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第4章逆变电路(4)

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第4章 有源逆变电路

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

逆变电路

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。

电力电子技术第4章 逆变电路

电力电子技术第4章 逆变电路

t
14
4.2.1 单相电压型逆变电路
◆工作原理 ☞设开关器件V1和V2的栅极信 号在一个周期内各有半周正偏，半 周反偏，且二者互补。 ☞输出电压uo为矩形波，其幅 值为Um=Ud/2。 ☞电路带阻感负载，t2时刻给 V1关断信号，给V2开通信号，则 V1关断，但感性负载中的电流io不 能立即改变方向，于是VD2导通续 流，当t3时刻io降零时，VD2截止， V2开通，io开始反向。
1 uNN' (uUN' uVN' uWN' ) 3 1 (uUN uVN uWN ) 3 1 = (uUN' uVN' uWN' ) 3
O
WN'
t
O
UV
t U
d
d) u e) u f)
O
U
NN'
t
d
O
2 U 3
d
6
t
U 3
d
UN
O iU
t
g) i h)
O
t
d
O
27
t
O
wt
7
4.1.2 换流方式分类
◆负载换流 ☞由负载提供换流电压的换流方式。
☞负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负 载换流，如电容性负载和同步电动机。
uo io O i O i iVT iVT
1
uo ωt
io
4
iVT
2
iVT
3
ωt ωt
4
O uVT
a) O
u VT
t1
1
uVT b)
ωt
8
a) Um O - Um io O

电力电子技术-第4章逆变电路讲解

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。

电力电子技术4章 无源逆变电路

电力电子技术4章 无源逆变电路
2020/6/17
图4.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
4.3.3 电压型三相桥式逆变电路
1、工作过程：
电压型三相桥式逆变电路的基 本工作方式为180°导电型，即每个 桥臂的导电角为180°，同一相上下 桥臂交替导电的纵向换流方式，各 相开始导电的时间依次相差120°。
在一个周期内，6个开关管触 发导通的次序为T1→T2 →T3 →T4 →T5→T6 ，依次相隔60°，任一时 刻均有三个管子同时导通，导通的 组合顺序为T1T2T3，T2T3T4，T3T4T5 ，T4T5T6，T5T6T1，T6T1T2，每种组 合工作60°。
2、工作原理：
输出Ud负为载输。入直流电压，R为逆变器的
，当逆开变关器输T1、出T电4闭压u合0=，UTd；2、T3断开时
，当输开出关电压T1、u0T=4－断U开d
，T2、T3闭 ;
合
时
T4.2当2、.4以T(3b频时)所率，示f则S的交在交替电变切阻电换R压开上波关获形T1得，、如其T4
和 图 周
由
Ud
d L
io
dt
L2Iom Ts
2
可得负载电流峰值为：
Iom 4TLs Ud
(4.3.7)
2020/6/17
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
3）阻感负载RL时
0≤θ≤ωt期间，T1和T4有驱动信号 ，由于电流i0为负值，T1和T4不导通， D1、D4 导 通 起 负 载 电 流 续 流 作 用 ，
其线电压的瞬时值为：
u B C 2 3 U d si t n 1 5 s5 it n 7 1 s7 it n 1 1 s1 1 it n 1 1 1 s3 1 it n 3 (4.3.10)

电力电子整流逆变电路讲解

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'

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

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

逆变器


VD4
uo
io
4.2.1 单相电压型逆变电路
输出电压定量分析 Quantitative analysis
uo成傅里叶级数 voltage
4U d uo
Fourier series extension of output
1 1 sin t sin 3 t sin 5 t 3 5
O
uVW
2Ud Ud 3 Ud 3
2π ωt
ωt
ωt
uVNO O ωt
ωt 2Ud 3 Ud 3
uWU
uWN
uUN
O
O
O
ωt ωt
ωt
Ⅰ Ⅱ Ⅲ ⅣⅤ Ⅵ
4.2.2 三相电压型逆变电路
O UGE6
UGE4 O UGE5
3 π ωt 4π 3 5π 3
π U π 3 2π 3 π
d
ωt ωt
2π 3π ωt
t
4.2.2 三相电压型逆变电路
Three-phase VSI
负载中点和电源中点间电压
u NN' 1 1 (u UN' u VN' u W N' ) (u UN u VN u W N ) (4-6) 3 3
负载三相对称时有uUN+uVN+uWN=0，于是
u NN' 1 ( u UN' u VN' u W N' ) 3
4.2.1 单相电压型逆变电路
特点 优点：简单，使用器件少 缺点：交流电压幅值Ud/2，直流侧需两电容 器串联，要控制两者电压均衡 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

电力电子技术06第4章 无源逆变电路

第4章 无源逆变电路 章
4.1 概 述 4.2 电压型逆变电路 4.3 电流型逆变电路 4.4 谐振型逆变电路 4.5 多重化与多电平逆变电路 多重化与多电平逆变电路*
1
4.1 概
述
4.1.1 换流方式 4.1.2 逆变器的分类
2
4.1.1 换流方式
（1）换流过程 ）
电流在不同支路中的转移，称为换流，又称换相。 换流过程就是器件通态与断态间的转换过程。 全控器件开通与关断相对简单，而半控器件的关断必 须利用外部自然条件，或者采取专门的措施。 可见，研究换流问题主要是研究如何使器件有效且可 靠的关断。
uUV
Ud
电压波形（见教材第98页图4−7） ③ 电压波形
uUV = uUN ′ − uVN ′
u NN ′ 1 = (uUN ′ + uVN ′ + uWN ′ ) 3
uNN’ uUN
t
Ud 6
t
2U d 3
uUN = uUN ′ − u NN ′
t
22
4.2.3 三相电压型逆变电路
（3）有关电流波形 ）
9
4.2 电压型逆变电路
4.2.1 单相半桥型逆变电路 4.2.2 单相全桥型逆变电路 4.2.3 三相电压型逆变电路 4.2.4 电压型逆变电路的特点
10
4.2.1 单相半桥型逆变电路
（1）分析假设 ）
以阻感负载为例。 直流侧电容器的 容量足够大，可 维持电压恒定。 V1与V2为全控型 器件，并且交替 导通，二者互补。 不计管压降。
uG1 t uG2 uG3 uG4 u0 t uG4 t u0 t t t t uG2 uG3 t uG1 t t
V1 V3
VD 1
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第四章 直流/交流逆变器
复习上节内容
一、PWM逆变电路及其控制方法 1. 计算法 2. 调制法 把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的 信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的 PWM波形。
济南大学物理学院
1
1）单极性PWM控制方式
在ur和uc的交点时刻控制 IGBT的通断
单极性PWM控制方式波形
…；
n=2,4,6,…时，k=1,3,5, …
k1 n0
0 +-2 -+4 0 +-1 +-3 +-5 0 +-2 +-4
1
2
3
角频率 (n +k )
PWM波中不含低次谐波，只含c及其附近的谐波以及2c、 3c等及其附近的谐波。
济南大学物理学院
12
2）三相的分析结果
公用载波信号时的情况 1.2
图示，不同a时三相桥式 1.0 PWM逆变电路输出电
22
规则采样法
u t
t
5
4-30
2. 规则采样法
工程实用方法，效果接近自 然采样法，计算量小得多。
u u AD
u
B
方法说明：
O
t
取三角波两个正峰值之间为
一个采样周期Tc 。使每 个脉冲的中点都以相应的
三角波中点（即负峰点）
为对称。
O
22
t
规则采样法
济南大学物理学院
6
在三角波的负峰时刻tD对
正弦信号波采样而得到D点，过
济南大学物理学院
2
2） 双极性PWM控制方式
of
o
d
在ur的半个周期内，三角波 载波有正有负，所得PWM 波也有正有负，其幅值只有
±Ud 两种电平。
双极性PWM控制方式波形
济南大学物理学院
3
3. 双极性PWM控制方式（三相桥逆变）
三相桥式PWM型逆变电路
4. 特定谐波消去法
二、异步调制和同步调制
同一三角波周期内三相的脉宽分别为δU、δV和
δW，脉冲两边的间隙宽度分别为 δ ´U、 δ ´ V和 δ
´W，同一时刻三相调制波电压之和为零，由式可
得：
U
V
W
3Tc 2
U
V
W
3Tc 4
利用以上两式可简化三相SPWM波的计算
济南大学物理学院
9
5. PWM逆变电路的谐波分析
u
O
u
o
o
U
dO
单极性PWM控制方式波形
双极性PWM控制方式波
形
使用载波对正弦信号波调制，会产生和载波有关
的谐波分量。
谐波频率和幅值是衡量PWM逆变电路性能的重要 指标之一。
济南大学物理学院
10
分析以双极性SPWM波形为准。 同步调制可看成 异步调制的特殊情况，只分析异步调制方式。
分析方法：
以载波周期为基础，再利用贝塞尔函数推导出 PWM波的傅里叶级数表达式。
济南大学物理学院
4
三、规则采样法 1. 自然采样法： 在正弦波和三角波的自然交点 u 时刻控制功率开关器件的通断， 这种生成SPWM波形的方法 O 称为自然采样法。
按照SPWM控制的基本原 理 产生的PWM波的方法，其 求解复杂，难以在实时控制中 O 在线计算，工程应用不多。
济南大学物理学院
u AD B
常用的有滞环比较方式和三角波比较方式。
济南大学物理学院
15
4.5.1 滞环比较方式
在滞环比较方式中，电流跟踪 控制应用最多。
◆PWM电流跟踪控制单相半 桥式逆变电路为例讨论
☞把指令电流i*和实际输出电 流i的偏差i*-i作为带有滞环特
滞环比较方式电流跟踪控制举例
i
i i*
i*+D I
性的比较器的输入，通过其输
尽管分析过程复杂，但结论简单而直观。
济南大学物理学院
11
1）单相的分析结果
图中，不同a时单相桥 1.4 式PWM逆变电路输出 1.2
a=1.0 a=0.8 a=0.5 a=0
电压频谱图。
1.0
谐波角频率为:
0.8
0.6
谐波振幅
0.4
式中n，nc=1,3,k5,…r时(6，-k1=00,2),4,
0.2
指令电流i*。
图7-24 滞环比较方式电流跟踪控制举例
i
i i*
i* +D I
O
t
i* -D I
图7-25 滞环比较方式的指令电流和输出电流
济南大学物理学院
17
☞环宽过宽时，开关频 率低，跟踪误差大； 环宽过窄时，跟踪误 差小，但开关频率过 高，开关损大学物理学院
13
谐波分析小结
三相和单相比较，共同点是都不含低次谐波，一个 较显著的区别是载波角频率c整数倍的谐波没有了， 谐波中幅值较高的是c±2r和2c±r。 SPWM 波 中 谐 波 主 要 是 角 频 率 为 c 、 2c 及 其 附 近 的谐波，很容易滤除。
D点作一水平直线和三角波分别 u
AD
交于A点和B点，在A点时刻tA和 B点时刻tB控制功率开关器件的 O
B t
通断。
22
可以看出，用这种规则
采样法得到的脉冲宽度 和用自
然采样法得到的脉冲宽度非常 O
t
接近。
规则采样法
济南大学物理学院
7
4-7
3. 规则采样法计算公式推导
正弦调制信号波
u
a称为调制度，0≤a<1u；r a sin rt
当调制信号波不是正弦波时，谐波由两部分组成： 一部分是对信号波本身进行谐波分析所得的结果，另 一部分是由于信号波对载波的调制而产生的谐波。后 者的谐波分布情况和SPWM波的谐波分析一致。
济南大学物理学院
14
4.5 PWM跟踪控制技术
PWM波形生成的第三种方法——跟踪控制方法。
把希望输出的波形作为指令信号，把实际波 形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定 逆变电路各开关器件的通断，使实际的输出跟踪 指令信号变化。
出来控制功率器件V1和V2的通 O 断。
t i*-D I
滞环比较方式的指令电流和输出电流
济南大学物理学院
16
☞控制规律 √当V1（或VD1）导通 时，i 增大。 √当V2（或VD2）导通 时，i 减小。 √通过环宽为2∆I 的滞 环比较器的控制，i就 在i*+∆I和i*-∆I的范围 内，呈锯齿状地跟踪
a=1.0 a=0.8 a=0.5 a=0
压频谱图。
0.8
谐波振幅
公用载波信号时的情 况。 0.6
输出线电压中的谐波 0.4
角频率为
0.2
k1 n0
式m=中1,，2n,…n=；1c,3,5,k…时r ，k=3(2m－1)±1，
0 +-2 +-4 0 +-1 +-3 +-5 0 +-2 +-4
1
2
3
角频率(n c+ kr)
AD B
r为信号波角频率
O
ttt
t
从图可得： 1asinrtD 2
/2
Tc /2
22
T2c (1asinrtD)
u
三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度 O
t
1 2(T c)T 4 c(1asi n rtD )
规则采样法
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4. 三相桥逆变电路
三角波载波公用，三相正弦调制波 相位依次差120°