第4章逆变电路PPTPPT讲稿.ppt

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1、第4章逆变电路PPT第1页，共67页，编辑于2022年，星期二2/47引言引言逆变的概念逆变的概念 与整流相对应，与整流相对应，直流电直流电变成变成交流电交流电。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，本章主要讲述无源逆变。，本章主要讲述无源逆变。逆变与变频逆变与变频 逆变：直流电逆变：直流电交流电交流电 变频电路：变频电路：一种频率的交流电另一种频率的交流电，分为分为交交变频交交变频和和交直交变频交直交变频两种。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

2、变。一部分就是逆变。第2页，共67页，编辑于2022年，星期二3变频电路的基本概念变频变频：一种频率的交流电另外一种频率的交流电从变频过程可分为：1.交流交流交流交流变频也称为直接变频 2.交直交交直交变频直流到交流的过程称为逆变，是间接变频的核心环节。交交直直交电压型交电压型PWMPWM变频电路变频电路第3页，共67页，编辑于2022年，星期二4/47引言引言逆变电路的逆变电路的主要应用主要应用 各种直流电源为交流负载供电，如蓄电池、干电池、太阳各种直流电源为交流负载供电，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。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

3、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。第4页，共67页，编辑于2022年，星期二5 变频电路的基本概念 逆变：将直流电变换成交流电；根据交流电的用途可以分为有源逆变有源逆变和无源逆变无源逆变。有源逆变：把交流电回馈电网；产生有源逆变的条件产生有源逆变的条件无源逆变：把交流电供给负载。例如 UPS 无源逆变就是通常说到的变频。第5页，共67页，编辑于2022年，星期二6/474.1 换流方式换流方式 4.1.1 逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理 4.1.2 换流方式分类换流方式分类第6页，共67页，编辑于2022年，星期二4.1 逆

4、变电路的基本工作原理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-如何如何实现实现直流到交流的直流到交流的变换变换？8图图4-1 4-1 逆变电路及其波形举例逆变电路及其波形举例负载负载a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2S S1 1SS4 4是桥式电路的是桥式电路的4 4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。第8页，共67页，编辑于2022年，星期二逆变电路基本工作原理逆变电路基本工作原理如何实现直流到交流的变换？S1、S4闭合，S2、S3断开，uo输出为正；反之，uo为负直流直流电电 交流交流电电9 动画演示动画演示 第9页

5、，共67页，编辑于2022年，星期二4.1 逆变电路的基本工作原理逆逆变变电电路路最最基基本本的的工工作作原原理理 改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。10图图4-1 4-1 逆变电路及其波形举例逆变电路及其波形举例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。负载负载a)S1S2S3S4iouoUd第10页，共67页，编辑于2022年，星期二12涉及的问题 换流换流电流从一个支路向另一个支路转移的过程，

6、也称换相，换流实质就是电流在不同桥臂之间的转移。当电路中的开关器件采用晶闸管时，需要解决晶闸管的关断问题。开通：承受正压时，适当的门极驱动信号就可使其开通关断：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两端施加一定时间反压，使电流过零后关断第12页，共67页，编辑于2022年，星期二134.1.2 换流方式分类1)器件换流（Device Commutation）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（Line Commutation）电网提供换流电压的换流方式

7、。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（Load Commutation）由负载提供换流电压的换流方式。4)强迫换流（Forced Commutation）第13页，共67页，编辑于2022年，星期二14474.1.2 换流方式分类换流方式分类负载换流（Load Commutation）a)u t t t tOOOOiit1b)ouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4图图4-2 负载换流电路及其工作波形负载换流电路及其工作波形 负载负载电流电流相位相位超前超前于于电压电压的

8、场合，可实现负的场合，可实现负载换流，如载换流，如容性负载容性负载和同步电动机。和同步电动机。图图4-2a是基本的负载换流逆变电路，整个负载工作是基本的负载换流逆变电路，整个负载工作在接近在接近并联谐振并联谐振状态而略呈状态而略呈容性容性;直流侧串大电感，直流侧串大电感，可认为可认为id基本没有脉动。基本没有脉动。负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小，所以负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小，所以uo接近接近正弦波正弦波。t1之前，之前，VT14通，通，VT23承受电压为承受电压为uo 注意触发注意触发VT2、VT3的时刻的时刻t1必须在必须在uo过零前并过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成。

9、留有足够裕量，才能使换流顺利完成。这种换流，主电路不需要附加换流环节，也这种换流，主电路不需要附加换流环节，也称为称为自然换流自然换流。第14页，共67页，编辑于2022年，星期二15474.1.2 换流方式分类换流方式分类强迫换流（强迫换流（Forced Commutation）设置设置附加的换流电路附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施，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。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、脉冲换流电容换流、脉冲换流。分类分类 直接耦合式强迫

10、换流直接耦合式强迫换流：由换流电路内电容直接提供：由换流电路内电容直接提供换流电压。换流电压。如图如图4-3，当晶闸管，当晶闸管VT处于通态时，预先给电容充电。处于通态时，预先给电容充电。当当S合上，可使合上，可使VT被施加反压而关断。被施加反压而关断。也叫电压换流。也叫电压换流。图图4-3 直接耦合式强迫直接耦合式强迫换流原理图换流原理图 第15页，共67页，编辑于2022年，星期二16474.1.2 换流方式分类换流方式分类电感耦合式强迫换流电感耦合式强迫换流 通过通过换流电路换流电路内的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。图图4-4a中晶

11、闸管在中晶闸管在LC振荡振荡第一个半周期第一个半周期内关断，图内关断，图4-4b中晶闸管在中晶闸管在LC振荡振荡第第二个半周期二个半周期内关断，注意两图中电容所充的电压极性不同。内关断，注意两图中电容所充的电压极性不同。在这两种情况下，晶闸管都是在正向电流减至零且二极管开始流过电流在这两种情况下，晶闸管都是在正向电流减至零且二极管开始流过电流时关断，二极管上的时关断，二极管上的管压降管压降就是加在晶闸管上的反向电压。就是加在晶闸管上的反向电压。也叫也叫电流换流电流换流。图图4-4 电感耦合式强迫换流原理图电感耦合式强迫换流原理图 第16页，共67页，编辑于2022年，星期二17器件换流适用于全

12、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，则称为熄灭熄灭换流方式小结换流方式小结第17页，共67页，编辑于2022年，星期二18474.2 电压型逆变电路电压型逆变电路 4.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路 4.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路第18页，共67页，编辑于2022年，星期二194.2 电压型逆变电路1）逆变电路的分类 根据直流侧电源性质的不同根据直流侧电源性质的不同，或根据最靠近逆变桥的直流滤波方式直流滤波方式不同电压电压(源源)型逆变电路型逆变

13、电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI直流侧是直流侧是电压源电压源电流电流(源源)型逆变电路型逆变电路 Current Source Type Inverter-CSTI直流侧是直流侧是电流源电流源第19页，共67页，编辑于2022年，星期二20474.2 电压型逆变电路电压型逆变电路引言引言电压型逆变电路的特点电压型逆变电路的特点 直流侧为直流侧为电压源电压源或并联或并联大电容大电容，直流，直流电压电压基本基本无脉动无脉动。由于直流电压源的由于直流电压源的钳位作用钳位作用，输出电压为，输出电压为矩形波矩形波，输出电流因负，输出电流因负载阻抗不同而不同。载阻抗

14、不同而不同。阻感负载时需提供无功功率，为了给交流侧向直流侧反馈的阻感负载时需提供无功功率，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管反馈二极管。图图4-5 电压型逆变电路举例（全桥逆变电路）电压型逆变电路举例（全桥逆变电路）第20页，共67页，编辑于2022年，星期二21474.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2图图4-6 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 半桥逆变电路半桥逆变电路 在直流侧接

15、有两个相互串联的足够大的在直流侧接有两个相互串联的足够大的电电容容，两个电容的，两个电容的联结点联结点便成为直流电源的便成为直流电源的中点中点，负载联接在直流电源中点和两个桥臂联结点负载联接在直流电源中点和两个桥臂联结点之间。之间。工作原理工作原理 设开关器件设开关器件V1和和V2的栅极信号在一个周期的栅极信号在一个周期内各有半周正偏，半周反偏，且二者互补。内各有半周正偏，半周反偏，且二者互补。输出电压输出电压uo为为矩形波矩形波，其幅值为，其幅值为Um=Ud/2。电路带电路带阻感负载阻感负载，t2时刻给时刻给V1关断信号，关断信号，给给V2开通信号，则开通信号，则V1关断，但感性负载中的电流

16、关断，但感性负载中的电流io不能立即改变方向，于是不能立即改变方向，于是VD2导通续流，当导通续流，当t3时刻时刻io降零时，降零时，VD2截止，截止，V2开通，开通，io开始反向，开始反向，由此得出如图所示的电流波形。由此得出如图所示的电流波形。第21页，共67页，编辑于2022年，星期二22474.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2图图4-6 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波形路及其工作波形 V1或或V2通时，通时，io和和uo同方向同方向，直流，直流侧向负载提

17、供能量；侧向负载提供能量；VD1或或VD2通时，通时，io和和uo反向反向，电感中贮能向直流侧反馈。，电感中贮能向直流侧反馈。VD1、VD2称为称为反馈二极管反馈二极管,它又起着使它又起着使负载电流连续的作用，又称负载电流连续的作用，又称续流二极管续流二极管。优点是简单，使用器件少；其缺点是优点是简单，使用器件少；其缺点是输出交流电压的幅值输出交流电压的幅值Um仅为仅为Ud/2，且直，且直流侧需要两个电容器串联，工作时还要流侧需要两个电容器串联，工作时还要控制两个电容器电压的均衡；因此，半控制两个电容器电压的均衡；因此，半桥电路常用于桥电路常用于几几kW以下以下的小功率逆变的小功率逆变电源。电

18、源。第22页，共67页，编辑于2022年，星期二23474.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路全桥逆变电路全桥逆变电路 共四个桥臂，可看成共四个桥臂，可看成两个半桥电路两个半桥电路组合而成。组合而成。两对桥臂两对桥臂交替导通交替导通 180。输出电压和电流波形与输出电压和电流波形与半桥电路半桥电路形状相同，但幅值高出一倍。形状相同，但幅值高出一倍。在在这种这种情况下，要改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压情况下，要改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压Ud来实现。来实现。Ud的矩形波的矩形波uo展开成傅里叶级数得展开成傅里叶级数得其中基波的幅值其中基波的幅值Uo1m和基

19、波有效值和基波有效值Uo1分别为分别为 图图4-5 全桥逆变电路全桥逆变电路(4-1)(4-2)(4-3)第23页，共67页，编辑于2022年，星期二24474.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路a)b)图图4-7 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 移相调压方式移相调压方式 V3的栅极信号比的栅极信号比V1落后落后（0 180）。）。V3、V4的栅极信号分别比的栅极信号分别比V2、V1的前移的前移180-。输出电压是正负各为。输出电压是正负各为 的的脉冲。脉冲。工作过程工作过程 t1时刻时刻前前V1和和V4导通，导通，uo=Ud。t1时刻时刻V4截止，而因

20、负载电感中的截止，而因负载电感中的电流电流io不能突变，不能突变，V3不能立刻导通，不能立刻导通，VD3导导通续流，通续流，uo=0。第24页，共67页，编辑于2022年，星期二25474.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路a)b)图图4-7 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 移相调压方式移相调压方式 工作过程工作过程 t2时刻时刻V1截止，而截止，而V2不能立刻导通不能立刻导通，VD2导通续流，和导通续流，和VD3构成电流通道，构成电流通道，uo=-Ud。电流迅速减小。电流迅速减小。到负载电流过零并开始反向时，到负载电流过零并开始反向时，VD2和和VD3

21、截止，截止，V2和和V3开始导通，开始导通，uo仍为仍为-Ud。t3时刻时刻V3截止，而截止，而V4不能立刻导通，不能立刻导通，VD4导通续流，导通续流，uo再次为零再次为零。改变改变 就可调节输出电压就可调节输出电压（波形），改变（波形），改变了输出电压基波有效值了输出电压基波有效值。第25页，共67页，编辑于2022年，星期二27474.2.2 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。三相桥式逆变电路三相桥式逆变电路 基本工作方式是基本工作方式是180导电方式导电方式。同一相（即同一半桥）上下两臂交替导电，各相

22、开始导电的角度差同一相（即同一半桥）上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120，任一瞬间有，任一瞬间有三个桥臂三个桥臂同时导通。同时导通。每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流纵向换流。图图4-9 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路 假想中点假想中点第27页，共67页，编辑于2022年，星期二28474.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3图图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工

23、作波形电压型三相桥式逆变电路的工作波形 工作波形工作波形 对于对于U相输出来说，当桥臂相输出来说，当桥臂1导通时，导通时，uUN=Ud/2，当桥臂，当桥臂4导通时，导通时，uUN=-Ud/2，uUN的波形是的波形是幅值为幅值为Ud/2的矩形波的矩形波，V、W两相的两相的情况和情况和U相类似。相类似。负载线电压负载线电压uUV、uVW、uWU可由下式求出可由下式求出负载各相的相电压分别为负载各相的相电压分别为 (4-4)(4-5)第28页，共67页，编辑于2022年，星期二29474.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uU

24、NuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3图图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形电压型三相桥式逆变电路的工作波形 把上面各式相加并整理可求得把上面各式相加并整理可求得设负载为三相对称负载，则有设负载为三相对称负载，则有uUN+uVN+uWN=0，故可得，故可得 负载参数已知时，可以由负载参数已知时，可以由uUN的波形求出的波形求出U相相电流电流iU的波形，图的波形，图4-10g给出的是阻感负载下给出的是阻感负载下 时时iU的波形。的波形。把桥臂把桥臂1、3、5的电流加起来，就可得到的电流加起来，就可得到直流侧电流直流侧电流id的波形，如图的波形，如图4-1

25、0h所示，可以所示，可以看出看出id每隔每隔60脉动一次。脉动一次。(4-6)(4-7)第29页，共67页，编辑于2022年，星期二30474.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路基本的数量关系基本的数量关系 把输出线电压把输出线电压uUV展开成傅里叶级数得展开成傅里叶级数得 式中，式中，k为自然数。为自然数。输出线电压有效值输出线电压有效值UUV为为 其中基波幅值其中基波幅值UUV1m和基波有效值和基波有效值UUV1分别为分别为(4-8)(4-9)(4-10)(4-11)第30页，共67页，编辑于2022年，星期二31474.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路 把把uUN展

26、开成傅里叶级数得展开成傅里叶级数得 式中，式中，k为自然数。为自然数。负载相电压有效值负载相电压有效值UUN为为 其中基波幅值其中基波幅值UUN1m和基波有效值和基波有效值UUN1分别为分别为为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路，要采取为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路，要采取“先断先断后通后通”的方法。的方法。(4-12)(4-13)(4-14)(4-15)第31页，共67页，编辑于2022年，星期二3247UUV7=2 Ud/（3.147 ）=22.3（V）4.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路例：三相桥式电压型逆变电路，

27、例：三相桥式电压型逆变电路，180导电方式，导电方式，Ud=200V。试求输出相电压的基波幅值。试求输出相电压的基波幅值UUN1m和有效值和有效值UUN1、输出线电压的基波幅值、输出线电压的基波幅值UUV1m和有效值和有效值UUV1、输出线电压中、输出线电压中7次谐波的有效值次谐波的有效值UUV7。逆变应用逆变应用 解：解：0.4520090（V）0.637200127.4（V）1.1200=220（V）0.78200=156（V）逆变应用逆变应用第32页，共67页，编辑于2022年，星期二逆变电路的应用中频感应加热装置【感应加热】：工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电(300-

28、300000Hz或更高)的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000C，而心部温度升高很小。【淬（zhn）火】金属或玻璃的一种热处理工艺热处理工艺。将工件加热到适宜的温度，保温，随即快速冷却（通常在水、油或空气中冷却）。一般用以提高硬度和强度或改变其它物理与化学性能。淬 cu：33第33页，共67页，编辑于2022年，星期二34逆变电路的应用中频感应加热装置感应加热的基本原理 法拉第电磁感应定律：当电路围绕的区域内存在交

29、变的磁场时，电路两端就会感应出电动势，如果闭合就会产生感应电流。电流的热效应可用来加热。在第一个线圈中突然接通直流电流（即将图中开关S突然合上）或突然切断电流（即将图中开关S突然打开），此时在第二个线圈所接的电流表中可以看出有某一方向或反方向的摆动。这种现象称为电磁感应现象，第二个线圈中的电流称为感应电流，第一个线圈称为感应线圈。通断频率越高，则感生电流将会越大。感应电源通常需要输出高频大电流。第34页，共67页，编辑于2022年，星期二35 图图 铜具焊接铜具焊接 1感应线圈感应线圈 2零件零件 1212图图 熔炼炉熔炼炉1感应线圈感应线圈 2金属溶液金属溶液第35页，共67页，编辑于202

30、2年，星期二36高频电源 利用高频电源来加热通常有两种方法：感应加热：利用高频电流 电介质加热：利用高频电压（比如微波炉加热等）当高频电压加在两极板层上，就会在两极之间产生交变的电场。需要加热的介质处于交变的电场中，介质中的极分子或者离子就会随着电场做同频的旋转或振动，从而产生热量，达到加热效果。第36页，共67页，编辑于2022年，星期二微波基本知识 微波是一种波长极短的电磁波，波长在1 mm1 m之间，其相应的频率范围在300GHz一300MHz之间。其低频端与无线电波的“超短波”波段相接，高频端则与“远红外”波段相邻。微波在空气中的传播速度为每秒3X108m，与光的传播速度相同。微波本来

31、主要是用于无线电通信方面，如雷达、导航、遥感及传送电话和电视信号等。微波的频率范围很宽，微波的应用也随着人们对其认识的不断深入越来越广。其中以2.45GHz（ISM频段）和0.915 GHz 这两个微波频段用得最多，我国家用 微波炉一般采用2.45GHz而工业加热应用0.915 GHz 较多。第37页，共67页，编辑于2022年，星期二微波在传播过程中的特点 1、吸收性微波极易被含有极性分子的物质（例如含有水分的食物等）吸收而转变成热能。这是因为微波遇到极性分子 时会引起分子的剧烈振荡而使分子间摩擦产生热 量。微波被吸收并将微波能转换为热能的特性也称为微波的致热性。2、穿透性 微波遇到玻璃、陶

32、瓷、耐热塑料等非金属材料时，如同光线通过玻璃一样可以透过去而几乎不被吸 收。用这些材料做容器在微波炉中加热时，微波可将容器内的食物加热，而容器本身几乎不吸收微波，所以容器不会发热。3、反射性 微波遇到金属物质 时，如同光束投向镜子一样，可被反射到另一方向去。正因为金属能反射微波，因此在使用微波炉时，不能用金属器皿盛装食物。第38页，共67页，编辑于2022年，星期二微波加热原理传统的烹饪都采用传递加热的办法，如电饭锅、电炒锅等电热炊具都是将电能转化为热能，然后加热锅底使热量从食物的表面传递到食物内部而完成烹饪过程的。而微波加热则与上述的传递加热方式完全不同，微波炉的热能来自装设在炉顶的磁控管，

33、磁控管发出的高频电磁波能立即深入到食物内部，使食物中的极性分子高速振动、互相摩擦而迅速产生大量 的热。极性分子的排列状态极性分子的排列状态第39页，共67页，编辑于2022年，星期二对极性分子的解释非极性键和极性键在Cl2、H2分子中，同种原子形成共价键，两个原子吸引电子的能力相同，共用电子对不偏向任何一个原子，因此，成键的原子都不显电性。这样的共价键叫非极性共价键，简称非极性键，如HH键，CC 键，N N键都是非极性键。结论：非极性键：同种元素原子形成的共价键。在HCl分子和水分子当中，共价键是由不同种原子形成的，由于不同种原子吸引电子的能力不同，共用电子对必然偏向吸引电子能力强的原子一方，

34、因而吸引电子能力较强的原子一方相对地显负电性，吸引电子能力较弱的原子一方相对地显正电性。我们把这样的共价键叫做极性共价键，简称极性键。极性，就是指电荷分布不均匀。如HCl分子里，Cl原子吸引电子的能力比H原子强，共用电子对偏向Cl原子一端，使Cl原子一端相对地显负电性，H原子一端相对地显正电性，即HCl键是极性键。结论：极性键：不同种元素原子形成的共价键。第40页，共67页，编辑于2022年，星期二41第41页，共67页，编辑于2022年，星期二42474.3 电流型逆变电路电流型逆变电路 4.3.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路 4.3.2 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路第42

35、页，共67页，编辑于2022年，星期二43474.3 电流型逆变电路电流型逆变电路引言引言直流电源为直流电源为电流源电流源的逆变电路称为电的逆变电路称为电流型逆变电路。流型逆变电路。电流型逆变电路主要特点电流型逆变电路主要特点 直流侧串直流侧串大电感大电感，电流基本无脉动，电流基本无脉动，相当于电流源。相当于电流源。交流输出电流为交流输出电流为矩形波矩形波，与负载阻抗，与负载阻抗角无关，输出电压波形和相位因负载不角无关，输出电压波形和相位因负载不同而不同。同而不同。直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管。必给开关器件反并联二极管。电流型逆变

36、电路中，采用电流型逆变电路中，采用半控型器件半控型器件的的电路仍应用较多，换流方式有电路仍应用较多，换流方式有负载换流负载换流、强迫换流强迫换流。图图4-11 电流型三相桥式逆变电路电流型三相桥式逆变电路 第43页，共67页，编辑于2022年，星期二44474.3.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路电路分析电路分析 由四个桥臂构成，每个桥臂的晶闸管由四个桥臂构成，每个桥臂的晶闸管各串联一个各串联一个电抗器电抗器，用来限制晶闸管开，用来限制晶闸管开通时的通时的di/dt。采用采用负载换相负载换相方式工作的，要求负方式工作的，要求负载电流略超前于负载电压，即负载略呈载电流略超前于负载电压，即

37、负载略呈容容性性。电容电容C和和L、R构成构成并联谐振电路并联谐振电路。输出电流波形接近输出电流波形接近矩形波矩形波，含基，含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波。基波。图图4-12 单相桥式电流型（并单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路联谐振式）逆变电路 第44页，共67页，编辑于2022年，星期二45474.3.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路工作波形分析工作波形分析 在交流电流的一个周期内，有在交流电流的一个周期内，有两个稳定导通阶段两个稳定导通阶段和和两个换流阶段两个换流阶段。t1t2：VT1和和VT4稳定导通阶段，稳定导通阶段，io=Id，t

38、2时刻前在时刻前在C上建立了上建立了左正右左正右负负的电压。的电压。在在t2时刻触发时刻触发VT2和和VT3开通，开通，开始进入换流阶段。开始进入换流阶段。由于换流由于换流电抗器电抗器LT的作用，的作用，VT1 和和VT4不能立刻关断，其电流不能立刻关断，其电流有一个减小过程，有一个减小过程，VT2和和VT3的电流的电流也有一个增大过程。也有一个增大过程。图图4-13 并联谐振式逆变电路工作波形并联谐振式逆变电路工作波形 第45页，共67页，编辑于2022年，星期二46474.3.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路 4个晶闸管全部导通，负个晶闸管全部导通，负 载电容电压经两个并联的放载电

39、容电压经两个并联的放 电回路同时放电。电回路同时放电。一个回路是经一个回路是经LT1、VT1、VT3、LT3回到回到 电容电容C。另一个回路是经另一个回路是经LT2、VT2、VT4、LT4回到回到 电容电容C。当当t=t4时，时，VT1、VT4电流减至电流减至零而关断，直流侧电流零而关断，直流侧电流Id全部从全部从VT1、VT4转移到转移到VT2、VT3，换流阶段结束换流阶段结束。图图4-13 并联谐振式逆变电路工作波形并联谐振式逆变电路工作波形 第46页，共67页，编辑于2022年，星期二47474.3.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路图图4-13 并联谐振式逆变电路工作波形并联谐振

40、式逆变电路工作波形 晶闸管需一段时间才能恢复正向阻断晶闸管需一段时间才能恢复正向阻断能力，能力，t4时刻换流结束后还要使时刻换流结束后还要使VT1、VT4承受承受一段反压时间一段反压时间t，t=t5-t4应大于晶闸管的关断应大于晶闸管的关断时间时间tq。为保证可靠换流应在为保证可靠换流应在uo过零前过零前t =t5-t2时时刻触发刻触发VT2、VT3，t 为触发引前时间为触发引前时间 io超前于超前于uo的时间的时间（负载的功率因数角负载的功率因数角）把把t 表示为电角度表示为电角度（弧度）可得（弧度）可得(4-16)(4-17)(4-18)第47页，共67页，编辑于2022年，星期二4847

41、4.3.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路基本的数量关系基本的数量关系 io展开成傅里叶级数可得展开成傅里叶级数可得 负载电压有效值负载电压有效值Uo和直流电压和直流电压Ud的关系的关系 其基波电流有效值其基波电流有效值Io1为为(4-19)(4-20)第48页，共67页，编辑于2022年，星期二49474.3.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路一般情况下一般情况下 值较小，可近似认为值较小，可近似认为cos(/2)1，再考虑到式，再考虑到式(4-18)可得可得 或或实际工作过程中，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

42、适应负载的变化而自动调整，这种控制方式称为的变化而自动调整，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。自励方式存在自励方式存在起动问题起动问题，解决方法：，解决方法：先用他励方式，系统开始工作后再转入自励方式。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。附加预充电起动电路。(4-21)第49页，共67页，编辑于2022年，星期二50474.3.2 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路tOtOtOtOIdiViWuUVU图5-14 电流型三相桥式逆变电路的输出波形 图5-11 电流型三相桥式逆变电路电路分析电路分析

43、 基本工作方式是基本工作方式是120导电方式导电方式，每个臂一周，每个臂一周期内导电期内导电120，每个时刻上下桥臂组各有一个臂，每个时刻上下桥臂组各有一个臂导通。导通。换流方式为换流方式为横向换流横向换流。波形分析波形分析 输出电流波形和负载性质无关，正负脉冲各输出电流波形和负载性质无关，正负脉冲各120的的矩形波矩形波。输出电流和三相桥整流带大电感负载时的交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，谐波分析表达式也相同。流电流波形相同，谐波分析表达式也相同。输出线电压波形和负载性质有关，输出线电压波形和负载性质有关，大体为正大体为正弦波弦波，但叠加了一些脉冲。，但叠加了一些脉冲

44、。输出交流电流的基波有效值输出交流电流的基波有效值IU1和直流电流和直流电流Id的的关系为关系为(4-22)第50页，共67页，编辑于2022年，星期二51474.3.2 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路图图4-15 串联二极管式晶闸串联二极管式晶闸管逆变电路管逆变电路 串联二极管式晶闸管逆变电路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。主要用于中大功率交流电动机调速系统。电路分析电路分析 是是电流型电流型三相桥式逆变电路，各桥臂三相桥式逆变电路，各桥臂的晶闸管和二极管串联使用。的晶闸管和二极管串联使用。120导电工作方式导电工作方式，输出波形和图，输出波形和图4-1

45、4的波形大体相同。的波形大体相同。采用采用强迫换流强迫换流方式，电容方式，电容C1C6为换流电容。为换流电容。换流过程分析换流过程分析 电容器所充电压的规律：对于共阳极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正，另一端为负，不与导通晶闸管相连的电容器电压为零，共阴极的情况与此类似，电容器电压为零，共阴极的情况与此类似，只是电压极性相反。只是电压极性相反。第51页，共67页，编辑于2022年，星期二52474.3.2 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路-+UVW+-UVWa)+-UVWb)-+U

46、VWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU=Id-iV等效换流电容等效换流电容概念：图概念：图4-16中的换流电容中的换流电容C13就是图就是图4-14中的中的C3与与C5串联后再与串联后再与C1并联并联的等效电容。的等效电容。分析从分析从VT1向向VT3换流的过程换流的过程 假设换流前假设换流前VT1和和VT2通，通，C13电压电压UC0左正右负左正右负。换流阶段分为换流阶段分为恒流放电恒流放电和和二极管换流二极管换流两个阶段。

47、两个阶段。t1时刻触发时刻触发VT3导通导通，VT1被施以反压而被施以反压而关断关断，Id从从VT1换到换到VT3，C13通过通过VD1、U相负相负载、载、W相负载、相负载、VD2、VT2、直流电源和、直流电源和VT3放电，放电电流恒为放电，放电电流恒为Id，故称，故称恒流放电阶段恒流放电阶段，如图如图416b。图图4-16 换流过程各阶段的电流路径换流过程各阶段的电流路径 第52页，共67页，编辑于2022年，星期二53474.3.2 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路-+UVW+-UVWa)+-UVWb)-+UVWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3V

48、D1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU=Id-iV图图4-16 换流过程各阶段的电流路径换流过程各阶段的电流路径 uC13下降到零之前，下降到零之前，VT1承受反压，反压时间大于承受反压，反压时间大于tq就能保证可靠关断。就能保证可靠关断。t2时刻时刻uC13降到零，之后降到零，之后C13反向充电，忽略负载电阻压降，则二极管反向充电，忽略负载电阻压降，则二极管VD3导通，电流为导通，电流为iV，VD1电流为电流为iU=Id-iV，VD1和和VD3同时导通，进入同时导通，进入二极管换流阶段二极管换流阶段。

49、随着随着C13电压增高，充电电流渐小，电压增高，充电电流渐小，iV渐大，渐大，t3时刻时刻iU减到零，减到零，iV=Id，VD1承受反压而关承受反压而关断，二极管换流阶段结束。断，二极管换流阶段结束。t3以后，进入以后，进入VT2、VT3稳定导通阶段稳定导通阶段。第53页，共67页，编辑于2022年，星期二54474.3.2 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路ttOuOiUCOuC13uC5uC3-UCOIdiUiVt1t2t3图图4-17 串联二极管晶闸管逆变串联二极管晶闸管逆变电路换流过程波形电路换流过程波形 从从VT1向向VT3换流的过程中，如果负载换流的过程中，如果负载为为交流电动机

50、交流电动机，则在，则在t2时刻时刻uC13降至零时，降至零时，如电机反电动势如电机反电动势eVU0，则，则VD3仍承受反向仍承受反向电压而不能导通。直到电压而不能导通。直到uC13升高到升高到与与eVU相相等等后，后，VD3才承受正向电压而导通，进入才承受正向电压而导通，进入VD3和和VD1同时导通的二极管换流阶段。同时导通的二极管换流阶段。波形分析波形分析 图图4-17给出了电感负载时给出了电感负载时uC13、iU和和iV的的波形图。波形图。uC1的波形和的波形和uC13完全相同。完全相同。uC3从从零零变到变到-UC0，uC5从从UC0变到变到零零，变，变化幅度是化幅度是C1的一半。的一半