电力电子技术 第3章 无源逆变和变频

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1、第3章无源逆变和变频3.1无源逆变的概念3.4晶闸管三相逆变电路3.3交-直-交变频器的构成和控制模式3.2用于开关电源的逆变电路9/25/202113.1无源逆变的概念及应用有源逆变是将逆变器输出的交流电能回送到交流电网，因此逆变器输出的电压的幅度、频率以及相位都必须与电网电压统一。逆变是把直流电能变换成交流电能的过程，实现这种功能的装置叫做逆变器。无源逆变是指逆变器输出的交流电能直接供给负载而不送往交流电网。9/25/202123.1无源逆变的概念及应用无源逆变电路多与其它电力电子变换电路组合形成具有特殊功能的电力电子设备。如无源逆变器与整流器组合为交-直

2、-交变频器。整流和无源逆变的另一种组合是开关电源。9/25/202133.2.1全桥式逆变器U为直流电源，作为逆变器的能源。S1~S4为四个电力电子开关，开关为全控型，可以控制开通也可控制关断，但开关均为单向的，电流只能从图的上端流向下端。因此多数全控型电力电子器件如GTR、IGBT、MOSFET等都可用来做此开关使用。四个二极管VD1~VD4均与一个开关反并联，其作用是续流，在负载为感性时为电流提供通路。9/25/202143.2用于开关电源的逆变电路逆变器3.2.1全桥式逆变器3.2.2半桥式逆变器3.2.3三相无源逆变器9/25/202153.2.1全桥

3、式逆变器S1、S4同步动作，S2、S3同步动作，S1、S4开通时S2、S3关断，此状态持续时间为T；S2、S3开通时S1、S4关断，该状态持续的时间也为T。按照图3-4所示的电压方向，在S1、S4导通时，负载电压uO=U；S2、S3导通时uO=-U。负载电压有效值UO为负载电压中基波成分的有效值U1为对于电阻性负载，负载电流的波形与负载电压相同，也为矩形波。但如果负载是电感性的，由于电感电流不能突变，电流波形将发生改变，呈指数规律变化。9/25/202163.2.1全桥式逆变器对n次谐波电流可有下式计算公式为：其中Umn为n次谐波电压的振幅值。为n次谐波的阻抗

4、角。9/25/202173.2.2半桥式逆变器半桥式逆变电路的主电路如图所示。主电路仍是桥式拓扑结构，有两个桥臂改为两个电容器C1、C2。这两个电容器电容量相等且电容量很大，保证电路工作时每个电容器两端的电压均为电源电压的二分之一。半桥式电路的负载基波电压有效值为9/25/202183.2.3三相无源逆变器直流电源可能是电压源，也可能是电流源电子开关可以与单相桥式电路一样采用全控型电力电子器件，如GTR、IGBT、GTO等。9/25/202193.3.1电压源型三相逆变器3.3.2无源逆变电路的控制模式3.3交-直-交变频器的构成和控制模式交-直-交变频器PW

5、M基本原理PWM控制方法9/25/2021103.3.1电压源型三相逆变器180度导电型各区间采用电容滤波直流电源为一电压源电容滤波9/25/2021113.3.1电压源型三相逆变器180度导电型线电压的波形180度导电型相电压的波形9/25/2021123.3.1电压源型三相逆变器120度导电型各区间晶闸管导通情况和各相电压、线电压的数值。9/25/2021133.3.1电压源型三相逆变器120度导电型相电压的波形120度导电型线电压的波形9/25/2021143.3.1电流源型三相逆变器电流源型变频器的主电路结构采用电感滤波9/25/2021153.3.1

6、电流源型三相逆变器如果负载是星型连接，线电流就是相电流；如果负载是三角形连接，可由线电流求出相电流。在桥臂6、1导电时，线电流iC=0，负载电路相当于ZBC和ZCA串联后又与ZAB并联，然后接于电源。设电路工作在120º导电方式，由于电源为恒流型，任何一个桥臂导电，与之连接的线电流的绝对值为电源电流I，桥臂1、3、5导电时，与之连接的线电流为正；桥臂4、6、2导电时，与之连接的线电流为负。9/25/2021163.3.2无源逆变电路的控制模式——PWM基本原理PWM控制的理论基础是冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。其中的冲量指窄

7、脉冲的面积；效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。PWM控制技术在无源逆变电路中应用最广，实际应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。9/25/2021173.3.2无源逆变电路的控制模式——PWM基本原理无源逆变电路的实质是用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，将正弦半波N等分，可看成N个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等，若用矩形脉冲代替每一等份，脉冲将是等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等的，其宽度按正弦规律变化，这样就得到了无源逆变电路中常见的SPWM波

8、形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波