1、電力電子基礎(chǔ)電力電子基礎(chǔ) Fundamental Power Electronics 第五講第五講 逆變電路逆變電路東南大學(xué)電氣工程學(xué)院2010年- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路2逆變電路逆變電路n換流方式n電壓型逆變電路n電流型逆變電路 n多重逆變電路和多電平逆變電路n小結(jié)- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路31.概述概述n逆變的概念n逆變與整流相對應(yīng)，直流電變成交流電。n交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變有源逆變。n交流側(cè)接負(fù)載，為無源逆變無源逆變。n逆變與變頻n變頻電路：分為交交變頻和交直交變頻兩種。n交直交變頻由交直變換（整流）和直交變換兩部分組成，后一部分就

2、是逆變。n主要應(yīng)用n各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽能電池等。n交流電機調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路4逆變電路的基本工作原理逆變電路的基本工作原理以單相橋式逆變電路帶阻感負(fù)載單相橋式逆變電路帶阻感負(fù)載為例n S1、S4閉合閉合，S2、S3斷開斷開時，負(fù)載電壓uo為正正。n S1、S4斷開斷開，S2、S3閉合閉合時，負(fù)載電壓uo為負(fù)負(fù)。直流電交流電改變兩組開關(guān)切換頻率，可改變逆變輸出交流電頻率。- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路5換流方式分類換流方式分類n換流換流電流從一個支

3、路向另一個支路轉(zhuǎn)移的過程，也稱為換相換相。n開通：適當(dāng)?shù)拈T極驅(qū)動信號就可使器件開通。n關(guān)斷：n全控型器件可通過門極關(guān)斷。全控型器件可通過門極關(guān)斷。n半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷。半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷。n一般在晶閘管電流過零后施加一定時間反壓，才能一般在晶閘管電流過零后施加一定時間反壓，才能關(guān)斷。關(guān)斷。n研究換流方式主要是研究如何使器件關(guān)斷。- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路6換流方式分類換流方式分類1) 器件換流器件換流（Device Commutation）n利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。n在采用IGBT 、電力MOSFET 、GT

4、O 、GTR等全控型器件的電路中的換流方式是器件換流。2) 電網(wǎng)換流電網(wǎng)換流（Line Commutation）n電網(wǎng)提供換流電壓的換流方式。n將負(fù)的電網(wǎng)電壓施加在欲關(guān)斷的晶閘管上即可使其關(guān)斷。不需要器件具有門極可關(guān)斷能力，但不適用于沒有交流電網(wǎng)的無源逆變電路。3) 負(fù)載換流負(fù)載換流（Load Commutation）4) 強迫換流強迫換流（Forced Commutation）- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路7換流方式分類換流方式分類負(fù)載換流逆變電路例子負(fù)載換流逆變電路例子n 采用晶閘管n 負(fù)載：電阻電感串聯(lián)后再和電容并聯(lián)，工作在接近并聯(lián)諧振狀態(tài)而略呈容性n 電容為改善負(fù)

5、載功率因數(shù)使其略呈容性而接入n 直流側(cè)串入大電感Ld， id基本沒有脈動?t?t?t?tOOOOiit1b)a)uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路8換流方式分類換流方式分類工作過程工作過程n 4個臂的切換僅使電流路徑改變，負(fù)載電流基本呈矩形波n 負(fù)載工作在對基波電流接近并聯(lián)諧振的狀態(tài)，對基波阻抗很大，對諧波阻抗很小，uo波形接近正弦n t1前：VT1、VT4通，VT2、VT3斷，uo、io均為正，VT2、VT3電壓即為uon t1時：觸發(fā)VT2、VT3使其開通，uo加到VT4、VT1上使其承受反壓而關(guān)斷，電

6、流從VT1、VT4換到VT3、VT2n t1必須在uo過零前并留有足夠裕量，才能使換流順利完成- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路9換流方式分類換流方式分類強迫換流（強迫換流（Forced CommutationForced Commutation）由換流電路內(nèi)電容直接提供換流電壓直接耦合式強迫換流通過換流電路內(nèi)的電容和電感的耦合來提供換流電壓或換流電流電感耦合式強迫換流n設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強迫施加反壓或反電流的換流方式稱為強迫換流強迫換流。n通常利用附加電容上所儲存的能量來實現(xiàn)，因此也稱為電容換流電容換流。n分類- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆

7、變電路10換流方式分類換流方式分類直接耦合式直接耦合式強迫換流n 當(dāng)晶閘管VT處于通態(tài)時，預(yù)先給電容充電。當(dāng)S合上，就可使VT被施加反壓而關(guān)斷。也叫電壓換流電壓換流。直接耦合式強迫換流原理圖電感耦合式強迫換流原理圖電感耦合式電感耦合式強迫換流n 先使晶閘管電流減為零，然后通過反并聯(lián)二極管使其加上反向電壓。也叫電電流換流流換流。- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路11換流方式分類換流方式分類換流方式換流方式n 器件換流適用于全控型器件。n 其余三種方式針對晶閘管。n 器件換流和強迫換流屬于自換流。n 電網(wǎng)換流和負(fù)載換流屬于外部換流。n 當(dāng)電流不是從一個支路向另一個支路轉(zhuǎn)移，而是在

8、支路內(nèi)部終止流通而變?yōu)榱?，則稱為熄滅熄滅。- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路12逆變電路的分類逆變電路的分類逆變電路的分類逆變電路的分類 根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同電壓型逆變電路又稱為電壓源型逆變電路Voltage Source Type Inverter-VSI直流側(cè)是電壓源電壓源電流型逆變電路又稱為電流源型逆變電路Current Source Type Inverter-CSI直流側(cè)是電流源電流源- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路13逆變電路的分類逆變電路的分類n 逆變器中包含的電感、電容等無源負(fù)載起到儲存電能、交換無功以及濾波之用

9、。n 電壓源型逆變器電壓源型逆變器n直流側(cè)多并聯(lián)大電容用作緩沖濾波，構(gòu)成低阻抗的電壓源，即輸出電壓確定，波形接近矩形，電流波形取決于負(fù)載，接近正弦n直流側(cè)電壓極性不變，能量回饋時電流反向。功率開關(guān)器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管為感性負(fù)載提供反饋能量（電流反向）至直流側(cè)的通路- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路14逆變電路的分類逆變電路的分類n 電流源型逆變器n直流側(cè)串有大電感Ld作為無功元件，構(gòu)成高阻抗的電流源，即電流確定、波形接近矩形，電壓波形與負(fù)載有關(guān)，電壓波形接近正弦并疊加換流尖峰。n直流環(huán)節(jié)電流Id不能反向，能量反向流動需改變直流側(cè)電壓的極性，無需設(shè)置續(xù)流無功二極管。- -電力

10、電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路15逆變電路的分類逆變電路的分類VSIVSI與與CSICSI的比較的比較n VSI采用大電容儲能，逆變器呈現(xiàn)低內(nèi)阻特性，直流電壓大小和極性不變，浪涌電壓低。但過電流保護(hù)困難一些。n CSI采用大電感儲能，主電路抗電流沖擊能力強，能有效抑制電流突變，過電流保護(hù)容易。但體積大一些。n 采用晶閘管的CSI依靠負(fù)載電感的諧振換流，無負(fù)載無法運行。n VSI必須設(shè)置續(xù)流二極管提供無功交換通道，電路比CSI復(fù)雜一些。- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路162.電壓型逆變電路電壓型逆變電路n單相電壓型逆變電路n三相電壓型逆變電路- -電力電子技術(shù)電力

11、電子技術(shù)- -第五講 逆變電路17單相單相半橋電壓型逆變電路電壓型逆變電路工作原理工作原理nV1和V2柵極信號在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補，輸出電壓uo為矩形波，幅值為Um=Ud/2。nV1和V2通時，io和uo同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；VD1或VD2通時，io和uo反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋。 VD1或VD2稱為反饋二極管反饋二極管,它又起著使負(fù)載電流連續(xù)的作用，又稱續(xù)流二極管續(xù)流二極管。a)ttOOONb)oUm- -Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路18單相單相半橋電壓型逆變電路電

12、壓型逆變電路n優(yōu)點優(yōu)點：電路簡單，使用器件少。n缺點缺點：輸出交流電壓幅值為U Ud d/2/2，且直流側(cè)需兩電容器串聯(lián)，要控制兩者電壓均衡。n應(yīng)用應(yīng)用：用于幾kW以下的小功率逆變電源。n單相全橋、三相橋式都可看成若干個半橋逆變電路的組合。- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路19單相全橋電壓型逆變電路單相全橋電壓型逆變電路工作原理(180導(dǎo)通型)n共四個橋臂，可看成兩個半橋電路組合而成。n兩對橋臂交替導(dǎo)通180。n輸出電壓合電流波形與半橋電路形狀相同，幅值高出一倍。n改變輸出交流電壓的有效值只能通過改變直流電壓Ud d來實現(xiàn)。tOtOtOtOtO? ?b)uG1uG2uG3uG

13、4uoiot1t2t3iouo- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路20單相全橋電壓型逆變電路單相全橋電壓型逆變電路n輸出電壓輸出電壓uo成傅里葉級數(shù) 基波幅值 基波有效值nuo為正負(fù)各180時，要改變輸出電壓有效值只能改變Ud來實現(xiàn)tttUu5sin513sin31sin4doddo1m27.14UUUdd1o9 . 022UUU- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路21單相全橋電壓型逆變電路單相全橋電壓型逆變電路n阻感負(fù)載時，還可采用移相得方式來調(diào)節(jié)輸出電壓移相調(diào)壓移相調(diào)壓。nV3的基極信號比V1落后 （0 180）。 nV3 、V4的柵極信號分別比V2、V1的

14、前移180 。輸出電壓是正負(fù)各為的脈沖。n改變就可調(diào)節(jié)輸出電壓。a)tOtOtOtOtOb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路22帶中心抽頭變壓器的逆變電路帶中心抽頭變壓器的逆變電路n Ud和負(fù)載參數(shù)相同，變壓器匝比為1：1：時，uo和io波 形及幅值與全橋逆變電路完全相同。n 與全橋電路的比較：p 比全橋電路少用一半開關(guān)器件。p 器件承受的電壓為2Ud，比全橋電路高 一倍。p 必須有一個變壓器 。n交替驅(qū)動兩個IGBT，經(jīng)變壓器耦合給負(fù)載加上矩形波交流電壓。n兩個二極管的作用也是提供無功能量的反饋通道。- -電力電子技術(shù)電

15、力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路23三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路n三個單相逆變電路可組合成一個三相逆變電路n應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路。三相橋式逆變電路?？煽闯捎扇齻€半橋逆變電路組成三相電壓型橋式逆變電路- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路24三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路180 導(dǎo)電方式導(dǎo)電方式電壓型三相橋式逆變電路的工作波形tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3n每橋臂導(dǎo)電180，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差120 。n任一瞬間有三個橋臂同時

16、導(dǎo)通。n每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱為縱向換流縱向換流。n防止同一相上下兩橋臂開關(guān)器件直通采取“先斷后通先斷后通”的方法- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路25三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路n負(fù)載各相到電源中點負(fù)載各相到電源中點N的電壓的電壓：U相，1通，uUN=Ud/2；4通，uUN=-Ud/2n負(fù)載線電壓負(fù)載線電壓 n負(fù)載相電壓負(fù)載相電壓n負(fù)載中點和電源中點間電壓負(fù)載中點和電源中點間電壓 UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuuNN WNWN NN VNVN NN UNUNuuuuuuuuu)(31)(31WNVNUN WN VN UN N

17、Nuuuuuuu- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路26三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路n負(fù)載三相對稱時有uUN+uVN+uWN=0，于是 n一相上下兩橋臂間的換流過程和半橋電路相似。橋臂1、3、5的電流相加可得直流側(cè)電流id的波形， id每60脈動一次，直流電壓基本無脈動，因此逆變器從交流側(cè)向直流側(cè)傳送的功率是脈動的，電壓型逆變電路的一個特點)(31 WN VN UNNNuuuu- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路27三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路n負(fù)載線電壓負(fù)載線電壓uUV展開成傅里葉級數(shù)n輸出線電壓有效值n基波幅值n基波有效值dUVd2 3111

18、1sinsin5sin7sin11sin135711132 31sin( 1) sin,61knUutttttUtn tnknd202UVUV816. 0d21UtuUddUV1m1.132UUUddUV1mUV178.062UUUU- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路28三相電壓型逆變電路三相電壓型逆變電路n負(fù)載相電壓負(fù)載相電壓uUN展開成傅里葉級數(shù)得p負(fù)載相電壓有效值:p基波幅值:p基波有效值:dUNd21111sinsin5sin7sin11sin1357111321sinsin,61nUutttttUtn tnknd202UNUN471. 0d21UtuUdUN1mUN

19、145.02UUUddUN1m637.02UUU- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路293.電流型逆變電路電流型逆變電路n單相電流型逆變電路n三相電流型逆變電路- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路30單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路n 工作方式為負(fù)載換相負(fù)載換相,要求負(fù)載電流略超前于負(fù)載電壓。由四個橋臂構(gòu)成，每個橋臂的晶閘管各串聯(lián)一個電抗器，用來限制晶閘管開通時的di/dt。1、4和2、3以10002500Hz的輪流導(dǎo)通，可得到中頻交流電n 電容C和L 、R構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。因基波頻率接近負(fù)載電路諧振頻因基波頻率接近負(fù)載電路諧振頻率率，故負(fù)載對基波呈高阻抗，

20、對諧波呈低阻抗，諧波在負(fù)載上產(chǎn)生的壓降很小，因此負(fù)載電壓波形接近正弦n 輸出電流波形接近矩形波，含基波和各奇次諧波，且諧波幅值遠(yuǎn)小于基波。- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路31單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路工作分析工作分析n一個周期內(nèi)有一個周期內(nèi)有兩個導(dǎo)通階段兩個導(dǎo)通階段和和兩個換流階段兩個換流階段。nt1t2：VT1和VT4穩(wěn)定導(dǎo)通階段穩(wěn)定導(dǎo)通階段，i=Id，t2時刻前在C上建立了左正右負(fù)的電壓。nt2t4：t2時觸發(fā)VT2和VT3開通，進(jìn)入換流階段換流階段。nLT使VT1、VT4不能立刻關(guān)斷，電流有一個減小過程。 VT2、VT3電流有一個增大過程。n4個晶閘管全部導(dǎo)

21、通，負(fù)載電容電壓經(jīng)兩個并聯(lián)的放電回路同時放電。nLT1、VT1、VT3、LT3到C；另一個經(jīng)LT2、VT2、VT4、LT4到C。nio在t3時刻，即iVT1=iVT2時刻過零，t3時刻大體位于t2和t4的中點。nt=t4時， VT1、VT4電流減至零而關(guān)斷，換流階段結(jié)束。nt4t2= t 稱為換流時間換流時間。tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tfuotuABtdtbIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路32單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路n保證晶閘管的可靠關(guān)斷保證晶

22、閘管的可靠關(guān)斷n晶閘管需一段時間才能恢復(fù)正向阻斷能力，換流結(jié)束后還要使VT1、VT4承受一段反壓時間tb。ntb b= t5- t4應(yīng)大于晶閘管的關(guān)斷時間tq。 n為保證可靠換流為保證可靠換流應(yīng)在uo過零前td= t5- t2時刻觸發(fā)VT2、VT3 。ntd d為觸發(fā)引前時間觸發(fā)引前時間td d=t +tb bnio超前于uo的時間t=t/2+tn表示為電角度=(t/2+tb)= /2+b 其中為電路工作角頻率； 、 b分別是t 、tb b對應(yīng)的電角度。tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tfuotuABtdtbIdiVT1,4iVT2,

23、3uVT2,3uVT1,4- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路33單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路n忽略換流過程，io可近似成矩形波，展開成傅里葉級數(shù)n基波電流有效值 n負(fù)載電壓有效值Uo和直流電壓Ud的關(guān)系（忽略Ld的損耗，忽略晶閘管壓降）tttIi5sin513sin31sin4dodd1o9.024IIIcos11.1cos22ddoUUU- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路34單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路n實際工作過程中，感應(yīng)線圈參數(shù)隨時間變化，必須使工作頻率適應(yīng)負(fù)載的變化而自動調(diào)整，這種控制方式稱為自勵方式自勵方式。n固定工作頻率的控制方式

24、稱為他勵方式他勵方式。n自勵方式存在起動問題，解決方法：n先用他勵方式，系統(tǒng)開始工作后再轉(zhuǎn)入自勵方式。n附加預(yù)充電起動電路。- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路35三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路基本工作方式是120 導(dǎo)電方導(dǎo)電方式式每個臂一周期內(nèi)導(dǎo)電120，每個時刻上下橋臂組各有一個臂導(dǎo)通，換流方式為橫向換流橫向換流。n輸出電流波形和負(fù)載性質(zhì)無關(guān)，正負(fù)脈沖各120的矩形波n輸出電流和三相橋整流帶大電感負(fù)載時的交流電流波形相同，諧波分析表達(dá)式也相同。n輸出線電壓波形和負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，大體為正弦波。n輸出交流電流的基波有效值。tOtOtOtOIdiViWuUVU電流型三相橋式逆

25、變電路的輸出波形 電流型三相橋式逆變電路- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路36三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路n 主要用于中大功率交流電動機調(diào)速系統(tǒng)。是電流型電流型三相橋式逆變電路。n 各橋臂的晶閘管和二極管串聯(lián)使用。n 120 導(dǎo)電工作方式導(dǎo)電工作方式，輸出波形和前頁波形大體相同。n 強迫換流強迫換流方式，電容C1C6為換流電容。- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路37三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路- - +U VW+ - -U VWa)+ - -U VWb)- - +UVWc)d)VT1VT2V

26、T3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU=Id- -iV換流過程各階段的電流路徑n換流過程分析p電容器所充電壓的規(guī)律電容器所充電壓的規(guī)律： 對于共陽極晶閘管，它與導(dǎo)通晶閘管相連一端極性為正，另一端為負(fù)，不與導(dǎo)通晶閘管相連的電容器電壓為零。p等效換流電容概念等效換流電容概念： 分析從VT1向VT3換流時，C13就是C3與C5串聯(lián)后再與C1并聯(lián)的等效電容。串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路 - -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路38三相電流型逆變電路三

27、相電流型逆變電路從從VT1向向VT3換流的過程換流的過程:n假設(shè)換流前VT1和VT2通，C13電壓UC0左正右負(fù)。換流階段分為恒流恒流放電放電和二極管換流二極管換流兩個階段。n t1時刻觸發(fā)VT3導(dǎo)通導(dǎo)通，VT1被施以反壓而關(guān)斷關(guān)斷。n Id從VT1換到VT3，C13通過VD1、U相負(fù)載、W相負(fù)載、VD2、VT2、直流電源和VT3放電，放電電流恒為Id，故稱恒流放電階段恒流放電階段。如圖b）。n uC13下降到零之前，VT1承受反壓，反壓時間大于tq就能保證關(guān)斷。換流過程各階段的電流路徑換流過程各階段的電流路徑a) b）+- -UVW+- -UVWVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13Id

28、VT1VT2VT3VD1VD2VD3C13Id- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路39三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路換流過程各階段的電流路徑c) d）pt2時刻uC13降到零，之后C13反向充電。忽略負(fù)載電阻壓降，則二極管VD3導(dǎo)通，電流為iV，VD1電流為iU=Id-iV，VD1和VD3同時通，進(jìn)入二極管換流二極管換流階段階段。p隨著C13電壓增高，充電電流漸小，iV漸大，t3時刻iU減到零，iV=Id，VD1承受反壓而關(guān)斷，二極管換流階段結(jié)束結(jié)束。p t3以后，VT2、VT3穩(wěn)定導(dǎo)通階穩(wěn)定導(dǎo)通階段段。- -+UVW- -+UVWVT1VT2VT3VD1VD2VD3C1

29、3IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13iViViU=Id- -iV- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路40三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路波形分析波形分析n電感負(fù)載時，uC13、iU、iV及uC1、uC3、uC5波形。nuC1的波形和uC13完全相同，從UC0降為UC0 。nC3和C5是串聯(lián)后再和C1并聯(lián)的，電壓變化的幅度是C1的一半。nuC3從零變到-UC0，uC5從UC0變到零。n這些電壓恰好符合相隔120后從VT3到VT5換流時的要求。ttOuOiUCOuC13uC5uC3- -UCOIdiUiVt1t2t3串聯(lián)二極管晶閘管逆變電路換流過程波形- -電力電子

30、技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路41三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路實例：無換向器電動機實例：無換向器電動機n 電流型三相橋式逆變器驅(qū)動同步電動機，負(fù)載換流。n 工作特性和調(diào)速方式和直流電動機相似，但無換向器，因此稱為無換向器電動機。無換相器電動機的基本電路- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路42三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路tuuuuOOOOOtttOttVT4導(dǎo)通UVWiViWiUudMVT1導(dǎo)通VT3導(dǎo)通VT6導(dǎo)通VT5導(dǎo)通VT2導(dǎo)通uVT1n BQ轉(zhuǎn)子位置檢測器轉(zhuǎn)子位置檢測器，檢測磁極位置以決定什么時候給哪個晶閘管發(fā)出觸發(fā)脈沖。無換相器電動機的基本電路無

31、換相器電動機的基本電路- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路434.多重逆變電路和多電平逆變電路多重逆變電路和多電平逆變電路n 電壓型電壓型逆變電路輸出電壓是矩形波n 電流型電流型逆變電路輸出電流是矩形波，含較多諧波n 多重逆變電路多重逆變電路把幾個矩形波組合起來，接近正弦。多重逆變電路有串聯(lián)多重和并聯(lián)多重兩種:n串聯(lián)多重串聯(lián)多重把幾個逆變電路的輸出串聯(lián)起來，多用于電壓型電壓型。n并聯(lián)多重并聯(lián)多重把幾個逆變電路的輸出并聯(lián)起來，多用于電流型電流型。n 多電平逆變電路多電平逆變電路輸出較多電平，使輸出接近正弦- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路44多重逆變電路多重逆變

32、電路二重逆變電路的工作波形12060180tOtOtO三次諧波三次諧波u1u2uo二重單相逆變電路單相電壓型二重逆變電路單相電壓型二重逆變電路n 兩個單相全橋逆變電路組成，輸出通過變壓器T1和T2串聯(lián)起來。兩個單相的輸出u1和u2是180矩形波。n u1和u2相位錯開 =60 ,其中的3次諧波就錯開了 360=180n 變壓器串聯(lián)合成后，3次諧波互相抵消，總輸出電壓中不含3次諧波。n uo波形是120矩形波，含6k1次諧波，3k次諧波都被抵消。- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路45多重逆變電路多重逆變電路三相電壓型二重逆變電路三相電壓型二重逆變電路三相電壓型二重逆變電路三相電

33、壓型二重逆變電路n 兩個三相橋式逆變電路輸出通過變壓器串聯(lián)合成。兩個逆變電路均為180導(dǎo)通方式。逆變橋II的輸出電壓相位比逆變橋I滯后30n T1為/ Y聯(lián)結(jié)，線電壓變比為 1:31/2 (一次和二次繞組匝數(shù)相等)n T2一次側(cè)聯(lián)結(jié)，二次側(cè)兩繞組曲折星形接法，其二次電壓相對于一次電壓而言，比T1的接法超前30，以抵消逆變橋II比逆變橋I滯后的30。這樣，uU2和uU1的基波相位就相同。變比為1:1變比為3: 1- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路46多重逆變電路多重逆變電路n由右圖可看出uUN比uU1接近正弦波。n直流側(cè)電流每周期脈動12次，稱為12脈波逆變電路脈波逆變電路。n

34、使m個三相橋逆變電路的相位依次錯開/(3m)，連同合成輸出電壓并抵消上述相位差的變壓器，就可構(gòu)成6m的脈波逆變電路的脈波逆變電路。UA21UUNUU2-UB22UU1(UA1)tOtOtOtOtO3131)(1+)UU1UA21-UB22UU2UUN(UA1)UdUd32Ud31Ud32Ud(1+Ud31Ud二次側(cè)基波電壓合成相量圖 - -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路47多重逆變電路多重逆變電路n 輸出電壓輸出電壓uU1展成傅里葉級數(shù): uU1的基波有效值： uU1的n次諧波有效值：n 輸出相電壓輸出相電壓uUN的的基波有效值 uUN的的n次諧波有效值： 其中n=12k1，u

35、UN中已不含中已不含5次、次、7次等諧波次等諧波UN1dd2 6/1.56UUUU1d2 3/sin1/( 1) sin,61knuUtnntnkU 1 1dd6/0 .7 8UUUU 1 nd6/UUnUNndUN12 6/UUnUn- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路48多重逆變電路多重逆變電路并聯(lián)多重化并聯(lián)多重化：適合于電流源型逆變器- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路49多電平逆變電路多電平逆變電路n三相電壓型橋式兩電平兩電平逆變逆變逆變電路：以N為參考點，輸出相電壓有Ud/2和-Ud/2兩種電平。電壓型三相橋式逆變電路的工作波形tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3- -電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)- -第五講 逆變電路50多電平逆變電路多電平逆變電路以以U U相為例分析工作情況相為例分析工作情況n V11和