无源逆变电路
电力电子技术5 逆变电路
晶闸管的导通电流方向一致，其电压只要稍大于变流器直流侧的平均电 压Ud。 （的2极）性内与部整条流件状：态变时流相电反路，必才须能工把作直在流β功小率于逆9变00区为域交，流使功直率流反端送电电压网U。d 这两个条件缺一不可。 （3）串接大电感
电力电子技术
第五章 逆变电路
第五章 逆变电路
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
电力器件的换流方式 有源逆变电路 无源逆变电路 电压型逆变电路 电流型逆变电路 负载换流式逆变电路 脉冲宽度调制型逆变电路
第五章 逆变电路
在实际应用中，有些场合需要将交流电转变为大小 可调的直流电——即前面讲过的整流。有时还需要 将直流电转变为交流电——即为逆变。它是整流电 路的逆过程。在一定条件下，一套晶闸管电路既可 用于整流又可用于逆变，这种装置称为变流器。
亦增大，导致
5.2 有源逆变电路
2、重物下放，变流器工作于逆变状 反送电网，这就是有源逆变的工
态
作原理。
在整流状态，电流Id由直流电压Ud产 生，整流电压Ud的波形必须使正面积 大于负面积。当重物下放时，电动
机转速方向相反，产生的电动势E亦
反向，为了防止两电源顺向串接形
成短路，此时Ud方向也要反向，即控 制角大于900，Ud波形出现负面积大 于正面积变成负值，但由于E的作用，
如果将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流 电逆变成同频率的交流电反送到电网去，称为有源 逆变。它用于直流电机的可逆调速、绕线型异步电 动机的串级调速、高压直流输电和太阳能发电等方 面。如果逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接 接到负载，即将直流电逆变成为某一频率或可变频 率的交流电供给负载，称为无源逆变。它用于交流 电机变频调速、感应加热、不间断电源等方面。
第五章 DC-AC变换电路(1)
电压型逆变电路（VSTI）
二、单相电压型逆变电路 ——半桥逆变电路 1、电路结构及工作原理（器件换流） 2、VD1、VD2——反馈二 极管（续流二极管） （1）为负载向直流侧反馈 能量提供通道
（2）使负载电流连续
电压型逆变电路（VSTI）
三、三相电压型逆变电路 1、电路结构
电压型逆变电路（VSTI）
逆变失败及最小逆变角的限制
换相重叠角的影响：
a b c iVT
1 2 3
LB VT 1 LB VT
2
L id ud M EM +
iVT
LB VT 3
iVT
o ud ua ub uc ua ub
O
p
t t
பைடு நூலகம்
id O iVT
2
3
iVT
2
iVT
iVT
1
iVT
3
• 如果<时（从图2-47右下角的波形中可清楚地看 •当>时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。 到），该通的晶闸管（VT1）会关断，而应关断的晶 闸管（VT3)不能关断，最终导致逆变失败。
+
CL
uo R
电流型逆变器(CSTI)
二、单相电流型逆变电路 ——并联谐振式逆变电路
（二）工作原理——负载换流 负载电路总体工作在容性小失谐的情况下 注意以下时间： 1）换流时间tγ=t4- t2 2）反压时间tβ=t5- t4> tq 3）触发引前时间tδ=t5- t2= tγ+ tβ 4）io超前于uo的时间tφ=t5- t3= tγ/2+ tβ ∴功率因素角为φ=γ/2+β
2。单相电压型逆变电路的工作原理
第5章-1 逆变电路
UN'
O
VN'
U d 2
t
O
t
u
c) u d) u e) u f)
WN'
O
UV
t U
d
负载相电压 u UN u UN' u NN' u VN u VN' u NN' u WN u WN' u NN '
u UV u UN' u VN' u VW u VN' u WN' u WU u WN' u UN'
O
U d 6
t
NN' UN
O O
2 U 3
d
t
U d 3
t
iU g) i h) O
d
t
O
图5-10电压型三相桥式逆 变电路的工作波形
t
5-17
5.2.2 三相电压型逆变电路
负载中点和电源中点间电压
u NN' 1 1 (u UN' u VN' u WN' ) (u UN u VN u WN ) 3 3
5-7
5.2 电压型逆变电路
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
5-6
5.1.2 换流方式分类
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(第四版)课后答案
第5章逆变电路5.l.无源逆变电路和有源逆变电路有何不同?答:两种电路的不同主要是:有源逆变电路的交流侧接电阿,即交流侧接有电源。
而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。
5.2.换流方式各有那儿种?各有什么特点?答:换流方式有4种:器件换流:利用全控器件的自关断能力进行换流。
全控型器件采用此换流方式。
电网换流:由电网提供换流电压,只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。
负载换流:由负载提供换流电压,当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时,可实现负载换流。
强迫换流:设置附加换流电路,给欲关断的晶闸管强追施加反向电压换流称为强迫换流。
通常是利用附加电容上的能量实现,也称电容换流。
晶闸管电路不能采用器件换流,根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫换流3种方式。
5.3.什么是电压型逆变电路?什么是电流型逆变电路?二者各有什么特点？答:按照逆变电路直流测电源性质分类,直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路,直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路电压型逆变电路的主要持点是:①直流侧为电压源,或并联有大电容,相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。
②由于直流电压源的钳位作用,交流侧输出电压波形为矩形波,并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
电流型逆变电路的主要特点是:①直流侧串联有大电感,相当于电流源。
直流侧电流基本无脉动,直流回路呈现高阻抗。
②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径,因此交流侧输出电流为矩形波,并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流测电惑起缓冲无功能量的作用。
因为反馈无功能量时直流电流并不反向,因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。
电力电子技术复习题四到九章知识点
第四章课后题：1、无源逆变和有源逆变电路有什么不同？答：与整流相对应，把直流电变成交流电称为逆变。
当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有缘逆变。
当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。
2、换流方式有哪几种？各有什么特点？答：器件换流:利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流。
电网换流:由电网提供换流电压称为电网换流。
负载换流:由负载提供换流电压称为负载换流。
凡是负载电流的相位超前于负载电压的场合,都可以实现负载换流.当负载为电容性负载时,就可实现负载换流。
3、什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点？电压型逆变电路：直流侧是电压源或直流侧并联一个大电容。
特点:①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
②由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
电流型逆变电路：直流侧是电流源或直流侧串联一个大电感。
特点：①直流侧串联大电感，相当于电流源。
直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻抗负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。
因为反馈无功能量时直流电流并不方向，因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。
4、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？答：1）在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时，需要提供无功功率。
直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管，当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。
单相桥式整流逆变电路的设计及仿真..
辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：单相桥式整流/逆变电路的设计及仿真院（系）：电气工程学院专业班级：自动化111班学号： *********学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2013.12.30-2014.1.10课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号 1103020 学生姓名 专业班级课程设计（论文）题目单相桥式整流/逆变电路的设计及仿真课程设计（论文）任务 课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数 实现功能整流电路是将交流电能变成直流电供给直流用电设备，在生产实际中，用于电阻加热炉、电解、电镀中，这类负载属于电阻类负载。
逆变电路是把直流电变成交流电。
逆变电路应用广泛，在各种直流电源中广泛使用。
设计任务及要求 1、确定系统设计方案，各器件的选型 2、设计主电路、控制电路、保护电路； 3、各参数的计算；4、建立仿真模型，验证设计结果。
5、撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。
技术参数整流电路：单相电网220V ，输出电压0~100V ，电阻性负载，，R=20欧姆 逆变电路：单相全桥无源逆变，输出功率200W ，输出电压100Hz 方波 进度计划1、 布置任务，查阅资料，确定系统方案（1天）2、 系统功能分析及系统方案确定（2天）3、 主电路、控制电路等设计（1天）4、 各参数计算（1天）5、 仿真分析与研究（3天）6、 撰写、打印设计说明书（1天）答辩（1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩：总成绩： 指导教师签字： 年 月 日摘要整流电路是把交流电转换为直流电的电路。
大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。
逆变电路是把直流电变成交流电的电路，与整流电路相对应。
无源逆变电路则是将交流侧直接和负载连接的电路。
此次设计的单相桥式整流电路是利用二极管来连接成“桥”式结构，达到电能的充分利用，是使用最多的一种整流电路。
第5章-逆变电路
当变化两组开关切换频率，就可变化输出交流电频
率相也；位不若也同接相。电同阻；负若载阻时感，负负载载时电，i流o相io和位u滞o旳后波于形uo相，同波，形
如图所示，设t1前S1、S4通，则uo和io均为正。 若在t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，则uo旳极性变负，但io 不能立即反向且仍维持原方向；
交直交变频电路由交直变换（整流）和直交变换两部分构成， 后一部分就是逆变。
3. 应用
多种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等在向交流 负载供电时就需要逆变电路。
交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力 电子装置旳关键部分都是逆变电路。
2024/9/22
5.1 换流方式
5.1.1 逆变电路旳基本工作原理 5.1.2 换流方式分类
优点：电路简朴，使用器件少。
缺陷电：容输器出串交联流，电须压控幅制值两仅者为电压Ud均/2衡，。且直流侧需要两个
应用： 常用于几kW下列旳小功率逆变电源。 单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路 旳组合。
2024/9/22
5.2.1 单相电压型逆变电路
2. 全桥逆变电路
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°。 输出电压和电流波形与半 桥电路形状相同，但幅值 高出一倍。 变化输出交流电压旳有效 值只能经过变化直流电压 Ud来实现。
2024/9/22
5.1.2 换流方式分类
4. 逼迫换流 举例：
设置附加旳换流电路，给欲关断旳晶闸管逼迫施加 反向电压或反向电流旳换流方式称为逼迫换流 (forced commutation), 这一般是利用附加电容上储存 旳能量来实现，故也称为电容换流。
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4.4.1 电流型单相桥式逆变电路
1、电路工作过程：
当 T1、T4 导 通 ， T2、 T3关断时，I0=Id ；反之， I0=-Id 。
当以频率f交替切换 开关管T1、T4和T2、T3 时，则在负载上获得如 图 4.4.1（b）所示的
带电感性负载的情况：
带电感性负载时，输出电压仍然是交流方波，与电阻性负载 时一样。输出电流不再是方波，而是连续的近似三角波， 如图4.3.1所示。
4.3.1 电压型单相半桥逆变电路
优点： 简单，使用器件少； 缺点： 1）交流电压幅值仅为Ud/2； 2）直流侧需两个电容进行分压； 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，以滤除逆变器输出电压中的高次 谐波。
2.交流侧电流的波形为矩形波，与负载无关，而交 流侧电压波形则与负载类型有关。
4.5.1 SPWM控制的基本原理
1、PWM产生原理：
•
将一个正弦波半波电压
分成N等份，并把正弦曲线每
一等份所包围的面积都用一
个与其面积相等的等幅矩形
脉冲来代替，且矩形脉冲的
中点与相应正弦等份的中点 重合，得到如图4.5.1（b） 所示的脉冲列。这就是PWM
电流波形。
恒流大电感
图4.4.1 电流型单相桥式 逆变电路及电流波形
输出电流波形为矩形波，与电路负载性质关管采用自关断器件时，如果其反向 不能承受高电压，则需在各开关器件支路串入二 极管。
4.4.3
电流型逆变电路的主要特点
1.直流侧接有大电感，相当于电流源，输入是恒定 的直流电流。
（2）根据电路的结构特点分类 ① 半桥式逆变电路； ② 全桥式逆变电路； ③ 推换式逆变电路； ④ 其他形式
4.1.3 逆变电路用途
逆变器的用途十分广泛：
•
1、可以做成变频变压电源（VVVF），主要用于交
流电动机调速。
2、可以做成恒频恒压电源（CVCF），其典型代表为 不间断电源（UPS）、航空机载电源、机车照明，通信等 辅助电源也要用CVCF电源。
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
2）电感负载时
带电感性负载时，输出电压仍然是交流方波，与 电阻性负载时一样。输出电流不再是方波，而是 连续的近似三角波，如图4.3.2所示。
4.3.4
电压型逆变电路的主要特点
1.直流侧接有大电容，相当于电压源，输入是恒定 的直流电压
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
1、电路工作过程：
全控型开关器 件 T1 和 T4 构 成 一 对 桥 臂 ， T2 和 T3 构 成 一对桥臂, T1和T4同 时 通 、 断 ； T2 和 T3 同时通、断。T1(T)4 与T2(T3)的驱动信号 互补（相反）。
波形。正弦波的另外一个半
波可以用相同的办法来等效。
•
PWM波形的脉冲宽度是
按正弦规律变化，称为SPWM
波形。
图4.5.1 SPWM电压等效正弦电压
4.5.2 单极性SPWM控制方式
1、定义：三角载波只在一 个方向变化 得到的PWM波 形也只在一个方向变化的 控制方式称为单极性 SPWM控制方式。
2、原理：载波信号uc在信 号波正半周为正极性的三 角波，在负半周为负极性 的三角波，调制信号ur和载 波uc的交点时刻控制逆变器 晶体管T3、T4的通断。
3、可以做成感应加热电源，例如中频电源， 高频电源等。
4.3.1 电压型单相半桥逆变电路
在输入侧（直流）接有 两个相互串联的足够大 的C半1电电=C容压2。C。1它和们C各2，分且得满一足
Uc1=Uc2=Ud/2
工作原理： 在一个周期内，电力晶体管T1和T2各导通半个周期。 当T1开通、T2截止时， 输出电压 U0=Ud/2。 当T2开通、T1截止时， 输出电压 U0= -Ud/2。 这样，在输出端就得到了一个交流方波电压。
图4.5.3 单极性PWM控制方式
3、晶体管的控制规律： 在ur的正半周期，T1保持 导通，T4交替通断。当ur > uc时，使T4导通，负载 电压u0= Ud；当ur≤uc时， 使T4关断，负载电压u0=0。 在ur的负半周，保持T2 导通，使T3交替通断。当 ur < uc时，使T3导通， u0=- Ud；当ur≥uc时，使 T3关断，负载电压u0=0。
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
缓 冲
电
感
思考：
反 馈
(1)输出电压Uo是否交流电压？
的 无
(2)输出电压uo是交流方波，如何转换得到正弦波电压？
功 能 量
答案：
(1) Uo波形有正有负，是交流电压。
(2) 可以通过加合适的滤波器滤波获得。需要很大的滤波器， 所以实际中这种方法一般不多用，实际中一般用后面将 要介绍的SPWM技术。
图4.5.2 电压型单相桥式 PWM逆变电路原理图
4.5.3 双极性SPWM控制方式
1、定义：三角载波是正负两个方向变化，所得到的 SPWM波形也是在正负两个方向变化控制方式。在ur 的一个周期内，PWM输出只有±Ud两种电平。
2、晶体管的控制规律： 号各使断使断，晶晶，开ur和体体此此关在管管时时载器uTT，，件波r12的uu的信、、0正0==通号TT负-43U断Uu导导半ddc。；。的通 通周当当，，交内uu使使点，rr TT时><在21 刻调uu、、cc控时制时TT34制信，关，关
4.3.2
1）纯电阻负载时
当开关T1、T4闭合，T2、 T3断开时，
逆变器输出电压U0=Ud； 当开关T1、T4断开，T2、 T3闭合时， 输出电压 u0= -Ud ; 这样，在输出端就得到了一个 交流方波电压。
同单相半桥逆变电路相比，在相同负载的情况下， 其输出电压和输出电流的幅值为单相半桥逆变电路 的两倍。
4.1 逆变器的性能指标与分类
逆变的定义：DC-AC 即将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电
供给负载或供给电网。
4.1.2 逆变电路的分类
（1）根据输入直流电源特点分类 ① 电压型：电压型逆变器的输人端并接有大电容，输入 直流电源为恒压源，逆变器将直流电压变换成交流电压。 ② 电流型：电流型逆变器的输入端串接有大电感，输入 直流电源为恒流源，逆变器将输入的直流电流变换为交 流电流输出。