7 无源逆变和变频

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1、第七章.无源逆变和变频7．1.概述7.1.1.逆变与变频的含义逆变：将直流电变换为交流电。有源逆变：将直流电逆变成与交流电网同频率的交流电输送给电网。例如，可控整流电路供给直流电动机负载时，就可能处于有源逆变状态。无源逆变：如果逆变输出的交流电与电网无联系，或者说，交流电仅供给具体用电设备，则这种逆变称为无源逆变。1变频：将一种频率的电源变换为另一种频率的电源。直交变频：将直流电变换为所要求的频率或频率可调的交流电；交交变频：将固定频率的交流电直接变换为频率可调的交流电。只有无源逆变能用于变频；有源逆变不能变频。但是，无源逆变不等于变频，它可以恒频，也可以变频。

2、有源逆变和交交变频均与交流电网相连，可以利用电网换流；无源逆变和直交变频，必须用负载换流或强迫换流。2本章如不注明，所提逆变和变频都是指无源逆变和直交变频。逆变器的工作原理如图：37.1.2.逆变和变频的两种类型1）.电压源型和电流源型逆变器在直流侧并联大电容C来缓冲无功功率称为电压源型（亦称恒压源型或电压型）逆变器和变频器，如图52（a）所示。它因用电容滤波，直流电压基本无脉动，直流回路呈低阻抗，属于电压强制方式。4逆变器输出交流电压波形接近于矩形波，输出动态阻抗小。所有电压源型的逆变器，由于直流侧电压极性不允许改变，回馈无功能量时，只能改变电流通路，为此必须

3、设有反馈二极管为感性负载滞后的电流iO提供通路。在直流回路中串以大电感储存无功功率，称为电流源型（亦称恒流源型或电流型）逆变器和变频器。57.2.负载换流逆变器7.2.1.晶闸管的换流1）.换流（commutation）：亦称换向或换相，就是指电流按要求的时刻和次序从一个晶闸管器件转移到另一个晶闸管器件的过程。62）常有两种方法：一是在阳极回路加进大的阻抗，另一是在晶闸管阳阴极间施以反向电压。后者是通常使用的方法。7a）.电网换流或电源换流：由交流电源供电的晶闸管变流器中，由于电源电压作正负交替变化，只要合理安排触发脉冲，就可使导通的晶闸管承受反压而关断，这种换

4、流方式称为电网换流或电源换流。8b）.负载换流或强迫换流：在由直流电源供电的晶闸管变流器中，例如斩波器和直交变频器由于晶闸管始终承受正向电压，导通后便无法关断，不可能实行电网换流，这时必须用负载换流或强迫换流。凡是具有电流过零或提供一定超前电流的负载，均能使变流器自然换流。由于大多数负载都具电感性，为了实现负载换流，可以串以或并以电容，使之成为容性阻抗，电流超前电压，则当电流降为零时，负载电压不为零，该电压对晶闸管形成反压，只要反压时间大于关断时间，便可将晶闸管关断，此为负载换流。9强迫（或强制）换流需要专门的换流环节或电路，它可使晶闸管在任何需要的时刻关断。换

5、流环节的作用是利用储能元件（一般用电客器）中的能量或者用电感电容组成的谐振回路，对原来导通的晶闸管强行施加反向电压，使之电流迅速下降为零。10在这种换流方式中，电容器只用来关断晶间管元件而不像负载换流中用来补偿滞后的无功电流（后者由直流回路中的储能元件提供），所以电容值较小。电网换流和负载换流都是利用外部能量来关断晶闸管，所以又称为自然换流。强迫换流则要借助于变流器内部储藏的能量或手段来关断晶闸管。为了寻求换流的可靠性和高效率，人们已研制出各种形式的强迫换流电路和方法。11晶闸管斩波器的换流图（b）中换流电路由VT2、L、C和VD1、VD2等构成。12电容C上充

6、好图示极性电压。当欲关断主晶闸管VT1时，触发导通辅助晶闸管VT2，C和电感L便形成谐振回路，半个谐振周期后，谐振电流iL过零反向，VT2自然关断，iC经二极管VT2和VT1形成回路，它对VT1是反向电流。当谐振电流ic达到负载电流Id时，VT1关断。ic超过Id的时间就是VT1承受反压的时间，这时电流ic经由二极管VD1流过。13逆导晶闸管在斩波器电路和下章要讲的电压型逆变电路中，晶闸管需要反并联一个二极管。逆导晶闸管正是根据这一应用要求而发展的一种派生器件。14负载换流逆变器是指利用负载电流相位超前电压或有超前功率因数的特性来实现晶闸管的换流，而不用附加专门

7、的换流电路。7.2.2.RLC串联谐振逆变器对功率因数很低的感性负载．如串联电容进行补偿，则可构成谐振逆变器。其中R、L为负载的等效阻抗，C为补偿电容。为了使RLC串联谐振能在一个周期内持续进行．这里加了二极管VD1～VD4与晶闸管VTI～VT4反向并联构成谐振通路。15由电路分析可知，如果满足：则RLC串联电路便形成谐振过程。一个振荡周期的电流通路和波形如图所示。1617+-18(2).ωG=ωO,即：谐振周期TO=TG，则两谐振过程电流正好衔接，这是电流由断续到连续的临界情况。虽然这时每一周期的输出功率并没有增加，但由于输出频率较前增加了，使总的输出功率有所

8、增加。+-19（3）.ω