电力电子DC-AC逆变.ppt

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1、第4章直流/交流变换器14直流/交流逆变器4.0换流方式4.1逆变器的类型和性能指标4.2电压型单相方波逆变电路工作原理4.3三相逆变电路工作原理4.0换流方式4.0.0引言4.0.1逆变电路的基本工作原理4.0.2换流方式分类4.0.3PWM4.0.0引言逆变的概念逆变——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。逆变与变频变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变。主要应用各种直流电源，如蓄电池、干电池

2、、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。以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理4.0.1逆变电路的基本工作原理逆变电路及其波形举例负载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

3、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。4.0.2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。本章换流及换流方式问题最为全面集中,因此安排在本章集中讲述。1)器件换流（DeviceCommutati

4、on）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）4)强迫换流（ForcedCommutation）负载换流电路及其工作波形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

5、现负载换流。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。负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小。所以uo接近正弦波。注意触发VT2、VT3的时刻t1必须在uo过零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完成。?t?t?t?tOOOOiit1b)a)uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT44)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

6、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当晶闸管VT处于通态时，预先给电容充电。当S合上，就可使VT被施加反压而关断。也叫电压换流。直接耦合式强迫换流原理图电感耦合式强迫换流原理图电感耦合式强迫换流先使晶闸管电流减为零，然后通过反并联二极管使其加上反向电压。也叫电流换流。4.0.3PWM所谓PWM就是在所需的频率周期内，将直流电压调制

7、成等幅不等宽的系列交流输出电压脉冲，以达到控制频率、电压、电流和抑制谐波的目的。换流方式总结：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——属于外部换流。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。4.1逆变器的类型和性能指标4.1.1逆变器的类型4.1.2逆变器输出波形性能指标4.1.3其他指标4.1.1逆变器的类型电压型逆变器VSI单相半桥单相全桥推挽逆变三相桥电流型逆变器CSI依据直流电源的特性不同可

8、分为：按输出电压不同分为CVCF、VVVF、脉冲型按逆变器电路结构不同分为：按开关器件不同及换流关断方式不同分类：自关断、强迫关断、有源逆变、负载反电动势、负载谐振换流逆变器。电压型逆变器VSI电流型逆变器CSIZDV3T4T3D4Db1T2T1D2Dadiai单相半桥单相全桥4.1.2逆变器输出波形性能指标4.1.2逆变器输出波形性能指标（续）畸变系数DF逆变电路输出的n次谐波有效值