第5章无源逆变精选文档.ppt

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1、第5章无源逆变本讲稿第一页，共七十七页逆变的概念逆变的概念 逆变逆变与整流相对应，直流电变成交流电。与整流相对应，直流电变成交流电。交流侧接电网，为交流侧接电网，为有源逆变有源逆变。交流侧接负载，为交流侧接负载，为无源逆变无源逆变。无源逆变主要应用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。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。力电子装置的核心部分都是逆变电路。在整流和在整流和有源逆变电路有源逆变电路中，工作状态的晶闸管处于交流电压作中

2、，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而引入电网的负电压引入电网的负电压来完成的。而在无源逆变电路中，晶闸管处于来完成的。而在无源逆变电路中，晶闸管处于直流电压作用下，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，而源逆变电路的主要矛盾是触发导通，而无源逆变电路无源逆变电路的主要矛盾则的主要矛盾则是是实现关断实现关断。本章讲述无源逆变本章讲述无源逆变本讲稿第二页，共七十七页逆变电路根据不同的分类方法

3、主要有如下几种：逆变电路根据不同的分类方法主要有如下几种：（1 1）根据逆变器所用电力电子器件和换流方式不同，可分为：）根据逆变器所用电力电子器件和换流方式不同，可分为：器件器件换流，电网换流，负载换流和强迫换流换流，电网换流，负载换流和强迫换流四种。器件换流只适用四种。器件换流只适用于全控型器件，即有自关断能力的器件。如于全控型器件，即有自关断能力的器件。如IGBTIGBT、电力、电力MOSFETMOSFET、GTRGTR等。其余三种方式主要是针对晶闸管而言的。等。其余三种方式主要是针对晶闸管而言的。（2 2）根据逆变器的主电路结构的不同可分为半桥逆变器，）根据逆变器的主电路结构的不同可分为

4、半桥逆变器，全桥逆变器，二电平、三电平、多电平逆变器。全桥逆变器，二电平、三电平、多电平逆变器。（3 3）根据逆变器直流侧电源的性质不同分为）根据逆变器直流侧电源的性质不同分为电压型电压型和和电流型电流型两两大类。为了使直流电源的电压恒定，采用大类。为了使直流电源的电压恒定，采用大电容大电容作为储能和滤波作为储能和滤波元件的逆变器，称为电压型逆变器（元件的逆变器，称为电压型逆变器（Voltage Source Inverter,Voltage Source Inverter,VSIVSI）；为了使直流电源的电流恒定，采用）；为了使直流电源的电流恒定，采用大电感大电感作为储能和滤波作为储能和滤波

5、元件的逆变器，称为电流型逆变器（元件的逆变器，称为电流型逆变器（Current Source Current Source Inverter,CSIInverter,CSI）。）。本讲稿第三页，共七十七页如何实现逆变？如何实现逆变？单相桥式整流单相桥式整流u2正半周，正半周，VT1和和VT4通通u2负半周，负半周，VT2和和VT3通通整流如何实现逆变？本讲稿第四页，共七十七页以以单相桥式逆变电路单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理为例说明最基本的工作原理逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理负载负载a)a)b)b)t tS S1 1S S2 2S S3 3S S4 4i io ou

6、uo oU Ud du uo oi io ot t1 1t t2 2S S1 1SS4 4是是桥桥式式电电路路的的4 4个个臂臂，由由电电力力电电子子器器件件及及辅辅助助电电路组成。路组成。本讲稿第五页，共七十七页S S1 1、S S4 4闭合，闭合，S S2 2、S S3 3断开时，负载电压断开时，负载电压u uo o为正。为正。S S1 1、S S4 4断开，断开，S S2 2、S S3 3闭合时，负载电压闭合时，负载电压u uo o为负。为负。直流电直流电交流电交流电本讲稿第六页，共七十七页逆逆变变电电路路最最基基本本的的工工作作原原理理 改改变变两两组组开开关关切切换换频频率率，可可改

7、改变变输输出交流电频率。出交流电频率。逆变电路及其波形举例逆变电路及其波形举例a)b)tuoiot1t2电电阻阻负负载载时时，负负载载电电流流i io o和和u uo o的波形相同，相位也相同。的波形相同，相位也相同。阻阻感感负负载载时时，i io o相相位位滞滞后后于于u uo o，波形也不同。，波形也不同。本讲稿第七页，共七十七页5.2 5.2 换流方式分类换流方式分类换换流流电电流流从从一一个个支支路路向向另另一一个个支支路路转转移移的的过过程程，也称为也称为换相换相。开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。关断：关断：全控型器件可通过门极关断。全

8、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。半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断。一一般般在在晶晶闸闸管管电电流流过过零零后后施施加加一一定定时时间间反反压压，才才能能关断。关断。研究换流方式主要是研究如何使器件关断。研究换流方式主要是研究如何使器件关断。本讲稿第八页，共七十七页1)1)器件换流器件换流（Device CommutationDevice Commutation）利用全控型器件的自关断能力进行换流。利用全控型器件的自关断能力进行换流。在采用在采用IGBT IGBT、电力、电力MOSFET MOSFET、GTO GTO、GTRGTR等全控型器等全控型器

9、件的电路中的换流方式是器件换流。件的电路中的换流方式是器件换流。2)2)电网换流电网换流（Line Line CommutationCommutation）电网提供换流电压的换流方式。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，但器件具有门极可关断能力，但不适不适用于没有交流电网的无源逆变电路用于没有交流电网的无源逆变电路。本讲稿第九页，共七十七页3 3）负载换流）负载换流（Load CommutationLoad Commutation）由负载提供换流电压的换流方式。由负载

10、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电容性负载时负载为同步电动机时负载为同步电动机时实现负载换流实现负载换流本讲稿第十页，共七十七页图图5-3 5-3 负载换流电路负载换流电路如图是基本的如图是基本的负载换流负载换流电路，电路，4 4个桥臂均由晶闸管组成。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。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，工作过程可认为直流侧串电感，工作过程可认

11、为i id d 基本没有脉动。基本没有脉动。负载两端电压经电容滤去高次谐波后，负载两端电压经电容滤去高次谐波后，u uo o接近正弦波。接近正弦波。本讲稿第十一页，共七十七页wtwtwtwtOOOOiit1uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4l T T1 1时刻前：时刻前：VTVT1 1、VTVT4 4为通态，为通态，VTVT2 2、VTVT3 3为断态，为断态，u uo o、i io o均为正，均为正，VTVT2 2、VTVT3 3上施加的电压即为上施加的电压即为u uo ol t t1 1时刻触发时刻触发VTVT2 2、VTVT3 3使其开通，使其开通，u

12、 uo o通过通过VTVT2 2、VTVT3 3本别加到本别加到VTVT4 4、VTVT1 1上使其承受反向电压而关断，电上使其承受反向电压而关断，电流从流从VTVT1 1、VTVT4 4换到换到VTVT3 3、VTVT2 2l 触发触发VTVT2 2、VTVT3 3时刻，时刻，t t1 1必须在必须在u uo o过零前并留有足够裕量，才能过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成使换流顺利完成电流超前电压一个角度电流超前电压一个角度，且，且(w(w为逆变器工作角频率）为逆变器工作角频率）本讲稿第十二页，共七十七页4)强迫换流强迫换流（Forced Commutation）由换流电路内电容由换流

13、电路内电容直接提供换流电压直接提供换流电压直接耦合式直接耦合式强迫换流强迫换流通过换流电路内的通过换流电路内的电容和电感的耦合电容和电感的耦合来提供换流电压或来提供换流电压或换流电流换流电流电感耦合式电感耦合式强迫换流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或反电流的换流方式称为强迫换流强迫换流。通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为也称为电容换流电容换流。分类分类本讲稿第十三页，共七十七页直接耦合式直接耦合式强迫换流强迫换流 VT1VT1导通，导通，C C

14、充电左（充电左（）右（）右（+），为换流做准备；），为换流做准备；VT2VT2导通，导通，C C上电压反向加至上电压反向加至VT1VT1，换流，换流，C C反向充电。反向充电。也叫也叫电压换流电压换流。本讲稿第十四页，共七十七页图5-4 电感耦合式强迫换流原理图电感耦合式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。也叫电流换流电流换流。本讲稿第十五页，共七十七页电感耦合式强迫换流通过换流电路内电容和电感的耦合提供换流电压或换流电流CL+VDSCVT负载负载+LSVT负载负载VDb)a)电感耦合式强迫换流原理图图5-4a中晶闸管在LC振荡第一个半周期内关断图5

15、-4b中晶闸管在LC振荡第二个半周期内关断图a中，接通S后，LC振荡电流将反向流过VT，与VT的负载电流相减，直到VT的合成正向电流减至零后，再流过二极管VD。图b中，接通S后，LC振荡电流先正向流过VT并和VT中原有的负载电流叠加，经过半个振荡周期 振荡电流反向流过VT，直到VT的合成正向电流减至零后，再流过二极管VD。本讲稿第十六页，共七十七页给晶闸管加上反向电压而使其关断的换流电压换流电流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 反向电压的换流器件换流 只适用于全控型器件电网换流负载换流 针对晶闸管强迫换流换流方式总结：换流方式总结：本讲稿第十七页，共七十七页器件换流强迫换流

16、因器件或变流器自身原因引起换流自换流电网换流负载换流借助于外部手段（电网电压或负载电压）换流外部换流自换流逆变电路自换流逆变电路 采用自换流方式逆变的电路外部换流逆变电路外部换流逆变电路 采用外部换流方式逆变的电路熄灭熄灭 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 本讲稿第十八页，共七十七页5.3 负载换流逆变电路负载换流逆变电路由于负载换流，通常是利用负载与换流电容构成由于负载换流，通常是利用负载与换流电容构成RLCRLC回路，当电路满足谐振条件时，这类逆变电路称为负回路，当电路满足谐振条件时，这类逆变电路称为负载谐振式逆变电路，或简称谐振式逆变器。载谐振式逆变电

17、路，或简称谐振式逆变器。根据换流电容和负载的连接方式不同可分为：根据换流电容和负载的连接方式不同可分为：并联谐振式逆变器并联谐振式逆变器串联谐振式逆变器两种。串联谐振式逆变器两种。本讲稿第十九页，共七十七页5.3.1并联谐振式逆变器并联谐振式逆变器这种逆变器的换流电容和负载并联，构成并联式这种逆变器的换流电容和负载并联，构成并联式谐振逆变器。谐振逆变器。图图5.5 并联逆变器的主电路并联逆变器的主电路本讲稿第二十页，共七十七页 单相电流型逆变电路（负载换流型）单相电流型逆变电路（负载换流型）1)1)电路原理电路原理图55 单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路由四个桥臂构成，每个由四个桥臂构成，

18、每个桥臂的晶闸管各串联一桥臂的晶闸管各串联一个电抗器，用来限制晶个电抗器，用来限制晶闸管开通时的闸管开通时的d di i/d/dt t。工作方式为工作方式为负载换相负载换相。电容电容C C和和L L、R R构成并联谐构成并联谐振电路。振电路。输出电流波形接近矩形波，输出电流波形接近矩形波，含基波和各奇次谐波，且含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波。谐波幅值远小于基波。本讲稿第二十一页，共七十七页并联逆变器的换流过程本讲稿第二十二页，共七十七页5.3.2串联谐振式逆变器串联谐振式逆变器这种逆变器的换向电容和负载（电感线圈这种逆变器的换向电容和负载（电感线圈L L）串联利用负载回路串）串联利用

19、负载回路串联谐振的原理进行换流，故称之为串联谐振式逆变器（简称串联联谐振的原理进行换流，故称之为串联谐振式逆变器（简称串联逆变器）逆变器）图图5.7 串联逆变器的主电路串联逆变器的主电路本讲稿第二十三页，共七十七页谐振式电路的主要特点：谐振式电路的主要特点：（1 1）逆变电路输出波形为方波。并联谐振式逆变器由）逆变电路输出波形为方波。并联谐振式逆变器由恒流源供电，输出电流为方波；而串联谐振式逆变器恒流源供电，输出电流为方波；而串联谐振式逆变器由恒压源供电，输出电压为方波。由恒压源供电，输出电压为方波。（2 2）将逆变频率调谐在负载谐振频率附近，可获得正）将逆变频率调谐在负载谐振频率附近，可获得

20、正弦的输出电压或电流。并联式逆变器，负载的电压波弦的输出电压或电流。并联式逆变器，负载的电压波形接近正弦波；而串联式逆变器，负载的电流波形接形接近正弦波；而串联式逆变器，负载的电流波形接近正弦波。因此都无需通过低通滤波器来消除低次谐近正弦波。因此都无需通过低通滤波器来消除低次谐波。波。（3 3）因为利用了负载的谐振特点，电流中的元器件要）因为利用了负载的谐振特点，电流中的元器件要承受很大的电压或电流，特别是功率开关器件会因此承受很大的电压或电流，特别是功率开关器件会因此而承受很大的器件应力。这是谐振式逆变器的一大缺而承受很大的器件应力。这是谐振式逆变器的一大缺点。点。本讲稿第二十四页，共七十七

21、页5.4 电压型逆变电路逆变电路的分类逆变电路的分类 根据直流侧电源性质的不根据直流侧电源性质的不同同电压型逆变电路电压型逆变电路又称为电压源又称为电压源型逆变电路型逆变电路Voltage Source Type Inverter-VSTIVoltage Source Type Inverter-VSTI直流侧是直流侧是电压源电压源电流型逆变电路电流型逆变电路又称为电流源又称为电流源型逆变电路型逆变电路Current Source Type Inverter-VSTICurrent Source Type Inverter-VSTI直流侧是直流侧是电流源电流源本讲稿第二十五页，共七十七页5.4

22、 5.4 电压型逆变电路电压型逆变电路电压型逆变电路的特点电压型逆变电路的特点图图5-10 5-10 电压型全桥逆变电路电压型全桥逆变电路 (1)(1)直流侧为电压源或并联有大电容，直流侧为电压源或并联有大电容，相当于一个电压源。相当于一个电压源。直流侧电压恒定，直流侧电压恒定，基本无脉动，基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。直流回路呈现低阻抗。(2)(2)由于直流电压源的钳位作由于直流电压源的钳位作用，用，交流侧输出电压波形为矩形波交流侧输出电压波形为矩形波，并且和负载阻抗角无关。而交流侧输并且和负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同

23、。不同而不同。(3)(3)当交流侧为阻感负载时，当交流侧为阻感负载时，需要提供无功功率，直流侧电容需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。逆变桥起缓冲无功能量的作用。逆变桥各桥臂反并联二极管为交流侧向各桥臂反并联二极管为交流侧向直流侧反馈无功能量提供通道。直流侧反馈无功能量提供通道。本讲稿第二十六页，共七十七页5.4 5.4 电压型逆变电路电压型逆变电路 5.4.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路 5.4.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路本讲稿第二十七页，共七十七页5.4.1 5.4.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路1 1）半桥逆变电路）半桥逆变电路u u图图5

24、 510 10 单相半桥电压型逆变电路单相半桥电压型逆变电路及其工作波形及其工作波形a)a)b)b)t tt tO OO OONONo oU Um m-U Um mi io ot t1 1t t2 2t t3 3t t4 4t t5 5t t6 6V V1 1V V2 2V V1 1V V2 2VDVD1 1VDVD2 2VDVD1 1VDVD2 2半桥逆变电路有两个桥臂，每个桥半桥逆变电路有两个桥臂，每个桥臂有一个可控器件和一个反并联二极臂有一个可控器件和一个反并联二极管组成。管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，两个电容的联结点是直大的电容，两个电容

25、的联结点是直流电源的中点。流电源的中点。负载联结在直流电源中点和两个桥臂负载联结在直流电源中点和两个桥臂联结点之间。联结点之间。V V1 1和和V V2 2栅极信号在一周期内各半栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补，输周正偏、半周反偏，两者互补，输出电压出电压u uo o为矩形波，幅值为为矩形波，幅值为U Um m=U=Ud d/2/2。VD1VD1、VD2VD2称为称为反馈二极管反馈二极管,它又起它又起着使负载电流连续的作用，又称着使负载电流连续的作用，又称续续流二极管流二极管。本讲稿第二十八页，共七十七页u图图5 510 10 单相半桥电压型逆变电单相半桥电压型逆变电路及其工作

26、波形路及其工作波形a)b)ttOOONoUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2工作原理工作原理t t2 2时刻以前时刻以前V1V1通，通，V2V2断断t2t2时刻给时刻给V1V1关断信号，给关断信号，给 V2 V2开通信号，开通信号，则则V1V1关断，但感性负载中关断，但感性负载中ioio不能立即改变不能立即改变方向，于是方向，于是VD2VD2导通续流。导通续流。t t3 3时刻时刻i io o降为零时，降为零时，VD2VD2截止，截止，V2V2开通，开通，i io o开开始反向。始反向。t t4 4时刻给时刻给V2V2关断信号，给关断信号，给V1V1开

27、通信号，开通信号，V2V2关断，关断，VD1VD1先导通续流，先导通续流，t t5 5时刻时刻V1V1才开通。才开通。V1V1或或V2V2通通时时，负负载载电电流流ioio和和电电压压uouo同同方方向向，直直流流侧侧向向负负载载提提供供能能量量。VD1VD1或或VD2VD2通通时时，ioio和和uouo反反向向，负负载载电电感感中中贮贮藏藏的的能能量量向向直直流流侧侧反反馈馈。即即负负载载电电感感将将其其吸吸收收的的无无功功能能量量反反馈馈回回直直流流侧侧。直流侧电容起缓冲无功能量作用。直流侧电容起缓冲无功能量作用。本讲稿第二十九页，共七十七页半桥逆变电路的优点：半桥逆变电路的优点：电路简单

28、，使用器件少。电路简单，使用器件少。缺点：缺点：输输出出交交流流电电压压幅幅值值为为U Ud d/2/2，且且直直流流侧侧需需两两电电容容器器串串联联，要控制两者电压均衡。要控制两者电压均衡。应用：应用：用于几用于几kWkW以下的小功率逆变电源。以下的小功率逆变电源。单单相相全全桥桥、三三相相桥桥式式都都可可看看成成若若干干个个半半桥桥逆逆变变电电路路的组合。的组合。u可控器件是不具有门极可关断能力的晶闸管时，须附加强迫换流电路才能正常工作。本讲稿第三十页，共七十七页2)2)全桥逆变电路全桥逆变电路共四个桥臂，可看成两个半桥共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。电路组合而成。两对桥臂交替导通

29、两对桥臂交替导通180180。输出电压合电流波形与半桥电输出电压合电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。路形状相同，幅值高出一倍。改变输出交流电压的有效值只能改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压通过改变直流电压U Ud d来实现。来实现。图图5-11 5-11 单相全桥逆变电路的单相全桥逆变电路的移相调压方式移相调压方式t tO Ot tO Ot tO Ot tO Ot tO O?b)b)u uG1G1u uG2G2u uG3G3u uG4G4u uo oi io ot t1 1t t2 2t t3 3i io ou uo o本讲稿第三十一页，共七十七页2全桥逆变电路全桥逆变电路图

30、5-11 全桥逆变电路单相逆变电路中应用最多单相逆变电路中应用最多单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路T0T/2T/2 T1T1 T T T2T1T2两个半桥电路的组合ab本讲稿第三十二页，共七十七页阻感负载时，还可采用移阻感负载时，还可采用移相得方式来调节输出电压相得方式来调节输出电压移相调压移相调压。V V3 3的基极信号比的基极信号比V V1 1落后落后q q （0 0 q q 180 180）。）。V V3 3、V V4 4的栅极信号分别比的栅极信号分别比V V2 2、V V1 1的前的前移移180180q q。输出电压是正输出电压是正负各为负各为q q的脉冲。的脉冲。改变改变q q就

31、可调节输出电压。就可调节输出电压。tOtOtOtOtO?b)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo图图5-11 5-11 单相全桥逆变电单相全桥逆变电路的移相调压方式路的移相调压方式本讲稿第三十三页，共七十七页3 3）带中心抽头变压器的逆变电路带中心抽头变压器的逆变电路图图5-13带中心抽头变压器的逆变电路带中心抽头变压器的逆变电路Ud和和负负载载参参数数相相同同，变变压压器器匝匝比比为为1：1：时时，uo和和io o波波 形形及幅值与全桥逆变电路完全相同。及幅值与全桥逆变电路完全相同。与全桥电路的比较：与全桥电路的比较：比全桥电路少用一半开关器件。比全桥电路少用一半开关器件。器

32、件承受的电压为器件承受的电压为2Ud，比全桥电路高，比全桥电路高一倍。一倍。必须有一个变压器必须有一个变压器。交交替替驱驱动动两两个个IGBT，经经变变压压器器耦合给负载加上矩形波交流电压。耦合给负载加上矩形波交流电压。两两个个二二极极管管的的作作用用也也是是提提供供无无功能量的反馈通道。功能量的反馈通道。本讲稿第三十四页，共七十七页5.4.2 5.4.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路应用最广的是应用最广的是三相桥式逆变电路三相桥式逆变电路图图5-14 5-14 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路

33、本讲稿第三十五页，共七十七页本讲稿第三十六页，共七十七页180180导电型：导电型：开关元件每隔开关元件每隔6060电角度按标号电角度按标号1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6的的次序导通，每个元件导通次序导通，每个元件导通180180就关断，即同一支臂的就关断，即同一支臂的两个元件一个导通，另一个关断，经过两个元件一个导通，另一个关断，经过360360完成输出完成输出电压波形的一个周期。电压波形的一个周期。120120导电型：导电型：开关元件每隔开关元件每隔6060电角度按标号电角度按标号1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6的的次序导通，每个元件导通次序导通，每个元件导通

34、120120就关断，即上桥臂的一就关断，即上桥臂的一个元件导通，下桥臂也有一个导通，经过个元件导通，下桥臂也有一个导通，经过360360完成输完成输出电压波形的一个周期。出电压波形的一个周期。本讲稿第三十七页，共七十七页5.4.2 5.4.2 三相电压型三相电压型方波方波逆变电路逆变电路基本工作方式基本工作方式180180导电方式导电方式图图5-14 电压型三相桥式逆变电电压型三相桥式逆变电路的工作波形路的工作波形tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3每桥臂导电每桥臂导电180180，同，同一

35、相上下两臂交替导电，一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差各相开始导电的角度差120 120。任一瞬间有三个桥臂同时任一瞬间有三个桥臂同时导通。导通。每次换流都是在同一相每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也上下两臂之间进行，也称为称为纵向换流纵向换流。当负载为星型接法时，相电压波形为六阶梯当负载为星型接法时，相电压波形为六阶梯波，所以又叫波，所以又叫六阶梯波电压型逆变电路六阶梯波电压型逆变电路。本讲稿第三十八页，共七十七页V1V6触发控制信号的波形触发控制信号的波形V1：V4：V3：V6：V5：V2：本讲稿第三十九页，共七十七页V1V2V3V4V5V61060 ononon260120

36、ononon3120180ononon4180240ononon5240300ononon6300360ononon本讲稿第四十页，共七十七页123456本讲稿第四十一页，共七十七页状态 123456电角度 060 60120 120180180240240300300360导通开关 V5、V6、V1V6、V1、V2V1、V2、V3V2、V3、V4V3、V4、V5V4、V5、V6负载等值电路 uUN 本讲稿第四十二页，共七十七页5.4.2 5.4.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路波形分析负载各相到电源中点N的电压：U相，1通，uUN=Ud/2，4通，uUN=-Ud/2。负载线电压负载相

37、电压图图5-14 电压型三相桥式逆变电路的工作波形tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3本讲稿第四十三页，共七十七页负载中点和电源中点间电压负载中点和电源中点间电压 负载三相对称时有负载三相对称时有u uUNUN+u uVNVN+u uWNWN=0=0，于是，于是负载已知时，可由负载已知时，可由u uUNUN波形求出波形求出i iU U波形。波形。一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似。一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似。桥桥臂臂1 1、3 3、5 5的的电电流流相相加加可可得得直直流

38、流侧侧电电流流i id d的的波波形形，i id d每每6060脉脉动动一一次次，直直流流电电压压基基本本无无脉脉动动，因因此此逆逆变变器器从从交交流流侧侧向向直直流流侧侧传传送送的的功功率率是是脉脉动动的的，电压型逆变电路的一个特点。电压型逆变电路的一个特点。防防止止同同一一相相上上下下两两桥桥臂臂的的开开关关器器件件同同时时导导通通而而引引起起直直流流侧侧电电源源短短路路，应应采取采取“先断后通先断后通”数量分析见教材。数量分析见教材。本讲稿第四十四页，共七十七页180 180 导通型三相逆变器的输出波形导通型三相逆变器的输出波形 相电压波形相电压波形 线电压波形线电压波形本讲稿第四十五页

39、，共七十七页180 180 导通型三相逆变器的参数导通型三相逆变器的参数相电压表达式相电压表达式线电压表达式线电压表达式本讲稿第四十六页，共七十七页180 180 导通型三相逆变器的参数（续）导通型三相逆变器的参数（续）相电压有效值相电压有效值线电压有效值线电压有效值本讲稿第四十七页，共七十七页120 120 导通型三相逆变器导通型三相逆变器由于逆变是整流的逆过程，因此也可模仿整流的控制规由于逆变是整流的逆过程，因此也可模仿整流的控制规律控制开关元件的开断来实现逆变。律控制开关元件的开断来实现逆变。三相桥的三相桥的6 6个元件按照三相桥式整流的规律，每个时个元件按照三相桥式整流的规律，每个时刻

40、有刻有2 2个元件导通，上桥臂和下桥臂各一个。个元件导通，上桥臂和下桥臂各一个。本讲稿第四十八页，共七十七页120 120 导通型三相逆变器的输出波形导通型三相逆变器的输出波形 相电压波形相电压波形 线电压波形线电压波形本讲稿第四十九页，共七十七页180180 导通方式和导通方式和120120 导通方式的比较：导通方式的比较：120120 方式上下两管间有方式上下两管间有6060 的间隙，对换的间隙，对换流有利，但是管子的利用率低，且若采用星流有利，但是管子的利用率低，且若采用星形接法，则始终有一相断开，在换流时会引形接法，则始终有一相断开，在换流时会引起较高的感应电势，而起较高的感应电势，而

41、180180 方式无论在三方式无论在三角形还是星形接法时，正常工作都不会产生角形还是星形接法时，正常工作都不会产生过电压，故过电压，故180180 方式应用较为普遍。方式应用较为普遍。本讲稿第五十页，共七十七页电流型逆变电路主要电流型逆变电路主要特特点点(1)直直流流侧侧串串大大电电感感，电电流流基基本本无脉动无脉动，相当于电流源。，相当于电流源。5.5 电流型逆变电路电流型逆变电路直流电源为电流源的逆直流电源为电流源的逆变电路称为变电路称为电流型逆变电流型逆变电路电路。图图5-16电流型三相桥式逆变电路电流型三相桥式逆变电路(2)交交流流输输出出电电流流为为矩矩形形波波，与与负负载载阻阻抗抗

42、角角无无关关。输输出出电电压压波波形形和相位因负载不同而不同。和相位因负载不同而不同。本讲稿第五十一页，共七十七页5.5 电流型逆变电路电流型逆变电路图图5-16电流型三相桥式逆变电路电流型三相桥式逆变电路(3)直直流流侧侧电电感感起起缓缓冲冲无无功功能能量量的的作作用用，不不必必给给开开关关器器件件反反并并联联二二极管。极管。（Ud一般由桥式整流电路提供，电流是不能反向的。）一般由桥式整流电路提供，电流是不能反向的。）电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多。电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多。换流方式有负载换流、强迫换流。换流方式有负载换流、强迫换流。本讲稿第五十二页

43、，共七十七页5.5.1 单相电流型逆变电路1)电路原理图512 单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路由四个桥臂构成，每个桥臂的晶闸管各串联一个电抗器，用来限制晶闸管开通时的di/dt。工作方式为负载换相负载换相。电容C和L、R构成并联谐振电路。输出电流波形接近矩形波，含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波。本讲稿第五十三页，共七十七页图513并联谐振式逆变电路工作波形2)工作分析一个周期内有两个导一个周期内有两个导通阶段和两个换流阶通阶段和两个换流阶段。段。t t1 1 t t2 2：VT1和VT4稳定导通阶段稳定导通阶段，i i=I Id d，t t2 2时刻前在C上建立了左正右负的电压。

44、t t2 2 t t4 4：t t2 2时触发VT2和VT3开通，进入换流阶段换流阶段。LT使VT1、VT4不能立刻关断，电流有一个减小过程。VT2、VT3电流有一个增大过程。4个晶闸管全部导通，负载电容电压经两个并联的放电回路同时放电。LT1、VT1、VT3、LT3到C；另一个经LT2、VT2、VT4、LT4到C。本讲稿第五十四页，共七十七页t=t4时，VT1、VT4电流减至零而关断，换流阶段结束。t4t2=tg g 称为换流时间换流时间。保证晶闸管的可靠关断保证晶闸管的可靠关断晶闸管需一段时间才能恢复正向阻断能力，换流结束后还要使VT1、VT4承受一段反压时间tb。tb b=t5-t4应大

45、于晶闸管的关断时间tq。io在t3时刻，即iVT1=iVT2时刻过零，t3时刻大体位于t2和t4的中点。图513并联谐振式逆变电路工作波形本讲稿第五十五页，共七十七页为保证可靠换流应在uo过零前td d=t5-t2时刻触发VT2、VT3。.td 为触发引前时间触发引前时间(5-16)io超前于uo的时间 (5-17)表示为电角度 (5-18)w为电路工作角频率；g、b分别是tg g、tb b对应的电角度。忽略换流过程，io可近似成矩形波，展开成傅里叶级数 (5-19)基波电流有效值 (5-20)负载电压有效值Uo和直流电压Ud的关系（忽略Ld的损 耗，忽略晶闸管压降）(5-21)本讲稿第五十六

46、页，共七十七页实际工作过程中，感应线圈参数随时间变化，必须使工作频率适应负载的变化而自动调整，这种控制方式称为自励方式自励方式。固定工作频率的控制方式称为他励方式他励方式。自励方式存在起动问题，解决方法：先用他励方式，系统开始工作后再转入自励方式。附加预充电起动电路。本讲稿第五十七页，共七十七页5.5.2 5.5.2 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路1)1)电路分析电路分析 基本工作方式是基本工作方式是120120导电方式导电方式每个臂一周期内导电每个臂一周期内导电120120，每个时刻上，每个时刻上下桥臂组各有一个臂导通，换流方式为下桥臂组各有一个臂导通，换流方式为横横向换流向换流。i

47、it tO Ot tO Ot tO Ot tO OI Id di iV Vi iW Wu uUVUVU U图图5-14 5-14 电流型三相桥电流型三相桥式逆变电路的输出波形式逆变电路的输出波形 图图5-11 5-11 电流型三相桥式逆变电电流型三相桥式逆变电路路2)2)波形分析波形分析输出电流波形和负载性质无关，正负输出电流波形和负载性质无关，正负脉冲各脉冲各120120的矩形波。的矩形波。输出电流和三相桥整流带大电感负输出电流和三相桥整流带大电感负载时的交流电流波形相同，谐波分载时的交流电流波形相同，谐波分析表达式也相同。析表达式也相同。输出线电压波形和负载性质有关，大体为输出线电压波形和

48、负载性质有关，大体为正弦波。正弦波。输出交流电流的基波有效值。输出交流电流的基波有效值。本讲稿第五十八页，共七十七页串联二极管式晶闸管逆变电路图5-15 串联二极管式晶闸管逆变电路 主要用于中大功率交流电动机调速系统。是电流型电流型三相桥式逆变电路。各桥臂的晶闸管和二极管串联使用。120导导电电工工作作方方式式，输出波形和图5-14的波形大体相同。强强迫迫换换流流方式，电容C1C6为换流电容。本讲稿第五十九页，共七十七页-+U VW+-U VWa)+-U VWb)-+UVWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD

49、1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU=Id-iV图5-16 换流过程各阶段的电流路径换流过程分析电容器所充电压的规律电容器所充电压的规律：对于共阳极晶闸管，它与导通晶闸管相连一端极性为正，另一端为负，不与导通晶闸管相连的电容器电压为零。等效换流电容概念等效换流电容概念：分析从VT1向VT3换流时，图516中的C13就是图514中的C3与C5串联后再与C1并联的等效电容。图5-15 串联二极管式晶闸管逆变电路 本讲稿第六十页，共七十七页分析从从VTVT1 1向向VTVT3 3换流换流的过程:假设换流前VT1和VT2通，C13电压UC0左正右负。如图5

50、16a。换流阶段分为恒流放电恒流放电和二极管换流二极管换流两个阶段。t t1 1时刻触发VT3导通导通，VT1被施以反压而关断关断。Id从VT1换到VT3，C13通过VD1、U相负载、W相负载、VD2、VT2、直流电源和VT3放电，放电电流恒为Id，故称恒流放电阶段恒流放电阶段。如图516b。uC13下降到零之前，VT1承受反压，反压时间大于tq就能保证关断。图5-16 换流过程各阶段的电流路径 a)b）+-UVW+-UVWVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13Id本讲稿第六十一页，共七十七页-+UVW-+UVWVT1VT2VT3VD1VD2V