第5章__无源逆变.ppt

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1、第5章直流/交流的变换-无源逆变电路5.1概述5.2换流方式5.3负载换流逆变电路5.4电压型逆变电路5.5电流型逆变电路5.6多重逆变电路和多电平逆变电路本章小结逆变的概念逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。交流侧接电网，为有源逆变。交流侧接负载，为无源逆变。无源逆变主要应用各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。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。在整流和有源逆变电路中，工作状态的晶闸管处于交流电压作用下，其关断是靠所承受的电压自动地降到零或靠别的晶闸管导通而引入电网的负电压来完成的。而在无源逆变电路中，晶闸管处于

2、直流电压作用下，若不采取措施是无法关断的。所以说，整流与有源逆变电路的主要矛盾是触发导通，而无源逆变电路的主要矛盾则是实现关断。本章讲述无源逆变逆变电路根据不同的分类方法主要有如下几种：（1）根据逆变器所用电力电子器件和换流方式不同，可分为：器件换流，电网换流，负载换流和强迫换流四种。器件换流只适用于全控型器件，即有自关断能力的器件。如IGBT、电力MOSFET、GTR等。其余三种方式主要是针对晶闸管而言的。（2）根据逆变器的主电路结构的不同可分为半桥逆变器，全桥逆变器，二电平、三电平、多电平逆变器。（3）根据逆变器直流侧电源的性质不同分为电压型和电流型两大类。为了使直流电源

3、的电压恒定，采用大电容作为储能和滤波元件的逆变器，称为电压型逆变器（VoltageSourceInverter,VSI）；为了使直流电源的电流恒定，采用大电感作为储能和滤波元件的逆变器，称为电流型逆变器（CurrentSourceInverter,CSI）。如何实现逆变？单相桥式整流u2正半周，VT1和VT4通u2负半周，VT2和VT3通整流如何实现逆变？以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理逆变电路的基本工作原理负载a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2S1~S4是桥式电路的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

4、uo为正。S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。直流电交流电逆变电路最基本的工作原理——改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。逆变电路及其波形举例a)b)tuoiot1t2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。5.2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，也称为换相。开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。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。1)器件换流

5、（DeviceCommutation）利用全控型器件的自关断能力进行换流。在采用IGBT、电力MOSFET、GTO、GTR等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。2)电网换流（LineCommutation）电网提供换流电压的换流方式。将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。3）负载换流（LoadCommutation）由负载提供换流电压的换流方式。负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流。负载电流相位超前于负载电压的场合负载为电容性负载时负载为同步电动机时实现负载换流图5-3负载换流

6、电路如图是基本的负载换流电路，4个桥臂均由晶闸管组成。整个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性。直流侧串电感，工作过程可认为id基本没有脉动。负载两端电压经电容滤去高次谐波后，uo接近正弦波。wtwtwtwtOOOOiit1uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4T1时刻前：VT1、VT4为通态，VT2、VT3为断态，uo、io均为正，VT2、VT3上施加的电压即为uot1时刻触发VT2、VT3使其开通，uo通过VT2、VT3本别加到VT4、VT1上使其承受反向电压而关断，电流从VT1、VT4换到VT3、VT2触发VT2、VT3时刻，t1必须在u

7、o过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成电流超前电压一个角度γ，且≥(w为逆变器工作角频率）4)强迫换流（ForcedCommutation）由换流电路内电容直接提供换流电压直接耦合式强迫换流通过换流电路内的电容和电感的耦合来提供换流电压或换流电流电感耦合式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压或反电流的换流方式称为强迫换流。通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换流。分类直接耦合式强迫换流VT1导通，C充电左（—）右（+），为换流做准备；VT2导通，C上电压反向加至V