电力电子技术基础 教学课件 作者邢岩 第4章 DC-AC变换电路.ppt

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1、第4章DC-AC变换电路主要内容：4.1概述4.2电压型DC-AC变换电路4.3电流型DC-AC变换电路4.4谐振式逆变电路4.5DC-AC变换的多重化技术和多电平逆变电路4.6变频器4.7软开关技术在DC-AC变换中的应用4.8小结4.1概述DC-AC变换电路是将直流电(DC)转换为交流电(AC)的电路，即通常所说的逆变电路。其应用非常广泛：在已有的直流中，向交流负载供电时，就需要逆变电路；在高压直流输电中，换流站中的高压大容量逆变器更是不可或缺的核心设备之一；由公共电网向各种交流负载供电时，往往需要采用电力电子逆变装置将电网电能转换成所需频率和电

2、压的电能，这一过程常被称为变频，变频系统的核心实际上也是逆变电路。变频的实现方式交交直接变频：传统形式为多组反并联晶闸管可逆桥式变流器组成，基于相控整流技术，采用电网自然换流实现交流到交流的直接变换，效率较高，能四象限运行。但这种电路使用晶闸管较多，输出频率低，功率因数低；矩阵式变换器是一种新型交交变频电路，它采用多个双向开关实现N相输入—M相输出的交叉连接，换流效率非常高，能实现四象限运行和任意功率因数，控制特性好，电源侧和负载侧谐波含量少，但矩阵变换器要求较高频率的双向开关，控制相对也较复杂。交直交变频：由交直变换电路和直交变换电路两部分组成，前

3、一部分属整流电路，后一部分就是DC-AC逆变电路。交直交变频形式是目前最主要的变频方式，并将在今后很长一段时期内继续占据主导地位逆变电路分类按换流方式分类：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。在采用IGBT、功率MOSFET、GTO、GTR等全控型器件的电路中，其换流方式即为器件换流。负载换流：由负载提供换流电压称为负载换流，通常采用的是负载谐振换流。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流。器件换流只适用于全控型器件，其余两种方式主要用于半控型器件如晶闸管的换流。按直流电源

4、分类：电压型逆变器：在直流母线上并联有大电容，抑制母线电压纹波，直流测可近似看作一个理想电压源。电流型逆变器：在直流测串联有大电感，可以抑制输出直流电流纹波，使得直流测可以近似看作一个理想电流源。按交流输出类型分类：当变换装置交流侧接在电网上，把直流电逆变成同频率的交流电回馈到电网上去，称为有源逆变。当变换装置交流侧和负载连接时，将由变换装置直接给电机等负载提供频率可变的交流电，这种工作模式被称为无源逆变。按输出电平分类按控制方式分类按电路拓扑结构分类按输出电压相数分类4.2电压型DC-AC变换电路4.2.1电压型单相逆变电路4.2.2电压型三相全桥

5、式逆变电路4.2.1电压型单相逆变电路1.电压型单相半桥式逆变电路电路特点：直流侧接有很大的滤波电容，从逆变器向直流侧看过去，有两个桥臂，每个桥臂由一个开关器件和一个反并联二极管组成。在直流侧接有两个串联的大电容，用于直流环节的滤波，稳定直流电压相当于一个内阻很小的电压源，两个电容的连接点为直流电源中点，负载接在直流电源中点和两个桥臂中点之间。控制方式：开关器件T1和T2在一个输出电压基波周期T0内互补地施加触发驱动信号，且两管驱动信号时间都相等当T1导通T2关断时，当T2导通T1关断时，所以电压波形为占空比为50％的方波。改变T1和T2的驱动信号的

6、频率，即可以改变输出电压的频率，输出电压的基波频率输出电压：傅里叶级数形式：输出电压基波幅值：输出电压基波有效值：n次谐波幅值：输出电流电阻负载：感性负载：当负载中含有电感成分时，由于电感上电流不能突变，因此电流波形相当于经过了一个低通滤波环节，波形更接近于正弦波瞬时负载电流：其中n次谐波阻抗相角基波电流：死区互锁时间：为防止T1和T2同时导通，在T1和T2的驱动信号切换过程中加入一定宽度的死区互锁时间，让上下桥臂的开关同时处于关断状态。加入死区时间会影响实际输出电压的幅值半桥逆变电路总结优点：原理简单，使用器件少缺点：输出交流电压的幅值较低，基波幅

7、值仅为，且直流侧需要两个电容器串联，工作时还要控制两个电容器电压的平衡半桥电路常用于几kw以下的小功率逆变电源2.电压型单相全桥式逆变电路电路特点：全桥电路可看作由两个半桥电路组成，有四个桥臂，包括四个可控开关器件及反并联二极管，在直流母线上通常还并联有滤波电容。控制方式：T1和T4同时开通和关断，T2和T3同时开通和关断（存在一定的死区）。当T1和T4开通时，负载端电压为，当T2和T3同时开通时，。输出电压：傅里叶级数形式：输出电压基波有效值：输出电流电阻负载：感性负载：时，开关管T1、T4被触发，当负载电流由a流向b时，电流流经开关管T1、T4，

8、当负载电流由b流向a时，经过D1、D4续流时，开关管T2、T3被触发，当负载电流由b流向a时，电流流经开关管