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
2、工作原理 1）整流状态（0≤α﹤90°）
Voltage Source Inverter-VSI
直流侧是电压源 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 Current Source Inverter-CSI
5.3.1 单相半桥电压型逆变电路
电路结构特点 由两个桥臂组成，每个桥臂 为一个可控器件和一个反并 联二极管并联。 直流侧有两个串联的大电容， 两个电容的联结点为直流电 源的中点。 负载连接在直流电源中点和 两个桥臂的联结点之间。 C容量较大，O点电位基本 不变，A点电位取决于器件 导通情况。
5.4 电流型逆变电路

单相电流型逆变电路

三相电流型逆变电路
5.4.1 单相电流型逆变电路

并联谐振单相全桥电流型逆变电路
由四个桥臂构成，每个 桥臂的晶闸管各串联一 个电抗器，用来限制晶 闸管开通时的di/dt。 工作方式为负载换相。 电容C和L 、R构成并 联谐振电路。 输出电流波形接近矩形 波，多用于中频加热电 源。
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io 和uo的波形相同，相位也 相同。 阻 感 负 载 时 ， io 相 位 滞 后于uo，波形也不同。
注意电路的功率流向
5.3 电压型逆变电路
根据直流侧电源性质的不同
电压型逆变电路——又称为电压源型
2）逆变状态（90°﹤α≤180°）
逆变是将电机吸收的直流电能转变成交流反馈回电网。
由于晶闸管的单向导电性，负载电流Id不能改变方向，只有
将E反向，即电机作发电运行才能回馈电能；为避免 Ud与E 顺接，此时将 Ud 的极性也反过来，如上图 b 示。要使 Ud 反 向，α应该大于90°。
5.4 电流型逆变电路

直流电源为电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。
电流型逆变电路主要特点：
(1) 直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源。
(2) 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。 (3) 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。
2）须有外接的提供直流电能的电源E。E也要能改变极性， 且有 E U d （外部条件）。
5.2.1 无源逆变电路

按输入电源特点
电压源逆变电路 电流源逆变电路
按电路结构特点
半桥、全桥

按主电路的器件 全控型逆变电路、半控型逆变电路 按输出波形特点
正弦式、非正弦式逆变电路
5.2.2 换流方式
5.2.3 逆变电路的基本工作原理
以单相桥式逆变电路为例
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。
5.2.3 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。
直流电
交流电
5.2.3 逆变电路的基本工作原理
18
5.3.1单相半桥电压型逆变电路 优点：电路简单，使用器件少。 缺点：输出交流电压幅值为 Ud/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。
5.3.2
单相全桥电压型逆变电路
共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成， 直流侧只有一个电容。 两对桥臂交替导通180°。
5.3.3 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
应用最广泛
假想中点
5.3.3 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。 ■三相桥式逆变电路 ◆基本工作方式是180°导电方式。 ◆同一相（即同一半桥）上下两臂交替导电，桥臂1-桥臂6开始导 电的相位依次差60°，任一瞬间有三个桥臂（两个上臂一个下臂或者 一个上臂两个下臂）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。
5.4.1 单相电流型逆变电路

工作过程分析
四个工作阶段：两个导通 阶段和两个换流阶段。
t1-t2：VT1和VT4稳定导通 阶段，iｏ=Id，t2时刻前在C 上建立左正右负的电压。 t2-t4：t2时触发VT2和VT3 开通，因为两管承受正向电 压，所以能够导通，电路进 入换流阶段。
5.4.1 单相电流型逆变电路
控制极关断方式（又称器件换流方式）
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。
阳极关断方式 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。

V W UV
图5-11 电流型三相桥式逆变电路
Id t
U
t
t
O
t
图5-14 电流型三相桥式逆变电 路的输出波形
5.4.2 三相电流型逆变电路
波形分析
输出电流波形和负载性质无关， 正负脉冲各120°的矩形波 输出电流和三相桥整流带大电 感负载时的交流电流波形相同， 谐波分析表达式也相同 输出线电压波形和负载性质有 关，大体为正弦波。
t t t
O
WN'
O U
d
UV
O u u
NN' UN
t
U
6 2 U 3
d d
(4-4)
O O
U
3
t
d
t
◆负载各相的相电压分别为
iU
g)
O i
d
t
(4-5)
h)
O
t
图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形
25
u
a)
UN'
O u
VN'
◆把上面各式相加并整理可求得
U
2
d
t
b)
O
u
c)
t t
U
d
WN'
当α等于零时，输出电压瞬时值ud在整个周期内全部为正；
当90°>α>0时，ud在整个周期内有正有负，但正面积总是 大于负面积，故平均值Ud为正值，其极性是上正下负，如 上图a。通常Ud略大于E，此时电流Id从Ud的正端流出，从 E 的正端流进。电机 M 吸收电能，作电动运行，电路把从 交流电网吸收的电能转变成直流电能输送给电动机，电路 工作在整流状态，电机M工作在电动状态。
换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过 程，也称为换相。
器件开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。 器件关断： 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。
5.2.2 换流方式
逆变电路
本章主要内容 逆变种类与换流方式 电压型逆变电路Voltage source inverter
(VSI) (CSI)
电流型逆变电路Current source inverter SPWM逆变电路
逆变电路

逆变的概念
逆变是与整流相对应的，指直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变。 —— 可控整流电路工作在逆变状态，把该电路的 交流侧接到交流电源上，把直流电逆变成与交流 电源同频率的交流电返送到电源。 交流侧接负载，为无源逆变。 —— 可控整流电路的交流侧不与电源联接，而直 接接到无源负载。
负载换流（Load Commutation） 强迫换流（Forced Commutation）
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， 而是在支路内部终止流通而变为零，则称 为熄灭。