第4章 无源逆变电路 工学硕士电力电子技术课件.ppt

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1、第4章无源逆变电路把直流电变换成交流电称为逆变。完成逆变功能的电路叫逆变电路，实现逆变过程的装置称为逆变器。有源逆变交流侧接在交流电网上无源逆变交流侧直接和交流用电负载相接教学要求:(1)掌握逆变电路的基本结构、工作原理和特点，PWM控制方法的理论基础、波形生成方法，SPWM逆变电路的控制方式；(2)了解逆变电路的多电平化和多重化；(3)学会无源逆变电路的设计方法。4.1概述绝大多数逆变电路都采用全控型器件，小功率多用MOSFET,中功率多用IGBT，大功率则用GTO。4.1.1逆变电路的类型（1）根据输入直流电源的类型可分为电压源型逆变电路(VSI)和电流源型逆变电路

2、（CSI）电压源型的输入端并接有大电容，是为了保证电压稳定，形成平稳的直流电压，同时为交流侧无功电流提供通路；电流源型的输入端串接有大电感，是为了保证电流稳定，形成平稳的直流电流。同时也为来自逆变侧的无功电压分量提供支撑，维持电路电压平衡，保证无功功率流传。（2）根据输出交流电压的性质可分为恒频恒压正弦波逆变电路和方波逆变电路，变频变压逆变电路，高频脉冲电压（电流）逆变电路。（3）根据逆变电路结构的不同可分为半桥式、全桥式和推挽式逆变电路。（4）根据所用电力电子器件的换流方式不同，可分为自关断、强迫关断、电网换流（有源逆变电路）、负载谐振换流逆变电路等。实际应用中大都是

3、采用单相或三相，单相逆变电路适用小功率，三相逆变电路适用于中、大功率。4.1.2逆变电路的基本工作原理当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u0为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压u0为负。4.1.3逆变电路的基本构成1．逆变主电路：由开关器件等组成，是能量变换的主体。2．驱动与控制电路：按照要求产生一系列的控制信号，对主电路实现逆变控制，完成逆变电路的调压、调频或稳压、稳频等功能。3．输入、输出电路输入电路是为了保证直流电源为恒压源或恒流源，必须设置储能元件。电容元件能保证电压稳定，电感元件可保证电流稳定。输出电路主要是滤波电路；对于隔离式

4、逆变电路，还应包含逆变变压器；对于闭环控制的逆变电路还应包括输出量检测电路，使输出量反馈到控制电路。4．辅助电路包括辅助电源和保护电路等。辅助电源是为电路中各个部分提供直流工作电压。保护电路是防止在故障或非正常情况下电路受到破坏。4.1.4逆变电路输出波形性能指标逆变电路输出交流电波形除基波外总含有谐波。1．谐波系数HF（Harmonicfactor）2．总谐波系数THD（Totalharmonicdistortionfactor）3．畸变系数DF（Distortionfactor）当，则谐振频率为了表征经LC滤波后负载电压波形还存在畸变的程度引入畸变系数对于第n次谐波

5、的畸变系数4．最低次谐波LOH（Lowestorderharmonic）其它性能指标：（1）逆变效率；（2）单位重量（或体积）输出功率；（3）可靠性指标；（4）逆变电路输入电流交流分量的数值和脉动频率；（5）电磁干抗EMI及电磁兼容性EMC。4.2电压源单相方波逆变电路4.2.1半桥逆变电路假定：（1）电力电子开关器件无损耗、无时延，开关状态的切换在瞬间完成；（2）给逆变电路供电的为理想直流电压源，直流侧电压无脉动且不受负载影响；（3）负载为理想负载，变压器和电抗器无直流内阻、铁心不饱和。直流侧大电容分压，且CO1=CO2，控制信号互补，即ug1>0时,ug2=0；ug

6、2>0时，ug1=0。1．输出电压分析当期间，VT2导通，VT1关断，这时式中，为输出电压基波角频率；为输出电压基波频率。当期间，VT1导通，VT2关断，这时输出电压的基波有效值注意：先断后通（1）电阻负载(电流电压波形一致）2．负载电流分析（2）电感性负载缺点：输出交流电压的幅值低，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均衡。可见，当VT1或VT2通态时，负载电流和电压同方向，直流侧电源向负载提供能量。而当VD1或VD2通态时，负载电流和电压反向，负载电流也在减小，电感中储存的无功能量向直流侧反馈，并暂存在电容中，直流侧的电容器起着缓冲无功能量的作

7、用。二极管称为反馈二极管或续流二极管。优点：简单、使用器件少；半桥逆变电路只适用于小功率逆变电路。4.2.2全桥逆变电路当期间，VT1、4导通，VT2、3关断，这时当期间，VT2、3导通，VT1、4关断，这时基波电压有效值特点：变换的容量较大，在实际中得到了广泛的应用。4.2.3推挽式逆变电路VT1导通，VT2关断，，uo为正值方波；VT2导通，VT1关断，，uo为负值方波。若输出变压器的变比为K，则输出方波电压的幅值为Ud/K。特点：开关器件的数量较少，但是当开关器件关断时承受的电压比全桥逆变电路高一倍；而且还必须有一个带中心抽头的变压