电力电子技术 课件 第4章 逆变电路.ppt

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1、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。24.1换流方式4.1.1逆变电路的基本工作原理4.1.2换流方式分类3

2、4.1.1逆变电路的基本工作原理■以单相桥式逆变电路负载a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2◆当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，uo为负。◆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。图4-1逆变电路及其波形举例44.1.2换流方式分类■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。◆研究换流方式主要是研究如何使器件关断。■换流方式分为以下4种◆器件换流（DeviceCommutati

3、on）☞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。◆电网换流（LineCommutation）☞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。54.1.2换流方式分类a)uωtωtωtωtOOOOiit1b)ouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4图4-2负载换流电路及其工作波形◆负载换流（LoadCommutation）☞由负载提供换流电压的换流方式。☞负载电流的相位

4、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。☞图4-2a是基本的负载换流逆变电路，整个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性，直流侧串大电感，工作过程可认为id基本没有脉动。√负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小，所以uo接近正弦波。√触发VT2、VT3的时刻t1必须在uo过零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完成。64.1.2换流方式分类◆强迫换流（ForcedCommutation）☞设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。☞通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换流。☞直接耦合式强迫换流√如图4-3，当晶

5、闸管VT处于通态时，预先给电容充电。当S合上，就可使VT被施加反压而关断。√也叫电压换流。图4-3直接耦合式强迫换流原理图74.1.2换流方式分类☞电感耦合式强迫换流√图4-4a中晶闸管在LC振荡第一个半周期内关断，图4-4b中晶闸管在LC振荡第二个半周期内关断，注意两图中电容所充的电压极性不同。√在这两种情况下，晶闸管都是在正向电流减至零且二极管开始流过电流时关断，二极管上的管压降就是加在晶闸管上的反向电压。√也叫电流换流。图4-4电感耦合式强迫换流原理图84.1.2换流方式分类■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

6、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。94.2电压型逆变电路4.2.1单相电压型逆变电路4.2.2三相电压型逆变电路104.2电压型逆变电路·引言■根据直流侧电源性质的不同，可以分为两类◆电压型逆变电路：直流侧是电压源。◆电流型逆变电路：直流侧是电流源。■电压型逆变电路的特点◆直流侧为电压源或并联大电容。◆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。图4-5电压型逆变电路举例（全桥逆变电路）11

7、4.2.1单相电压型逆变电路a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2图4-6单相半桥电压型逆变电路及其工作波形■半桥逆变电路◆工作原理☞设开关器件V1和V2的栅极信号互补。☞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。12