关切换频率，可改
的方式来调节输出电压－移
相调压。
V3的基极信号比V1落后
（0＜ ＜180 °）。V3、
V4的栅极信号分别比V2、
uG1
O
uG2
a) t
V1的前移180°－。输出 电压是正负各为的脉冲。
uG3O
t
改变就可调节输出电压。 uG4O
t
O
t
在纯电阻负载时，采用移相调 u0
压方法得到相同的结果，只是
O
VD不再续流，Ud=0时，负载上