浙江大学电力电子技术课件第4章第1部分(DC-AC)

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1、DC/AC=逆变(Inverter)第四章直流－交流变换(DC/AC)第4章DC-ACDC-AC概述直流-交流变换技术的研究内容及意义逆变器：直流变交流的电力电子变换器输出：方波和正弦波两大类，应用：不间断电源（UPS)、航空电源、舰船电源系统、交流电机调速、日光灯照明等，风能、太阳能等绿色可再生能源发电及并网的关键技术。逆变电源的主要应用场合恒频恒压(constantvoltage&constantfrequency,CVCF)交流电源：提供一个类似理想电网的恒压恒频特性，如不间断电源系统(uninterruptiblepowersupply，UPS)，光伏发电

2、系统，风能发电系统等。有源逆变器：典型输出负载是电网，如可再生能源并网发电。变频变压(variablevoltage&variablefrequency,VVVF)交流电源：如变频器，作为交流电机的驱动器。逆变器应用于太阳能光伏发电室内并网逆变器逆变器应用于风能发电系统逆变电路的分类：直流电源形式、电路结构、按功率器件、输出波形要求、所接负载能量传递情况、输出相数、开关器件工作情况、输出调制方式等分类。本课程主要讨论的逆变器：电压源型、输出正弦波、无源逆变器。Ch4直流－交流变换技术逆变电路的基本拓扑形式单相方波逆变电路单相SPWM正弦波逆变电路三相方波逆变电路三

3、相SPWM正弦波逆变电路逆变器PWM技术的优化单相全桥SPWM逆变器输出滤波器及控制系统设计本章主要讲授内容：Ch4.2逆变电路的基本拓扑形式推挽逆变结构：桥式逆变结构：桥式逆变结构的推广：如半桥、全桥、三相桥、多相桥、多电平桥式电路、多重化桥式电路等等。推挽电路全桥电路逆变与直流变换电路间内在联系全桥整流全波整流推挽电路全桥电路推挽逆变器电路结构逆变器主电路工作模式①工作模式②工作模式③电路工作过程波形示意图桥式逆变器电路结构桥式电路的基本拓扑结构及其实现形式全桥逆变电路半桥逆变电路电机绕组？Ch4.3单相方波逆变电路LCE1S1S2Zab+_uab(s)uo

4、(s)iL(s)E2输出方波的半桥逆变电路输出正弦波的半桥逆变电路输出方波的全桥逆变电路输出正弦波的全桥逆变电路UoUo方波全桥逆变电路分析全桥逆变电路全桥方波逆变基本工作波形iT画iT波形？id全桥逆变电路输出电压分析：(n=1,3,5,……)，其中ω=2πfs基波峰值：基波有效值：输出电压有效值：Ud-UdTs总谐波失真度THD（TotalHarmonicDistortion）：基波电压增益（直流母线电压利用率）：THD表征了一个实际波形同其基波的接近程度。半桥逆变电路输出电压分析：(n=1,3,5,……)，其中ω=2πfs基波峰值：有效值：基波电压增益：Ud

5、/2-Ud/2Ts全桥方波逆变电路的特点输出电压调节能力差：自身不具备电压调节能力，只能通过改变直流母线电压的大小来调节；【能够用调节占空比调输出吗？！】输出电压谐波含量丰富：THD=48.3%；直流输入母线电压利用率较高：0.9；输入无功电流大：每半个输出周期均有无功电流回馈到输入母线直流电压端。方波逆变器讨论：调节占空比（D）能够调节输出电压吗？@CCM，D=0.3@CCM，D=0.4@CCM，D=0.49零界连续DCM结论@CCM改变D,Vout不变，没有调节能力@DCM改变D,Vout改变调节能力：平时一般指CCM工作状态0.5DVoutDnie0.2CC

6、MDCMVo全桥相移式调压逆变电路两个共用直流母线的半桥电路产生的基波矢量差幅值随相移角α的变化而变化。输出电压脉冲宽度：两共用直流母线的半桥方波逆变电路输出基波电压的矢量图CCMDCM输出电压分析：傅立叶展开：各次谐波相对于基波幅值为谐波分布随脉冲宽度变化如右图所示。半波对称的偶函数(n=1,3,5,……)全桥移相式调压逆变电路的特点：在不改变电路结构的情况下通过改变控制信号相位变化来实现输出电压的调节，实际上是通过改变输出脉冲宽度来调节输出电压。输出谐波含量仍然很高，输出电压谐波含量随移相相位的变动而变化，输出电压的THD在移相相位约120度附近达到最小，但仍

7、高达20％以上，且主要为低次谐波，相对于方波逆变，并没有对THD性能做出本质改善。电路存在内部环流的工作状态，在此状态下电源与负载间没有能量交换而器件仍然载流，变换效率相对偏低。相对于方波逆变电路，移相逆变输出电压和功率只能向低方向调节。UoCh4.4单相SPWM逆变电路SPWM逆变调制技术：【SinusoidalPulseWidthModulation】逆变器控制中应用最为广泛。生成方法：正弦波作为调制波、三角波作为载波可分为单极性和双极性调制两类。SPWM逆变调制技术单极性SPWM调制原理双极性SPWM调制原理Ug1Ug2Ug3Ug4UabUg1Ug4Ug2U

8、g3Uab