第三章PWM逆变电路

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
4
3.2 单相方波逆变电路
1）逆变电路的分类
id
Vd
C T1
a
T2
D1 T3
ia
Z
D2 T4
D3
b
D4
Vab
驱动 T1 T4
Vd
0
驱动Fra Baidu bibliotekT1 T4
t
驱动 T2 T3 Vd
负载电压
D4
输出电压分析
uab t
n1,3,5,
4Ud sin(nt) n
总有效值Uab
2
T0
T0 0
2Ud2dt
基 波 有 效 值 U 014U 2d22U d0.9U d
基 波 电 压 增 益 Av41.27
直流电压利用率
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3.2.1 单相电压型逆变电路
id
T1
Vd
a
T2
D1 ia Z
路 – 输出相数：单相电路、三相电路 – 控制方式：方波电路、PWM电路（单极性、双
极性） – 开关环境：硬开关电路、软开关电路
3
3.2 单相方波逆变电路
1）逆变电路的分类
Id
Vd
L
T1
a
D1 T3
ia
Z
D3
b
T2
D2 T4
D4
iab
驱动 T1 T4
Id
0
驱动 T1 T4
t
驱动 T2 T3 Id
负载电流
a)
o
V1或V2通时，io和uo同方向，
Um O
直流侧向负载提供能量；VD1 -Um
t
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
io O
ON
t3 t4 t1 t2 V1 V2
t5 t6 V1
V2
t
使负载电流连续的作用，又称
VD1 VD2 VD1 VD2 b)
第3章 逆变电路
3.1 概述 3.2 单相方波逆变电路 3.3 三相方波逆变电路 3.4 SPWM逆变电路 3.5 三相SPWM逆变电路 3.6 逆变电路谐波分析 3.7 PWM技术优化 3.8 逆变电路的控制
1
3.1 概述
• 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，为有源逆变。 交流侧接负载，为无源逆变。
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
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3.2 单相方波逆变电路
2）电压型单相方波逆变电路的特点
(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)输出电压为矩形波 ，输出电流因负载阻抗不 同而不同。
ia
0
D1 D4
id
(d)电 感 负 载 电 流 波 形
T 1 T4
2
D2
D3
T 2 T3
RL负 载 t
(e)R-L负 载 电 流 波 形
T 1 T4
T 2 T3
0
t
10
(f)输 入 电 流 波 形
3.2.1 单相电压型逆变电路
id
T1
Vd
a
T2
D1 ia Z
T3
D 2 T4
(a)电 路
D3
b
(3)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。
图3-5 电压型全桥逆变电路
6
3.2.1 单相方波逆变电路
1）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。
u
续流二极管。
图3-6 单相半桥电压型逆变电
路及7其工作波形
3.2.1 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。
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。
8
3.2.1 单相电压型逆变电路
交流分量，平均值为零
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3.2.1 单相电压型逆变电路
方波逆变电路的特点
输出电压不可调，取决于输入直流电压。 若要可调，可采取： 1. 采用直流电压连续可调的直流环节 2. 采用逆变桥间移相调压方式 3. 采用移相式方波逆变电路 输出电压谐波含量高 直流电压利用率低
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3.2.2 移相式方波逆变电路
• 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。
2
3.1 概述
• 逆变电路的分类
– 电能流向：有源逆变电路、无源逆变电路 – 功率器件：半控型电路、全控型电路 – 直流电源：电压源电路、电流源电路 – 电路结构：桥式电路（半桥、全桥）、非桥式电
i
o
u o
t3
t1 t2
t t
b)
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3.2.2 移相式方波逆变电路
移相式方波逆变电路的特点
电路兼具变频调压功能 逆变器工作环境：二极管具有ZVZC关断环境， 可控器件具有ZVZC开通环境 基准臂和移相臂器件工作过程有差异 输出电压谐波含量仍然高
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3.2.3 带中心抽头变压器的逆变电
路
交 替 驱 动 两 个 IGBT ， 经 变 压
2) 全桥逆变电路
特点
共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。 两对桥臂交替导通180°。 输出电压合电流波形与半桥电路形状相同，幅值高 出一倍。 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。
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3.2.1 单相电压型逆变电路
V ab
T1、T4与T2、T3
驱 动 T1 T4 0
驱 动 T2 T3
T3
D 2 T4
(a)电 路
输出功率分析
D3
b
D4
0t p0 , 2u 0i 0 t 2,p00
其它时间
p0 0
基 波 功 率 p 0 1u 0 1 i0 12 U 0 1sint 2 I0 1sint U 0 1 I0 1co s U 0 1 I0 1co s2t
直流分量，等于基本平均功率
驱 动 T1 T4
t
交替通、断
ia
(b)负 载 电 压
id
0
R负 载
t
Vd
T1
a
D1 T3 ia Z
D3
b
(c)电 阻 负 载 电 流 波 形
ia
T0 4
3T0 4
T2
D 2 T4
D4
0
D 1 D4
T0 2
T1 T4
D 2 D3
T0 T 2T3
L负 载
t
(a)电 路
T导电供电，D导电续流， 不同负载时，D、T导电情 况不同
• 阻感负载时，还可采用移相
得方式来调节输出电压－移
相调压。
。V3、V4的栅极信号分别比V2、
V1的前移180°－。 （0＜ ＜
uG1 O
180 ）
u G2
a) t
输出电压是正负各为的脉冲。
O
u G3
?
t
改变就可调节输出电压。
O u G4
t
基 波 有 效 值 U 0122U dsin2
O
uo io O