电力电子技术逆变电路讲义59页PPT

开通：适当的门极驱动信号就可使其开通 关断：
全控型器件可通过门极关断 半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断 一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断
研究换流方式主要是研究如何使器件关断
本章换流及换流方式问题最为全面集中,因此在本章讲述
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5.1.2 换流方式分类
Ld
io
id VT1
O
C
VT3 i
io iVT1 iVT4
Ed
io
R
L
VT2
uo
O VT4 i
iVT2 iVT3
O uVT
O
t1
uVT1
uVT4
a)
图5-2 负载换流电路
b)
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及其工作波图形5-2
t
t t t
11
5.1.2 换流方式分类
工作过程
t1前：VT1、VT4通，VT2、VT3断，uo、io均为正，VT2、 VT3电压即为uo
负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在 接近并联谐振状态而略呈容性
• 电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入
• 直流侧串入大电感Ld id基本没有脉动
uo
uo
Ld
io
id
VT1
C
Ed
io R
L
VT2
uo
O
t
VT3 i
io iVT1 iVT4
O VT4 i
iVT2 iVT3
t
O uVT
O
t1
直接耦合式强迫换流——由换流 电路内电容提供换流电压
VT通态时，先给电容C充电。 合上S就可使晶闸管被施加反 压而关断

电感耦合式强迫换流
先使晶闸管电流减为零， 然后通过反并联二极管使其 加上反向电压。
也叫电流换流。
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
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5.1.2 换流方式分类
换流方式总结：
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
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°。
uG1
O
输出电压和电流波形与半桥电 uG2
t
路形状相同，幅值高出一倍。 O
t
改变输出交流电压的有效值只
u G3 ? O
t
能通过改变直流电压Ud来实现。
u
G4
O
t
u o
io
io
uo t
O
t1 t2
3
t
图5-7 单相全桥逆变
b)
电路的移相调压方式
c)
O
t
u UV
Ud
d)
O
t
e) u NNO' u UN
f)
O
2Ud 3
Ud 6
t
Ud 3
t
iU
g)
O
t
id
h)
O
t
图5-10电压型三相桥式逆
变电路的工作波形
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5.2.2 三相电压型逆变电路
波形分析
负载各相到电源中点N'
的电压：U相，1通，
uUN'=Ud/2，4通，uUN'=Ud/2。 负载线电压

V2
VD1 VD2 VD1 VD2
逆变电路
4.2.1 单相电压型逆变电路
1）半桥逆变电路
t3-t4:t3时刻电流过零边负，V2导通，负载电 流反向增加，输出电压uo =-Ud/2；
t4-t5:t4时刻V2关断，给V1驱动信号，由于 阻感负载电流不能突变，此时电流通过VD1续流， 电流逐渐减小，输出电压uo =Ud/2；
通而变为零，则称为熄灭。
电力电子技术
第四章 逆变电路
4.2 单相逆变电路工作原理
4.2.1 单相电压型逆变电路 4.2.2 单相电流型逆变电路
逆变电路
电压型逆变电路的特点
1、直流侧为电压源或并联大电容，直流
侧电压基本无脉动。
+
2、由于直流电压源的钳位作用，输出电
压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不 Ud
单相电流型逆变电路
iT
i VT1,4
i VT2,3
Id 0
tγ
uo/io
t
0
t1
Id t2 t3 t4
t5
tφ
t6 t7
t
tδ tβ
电流型逆变电路波形图
逆变电路
单相电流型逆变电路
t2-t4阶段：t2时刻四个晶闸管全部导通，负 载电容电压经两个回路LT1、VT1 、VT3 、LT3 和 LT2、VT2 、VT4 、LT4 放电；t4时刻VT1、VT4的 电流减小到零关断，直流侧电流Id全部转移到 VT2和VT3支路，换流结束。 。
VD3 VD4
u G1
0
t
u G2
0
t
u G3
q
0
t
u G4
0
t
uo io

a
)
b)
图6-9 单相桥式逆变电路工作原理图
当开关Q1、Q4闭合，Q2、Q3断开时，负载电 阻R两端的电压u0为正；Q1、Q4断开，Q2、Q3闭合 时，u0为负。这样交替轮换工作，即可把直流电 变成交流电。改变两组开: 关切换频率，可改变输
二、逆变电路的换流方式
1．器件换流 利用全控型器件自身的关断能力进行换流称为 器件换流。 2．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，即可实 现负载换流。 3．强迫换流 通过附加的换流装置，给欲关断的器件强迫施 加反向电压或反向电流:的换流方式称为强迫换
:
电压型逆变电路及波形
图6-13 电压型三相桥式逆变器的主电路 图6-14 三相桥式逆变器电压波形
:
电压型逆变电路工作原理
电路采用功率晶体管作为开关元件，由六个桥臂 组成。电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式是 180°导电方式，即每个桥臂的导电角度为180°，同 一组上下两个臂交替导电，因为每次换相都是在同一 相上下两个桥臂之间进行的，因此称为纵向换相。6个 管子控制导通的顺序为V1～V6，控制间隔为60°，这 样，在任一瞬间，将有三个臂同时导通。可能是上面 一个臂和下面两个臂，也可能是上面两个臂和下面一 个臂同时导通。逆变器输出的电压波形如图6-14所示。 由波形可以看出，改变三相逆变桥功率晶体管的导通 频率和导通顺序，可以得到不同频率和不同相序的三 相交流电。
在有源逆变状态下，直流回路的电压平衡方程式为Ud=Uβ，即
1.35sE20=1.35U2lcosβ
电机转差率为
s U2l cos
E20
上式表明，改变逆变角β的大小即可改变电动机的转差率，实现调速。

实验报告撰写与答辩
讲解实验报告的撰写要求和答辩技巧 ，提高学生的综合素质和能力。
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08
电力电子技术应用案例
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新能源发电系统中电力电子技术应用
光伏发电系统
最大功率点跟踪（MPPT ）技术、逆变器并网技术 、孤岛检测与保护技术等 。
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风力发电系统
变桨距控制技术、变速恒 频技术、直驱式永磁风力 发电技术等。
2024/3/26
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可控整流电路分析与应用
可控整流电路原理
可控整流电路通过控制触发角α的大小，实现对输出电压的调 节。
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可控整流电路应用
可控整流电路广泛应用于直流调速、电力拖动、电解、电镀 等领域。
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滤波电路原理与设计方法
滤波电路原理
滤波电路是利用电容、电感等元件对交流电的频率特性进行滤波，从而得到平 滑的直流电的电路。
高性能器件选择
选用高性能的功率器件和驱动电路，提高电路的工作频率和可靠性。例如，选用低导通电阻和低栅极电荷的 MOSFET可以降低电路的导通损耗和开关损耗；选用高耐压和高电流的IGBT可以提高电路的带负载能力等 。
系统优化与热设计
对系统进行全面的优化和热设计，确保电路在高负载、高温等恶劣环境下仍能稳定可靠地工作。例如，采用 合理的散热结构和风扇控制策略可以降低电路的工作温度；采用模块化设计可以提高电路的维修性和可扩展 性等。
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功率场效应晶体管（Power MOSFE…
阐述Power MOSFET和IGBT的结构、特点以及在电力电子电路中的 广泛应用。
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整流与滤波技术
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4.1 概述
器的基本原理 器的分类 器的性能指标
变器（VSI） 型方波逆变器 型阶梯波逆变器 型正弦波逆变器
PWM控制 SR空间电压矢量分布 电压矢量的合成 变器 型方波逆变器 型阶梯波逆变器
• DC-AC变换器是指能将一定幅值的直流输入电压（或 电流）变换成一定幅值、一定频率的交流输出电压（或 电流），并向无源负载（如电机、电炉、或其它用电器 等）供电的电力电子装置。
器的性能指标
逆变器（VSI）
型方波逆变器
型阶梯波逆变器
型正弦波逆变器
量PWM控制
VSR空间电压矢量分
电压矢量的合成 逆变器 型方波逆变器 型阶梯波逆变器
阶梯波 正弦波
π
a)
ud
DC-AC 1
T1
N1
N1' u1
DC-AC 2
T2
N2
N2' u 2
2. 阶梯波变换方式
2π t
•
由于这种多电平输出的交流波形 形似阶梯波形，因此采用方波叠 加的DC-AC变换方式即为交流阶 梯波变换，如图4-4a所示。
第4页/共73页
4.1.1 逆变器的基本原理
器的基本原理 器的分类 器的性能指标 逆变器（VSI） 型方波逆变器 型阶梯波逆变器 型正弦波逆变器 量PWM控制 VSR空间电压矢量分 电压矢量的合成 逆变器 型方波逆变器 型阶梯波逆变器
ud
Cd
+ -
Sa
Sb
负载
逆变器的原理拓扑
• 如何完成直流－交流这一变 换呢？
• 除了工业应用之外，逆变器在空调、冰箱等家用电器中也 有广泛应用。
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4.1 概述
器的基本原理 器的分类 器的性能指标

➢ t1必须在uo过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成
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4.1.2
换流方式分类
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 （Forced Commutation）
通常利用附加电容上储存的能量来实现，也称 为电容换流
S
VT +
负载
➢ 直接耦合式强迫换流——由换流电路内电容提供 换流电压
c. t2<t<t3,V1、V2截止，VD2通。负载电流方向： LR C1 Ud VD2 .此时负载向电容Cd反馈无功。
d. t3<t<t4,V1截止，V2通。负载电流方向为：
Ud C1 R L V2,此时负载消耗有功。
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4.2.1 单相电压型逆变电路
➢ io波形随负载而异，感性负载时，(图4-6b) ➢ V1或V2通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供能量 ➢ VD1或VD2通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈,暂存在直流
Rio L
uo
VD2 V4
VD4
d.忽略电路中的分布电感。 e. 逆变电路已达稳态。
图4-5 电压图5型-5 逆变电路 举例（全桥逆变电路）
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4.2.1
1．半桥逆变电路 ➢ 电路结构
➢ 工作原理 ➢ V1和V2栅极信号在一周期内各半周 正偏、半周反偏，互补 ➢ uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2
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b.零式电路：
负载中带有电感L，T1和T2交替导通和截 止，负载电路得到交替变化的电压和电流。
+
V1
V3
V5
Ud 2
VD1
VD3
VD5

行
04
设计与实现过程剖析
主电路设计思路
拓扑结构选择
根据应用需求和性能指标，选择合适 的逆变电路拓扑结构，如全桥、半桥 、推挽等。
元器件参数设计
磁性元件设计
针对逆变电路中的磁性元件，如变压 器、电感等，进行详细设计，包括磁 芯材料选择、匝数计算、气隙设置等 。
依据拓扑结构和性能指标，设计合适 的元器件参数，包括功率开关管、二 极管、电感、电容等。
控制策略优化
通过改进控制策略，如采用多电平技术、PWM 控制技术等，可进一步提高输出电压波形的质量 。
系统稳定性增强手段
稳定性分析方法
01
利用状态空间法、频域分析法等方法对逆变电路进行稳定性分
析，找出潜在的不稳定因素。
控制环路设计
02
通过合理设计控制环路，包括电流环、电压环等，确保系统在
不同负载和输入电压条件下均能保持稳定运行。
逆变电路工作原理ppt课件
演讲人： 日期：
目录
• 逆变电路基本概念与分类 • 逆变电路工作原理详解 • 关键器件与参数选择 • 设计与实现过程剖析 • 性能评估与优化措施 • 实验验证与结果分析 • 总结与展望
01逆变电路定义
将直流电能转换为交流电能的电 路。
作用
方波逆变电路将直流电转换为方 波交流电。它采用开关管（如晶 体管或MOSFET）进行高速切换 ，将直流电压逆变为方波电压输
出。
输出波形
方波逆变电路的输出波形为方波 ，具有陡峭的上升沿和下降沿。 方波电压的幅值和频率可以通过 控制开关管的切换速度和直流输
入电压来调节。
应用领域
方波逆变电路常用于一些对波形 要求不高的场合，如低功率照明
控制系统设计思路

通过控制半导体开关器件的通断，将直流输入转换为交流输出，实现 电能的逆向变换。
逆变电路的分类与特点
分类
按照输出交流的相数，可分为单 相逆变器和三相逆变器；按照逆 变电路的脉宽调制方式，可分为 方波逆变器和正弦波逆变器。
特点
高效节能、绿色环保、灵活方便 、可靠性高、维护成本低等。
逆变电路的应用场景
分布式电源
逆变电路在分布式电源系统中扮演着重 要的角色，将直流电源转换为交流电源 ，供给负载使用。
不间断电源
在计算机、通信、医疗等领域，不间断 电源需要提供稳定的交流电源，逆变电 路是不间断电源的核心组成部分。
电动汽车与充电桩
电动汽车在充电过程中，需要将直流电 能转换为交流电能供给充电桩，逆变电 路在此过程中发挥着关键作用。
实验平台的搭建与调试
实验平台的搭建
根据逆变电路的原理和要求，选择合 适的器件搭建实验平台，确保电路的 正确连接和稳定性。
实验平台的调试
对实验平台进行测试和调整，确保各 部分工作正常，为后续的实验和仿真 分析做好准备。
实验数据的采集与分析
使用合适的测量仪器和设备， 采集逆变电路的输入、输出电
压、电流等关键参数。
控制电路结构
脉冲宽度调制（PWM）
PWM是一种常见的逆变电路控制方法，通过调节半导体开关器件的开关时间来 控制输出电压和电流的大小。PWM控制方法具有简单、易于实现和调节精度高 等优点。
空间矢量调制（SVPWM）
SVPWM是一种基于PWM的控制方法，通过调节半导体开关器件的开关状态来 控制输出电压和电流的方向和大小。SVPWM控制方法具有更高的调节精度和更 好的输出波形质量。
03
人工智能与机器学习算法

负载中点和电源中点间电压
1 uNN' (uUN' uVN' uWN' ) 3 1 (uUN uVN uWN ) 3
u NN'
1 (u UN' u VN' u WN' ) 3
图5.7 逆变电路的工作波形
⑷ 根据电压和频率控制方法不同可分为

5.1.2 DC/AC变换的工作原理
⒈ 基本工作原理 单相桥式无源逆变电路，开关 S1、S2、S3、S4表示电力电 子开关器件的 4个桥臂，均为理想开关。 当开关 S1、S4闭合，S2、S3断开时， uo为正； 当开关 S1、S4断开，S2、S3闭合时， uo为负。 直流电转换为交流电。
+
V1
Ud 2
V3 VD1 U V VD4 V6 图5-9
V5 VD3 W VD6 V2 VD5 N VD2
N'
Ud 2

uG1
O
-
V4

uG2
O




ωt
ωt ωt ωt
uG3
O
uG4
O

uG5
O
ωt
uG6
O


ωt
5.2.2 三相电压型逆变电路
+
V1
Ud 2
V3 VD1 U V VD4 V6 图5-9
N'
Ud 2
uG1
V4
VD4
V6
VD6
V2
VD 2

任一瞬间，3个桥臂同时导通， O uG2 可能是上1下2个臂，也可能是 O uG3 上2个下1个臂同时导通。