第五章 DC-AC变换电路 有源部分

第五章直流—交流（DC—AC）变换5.1 逆变电路概述5.1.1 晶闸管逆变电路的换流问题DC—AC变换原理可用图5-1所示单相逆变电路来说明，其中晶闸管元件VT1、VT4，VT2、VT3成对导通。

当VT1、VT4导通时，直流电源E通过VT1、VT4向负载送出电流，形成输出电压左（+）、右（-），如图5-1（a）所示。

当VT2、VT3导通时，设法将VT1、VT4关断，实现负载电流从VT1、VT4向VT2、VT3的转移，即换流。

换流完成后，由VT2、VT3向负载输出电流，形成左（-）、右（+）的输出电压，如图5-1（b）所示。

这两对晶闸管轮流切换导通，则负载上便可得到交流电压，如图5-1（c）波形所示。

控制两对晶闸管的切换导通频率就可调节输出交流频率，改变直流电压E的大小就可调节输出电压幅值。

输出电流的波形、相位则决定于交流负载的性质。

图5-1 DC—AC变换原理要使逆变电路稳定工作，必须解决导通晶闸管的关断问题，即换流问题。

晶闸管为半控器件，在承受正向电压条件下只要门极施加正向触发脉冲即可导通。

但导通后门极失去控制作用，只有使阳极电流衰减至维持电流以下才能关断。

常用的晶闸管换流方法有：（1）电网换流（2）负载谐振式换流（3）强迫换流5.1.2 逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感、电容等无源元件，它们与外电路间必然有能量的交换，这就是无功。

由于逆变器的直流输入与交流输出间有无功功率的流动，所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求。

在交—直—交变频电路中，直流环节的储能元件往往被当作滤波元件来看待，但它更有向交流负载提供无功功率的重要作用。

根据直流输入储能元件类型的不同，逆变电路可分为两种类型：图5-4 电压源型逆变器图5-5 无功二极管的作用1．电压源型逆变器电压源型逆变器是采用电容作储能元件，图5-4为一单相桥式电压源型逆变器原理图。

电压源型逆变器有如下特点：1）直流输入侧并联大电容C用作无功功率缓冲环节（滤波环节），构成逆变器低阻抗的电源内阻特性（电压源特性），即输出电压确定，其波形接近矩形，电流波形与负载有关，接近正弦。

VD1截止、 VD2导通
0
id O iVD1 O iVD2 O
d)

t
负载电压ud 负载电流id 整流二极管电流iVD1 续流二极管电流iVD2 整流二极管端电压 uVD1 续流二极管端电压 uVD2

2
t
0 方波电流 u2 0
t
g)
•图5-1带续流二极管的单相半波整
流电路带阻感负载电路及带大电感 负载电流波形波形
•图5-2 单相全波整流电路及工作波形 •a)单相全波整流电路负载电压波形 b)单相全波整流电路 c)交流输入正半周整流 电路工作图 d)交流输入负半周整流电路工作图
5.1.1 单相不控整流电路
•表5-4 单相全波整流电路各区间工作情况
ωt
VD1
0～ π
π～2π
u2
R
AC
VD1 VD1VD VD1导通、 二极管导通 2 情况 截止 +
•图5-3(a) 单相桥式整流电路
2U 2 sin td(t ) 0.9U 2
5.1.1 单相不控整流电路
• 在单相输入的AC-DC整流电路中，单相桥式整流电 路应用极为广泛。 • 半波整流电路交流电源电流是单方向的，电源变 压器存在直流磁化现象，是半波整流电路的应用 不广泛的主要原因之一。 • 而桥式和全波电路电源电流双向流动，使交流电 源得到充分利用，也不存在电源变压器直流磁化 现象。
VD1 单相 交流 VD2
VD3 id VD4 R
•注：加*表示了解，大家自己看，课上不讲。
5.1.3 整流滤波电路
L VD1 单相 交流 VD2 VD4 a) VD3 ud R
• 3．复式滤波电路*
C
ud
O

2. 有选择消除谐波技术: 各次谐波分量与开关管的导通角有关。有选择消除 谐波技术是在普通SPWM基础上，根据其输出电压的富里叶级数展开式，令 某些次数的谐波为零，求解出新的导通角，再用来控制各开关管的通断。有 选择消除谐波技术可以在不增加载波频率的情况下，进一步降低输出中的谐 波含量，也非常具有实用价值。
T1 C0 E
A
T3
D1 R D3
T2 L
D2
B
T4 D4
双 极 性 单 极 性
ur
uc
uAB
(2) 根据载波频率fc与调制波频率fr之间关 系, SPWM逆变有异步、同步调制之分。 称N = fc/fr为载波比, 则:
uAB
6. DC/AC变换
变频过程中, 若载波比N = fc / fr 随fr的变化而变化(通常fc保持不变)→异步 调制。缺陷: ur 的一个周期中的脉冲个数不固定( fr较低时脉冲个数较多, 较 高时脉冲个数较少), 相位也不固定; ur正负半周的脉冲不对称, 甚至1/4周期前 后脉冲也不对称。fr越高, 不对称影响越大。故采用异步调制应尽量提高fc, 以 保证较大的载波比(反映一个周期中的PWM脉冲个数)。 变频过程中, 若载波比N = fc / fr 随fr的变化而保持不变( fr↑, fc↑; fr↓, fc↓) → 同步调制。优点: 在ur 的一个周期中的脉冲个数固定, 脉冲相位也固定(同步 调制的N一般取奇数→使ur正负半周的PWM脉冲镜对称。三相, N还一般取3 的整数倍→保证三相输出严格对称)。缺陷: fr很低 时fc也很低, 调制带来的谐 波不易滤除。 fr很高 时fc也很高, 对器件开关频率要求增高。 若将输出频率范围划分为多段, 在每段中保持N不变, 但输出频率较高时采 用较低N, 输出频率较低时采用较高N →分段同步调制→异步、同步调制结合, 取长补短。

dc转ac电路原理
直流（DC）转交流（AC）电路是一种能将直流电转换为交流
电的电路。

它主要由直流电源、转换器、滤波器和输出负载四部分组成。

直流电源：直流电源提供稳定的直流电，通常通过整流电路将交流电源转换成直流电，并通过电容器储存电荷。

转换器：转换器是直流转交流电路的核心部分。

它包含一个或多个开关元件（如可控硅、晶体管和MOSFET）以及相应的
驱动电路。

转换器的工作原理是通过定时打开和关闭开关元件，将直流电源的电能转换成交流电能。

开关元件的周期性操作使得直流电源产生像正弦波一样的交流电信号。

滤波器：由于转换器输出的交流电信号由脉冲组成，在输出端产生了很多谐波成分。

为了滤除这些谐波并使输出信号接近理想的正弦波形态，需要添加滤波器。

滤波器一般由电感和电容组成，通过选择适当的元器件参数可以实现对谐波的滤除。

输出负载：输出负载通常是指将交流电路连接到需要供电的设备或装置上。

负载的特性和功率需求会影响到电路设计和转换器的选择。

通过以上四部分的协作，直流转交流电路可以将直流电源转换为交流电，并提供给负载使用，满足设备对交流电的需求。

这种转换电路在一些特定的应用领域，如可调速电机驱动和太阳能发电系统中得到了广泛应用。