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。
第四章 逆变电路
学习内容： 4.1 换流方式
4.2 电压型逆变电路（单相，三相） 4.3 电流型逆变电路
※重在电路结构，工作原理
4.1 换流方式
4.1.1 逆变电路的基本工作原理
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
S1 io 负载 S3
Ud
S2
uo S4
io
t1 t2
的io形状相同，幅值增加一倍
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
• 全桥逆变电路
*导电方式一：
V1,V4同时通断；
t
a)
b)
图1 单相桥式图逆5变-1电路及其波形
4.1.1 逆变电路的基本工作原理
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负
直流 交流
4.1.1 逆变电路的基本工作原理
阻感负载时电流波形分析：
uo
S1 io 负载 S3
Ud
S2
uo S4
io
t1 t2
t
a)
b)
t反感反1时向能向io电刻量并从流断向增电从开电大源一S源负t11条、反极前支S馈流：4路，，出S1转合i，、o逐移上图经S渐45到SS通-221减另、、，小一S负u3，o条，载和t支u和2io时o路变S均刻3称负流为降为，回正为换但正零流i极o，不。，之能负后立载i刻o电才
课程回顾
整流——交流电变成直流电； 所用电力电子器件 ——晶闸管，电力二极管； 应用——为直流用电设备提供电源，
如直流电动机，电镀、电解电源等。
第四章 逆变电路
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
本章讲述无源逆变
• 应用
第四章 逆变电路
因此研究换流方式主要 是研究如何使器件关断
4.1.2 换流方式分类
①器件换流（IGBT,GTO,GTR,BJT,MOSFET) ②电网换流（有交流电网） ③负载换流（负载满足的条件？） ④强迫换流（直接耦合式，电感耦合式）
1. 器件换流
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，其换流方式即为器件换流。
2
o
VT
3
VT
4
4.3 电流型逆变电路
Ld i
d
VT1
C
VT3
电流型逆变
直流侧Ed输入电io源R为L电流源
VT2
uo
VT4
电流型逆变电路的特性：
（1）直流侧串大电感，相当于电流源。直流侧 电流基本无脉动。
（2）因为是恒流，输出电流波形是矩形波，输 出电压波形与负载有关系。
（3）电路中不必加反馈二极管。（为什么？）
不是依靠变流器自身原因，而是借助于外部手段 （电网电压或负载电压）来实现换流的它们属于 外部换流
4.2 电压型逆变电路
电压型逆变电路 （电压源型逆变电路）
电流型逆变电路 （电流源型逆变电路）
直流侧是电压源
L d
i
d
VT 1
C
VT 3
E d
iR L
o
VT
u
2
o
VT 4
直流侧是电流源
电压型逆变电路 的主要特点：
V2,V3同时通断；
V1,V4与V2,V3信 号互补，各导电 180゜。
u o
U m
O
t
-U m
i o
tt
O tt 3
4
tt
t
12
56
ON
V 14
V 23
V
V
14
2
VD VD VD VD
14
23
14
23
b)
思考：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。
1.直流侧为电压源，或并联有大电容， 相当于恒压源。内阻抗近为0。 2.交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角 无关。而电流波形和相位因负载不同而不同。
3.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，各桥臂都并联有反馈（续流）二极管。
结论：阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同.
4.1.2 换流方式分类
开通时 关断时
换流
换相
无论支路是由全控型还是半控型电力电子 器件组成，只要有适当的门极驱动信号， 就可使其开通。
全控型器件可通过门极的控制使其关断， 半控型器件晶闸管，必须利用外部条件或采 取其它措施才能使其关断。一般在晶闸管电 流过零后施加一定时间反向电压，才能关断。
VT1上使其承受反向电压而关断， 电流从VT1、VT4换到VT3、VT2。
注意：触发VT2、VT3时刻 t1必 须在uo过零前并留有足够裕量，才
能使换流顺利完成。
•4.强迫换流 (1) 直接耦合式强迫换流
由换流电路内电容直接提供换流电压
给晶闸管加上反向 电压而使其关断的 换流
电压换流
(2)电感耦合式强迫换流
+
Ud 2
U d U d 2
-
V 1
i o
R
L
u o
V 2
a)
VD 1
VD 2
uo Um
O
t
-Um
io
O
t3 t1 t 2
t4
t5 t6
t
ON
V1
V2
V1
V2
VD 1 VD 2 VD 1 VD 2 b)
+
Ud 2
U d U d 2
V 1
i o
R
L
u o
V 2
• V1或V2通时，负载电流io
VD 1
• （2）工作过程
•t2时刻以前V1通，V2断； • t2时刻给V1关断信号，给 V2开通信号，则V1关断，但 感性负载中io不能立即改变 方向，于是VD2导通续流。
• t3时刻io降为零时，VD2截 止，V2开通，io开始反向。 • t4时刻给V2关断信号，给V1 开通信号，V2关断，VD1先 导通续流，t5时刻V才开通。
况而异。
思考：电路中的二极管主要起什么作用？
答：当负载为感性或阻感性时，二极管为负载 向直流电源反馈能量提供通道（即续流过程）， 故这些二极管被称之为反馈二极管。
单向半桥电压逆变电路优缺点总结：
①优点：所用器件少。
②缺点：u0幅值小，只有电源电压的一半，并且 输入端接两个电容，还需保证 C1=C2,不能精确 满足。
i o
tt
O tt 3 12
4
tt 56
t
ON
V 14
V 23
V 14
V2
VD VD VD VD
14
23
14
23
b)
固定180°移相方波控制方式
*导电方式一：
V1,V4同时通断；
V2,V3同时通断；
V1,V4与V2,V3信号 互补，各导电180゜。
电压型全桥逆变电路输出电
压uo的*思波考形1和：半在桥全电路桥的中波，形 uo形续状相流同过，程也如是何矩完型波成，？但 幅值※高V出D一2倍,V，D3U同m=时Ud续流。 输※出V电D流1,iVo波D形4同和时半桥续电流路。