第4章无源逆变精选文档.ppt

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1、第4章无源逆变本讲稿第一页，共二十九页 4.1 换流方式换流方式 4.2 电压型逆变电路（单相）电压型逆变电路（单相）4.3 电流型逆变电路电流型逆变电路 重在电路结构，工作原理重在电路结构，工作原理学习内容：学习内容：本讲稿第二页，共二十九页4.1.1 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 4.1 换流方式换流方式 S1-S4S1-S4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个臂，由电力电子器件及辅助电路组成助电路组成本讲稿第三页，共二十九页S1、S4闭合，闭合，S2、S3断开时，负载电压断开时，负载电压uo为正为正S1、S4断开，断开，S2、S3闭合

2、时，负载电压闭合时，负载电压uo为负为负直流直流交流交流4.1.1 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本讲稿第四页，共二十九页改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率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的的波波形形相相同同，相相位位 相同相同.阻感负载时，阻感负载时，i io o相位滞后于相位滞后于u uo o，波形也不同，波形也不同.t t1 1前：前：S S1 1、S S4 4通，通，u uo o和和i io o 均为正均为正t t1 1时刻断开时刻断开S S1 1、S S4 4，合上，合上S

3、S2 2、S S3 3，u uo o变负，但变负，但i io o不能立刻反向不能立刻反向 i io o从电源负极流出，经从电源负极流出，经S S2 2、负载和、负载和S S3 3流回正极，负载电感能量流回正极，负载电感能量向电源反馈，向电源反馈，i io o逐渐减小，逐渐减小，t t2 2时刻降为零，之后时刻降为零，之后i io o才反向并增才反向并增大大过程分析：过程分析：4.1.1 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电流从一条支路转移到另一条支路称为电流从一条支路转移到另一条支路称为换流。换流。本讲稿第五页，共二十九页器件换流（器件换流（IGBT,GTO,GTR,BJ

4、T,MOSFET)IGBT,GTO,GTR,BJT,MOSFET)电网换流电网换流负载换流（负载满足的条件？）负载换流（负载满足的条件？）强迫换流（直接耦合式，电感耦合式）强迫换流（直接耦合式，电感耦合式）4.1.2 4.1.2 换流的基本方式换流的基本方式 本讲稿第六页，共二十九页采用晶闸管采用晶闸管.负负载载：电电阻阻电电感感串串联联后后再再和和电电容容并并联联，工工作作在在接接近并联谐振状态而略呈容性近并联谐振状态而略呈容性.为为改改善善负负载载功功率率因因数数使使其其略略呈呈容容性性,而而接接入入的的直直流流侧串入大电感侧串入大电感L Ld d,i,id d基本没有脉动基本没有脉动.负

5、载换流逆变电路负载换流逆变电路 本讲稿第七页，共二十九页工作过程工作过程:4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流 基本呈矩形波基本呈矩形波负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，波阻抗很大，对谐波阻抗很小，uo波形接近正弦波形接近正弦t1前：前：VT1、VT4通，通，VT2、VT3断，断，uo、io均为正，均为正，VT2、VT3电压即为电压即为uot1时：触发时：触发VT2、VT3使其开通，使其开通，uo加到加到VT4、VT1上使其承受反压而关断，电流从上使其承受反压而关断，电流从V

6、T1、VT4换到换到VT3、VT2t1必须在必须在uo过零前并留有足够裕量，才能使换流过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成顺利完成本讲稿第八页，共二十九页强迫换流逆变电路强迫换流逆变电路-(电容换流）电容换流）直接耦合式强迫换流直接耦合式强迫换流 （电压换流）（电压换流）电感耦合式强迫换流电感耦合式强迫换流 （电流换流（电流换流)本讲稿第九页，共二十九页4.2 电压型逆变电路电压型逆变电路4.2.14.2.1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*导电方式：导电方式：V1V1，V2V2信号互补，各导通信号互补，各导通180180本讲稿第十页，共二十九页工作原

7、理：工作原理：（1 1）t t1 1t t2 2 电源电压经电源电压经V1V1对负载供电，电流指数对负载供电，电流指数规律上升。负载电压为规律上升。负载电压为1/2u1/2ud.d.（2 2）t t2 2t t3 3 电感经电感经VDVD2 2续流，电流指数规律下降。续流，电流指数规律下降。负载电压为负载电压为-1/2u-1/2ud.d.（3 3）t t3 3t t4 4 电源经电源经V2V2对负载供电，电流指数规对负载供电，电流指数规律反向上升。负载电压为律反向上升。负载电压为-1/2u-1/2ud.d.（4 4）t t4 4t t5 5 电感经电感经VDVD1 1续流，电流指数规律反续流，

8、电流指数规律反向下降，负载电压为向下降，负载电压为1/2u1/2ud.d.因为是阻感负载，成感性，电流滞后电压，因为是阻感负载，成感性，电流滞后电压，滞后角滞后角=arctanL/R.=arctanL/R.单向半桥电压逆变电路优缺点总结：单向半桥电压逆变电路优缺点总结：优点：所用器件少。优点：所用器件少。缺点：缺点：u u0 0幅值小，只有电源电压的一半，并且输幅值小，只有电源电压的一半，并且输入端接两个电容，还需保证入端接两个电容，还需保证 C1=C2,C1=C2,不能精确满足。不能精确满足。思考：电路中的二极管主要起什么作用？思考：电路中的二极管主要起什么作用？答：当负载为感性或阻感性时，

9、二极管为负载向直流电答：当负载为感性或阻感性时，二极管为负载向直流电源反馈能量提供通道（即续流过程），故这些二极管被源反馈能量提供通道（即续流过程），故这些二极管被称之为反馈二极管。称之为反馈二极管。为了解决这一矛盾，在单向半桥的基础上提出了单为了解决这一矛盾，在单向半桥的基础上提出了单向全桥电压型逆变电路。向全桥电压型逆变电路。单相半桥一般应用在小功率电路中。单相半桥一般应用在小功率电路中。本讲稿第十一页，共二十九页4.2 4.2 电压型逆变电路电压型逆变电路4.2.14.2.1单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路（2 2）全桥逆变电路全桥逆变电路由四个臂构成，输由四个臂构成，输入端并有一个

10、电容。入端并有一个电容。负载接在上下两组负载接在上下两组臂之间。臂之间。本讲稿第十二页，共二十九页*导电方式一：导电方式一：V1,V4V1,V4同时通断同时通断V2,V3V2,V3同时通断同时通断V1,V4V1,V4与与V2,V3V2,V3信号信号互补，各导电互补，各导电180180工作原理：与单向半桥电工作原理：与单向半桥电路工作原理相同，只不过路工作原理相同，只不过全桥中是两个臂同时工作，全桥中是两个臂同时工作，半桥中一个臂单独工作。半桥中一个臂单独工作。全桥输出电压，电流波形全桥输出电压，电流波形与半桥完全一样，但幅值与半桥完全一样，但幅值均为半桥的两倍。均为半桥的两倍。*思考思考1：在

11、全桥中，续：在全桥中，续流过程如何完成？流过程如何完成？VD2,VD3同时续流。同时续流。VD1,VD4同时续流。同时续流。本讲稿第十三页，共二十九页思考思考2：在导电方式一下工作，如果要改变输出电压的有效：在导电方式一下工作，如果要改变输出电压的有效值（即幅值），应该采取什么样的方式？值（即幅值），应该采取什么样的方式？只能靠改变输入直只能靠改变输入直流电压的大小来改变流电压的大小来改变输出电压的有效值。输出电压的有效值。可以通过整流电路，可以通过整流电路，斩波电路来实现。斩波电路来实现。若不采用整流和斩波，若不采用整流和斩波，能否直接进行调制呢能否直接进行调制呢？为此提出了导电方？为此提出

12、了导电方式二：式二：移相导电方式。移相导电方式。本讲稿第十四页，共二十九页导电方式二（移相导电）：导电方式二（移相导电）：V1,V2信号互补；信号互补；V3,V4信号互补；信号互补；V3信号比信号比V1信号信号落后落后（0180）所谓移相：即改变所谓移相：即改变的大小。的大小。本讲稿第十五页，共二十九页 单相全桥电压型逆变电路特性总结：单相全桥电压型逆变电路特性总结：（1）全桥逆变是单相中应用最广泛的逆变电路。）全桥逆变是单相中应用最广泛的逆变电路。（2）全桥逆变输出电压的幅值即为电源电压，比半桥增）全桥逆变输出电压的幅值即为电源电压，比半桥增长一倍，一般应用在较大功率的场合。长一倍，一般应用

13、在较大功率的场合。（3）在移相导电方式下，通过改变移相导电方式中的）在移相导电方式下，通过改变移相导电方式中的角，可改变输出电压的有效值。角，可改变输出电压的有效值。本讲稿第十六页，共二十九页 电压型逆变电路总结电压型逆变电路总结通过对单相电压逆变电路的学习，对于电压型逆变电路通过对单相电压逆变电路的学习，对于电压型逆变电路特性可归纳如下：特性可归纳如下：（1）直流侧并有电容，相当于一个电压源，提供）直流侧并有电容，相当于一个电压源，提供恒定的输入电压，直流电压基本无脉动。恒定的输入电压，直流电压基本无脉动。（2）输出电压波形均为矩形波，与负载无关，而电流）输出电压波形均为矩形波，与负载无关，

14、而电流波形和相位因负载阻抗角不同而不同。（矩形波，或近波形和相位因负载阻抗角不同而不同。（矩形波，或近似为正弦波）似为正弦波）（3）负载为感性时，需要提供无功功率，直流侧）负载为感性时，需要提供无功功率，直流侧电容起到缓冲无功能量的作用，为了给交流侧向直电容起到缓冲无功能量的作用，为了给交流侧向直流侧反馈能量提供通道，各臂都要并联一个反馈二流侧反馈能量提供通道，各臂都要并联一个反馈二极管。极管。（4）直流侧向交流侧传送的功率是脉动的（输出电）直流侧向交流侧传送的功率是脉动的（输出电压无脉动，但电流有脉动），且其脉动与负载电流压无脉动，但电流有脉动），且其脉动与负载电流脉动一致。脉动一致。（5）

15、一般在负载端会接上滤波器，滤去电压波形中的）一般在负载端会接上滤波器，滤去电压波形中的谐波分量，保留基波分量，使输出电压的波形接近标准谐波分量，保留基波分量，使输出电压的波形接近标准的正弦波。的正弦波。本讲稿第十七页，共二十九页4.3 电流型逆变电路电流型逆变电路*电流型逆变电流型逆变直流侧输入电源为电流源直流侧输入电源为电流源电流型逆变电路的特性：电流型逆变电路的特性：（1）直流侧串大电感，相当于电流源。直流侧电流）直流侧串大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动。基本无脉动。（2）因为是恒流，输出电流波形是矩形波，输出电压）因为是恒流，输出电流波形是矩形波，输出电压波形与负载有关系。波形

16、与负载有关系。（3）电路中不必加反馈二极管。（为什么？）电路中不必加反馈二极管。（为什么？）（4）电感起到缓冲无功能量的作用。）电感起到缓冲无功能量的作用。本讲稿第十八页，共二十九页4.3.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路（1）电路结构）电路结构 4个桥臂，每桥臂晶闸管各串联一个电抗器个桥臂，每桥臂晶闸管各串联一个电抗器LT，用，用来限制晶闸管开通时的来限制晶闸管开通时的di/dt采用负载换相方式，要求负载电流略超前于负载电压采用负载换相方式，要求负载电流略超前于负载电压（呈容性）。（呈容性）。C和和L、R构构成成并并联联谐谐振振电电路路，故故此此电电路路称称为为并并联联谐谐振振式式逆

17、逆变变电电路路（但但最最终终负负载载仍仍略略显显容容性性，准准确确应应称称之为容性小失谐负载）之为容性小失谐负载）并联谐振回路对基波呈高阻抗，对谐波呈低阻抗，并联谐振回路对基波呈高阻抗，对谐波呈低阻抗，谐波在负载上产生的压降很小，因此负载电压波形谐波在负载上产生的压降很小，因此负载电压波形接近正弦波。接近正弦波。本讲稿第十九页，共二十九页（2）工作原理：）工作原理：基本导电方式：基本导电方式：1，4同时通同时通断，断，2，3同时通断。同时通断。t1-t2：VT1和和VT4稳稳定导通阶段，定导通阶段，i=Id，t2时刻前在时刻前在C上建立了左正右负的上建立了左正右负的电压。电压。t2t4：t2时

18、触发时触发VT2和和VT3开通，进入换流阶开通，进入换流阶段。段。LT使使VT1、VT4不不能能立立刻刻关关断断，电电流流有有一一个减小过程个减小过程VT2、VT3电电 流流 有有一个增大过程一个增大过程t=t4时时，VT1、VT4电电流流减减至至零零而而关关断断，换换流流阶阶段段结结束束t4t2=t 称称为为换换流时间流时间4个个晶晶闸闸管管全全部部导导通通，负负载载电电容容电电压压经经两两个个并并联联的的放放电电回回路路同同时时放电放电LT1、VT1、VT3、LT3到到C；另另 一一 个个 经经LT2、VT2、VT4、LT4到到C电压波形近似为电压波形近似为正弦波，且滞后正弦波，且滞后电流

19、一个角度，电流一个角度，与负载系数有关。与负载系数有关。本讲稿第二十页，共二十九页思考：如何保证晶闸管的可靠关断？思考：如何保证晶闸管的可靠关断？电电流流减减小小为为零零，晶晶闸闸管管不不能能立立刻刻关关断断，还还需需一一段段时时间间才才能能恢恢复复正正向向阻阻断断能能力力，也也就就是是说说电电流流为为零零后后还还要要使使VT1、VT4承承受受一一段段反反压压时时间间t，这这样样晶晶闸闸管管才才能能真正可靠关断。真正可靠关断。所所以以为为使使晶晶闸闸管管可可靠靠关关断断，t t=t t5 5-t t4 4应应大大于于晶晶闸闸管管的的关关断断时时间间t tq q本讲稿第二十一页，共二十九页并且为

20、保证可靠并且为保证可靠换流应在换流应在uo过零过零前前td=t5-t2时刻时刻触发触发VT2、VT3两个重要参数：两个重要参数：触发引前时间触发引前时间:t=t+t io超前于超前于uo的时的时间间:t =t /2+t 即为功率因数角。即为功率因数角。本讲稿第二十二页，共二十九页第第4 4章章 逆变电路逆变电路 小结小结（1 1）换流方式，换流原理。）换流方式，换流原理。（2 2）电压型逆变电路：）电压型逆变电路：单相：工作原理，波形分析，重点掌握单相全桥单相：工作原理，波形分析，重点掌握单相全桥,尤其移相导电方式。尤其移相导电方式。三相：重点掌握输出电压波形。三相：重点掌握输出电压波形。（3

21、 3）电流型逆变电路：）电流型逆变电路：单相：重点掌握工作原理及如何防止逆变失败问题。单相：重点掌握工作原理及如何防止逆变失败问题。三相：三相：SCRSCR带二极管换流过程的理解。带二极管换流过程的理解。本讲稿第二十三页，共二十九页课外思考课外思考针对针对P144P144图图5-165-16，不采用等效电容的方式，分，不采用等效电容的方式，分析析C C1 1,C,C3 3,C,C5 5的电压变化曲线，并解释变化过程。的电压变化曲线，并解释变化过程。本讲稿第二十四页，共二十九页1.把直流电变成交流电的电路称为把直流电变成交流电的电路称为_，当交流侧有电源时称为，当交流侧有电源时称为_，当交流侧无

22、电源时称为，当交流侧无电源时称为_。2.电流从一个支路向另一个支路转移的过程称为换流，从大的方面，电流从一个支路向另一个支路转移的过程称为换流，从大的方面，换流可以分为两类，即外部换流和换流可以分为两类，即外部换流和_，进一步划分，前者又包括，进一步划分，前者又包括_和和_两种换流方式，后者包括两种换流方式，后者包括_和和_两种换两种换流方式。流方式。3.适用于全控型器件的换流方式是适用于全控型器件的换流方式是_，由换流电路内电容直接提，由换流电路内电容直接提供换流电压的换流方式称为供换流电压的换流方式称为_。4.逆变电路可以根据直流侧电源性质不同分类，当直流侧是电压源逆变电路可以根据直流侧电

23、源性质不同分类，当直流侧是电压源时，称此电路为时，称此电路为_，当直流侧为电流源时，当直流侧为电流源时，称此电路为称此电路为_。1 填空题填空题本讲稿第二十五页，共二十九页5.半桥逆变电路输出交流电压的幅值半桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为为_Ud，全桥逆变电路输出，全桥逆变电路输出交流电压的幅值交流电压的幅值Um为为_Ud。6.三相电压型逆变电路中，每个桥臂的导电角度为三相电压型逆变电路中，每个桥臂的导电角度为_，各相开始导电的，各相开始导电的角度依次相差角度依次相差_，在任一时刻，有，在任一时刻，有_个桥臂导通。个桥臂导通。7.单相电流型逆变电路采用单相电流型逆变电路采用_换相的方式来工

24、作的，其中电容换相的方式来工作的，其中电容C和和L、R构成构成_电路。电路。8.三相电流型逆变电路的基本工作方式是三相电流型逆变电路的基本工作方式是_导电方式，按导电方式，按VT1到到VT6的顺序每隔的顺序每隔_依次导通，各桥臂之间换流采用依次导通，各桥臂之间换流采用 _换流方式。换流方式。本讲稿第二十六页，共二十九页1 对对于于单单相全相全桥电压桥电压型逆型逆变电变电路，路，带带阻感阻感负载负载，移相，移相导电导电方式，方式，当当=150=150时时，要求：，要求：（1 1）大致作出）大致作出输输出出电压电压，输输出出电电流波形。流波形。（2 2）说说明每一明每一阶阶段段电电路路对应对应的工

25、作状的工作状态态。（以。（以电电流波形流波形为为基准分基准分阶阶段段讨论讨论）2 分析题分析题本讲稿第二十七页，共二十九页2 对于单相全桥电压型逆变电路，带阻感负载，分析：对于单相全桥电压型逆变电路，带阻感负载，分析：希望改变输出电压的有效值，不允许采用外部调节的方式，希望改变输出电压的有效值，不允许采用外部调节的方式，电路可采用什么控制方案？（要求提出方案不少于两种，电路可采用什么控制方案？（要求提出方案不少于两种，并属于不同的控制方式）并属于不同的控制方式）本讲稿第二十八页，共二十九页3 对对于于单单相全相全桥电压桥电压型逆型逆变电变电路，路，带带阻感阻感负载负载，分析：希，分析：希望改望改变输变输出出电压电压的有效的有效值值，电电路可采用什么控制方案？并路可采用什么控制方案？并绘绘制制该该方案下的方案下的输输出出电压电压波形。波形。本讲稿第二十九页，共二十九页