电力电子电路第4章 直流-交流变换电路课件.ppt

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1、第4章直流-交流变换电路电力电子技术第4章直流-交流变换电路将直流电变成交流电，即DC-AC变换称为逆变，它是将交流电变换成直流电(AC-DC变换)的逆过程。根据逆变后交流电能使用方式，逆变又分成两类：将直流电逆变成与电网同频率的恒频交流，并输送回电网，称为有源逆变，可控整流器在满足逆变条件下即可运行在有源逆变状态；将直流电逆变成频率可变的交流电，并直接供给交流负载，称为无源逆变。不加说明时，逆变电路一般多指无源逆变电路，本章讲述的就是无源逆变电路。第4章直流-交流变换电路逆变经常和变频的概念联系在一起。只有无源逆变能实现变频，但无源逆变不等于变频。逆变与变频在概念上既有联系，又有

2、区别。变频是指将一种频率的交流电变换成另一种频率的交流电的过程。变频也有两种变换形式：一种是把某个频率的交流先经整流变换成直流，再经无源逆变变换成可变频率的交流，称为交-直-交变换（AC-DC-AC变换），它由交-直变换电路和直-交变换电路两部分组成，前一部分是整流电路，后一部分就是本章所要讲述的无源逆变电路。另一种是把某个频率的交流直接变换成另一种可变频率的交流，称为交-交变换（AC-AC变换），也称交-交直接变频，这部分内容将在第5章讨论。第4章直流-交流变换电路逆变电路的应用非常广泛。在已有的各种电源中，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时

3、，就需要逆变电路。另外，交流电机调速用变频器、不间断电源等电力电子装置使用非常广泛，其电路的核心部分都是逆变电路。所以DC-AC变换技术是电力电子电路中最为重要的变换技术。逆变电路可以从不同的角度进行分类。如按换流方式可分为电网换流、负载谐振式换流和强迫换流；按输出相数可分为单相逆变电路和三相逆变电路；按直流电源的性质可分为电压源型逆变电路和电流源型逆变电路两大类。第4章直流-交流变换电路在DC-AC变换中有两个问题值得关注。一个是换流问题，另一个是输出电能质量控制问题。电流从一个支路向另一个支路转移的过程称为换流，也常被称为换相，换流的过程伴随着器件的导通与关断过程。从断态向通态

4、转移时，无论支路是由全控型还是由半控型电力电子器件组成，只要给门极适当的驱动信号，就可以使其开通。但从通态向断态转移的情况就不同，对于全控型器件而言，可以采用控制信号来控制器件的通断，而对于半控型器件的晶闸管就存在如何关断问题，特别是工作在电压极性不变的直流电源条件下的晶闸管逆变电路，必须利用外部条件或采用其他措施才能使其关断。第4章直流-交流变换电路4.1逆变电路的基本原理及换流方式4.2逆变电路的类型4.3电压型逆变电路4.4电流型逆变电路4.5多重逆变电路和多电平逆变电路4.6正弦脉宽调制（SPWM）逆变电路4.1逆变电路的基本原理及换流方式VT1、VT4与VT2、VT3成对

5、导通。VT1、VT4导通时，输出电压uO为左正右负；VT2、VT3导通时，输出电压uO为左负右正。这两对晶闸管轮流切换导通，就把直流电变成了交流电，则负载上便可得到交流电压uO，如图c所示。控制两对晶闸管的切换导通频率就可调节输出交流频率，改变直流电压E的大小就可调节输出电压的幅值。这就是逆变电路最基本的工作原理。单相桥式逆变电路4.1逆变电路的基本原理及换流方式要使逆变电路稳定工作，必须解决导通晶闸管的关断问题，即换流问题。关断已导通的晶闸管有两种方法：一是在晶闸管阳极电路中串入大电阻，使其阳极电流降至维持电流以下而关断；二是使晶闸管承受阳极反压并维持一定的时间t0，且t0应大于

6、晶闸管的关断时间tq。在DC-AC变换器中，晶闸管工作在恒定不变的阳极电压下，因此，正确可靠换流的关键是解决如何施加反向阳极电压使功率器件关断的技术问题。4.1逆变电路的基本原理及换流方式利用电网交流电压自动过零变负的特点，在换流时，把负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上，使晶闸管承受反向阳极电压而关断。此方法简单，无需附加换流电路，称为自然换流，常用于可控整流电路、有源逆变电路、交流调压和相控交-交变频电路。这种换流方式不需要器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加任何元件，但是不适用于没有交流电网的无源逆变电路。常用的晶闸管换流方法有3种：4.1.1电网换流电网换流、负载谐振式

7、换流、强迫换流。4.1逆变电路的基本原理及换流方式4.1.2负载谐振式换流由负载提供换流电压称为负载换流（LoadCommutation）。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。当负载为同步电动机时，由于可以控制励磁电流使负载呈现为容性，因而也可以实现负载换流。4.1逆变电路的基本原理及换流方式4.1.2负载谐振式换流4.1逆变电路的基本原理及换流方式4.1.2负载谐振式换流负载换流逆变电路4个桥臂均由晶闸