電力電子四章第一頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.1逆變器的類(lèi)型和性能指標(biāo)4.2電壓型單相方波逆變電路工作原理4.3電壓型單相逆變器電壓和波形控制4.4三相逆變電路工作原理4.5三相逆變器輸出電壓和波形的SPWM控制4.6大容量逆變器的復(fù)合結(jié)構(gòu)小結(jié)4DC-AC變換電路（逆變器）第二頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.1

逆變器的類(lèi)型和基本工作原理4.1.1逆變器的類(lèi)型4.1.2逆變電路的基本工作原理4.1.3電壓型逆變電路的特點(diǎn)第三頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.1.1逆變器的類(lèi)型電壓型逆變器VSI單相半橋單相全橋推挽逆變?nèi)鄻螂娏餍湍孀兤鰿SI

依據(jù)直流電源的特性不同可分為：按輸出電壓不同分為CVCF、VVVF、脈沖型按逆變器電路結(jié)構(gòu)不同分為：

按開(kāi)關(guān)器件不同及換流關(guān)斷方式不同分類(lèi)：自關(guān)斷、強(qiáng)迫關(guān)斷、有源逆變、負(fù)載反電動(dòng)勢(shì)、負(fù)載諧振換流逆變器。第四頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日電壓型逆變器VSI電流型逆變器CSI4.1.1逆變器的類(lèi)型(續(xù)1)第五頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日單相半橋單相全橋4.1.1逆變器的類(lèi)型（續(xù)2）第六頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.1.1逆變器的類(lèi)型（續(xù)3）第七頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日電壓型三相橋式逆變電路4.1.1逆變器的類(lèi)型（續(xù)3）第八頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日以單相橋式逆變電路為例說(shuō)明最基本的工作原理4.1.2逆變電路的基本工作原理逆變電路及其波形舉例負(fù)載a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2S1~S4是橋式電路的4個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成。第九頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.1.2逆變電路的基本工作原理S1、S4閉合，S2、S3斷開(kāi)時(shí)，負(fù)載電壓uo為正。S1、S4斷開(kāi)，S2、S3閉合時(shí)，負(fù)載電壓uo為負(fù)。直流電交流電第十頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.1.2逆變電路的基本工作原理逆變電路最基本的工作原理

——改變兩組開(kāi)關(guān)切換頻率，可改變輸出交流電頻率。逆變電路及其波形舉例a)ub)toiot1t2電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感負(fù)載時(shí)，io相位滯后于uo，波形也不同。第十一頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.1.3電壓型逆變電路的特點(diǎn)電壓型全橋逆變電路

(1)直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng)。

(2)輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。

(3)阻感負(fù)載時(shí)需提供無(wú)功功率。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。第十二頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.2.1電壓型單相半橋逆變電路4.2.2電壓型單相全橋逆變電路4.2.3變壓器中心抽頭推挽式(Push-Pull)單相逆變電路4.2

電壓型單相方波逆電路工作原理第十三頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.2.1電壓型單相半橋逆變電路電容分壓，半橋電路T1、T2交替通、斷二級(jí)管D的功用R、L負(fù)載時(shí)，T、D交替導(dǎo)電第十四頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日1D2Dt0DV21anv(b)電壓波形2T驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)20T0T230T4.2.1電壓型單相半橋逆變電路（續(xù)）1T第十五頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.2.1電壓型單相半橋逆變電路（續(xù)）優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，使用器件少。缺點(diǎn)：輸出交流電壓幅值為Ud/2，且直流側(cè)需兩電容器串聯(lián)，要控制兩者電壓均衡。應(yīng)用：用于幾kW以下的小功率逆變電源。單相全橋、三相橋式都可看成若干個(gè)半橋逆變電路的組合。第十六頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日T1、T4與T2、T3

交替通、斷4.2.2電壓型單相全橋逆變電路第十七頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日不同負(fù)載時(shí)，D、T導(dǎo)電情況不同T導(dǎo)電供電，D導(dǎo)電續(xù)流（返回）電阻負(fù)載電感負(fù)載阻感負(fù)載4.2.2電壓型單相全橋逆變電路（續(xù)）第十八頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.2.2電壓型單相全橋逆變電路（續(xù)）全橋逆變電路共四個(gè)橋臂，可看成兩個(gè)半橋電路組合而成。兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通180°。輸出電壓和電流波形與半橋電路形狀相同，幅值高出一倍。改變輸出交流電壓的有效值只能通過(guò)改變直流電壓Ud來(lái)實(shí)現(xiàn)。單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式tOtOtOtOtO?b)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo第十九頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.2.2電壓型單相全橋逆變電路（續(xù)）阻感負(fù)載時(shí)，還可采用移相得方式來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓－移相調(diào)壓。V3的基極信號(hào)比V1落后q

（0＜q

＜180°）。V3、V4的柵極信號(hào)分別比V2、V1的前移180°－q。輸出電壓是正負(fù)各為q的脈沖。改變q就可調(diào)節(jié)輸出電壓。tOtOtOtOtO?b)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式第二十頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.2.3變壓器中心抽頭推挽式單相逆變電路

僅二個(gè)開(kāi)關(guān)T1、T2輪流導(dǎo)電180度開(kāi)關(guān)管斷態(tài)電壓高一倍2VD

要輸出變壓器適用于低壓小功率、須隔離的應(yīng)用第二十一頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.3.0概述

4.3.1單脈沖寬度調(diào)制PWM逆變器4.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制SPWM基本原理4.3.3單極性倍頻正弦脈沖寬度調(diào)制逆變器4.3.4雙極性正弦脈沖寬度調(diào)制BSPWM逆變器4.3.5基波移相控制4.3單相逆變器輸出電壓和波形控制第二十二頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日控制方案1:控制方案2:控制方案3:可控整流方案斬波調(diào)壓方案逆變器自身控制方案控制輸出電壓基波V1的大小控制輸出電壓波形，要求諧波系數(shù)小，諧波頻率高4.3.0概述第二十三頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.3.0概述（續(xù)1）第二十四頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日逆變器自身控制方案4.3.0概述（續(xù)2）第二十五頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日正半周中，T1、T4導(dǎo)通角負(fù)半周中，T2、T3導(dǎo)通角開(kāi)關(guān)頻率決定輸出頻率脈寬決定輸出電壓大小4.3.1單脈沖寬度調(diào)制PWM逆變器第二十六頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.3.1單脈沖寬度調(diào)制PWM逆變器（續(xù)）第二十七頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制SPWM基本原理第二十八頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日

在某一很短的時(shí)間段期間，正弦電壓與同一時(shí)間段中等幅脈沖電壓作用于L、R電路時(shí)，只要兩個(gè)窄脈沖電壓的沖量相等，則它們所形成的電流響應(yīng)就相同。因此要使PWM電壓波在每一時(shí)間段都與該時(shí)段中正弦電壓等效，除每一時(shí)間段的面積相等外，每個(gè)時(shí)間段的電壓脈沖還必須很窄，這就要求脈波數(shù)量P很多。脈波數(shù)越多，不連續(xù)的按正弦規(guī)律改變寬度的多脈波電壓就越等效于正弦電壓。

4.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制SPWM基本原理（續(xù)1）第二十九頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制SPWM基本原理（續(xù)2）第三十頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日沖量等效原理:

大小、波形不相同的窄脈沖變量作用于慣性系統(tǒng)時(shí)，只要它們的沖量即變量對(duì)時(shí)間的積分相等，其作用效果基本相同。

4.3.2正弦脈沖寬度調(diào)制SPWM基本原理（續(xù)3）第三十一頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日T1（D1）、T4（D4）導(dǎo)通T3（D3）、T2（D2）導(dǎo)通T1（D1）、T3（D3）導(dǎo)通或T2（D2）、T4（D4）導(dǎo)通4.3.3單極性倍頻正弦脈沖寬度調(diào)制逆變器Vab＝0Vab＝－VdVab＝Vd三種電平第三十二頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.3.3單極性倍頻正弦脈沖寬度調(diào)制逆變器（續(xù)1）第三十三頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日單極性SPWM（續(xù)2）第三十四頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日單極性SPWM（續(xù)3）第三十五頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日單極性倍頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成方式,單極性倍頻第三十六頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日(1)

P=6,2P-1=11,

最低諧波為11次(3)11次諧波大于1/11=9%(2)單極性SPWM（續(xù)4）第三十七頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日雙極性三角波Vc、Vr交點(diǎn)確定開(kāi)關(guān)通、斷點(diǎn)。輸出電壓正、負(fù)半周中，Vab既有正電壓也有負(fù)電壓，沒(méi)有零電壓4.3.4雙極性正弦脈沖寬度調(diào)制BSPWM逆變器第三十八頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.3.4雙極性正弦脈沖寬度調(diào)制BSPWM逆變器（續(xù)1）第三十九頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日相同的開(kāi)關(guān)頻率時(shí)單極SPWM：開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)相對(duì)少些，諧波情況好些，多用于單相逆變。雙極性SPWM：諧波情況差些，用于三相逆變。4.3.4雙極性正弦脈沖寬度調(diào)制BSPWM逆變器（續(xù)2）第四十頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.3.5基波移相控制第四十一頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.4.1電壓型三相逆變工作原理4.4.2電流型三相逆變工作原理4.4三相逆變電路工作原理第四十二頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.4.1電壓型三相逆變工作原理三個(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電路應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路三相電壓型橋式逆變電路第四十三頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.4.1電壓型三相逆變工作原理（續(xù)1）基本工作方式——180°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)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd2Ud3Ud62Ud3每橋臂導(dǎo)電180°，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電的角度差120°。任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱(chēng)為縱向換流。第四十四頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.4.1電壓型三相逆變工作原理（續(xù)2）波形分析負(fù)載各相到電源中點(diǎn)N'的電壓：U相，1通，uUN'=Ud/2，4通，uUN'=-Ud/2。負(fù)載線(xiàn)電壓負(fù)載相電壓電壓型三相橋式逆變電路的工作波形tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd2Ud3Ud62Ud3第四十五頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.4.1電壓型三相逆變工作原理（續(xù)3）負(fù)載中點(diǎn)和電源中點(diǎn)間電壓

負(fù)載三相對(duì)稱(chēng)時(shí)有uUN+uVN+uWN=0，于是負(fù)載已知時(shí)，可由uUN波形求出iU波形。一相上下兩橋臂間的換流過(guò)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(dòng)一次，直流電壓基本無(wú)脈動(dòng)，因此逆變器從交流側(cè)向直流側(cè)傳送的功率是脈動(dòng)的，電壓型逆變電路的一個(gè)特點(diǎn)。防止同一相上下兩橋臂的開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源短路，應(yīng)采取“先斷后通”

數(shù)量分析見(jiàn)教材。第四十六頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日三個(gè)相差120度的單相逆變器組成一個(gè)三相逆變器4.4.1電壓型三相逆變工作原理（續(xù)4）第四十七頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.4.1電壓型三相逆變工作原理（續(xù)5）A相：T1、T4、T1’、T4’B相：T3、T6、T3’、T6’C相：T5、T2、T5’、T2’三個(gè)相差120度的單相逆變器組成一個(gè)三相逆變器第四十八頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.4.1電壓型三相逆變工作原理（續(xù)6）三相橋式逆變器第四十九頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日電路4.4.1電壓型三相逆變工作原理（續(xù)7）第五十頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.4.1電壓型三相逆變工作原理（續(xù)8）第五十一頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.4.1電壓型三相逆變工作原理（續(xù)9）第五十二頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日L大，iD恒定120度導(dǎo)電模式，僅兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)電12，23，34，45，56，61，124.4.2電流型三相逆變工作原理第五十三頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日三角形負(fù)載4.4.2電流型三相逆變工作原理（續(xù)）第五十四頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.5三相逆變器輸出電壓和波形的SPWM控制第五十五頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.5三相逆變器輸出電壓和波形的SPWM控制第五十六頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.5三相逆變器輸出電壓和波形的SPWM控制（續(xù)）第五十七頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日（1）驅(qū)動(dòng)信號(hào)可由硬件電路實(shí)現(xiàn)，亦可由軟件MicroProcessor或DSP實(shí)現(xiàn)。（2）提高電壓利用率，可改變vr或采用空間矢量控制。4.5三相逆變器輸出電壓和波形的SPWM控制第五十八頁(yè)，共六十八頁(yè)，2022年，8月28日4.6.0概述4.6.112階梯波逆變器4.6.224階梯波逆變器4.6