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第5章 无源逆变电路

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无源逆变

无源逆变
自换流逆变电路 外部换流逆变电路 熄灭 采用自换流方式逆变的电路 采用外部换流方式逆变的电路
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
5.3 负载换流逆变电路
• 由于负载换流，通常是利用负载与换流电容构 成RLC回路，当电路满足谐振条件时，这类逆 变电路称为负载谐振式逆变电路，或简称谐振 式逆变器。 •根据换流电容和负载的连接方式不同可分为： •并联谐振式逆变器 •串联谐振式逆变器两种。
单相桥式整流
如何实现逆变？
整流
u2正半周， VT1和VT4通 u2负半周， VT2和VT3通
如何实现逆变？
逆变电路的基本工作原理
以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原 理
S1~S4 是桥式电路的 4 个臂，由电力电子器件及辅 助电路组成。
uo
Ud
S1 S i o 负载 3
i o t 1 t 2
1) 器件换流（Device Commutation）
– 利用全控型器件的自关断能力进行换流。 – 在采用IGBT 、电力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型 器件的电路中的换流方式是器件换流。

u u
u
u
A
A

VT
1
2) 电网换流（Line Commutation）
电网提供换流电压的换流方式。 将负的电网电压施加在欲 关断的晶闸管上即可使其关断。 不需要器件具有门极可关断能 力，但不适用于没有交流电网 的无源逆变电路。
u
uo Um O -U m i o O t t 1 2
V1
a)
t
t3 t 4
t t 5 6
V2 V1 V2
2
t
2

电力电子技术5 逆变电路

电力电子技术5 逆变电路
通过分析，实现有源逆变的条件有两个，应同时满足。 （1）外部条件：要有一个能提供逆变能量的直流电源，且极性必须与
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。

电力电子技术最新版配套习题答案详解第5章

电力电子技术最新版配套习题答案详解第5章

目录第1章电力电子器件 (1)第2章整流电路 (4)第3章直流斩波电路 (20)第4章交流电力控制电路和交交变频电路 (26)第5章逆变电路 (31)第6章PWM控制技术 (35)第7章软开关技术 (40)第8章组合变流电路 (42)第5章逆变电路1．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网，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。

2．换流方式各有那几种？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迫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。

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特点是：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。

电力电子技术第5章 无源逆变电路方波

电力电子技术第5章 无源逆变电路方波

2π
iD2 iT2
ωt ωt
西南交通大学
uo
=
2U d p
(sin wt
+
1 3
sin
3wt
+
1 5
sin
5wt
+
1 7
sin
wt
+ L)
基波有效值Uo(1)
U o(1)
=
2U d p2
=
2U d p
特点：电路简单，使用的器件少；输出电压低，需要 两个直流电源。适用于小功率场合。
在实际应用中常用一个直流电压源与两个容量足够大 的电容器串联来代替带有中点的直流电压源。
西南交通大学
3）逆变电路在不同负载时的特点
+ T1
Ud/2
a
-
o
+
Ud/2 T4 -
T3
T5
b
c
T6
T2
+
+
uan
ubn
-
-
n
1.当逆变电路的负载是
三相对称电阻时，续流
二极管将不工作。或者
说电路中可以取消它。
此时：
+
id = iT1 + iT 3 + iT 5
ucn -
= iT 2 + iT 4 + iT 6
b
c
+
Ud/2 T4
T6
T2
-
+
+
+
-uno+
uan
ubn
ucn
-
-
-
n
西南交通大学
即，有如下关系成立：

《无源逆变电路》课件

《无源逆变电路》课件

无源逆变电路可用于电动汽车充电桩 中，将直流电能转换为交流电能，为 电动汽车充电提供方便。
无源逆变电路的重要性
提高能源利用效率
无源逆变电路能够实现电能的双向转换，提高能源的利用效率， 降低能源浪费。
促进可再生能源利用
无源逆变电路在分布式电源系统中的应用，能够促进可再生能源的 利用，减少对传统能源的依赖。
电流型无源逆变电路
总结词
通过电感或电容储能，利用半导体开关器件进行高速的导通和关断，将直流电能 转换为交流电能。
详细描述
电流型无源逆变电路采用电感或电容作为储能元件，通过半导体开关器件的高速 导通和关断，将直流电能转换为交流电能。其输出电流为矩形波，输出电压为正 弦波。
不同种类无源逆变电路的比较
统的可靠性和稳定性。
选用高质量器件
02
选用高质量的器件，如高品质的电容、电感等，提高系统的可
靠性和稳定性。
加强可靠性设计
03
采用冗余设计、容错设计等可靠性设计方法，提高系统的可靠
性和稳定性。
06
无源逆变电路的发展趋势与展望
高效能与低成本的发展趋势
高效能
随着电力电子技术的不断进步，无源逆 变电路的高效能发展趋势日益明显。通 过优化电路设计、采用先进的控制算法 等手段，不断提高无源逆变电路的能量 转换效率和电能质量，以满足各种应用 场景的需求。
复杂。在实际应用中，应根据具体需求选择合适的无源逆变电路类型。
03
无源逆变电路的工作过程
电压型无源逆变电路工作过程
01
02
03
04
输入直流电压通过升压斩波电 路提高电压幅值。
提高后的直流电压作为逆变电 路的输入，经过全控开关器件

电力电子技术(第四版)课后答案

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。

无源逆变电路

无源逆变电路

u
o
U
m
+
V
O
t
U
1
d
VD
1
-Um
i
o
2
i
o
R
L
U
d
t O t
1
3
t
u
4
U
o
d
t
2
t
5
t
6
t
V2
2
2
VD
2
V1 VD
1
V VD
2
2
V1 VD
1
V
2
VD
a)
• V1或V2通时，负载电流io和电压uo同方向，直流侧向负载提供能量 • VD1或VD2通时，io和uo反向，负载电感中贮藏的能量向直流侧反馈
V4
VD 4
-
t3时刻V3和V4栅极信号再 次反向， V3截止， V4不能
34
V4
VD 4
-
+
V1 Ud C V2 VD1 R io L uo VD 2 V3 VD 3
t1时刻前V1和V4导通，输出电 压uo为ud t1时刻V3和V4栅极信号反向， V4截止，因io不能突变，V3不能 立即导通，VD3导通续流，因V1 和VD3同时导通，所以输出电压
V4
VD 4
-
u G1 O u G2 O u G3 O u G4 O uo io O io t1 t2 t3 uo
1
V VD
2
2
V VD
1
1
VD
2
u
o
+
m
U O
U
d
V
1
t

第5章-逆变电路

第5章-逆变电路
（2）当S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 （3）当S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
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。

任务五 逆变电路

任务五 逆变电路

重 物 放 下
Id的方向：从E的正极流出，从Ud的正 极流入，电流方向未变。 显然，这时电动机为发电状态运行， 对外输出电能，变流器则吸收上述能量 并回馈到交流电网，此时的电路进入到 图4-2 全波相控电路的整流与有源逆变 有源逆变工作状态。
子任务1 有源逆变电路
由图4-2中波形可见，电路工作在逆变时的直流电压可由积分来求 得
这种直流电动势源可以是直流电动机的电枢电动势，也可以是蓄电池电动势。它 是使电能从变流器的直流侧回馈交流电网的源泉，其数值应稍大于变流器直流侧 输出的直流平均电压Ud。
（2）内部条件：要求变流器中晶闸管的控制角α>π/2，这样才能 使变流器直流侧输出一个负的平均电压，以实现直流电源的能量 向交流电网的流转。
电压型
电压型逆变电路的输入 端并接有大电容，输入 直流电源为恒压源，逆 变电路将直流电压变换 成交流电压
电流型
电流型逆变电路的输入端 串接有大电感，输入直流 电源为恒流源，逆变电路 将输入的直流电流变换为 交流电流输出
子任务2 无源逆变电路
（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推挽式逆变电路
上述两个条件必须同时具备才能实现有源逆变。必须指出，对于半控桥 或者带有续流二极管的可控整流电路，因为它们在任何情况下均不可能 输出负电压，也不允许直流侧出现反极性的直流电动势，所以不能实现 有源逆变。为了保证电流连续，逆变电路中一定要串接大电感。
子任务1 有源逆变电路
从上面的分析可见，整流和逆变、直流和交流在交流电路中相互联 系并在一定条件下可相互转换。同一个变流器既可工作在整流状态 又可工作在逆变状态，其关键是电路的内部与外部条件不同。但是 半控桥或带有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也 不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。欲实现 有源逆变，只能采用全控电路。

无源逆变电路

无源逆变电路
26
5.3.3 三相电压型逆变电路
注意：为防止同一相上下桥臂开关器件同时导通而 引起直流侧电源短路，通常采取“先断后通”的方法。 即在器件关断后留一定裕量，也称为死区时间，然后 再给出应导通的器件的开通信号。
电压型逆变电路 特点
•直流侧为电压源或并联 大电容，直流侧电压基 本无脉动。 •输出电压为矩形波，输 出电流因负载阻抗不同 而不同。 •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。因为输出电压极性不可改变，交流侧要向直 流侧反馈无功，只能通过改变电流的方向实现，所 以需并联反馈二极管以提供反向电流通路。
5.4.2 三相电流型逆变电路
电路分析 基本工作方式是120°导 电方式－每个臂一周期内导电 120°，VT1-VT6每隔60度一次 触发导通。因此，任一时刻上 下桥臂组各有一个臂导通，换 O i 流方式为横向换流。 O 在负载端并联三相电容，为负 i 载电感中的电流提供流通路径， O 以吸收电感中存储的能量 u
5.1.1 有源逆变电路
1 单相双半波有源逆变电路
1、电路结构
VT1
u2 u2
VT2
id
+ L ud 电能 +
E R
VT1
u2 u2
M
VT2
id
ud
L
E
R
电能 +
-
-
M +
u2
0
图3-1
t
u2
0
t
ug
0
ug
t
Ud
E
ud
0
ud
0
t
0
t
Ud E
t

第五章 无源逆变电路PWM基础

第五章 无源逆变电路PWM基础

仅内部使用 郭小舟老师
而脉冲宽度为β、脉冲中心距方波的边缘为ψ度的 交流脉冲的幅值是： nb 4 U d sin np 2 nb 4 4 U d sin Ud = 当 成立 np np 2 则对应的n次谐波将被消除。由此可得到计算脉冲 的宽度β的公式： nb sin = 0 .5 2 交流脉冲的中心必须位于距方波过零点起算的、 所需消除的谐波的四分之一周期处，即： p y = 2n
谐波电压的分布规律是
输出电压的频率谱图
与半桥电路的频谱图比较，谐波分量与幅值都改善了
仅内部使用 郭小舟老师
直流侧电流由直流分量与交流分量构成。直流分量 对应于从直流侧传送到交流侧的有功功率；交流分 量是一个两倍于交流侧基波频率的正弦量。称为 “二次谐波”。
u o (t )io (t ) 2U o I o id (t ) = = sin w1t × sin(w 1t - f ) ud Ud Uo Io UoIo = cos f cos(2w 1t - f ) = I d - id ~ Ud Ud
采用SPWM调制技术可以抑制与消除高次谐波，但逆 变器从直流侧吸取的电流必然包含一个二次电流分 量。这个电流流经直流侧支撑电容时产生的电压的 脉动是不容忽视的。
仅内部使用 郭小舟老师
三相桥式SPWM逆变电路分析 由三个基本的单相半桥PWM逆变电路组成的。各半桥 的控制信号各相差1/3周期。
T1 Ud + T4 T6 + uan COMP uA COMP uB COMP uC ut
设负载为电阻电感性。由半桥的知识可推出： Vo为正：T1或D1导通。电流正时为T1通负为D1通 Vo为负：T2或D2导通。电流正时为D2通负为T1通
仅内部使用 郭小舟老师

第5章 无源逆变电路

第5章 无源逆变电路

• 二、串联谐振式逆变电路 • 1.电路组成 • 在逆变电路的直流侧并联一个大电容C，用电容储能来缓冲电 源和负载之间的无功功率传输。从直流输出端看，电源因并联大 电容，其等效阻抗变得很小，大电容又使电源电压Ud稳定，从而 使逆变电路输出电压接近双极性矩形波，这种逆变电路又被称为 电压型逆变电路。 • 图5一11给出了串联谐振式逆变电路的主电路，主要用于淬火、 热加工等场合。
•
• 第一节 无源逆变的基本工作原理
一、逆变电路工作原理 • 逆变电路种类较多，根据变频的过程可分为两大类，一类为 交一交变频，另一类为交一直一交变频，下面以单相逆变电路为 例来阐述其工作原理。 • 1.单相交一直一交变频电路 •
•
图5-1 单相输出交——直——交变频电路 （a）电路；（b）输出电压波形
• 一、并联谐振式逆变电路 • 1.电路组成 • 图5一8所示电路即为并联谐振逆变电路的主电路， 一般多用于金属的熔炼、淬火及透热的中频加热电源。
图5-8 并联谐振式逆变电路
图5-9 逆变器的换流过程 （a）VT1、VT4导通；（b）换相；（c）VT2、VT3导通
图5-10 并联谐振式逆变电路 工作波形
• 第二节谐振式逆变电路
•
在晶闸管逆变电路中，晶闸管的换相方式有以下三种: 器件换相、负载换相和强迫换相。其中负载换相方式是利用负载 电流相位超前电压的特点来实现换相的，即利用负载电路的谐振 来实现换相，这种电路称为谐振式逆变电路。由于谐振式逆变电 路不用附加专门的换流电路，因此应用较为广泛。 • 如果换相电容与负载并联，换相是基于并联谐振的原理， 则称为并联谐振式逆变电路;它广泛应用于金属冶炼、加热、中 频淬火等场合。如果换相电容与负载串联，换相是基于串联谐振 原理，则称为串联谐振式逆变电路，适用于高频悴火、弯管等场 合。 •

第5章逆变电路

第5章逆变电路

第五章逆变电路一.换流方式1.分类：器件换流、电网换流、负载换流、强迫换流2.器件换流：适用于全控型器件●其余三种方式：针对晶闸管●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，则称为熄灭二.逆变1.逆变电路的概念以及组成：与整流相对应，直流电变成交流电，它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成●逆变：把直流电转变成交流电，整流的逆过程。

●交流侧接电网，为有源逆变●交流侧接负载，为无源逆变●既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。

2.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●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3.产生逆变的条件：●有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压●晶闸管的控制角α>π/2，使Ud为负值●半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压u d不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变●欲实现有源逆变，只能采用全控电路4.逆变和整流的区别：控制角α不同●0<α<π/2时，电路工作在整流状态●π/2<α<π时，电路工作在逆变状态5.把a>π/2时的控制角用π-α=β表示，β称为逆变角●逆变角β和控制角α的计量方向相反，其大小自β=0的起始点向左方计量6.逆变电路的基本工作原理：●逆变电路最基本的工作原理：改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率●电阻负载时，负载电流i o和u o的波形相同，相位也相同●阻感负载时，i o相位滞后于u o，波形也不同7.逆变失败的原因：●触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，脉冲丢失、脉冲延时，致使晶闸管不能正常换相●晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通●交流电源缺相或突然消失●换相的裕量角不足，引起换相失败8.三相桥整流电路有源逆变状态时各电量的计算：●U d=-1.35U2cosβ●输出直流电流的平均值亦可用整流的公式I d=(U-E)/R∑●每个晶闸管导通2π/3，故流过晶闸管的电流有效值I VT=I d/√3=0.577I d●从交流电源送到直流侧负载的有功功率Pd=R∑I d2+E M I d●在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值I2=√2I VT=√(2/3)I d=0.816I d9.确定最小逆变角βmin的依据：●逆变时允许采用的最小逆变角β应等于βmin=δ+γ+θ●δ晶闸管的关断时间t q折合的电角度，t q大的可达200~300ms，折算到电角度约4︒~5︒●γ换相重叠角，随直流平均电流和换相电抗的增加而增大●θ安全裕量角，主要针对脉冲不对称程度一般可达5︒约取为10︒●βmin一般取30︒~35︒三.电压型逆变电路1.电压型逆变电路的特点：●直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动●输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同●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四.单相电压型逆变电路1.半桥逆变电路●优点：电路简单，使用器件少●缺点：输出交流电压幅值为U d/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U d来实现●基波的幅值U o1m=4U d/π=1.27U d●基波的有效值U o1=2√2U d/π=0.9U d3.带中心抽头变压器的逆变电路与全桥电路的比较：●比全桥电路少用一半开关器件●器件承受的电压为2U d，比全桥电路高一倍●必须有一个变压器五.三相电压型逆变电路1.三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路2.基本工作方式：180°导电方式●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3.负载各相到电源中点N'的电压：U相，1通，u UN'=U d/2，4通，u UN'=-U d/24.负载线电压：●u UV=u UN'-u VN'●u VW=u VN'-u WN'●u WU=u WN'-u UN'5.负载相电压：●u UN=u UN'-u NN'●u VW=u VN'-u NN'●u WU=u WN'-u NN'6.负载中点和电源中点间电压7.负载三相对称时有u UN+u VN+u WN=08.输出线电压有效值U UV=0.816U d●其中基波幅值U UV1m=2√3U d/π=1.1U d●基波有效值U UV1=U UV1m/√2=√6/πU d=0.78U d9.输出线电压有效值U UN=0.471U d●其中基波幅值U UN1m=2U d/π=0.637U d●基波有效值U UN1=U UV1m/√2==0.45U d六.电流型逆变电路1.电流型逆变电路主要特点●直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源●交流输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关输出电压波形和相位因负载不同而不同●直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管●换流方式有负载换流、强迫换流七.单相电流型逆变电路1.工作方式为负载换相2.工作分析：一个周期内有两个导通阶段和两个换流阶段●基波电流有效值I ol=4I d/√2π=0.9I d●负载电压有效值U o和直流电压U d的关系Uo=1.11Ud/cosφ3.自励方式：工作过程中，感应线圈参数随时间变化，必须使工作频率适应负载的变化而自动调整4.固定工作频率的控制方式称为他励方式七.三相电流型逆变电路1.电路分析：基本工作方式是120°导电方式，每个臂一周期内导电120°，每个时刻上下桥臂组各有一个臂导通，换流方式为横向换流2.输出电流波形和负载性质无关，正负脉冲各120°的矩形3.串联二极管式晶闸管逆变电路●主要用于中大功率交流电动机调速系统●是电流型三相桥式逆变电路●各桥臂的晶闸管和二极管串联使用●120°导电工作方式●强迫换流方式，电容C1~C6为换流电容●换流阶段分为恒流放电和二极管换流两个阶段八.多重逆变电路1.电压型逆变电路输出电压是矩形波，●电流型逆变电路输出电流是矩形波，含有较多谐波●多重逆变电路把几个矩形波组合起来，接近正弦●多电平逆变电路输出较多电平，使输出接近正弦2.两个单相全桥逆变电路组成，输出通过变压器T1和T2串联起来●输出波形：两个单相的输出u1和u2是180°矩形波3.多重逆变电路有串联多重和并联多重两种●串联多重——把几个逆变电路的输出串联起来，多用于电压型●并联多重——把几个逆变电路的输出并联起来，多用于电流型4.三相电压型二重逆变电路的工作原理●由两个三相桥式逆变电路构成，输出通过变压器串联合成●两个逆变电路均为180°导通方式，逆变桥II的相位逆变桥I滞后30°●T1为Δ/Y联结，线电压变比为1：√3，T2一次侧Δ联结，二次侧两绕组曲折星形接法，其二次电压相对于一次电压而言，比T1的接法超前30°，以抵消逆变桥II比逆变桥I滞后的30°这样，u U2和u U1的基波相位就相同●如果T2和T1，一次侧匝数相同，为了使U u2和U u1基波幅值相同，T2和T1二次侧间的匝比就应为1/√35.以N’为参考点，输出相电压有U d/2和-U d/2两种电平，称为两电平逆变电路6.三电平逆变电路也称中点钳位型逆变电路：每桥臂由两个全控器件串联构成，两者中点通过钳位二极管和直流侧中点相连7.线电压的电平：●相电压相减得到线电压●两电平逆变电路的输出线电压有±Ud和0三种电平●三电平逆变电路的输出线电压有±U d、±U d/2和0五种电平●三电平逆变电路输出电压谐波可大大少于两电平逆变电路●三电平逆变电路每个主开关器件承受电压为直流侧电压的一半。

第五章 无源逆变电路

第五章 无源逆变电路
图5-8 带中心抽头变压器的逆变电路
Ud和负载参数相同，变压器匝比为1：1：时，uo和io波 形及幅值与全桥逆变电路完全相同。 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 。
23
二. 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 三相桥式逆变电路
图5-9 三相电压型桥式逆变电路
24
二. 三相电压型逆变电路
u a)
UN'
O u
VN'
基本工作方式—— 180°导电方式 °
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， 纵向换流。 也称为纵向换流。 纵向换流
20
一. 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。
图5-7 单相全桥逆变 电路的移相调压方式
u G1 O u G2 O u G3 O u G4 O uo io O
根据直流电源输出滤波器形式的不同，逆变电路可分：电 压型和电流型两类。 电压型：直流端并联大电容以拟制电压纹波，使直流 电压源近似为电压源； 电流型：直流侧串联大电感以拟制电流纹波，使直流 侧近似电流源。 软开关逆变电路：零压开关（ZVS）或零流开关（ZCS） 环境的逆变电路 硬开关逆变电路：与软开关逆变相反。
15
第三节 电压型逆变电路

第5章-无源逆变电路

第5章-无源逆变电路
图5-3 直接耦合式强迫换流原理图 图5-4 电感耦合式强迫换流原理图
5.1.3 逆变电路的其他分类方式
(1)根据输入直流电源特点分 类
(2)根据电路的结构特点分类 ①半桥式逆变电路；
① 电压型：
②全桥式逆变电路；
电压型逆变器的输入端并接 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。
(3)当交流侧为电感性负载时需提供无功功率，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能量提供 通道，各逆变臂都并联了续流二极管。
(4)逆变电路从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，因直流 电压无脉动，故功率的脉动是由直流电流的脉动来体现的。
(5)当逆变电路用于交-直-交变频器且负载为电动机时，如果 电动机工作在再生制动状态，就必须向交流电源反馈能量。 因直流侧电压方向不能改变，所以只能靠改变直流电流的方 向来实现，这就需要给交-直整流桥再反并联一套逆变桥，或 在整流侧采用四象限脉冲变流器。
t
式中，为电路的工作角频率。
(5-6)
3．中频电流、电压和输出功率的计算
忽略换相重叠时间t，则中频负载电流io为交变矩形波， 用傅氏级数展开得
io
4Id
s in t
1 3
sin
3t
1 5
sin 5t
上式中基波电流有效值为
(5-7)
I o1
22
Id
0.9 I d
(5-8)
忽略逆变电路的功率损耗，则逆变电路输入的有功功率即直 流功率等于输出的基波功率(高次谐波不产生有功功率)，即
第5章无源逆变电路
• 5.1无源逆变电路的工作原理 • 5.2电压型逆变电路 • 5.3电流型逆变电路 • 5.4多重逆变器和多电平逆变器 • 5.5脉宽调制型逆变器 • 5.6 无源逆变电路的应用

无源逆变器讲解

无源逆变器讲解
SPWM 单相全 桥逆变 电路及 其波形
图5-8 与正弦波等效的矩形脉冲序列波形
综上所述，在SPWM 工作情况下，在开 关点上各开关元件间产生电流的转移，而 且绝大多数是桥臂间的换流（包含两种方 式），只有在I=0前后，才会出现桥臂内
元件的自然换流。
5.4.3 三相正弦脉宽调制
图5－10 三相正弦脉冲宽度调制波形
5. 逆变器为六拍逆变器，力矩脉动较大，低速下要采用
图5-1
电流型 PWM 技术来减轻力矩的脉动。
交-直-
电压源型逆变器的中间直流环节由于采用电容储能，因
交变 换器 的调 压方
此直流环节电压值不受负载影响，其主要运行特点如下： 1.逆变器采用 PWM技术，既变压又变频 2. 由于直流电压源的箝位作用，交流测电压波形为矩形波，与 负载阻抗角无关，而交流测电流波形和相位因负载阻抗角的不 同而异，其波形接近正弦波。系统响应速度快；
图5-4 串联二极管电流型逆变器电路图
图5-5 串联二极管电流源型逆变器 输出电流波形
图5-6 串联 二极 管电 流源 型逆 变器 的换 流过 程
5.4 正弦脉宽调制(SPWM) 技术
5．4．1 正弦脉宽调制原理
5.4.2 双极性正弦脉宽调制
图5-7 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图5-9 双极性
功率损耗。
图5-11 PWM 逆变器主电路 a) 晶体管 PWM逆变器主电路 MOSFET 主电路（一相桥臂）
6. 基极驱动电路应尽量不使PWM波形的脉宽受到 限制，并能适应输出量的通断比可能的任意数值
c) IGBT 主电路（一相桥臂）
二、基极驱动电路 1．光耦合基极驱动电路
2．变压器耦合基极驱动电路
7
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第5章无源逆变电路
• • • • • • 5.1无源逆变电路的工作原理 5.2电压型逆变电路 5.3电流型逆变电路 5.4多重逆变器和多电平逆变器 5.5脉宽调制型逆变器 5.6 无源逆变电路的应用
5.1无源逆变电路的工作原理
• 5.1.1无源逆变基本工作原理 • 5.1.2换流方式分类 • 5.1.3 逆变电路的其他分类方式
5.5脉宽调制型逆变器
PWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断 进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不 等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波所需要的波形。 按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可以改 变逆变电路输出电压的大小，又可以改变输出电压 的频率。 • 5.5.1 PWM控制的基本原理 • 5.5.2 PWM逆变器及其优点 • 5.5.3 SPWM控制电路
图5- 8 180º 导电型三桥式 逆变电路的工作波形
表5-1 180º 导电型三相桥式逆变电路各阶段等效电路及相电压和线电压
5.2.3电压型逆变电路的特点
(1)直流侧接有大电容，相当于电压源，直流电压基本无脉动， 直流回路呈现低阻抗。 (2)由于直流电压源的箝位作用，交流侧电压波形为矩形波， 与负载阻抗角无关，而交流侧电流波形和相位因负载阻抗角 的不同而异，其波形接近三角波或接近正弦波。 (3)当交流侧为电感性负载时需提供无功功率，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能量提供 通道，各逆变臂都并联了续流二极管。 (4)逆变电路从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，因直流 电压无脉动，故功率的脉动是由直流电流的脉动来体现的。 (5)当逆变电路用于交-直-交变频器且负载为电动机时，如果 电动机工作在再生制动状态，就必须向交流电源反馈能量。 因直流侧电压方向不能改变，所以只能靠改变直流电流的方 向来实现，这就需要给交-直整流桥再反并联一套逆变桥，或 在整流侧采用四象限脉冲变流器。
5.4多重逆变器和多电平逆变器
• 5.4.1多重逆变器 • 5.4.2多电平逆变器
5.4.1多重逆变器
如图 5-15(a) 所示， 逆变器Ⅰ和Ⅱ是电 路完全相同的两个 电压型逆变器，将 两变压器二次侧按 图 5-15(a) 所示方 法串联起来(图中 只画了A相)，则可 获得图 5-15(b) 所 示波形。通过傅氏 级数分析可知，该 输出相电压的波形 中不含11次以下 的谐波。
改变中频输出功率的大小。
2 (5-12) Ud 1 Po 1.23 2 由式(5-12) 可见，调节直流电压 Ud或改变逆变角，都能 cos R f
5.3.2电流型三相桥式逆变器
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。图5-12即为 其主电路，VT1~VT6组成三相桥式逆变器，C1~C6为换流电 容，VD1~ VD 6为隔离二极管，其作用是防止换流电容直接 通过负载放电。Za、Zb、Zc为电动机三相负载。该逆变器为 120导电型，与三相桥式整流相似，任意瞬间只有两只晶闸 管同时导通，电动机正转时，管子的导通顺序为VT1~VT6， 触发脉冲间隔为60，每个管子导通120电角度。
图5-12 串联二极管式电流型三相桥式逆变电路
(1)换流前 (2)晶闸管换流 (3)二极管换流 (4)正常运行
图5-13 串联二极管式逆变电路换流过程
图5-14为电流型三相桥式 逆变电路的输出波形。由于 在换流期间引起电动机绕组 中电流的迅速变化，在绕组 漏感中产生感应电动势，叠 加在原有电压上，所以在电 流型逆变器输出的近似正弦 波的电压波形上，出现换流 尖峰电压(毛刺)，其数值较 大，在选择晶闸管耐压时必 须考虑。
5.2.1电压型单相桥式逆变器
1．半桥逆变电路
图5-5 电压型单相半桥逆变电路及其工作波形
2．单相全桥逆变电路
图5-6 单相全桥逆变电路
单相全桥逆变电路的输出电压为方波，定量分析时，将uo 展 开成傅氏级数，得
4U d 1 1 uo sin t sin 3t sin 5t 3 5 其中基波分量的幅值Uo1m和有效值Uo1分别为
图5-10 并联谐振式逆变电路的换流过程
图5-11 并联谐振式逆变电路的工作波形
为了保证可靠换相，应在负载电压uo过零前tf时刻触发 VT2、VT3，tf称为触发引前时间。从图5-11可知：
t f t t
式中，一般取t＝(2~3) tq。 从图5-11还可知，为了关断已导通的晶闸管实现换流，必 须使整个负载电路呈现容存性，使流入负载电路的电流基波 分量io1超前uo中频电压，负载电流超前负载电压的时间t
5.1.1无源逆变基本工作原理
该电路有两种工作 状态： (1) S1、S4闭合， S2、S3断开，加在负 载R上的电压为左正 右负，输出电压 uo=Ud； (2) S2、S3闭合， S1、S4断开，加在负 载R上的电压为左负 右正，输出电压uo= －Ud。
图5-1单相桥式逆变电路工作原理
5.1.2换流方式分类
(5-1)
U o1m
4U d

1.27U d
(5-2)
(5-3)
U o1
2 2U d

0.9U d
5.2.2电压型三相桥式逆变器
电压型三相桥式逆变电路如图5-7所示。
图5-7 电压型三相桥式逆变电路
就180º 导电型进行分析。
180º 导电型三桥式逆变电路 的工作波形如图5-8所示。 为分析方便，将一个工作周 期分为6个区间，每区间占 60º 。每隔60º 的各阶段等值电 路图形及相电压、线电压的 数值如表5-1所示。表中，负 载为三相星形对称负载： Za＝Zb＝Zc
5.5.1 PWM控制的基本原理
正弦波脉宽调制的控制思 想是利用逆变器的开关元 件，由控制线路按一定的 规律控制开关元件是否通 断，从而在逆变器的输出 端获得一组等幅、等距而 不等宽的脉冲序列。 SPWM 控制方式就是对逆 变电路开关器件的通断进 行控制，使输出端得到一 系列幅值相等而宽度不相 等的脉冲，用这些脉冲来 代替正弦波或者其他所需 要的波形。

I o1 2 2 I d 0.9 I d
P o U d I d U o I o1 cos
(5-9) (5-10)
所以
Uo
Ud Id U 1.11 d Ud I o1 cos 2 2 cos cos
中频输出功率为
2 (5-11) Uo Po 式中，Rf为对应于某一逆变角 负载阻抗的电阻分量。将 Rf 式(5-10)代入上式得
(5-4)
Байду номын сангаас
(5-5) 因此，负载的功率因数角，即电流超前电压的相位角为 式中，为电路的工作角频率。
t 2 t
t t t 2
(5-6)
3．中频电流、电压和输出功率的计算 忽略换相重叠时间t，则中频负载电流io为交变矩形波， 用傅氏级数展开得 4I 1 1 io d sin t sin 3t sin 5t (5-7) 3 5 上式中基波电流有效值为 (5-8) 忽略逆变电路的功率损耗，则逆变电路输入的有功功率即直 流功率等于输出的基波功率(高次谐波不产生有功功率)，即
图5-3 直接耦合式强迫换流原理图
图5-4 电感耦合式强迫换流原理图
5.1.3 逆变电路的其他分类方式
(1)根据输入直流电源特点分 类 ① 电压型： 电压型逆变器的输入端并接 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。 (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：如单管晶体管 逆变电路。 (3)根据负载特点分类 ①非谐振式逆变电路 ②谐振式逆变电路
图5-14 电流型三相桥式逆变电路的输出波形
5.3.3电流型逆变器的特点
(1)直流侧串联有大电感，直流侧电流基本无脉动， 由于大电感抑流作用，直流回路呈现高阻抗，短 路的危险性也比电压型逆变电路小得多。 (2)电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通 路径，因此交流侧输出的电流为矩形波，与负载 性质无关。而交流侧电压波形因负载阻抗角的不 同而不同。 (3)直流侧电感起缓冲无功能量的作用不能反向，故 不必给开关器件反并联二极管，电路相对电压型 也较简单。
(3)负载换流 由负载提供换流电压称为负载换流（Load Commutation）。
图5-2 负载换流电路及其工作波形
(4)强迫换流
设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压 或反向电流的换流方式称为强迫换流。 强迫换流通常利用附加电容上储存的能量来实现，也称为电 容换流。 通过换流电路内电容和电感耦合提供换流电压或换流电流称 为电感耦合式强迫换流。
5.3电流型逆变电路
• 5.3.1电流型单相桥式逆变器 • 5.3.2电流型三相桥式逆变器 • 5.3.3电流型逆变器的特点
5.3.1电流型单相桥式逆变器
1．电路结构
图 5-9(a) 所示是一种单相桥式电流型逆变电路的原理图。电 路由四个晶闸管桥臂构成，每个桥臂均串联一个电抗器LT， 用来限制晶闸管的电流上升率di/dt。桥臂1、4和桥臂2、3 以1 000~2 500Hz的中频轮流导通，从而使负载获得中频交 流电。 图5-9(a)中的负载是一个中频电炉，如图5-9(b)所示实际上是 一个电磁感应线圈，用来加热置于线圈内的钢料。
5.2电压型逆变电路
按照直流侧电源性质，逆变电路可分为电压型 逆变电路和电流型逆变电路两类，直流侧电源是电 压源的逆变电路称为电压型逆变电路，而直流侧电 源为电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。 • 5.2.1电压型单相桥式逆变器 • 5.2.2电压型三相桥式逆变器 • 5.2.3电压型逆变电路的特点