逆变电力电子技术

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1、第四章．逆变电路逆变逆变——与整流相对应，直流变成交流交流侧接电网，为有源逆变交流侧接负载，为无源逆变本章讲述无源逆变逆变与变频变频电路：交交变频和交直交变频两种交直交变频由交直变换和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变引言逆变电路的应用蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时，需要逆变电路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本章仅讲述逆变电路基本内容，第7章和第10章进一步展开有关逆变电路的内容4.1换流方式4.1.1逆变电路的基本工作原理单相桥式逆变电路为例S1~S4是桥式电路的

2、4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正图4-1逆变电路及其波形举例4.1.1逆变电路的基本工作原理S1S4断开，S2S3闭合时，uo为负，把直流电变成交流电改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率电阻负载时，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4-1b）t1前：S1、S4通，uo和io均为正t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，uo变负，但io不能立刻反向io从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感能量向电源反馈，io逐渐减小，

3、t2时刻降为零，之后io才反向并增大4.1.2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，也称换相开通：适当的门极驱动信号就可使其开通关断：全控型器件可通过门极关断半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断研究换流方式主要是研究如何使器件关断本章换流及换流方式问题最为全面集中,因此在本章讲述4.1.2换流方式分类1.器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流（DeviceCommutation）2.电网换流由电网提供换流电压称为电网换流（LineCommutation）可控整流电

4、路、交流调压电路和采用相控方式的交交变频电路不需器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加元件3.负载换流由负载提供换流电压称为负载换流（LoadCommutation）负载电流相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流负载为电容性负载时，负载为同步电动机时，可实现负载换流4.1.2换流方式分类基本的负载换流逆变电路：采用晶闸管负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容性电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入直流侧串入大电感Ld，id基本没有脉动图4-2负载换流电路及其工作波形4.1.2换流方式分类工作过程（工作波形

5、图4-2b）4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩形波负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，uo波形接近正弦t1前：VT1、VT4通，VT2、VT3断，uo、io均为正，VT2、VT3电压即为uot1时：触发VT2、VT3使其开通，uo加到VT4、VT1上使其承受反压而关断，电流从VT1、VT4换到VT3、VT2t1必须在uo过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成4.1.2换流方式分类4.强迫换流设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流（ForcedCo

6、mmutation）通常利用附加电容上储存的能量来实现，也称为电容换流直接耦合式强迫换流——由换流电路内电容提供换流电压VT通态时，先给电容C充电。合上S就可使晶闸管被施加反压而关断图4-3直接耦合式强迫换流原理图4.1.2换流方式分类电感耦合式强迫换流：通过换流电路内电容和电感耦合提供换流电压或换流电流两种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图4-4电感耦合式强迫换流原理图给晶闸管加上反向电压而使其关断的换流也叫电压换流（图4-3）先使晶闸管电流减为零，然后通过反

7、并联二极管使其加反压的换流叫电流换流4.1.2换流方式分类器件换流——适用于全控型器件其余三种方式——针对晶闸管器件换流和强迫换流——属于自换流电网换流和负载换流——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，则称为熄灭逆变电路概述1．按换流方式分类：a.有源逆变电路：利用电网电压作为换流电压，以强制逆变电路导电臂间电流的转移，且关断退出工作的开关器件（MOSFET，GTR，IGBT）。b.负载换流逆变电路：适用于能够提供超前电流的负载，利用负载端压作为换流电压。c.自换流逆变电路:利用自关断元件构成逆变电

8、路，或在晶体管逆变电路中设置独立的换流电路。2．按逆变电的结构分类：a.桥式电路与整流电路对比，电源与负载的位置正好倒置电源　　　　　　　　负载整流中：交流电网　　滤波器及其直流