1、第4章：無(wú)源逆變電路，4.1逆變電路的性能指標(biāo)和分類，4.2逆變電路的工作原理，4.3電壓型逆變電路，4.4電流型逆變電路，4.5負(fù)載換向逆變電路，4.1逆變電路的性能指標(biāo)和分類，1)定義：將逆變電路的交流側(cè)接入交流電網(wǎng)，將DC逆變?yōu)橥l率的交流并送回電網(wǎng)。2)應(yīng)用：DC電機(jī)可逆調(diào)速、繞線異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速、高壓直流輸電和太陽(yáng)能發(fā)電。1)定義：逆變器的交流側(cè)不與電網(wǎng)相連，而是直接與負(fù)載相連，即DC電源逆轉(zhuǎn)換成一定頻率或可變頻率的交流電源提供給負(fù)載2)用途：廣泛用于交流電機(jī)變頻調(diào)速、感應(yīng)加熱、不間斷電源等。它是電力電子技術(shù)的重要內(nèi)容。1。有源逆變器：2。無(wú)源逆變器：4.1.1逆變器的性能指標(biāo)，(1

2、)諧波系數(shù)HF:諧波分量的有效值與基波分量的比值。(2)總諧波系數(shù)：總諧波系數(shù)代表實(shí)際波形與其基波的接近程度。(5)電磁干擾和電磁兼容性，(3)逆變器效率，(4)單位重量輸出功率：是衡量逆變器輸出功率密度的指標(biāo)。4.1.2逆變電路分類、電壓類型：輸入端并聯(lián)一個(gè)大電容，輸入DC電源為恒壓源，逆變器將DC電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓。電流型：輸入端串聯(lián)一個(gè)大電感，輸入DC電源為恒流源，逆變器將輸入DC電流轉(zhuǎn)換為交流電流輸出。(1)根據(jù)輸入DC電源的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)半橋逆變電路；全橋逆變電路；推動(dòng)和更換逆變器電路；其他形式：如單晶體管逆變電路。(2)根據(jù)電路結(jié)構(gòu)特征分類，4.1.2逆變器電路分類，(3)根據(jù)換向方式

3、分類，(4)根據(jù)負(fù)載特征分類，非諧振逆變器電路諧振逆變器電路，負(fù)載換向逆變器電路；脈沖換向逆變電路；自換向逆變電路。4.1.3逆變器電路1的使用。可做成VVVF牌，主要用于交流電機(jī)的調(diào)速。它可制成恒頻恒壓電源(CVCF)，其典型代表是不間斷電源(UPS)、航空機(jī)載電源、機(jī)車照明、通信等輔助電源。3.可制成感應(yīng)加熱電源，如中頻電源和高頻電源。逆變器應(yīng)用廣泛：4.2逆變器電路的工作原理，開(kāi)關(guān)T1和T4閉合，T2和T3斷開(kāi)：u0=ud開(kāi)關(guān)T1和T4斷開(kāi)，T2和T3閉合：u0=Ud當(dāng)開(kāi)關(guān)T1、T4和T2、T3以頻率fS交替切換時(shí)，在電阻器R上獲得圖4.2.4(b)所示的交流電壓波形，周期Ts=1/fS

4、，從而將DC電壓E變?yōu)榻涣麟妷簎o。Uo包含各種諧波。如果你想得到正弦波電壓，你可以用濾波器進(jìn)行濾波。圖4.2.1單相橋式逆變電路的工作原理，1。主功能：圖4.2.1(a)中的主電路開(kāi)關(guān)T1T4，它實(shí)際上是各種半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的理想模型。逆變器電路中常用的開(kāi)關(guān)器件包括快速晶閘管、關(guān)斷晶閘管、功率晶體管(GTR)、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)和絕緣柵晶體管(IGBT)。將直流電轉(zhuǎn)換成一定頻率或可變頻率的交流電，并提供給負(fù)載。工作原理：它由兩個(gè)導(dǎo)電臂組成，每個(gè)導(dǎo)電臂由一個(gè)全控制裝置和一個(gè)反并聯(lián)二極管組成。兩個(gè)彼此串聯(lián)的電容器C1和C2連接在d C側(cè)，C1=C2滿足。讓感性負(fù)載連接在點(diǎn)A和點(diǎn)0之間

5、。T1和T2之間有一個(gè)空載時(shí)間，以避免上下直接連接，空載時(shí)間內(nèi)兩個(gè)晶閘管都沒(méi)有驅(qū)動(dòng)信號(hào)。1.電壓型逆變電路半橋逆變電路結(jié)構(gòu)及波形：4.3.1電壓型單相半橋逆變電路，4.3電壓型逆變電路，動(dòng)畫，輸出電壓有效值為：經(jīng)傅里葉分析，輸出電壓瞬時(shí)值為：其中為角頻率如果負(fù)載是電阻性負(fù)載，如果驅(qū)動(dòng)信號(hào)在t2之前在T1開(kāi)啟，在T2關(guān)閉，u0=Ud/2。在t2，關(guān)閉T1，同時(shí)向T2發(fā)送接通信號(hào)。由于電感負(fù)載中的電流I。無(wú)法立即改變方向，D2打開(kāi)飛輪，u0=Ud /2。T3，時(shí)間I。降至零，D2關(guān)閉，T2打開(kāi)，時(shí)間I。開(kāi)始反向增加，此時(shí)仍有u0=Ud /2。在t4，T2被關(guān)閉，同時(shí)，由于電感負(fù)載中的電流，傳導(dǎo)信號(hào)

6、被發(fā)送到T1。由于無(wú)法立即改變方向，D1先打開(kāi)飛輪，此時(shí)U0=UD/2仍然存在；我在t5。降至零，T1導(dǎo)通，u0=ud/2；圖4.3.1電壓型半橋逆變電路及其電壓和電流波形，2。工作原理：沒(méi)有工作能量來(lái)減緩電感反饋，缺點(diǎn)：1)交流電壓的幅值只有UD/2；2) DC側(cè)需要分壓電容；3)為了使負(fù)載電壓接近正弦波，通常在輸出端連接一個(gè)LC濾波器，輸出濾波器LC濾除逆變器輸出電壓中的高次諧波。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，設(shè)備少；用途：用于幾千瓦以下的低功率逆變電源；4.3.2電壓型單相全橋逆變電路，全控開(kāi)關(guān)器件T1和T4組成一對(duì)橋臂，T2和T3組成一對(duì)橋臂，T1和T4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷；T2和T3同時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉。T1(T

7、)4和T2(T3)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是互補(bǔ)的，即當(dāng)T1和T4有驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，T2和T3沒(méi)有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，反之亦然，兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通180。1。電路工作過(guò)程：輸出方波電壓瞬時(shí)值：輸出方波電壓有效值：基波分量有效值：圖4.3.2電壓型單相全橋逆變電路及電壓、電流波形圖，(4.3.6)、(4.3.4)、(4.3.5)，與單相半橋逆變電路相比，(1)在純電阻負(fù)載下，在0tTs4和Ts2t3Ts4期間，D1和D4導(dǎo)通，起到負(fù)載電流續(xù)流的作用，T1T4在此期間不導(dǎo)通。圖4.3.2電壓型單相全橋逆變電路及電壓電流波形；2)當(dāng)施加感性負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流的峰值為：(4 . 3 . 7)；0t期間，T1和T4有驅(qū)動(dòng)信號(hào)；因?yàn)殡娏?/p>

8、i0為負(fù)，T1和T4不導(dǎo)通，D1和D4導(dǎo)通，這起到了負(fù)載電流續(xù)流的作用，u0=Ud在t期間，i0為正，T1和T4導(dǎo)通。在測(cè)試期間，T2和T3有驅(qū)動(dòng)信號(hào)。因?yàn)殡娏鱥0為負(fù)，所以T2和T3不導(dǎo)通，而D2和D3導(dǎo)通以發(fā)揮負(fù)載電流續(xù)流的作用，并且u0=Ud。在t2期間，T2和T3打開(kāi)。3)負(fù)載電阻電感時(shí)，圖4.3.2顯示電壓型單相全橋逆變電路及電壓和電流波形，圖4.3.2(e)顯示負(fù)載電阻電感時(shí)DC電源輸入電流波形。圖4.3.2(f)顯示了RL負(fù)載下DC電源的輸入電流波形。4.3.3電壓型三相橋式逆變電路，電壓型三相橋式逆變電路的基本工作模式為180導(dǎo)通型，即每一橋臂的導(dǎo)通角為180，在同相上下橋臂交

9、替導(dǎo)通的垂直換向模式下，每相開(kāi)始導(dǎo)通的時(shí)間依次相差120。在一個(gè)周期內(nèi)，觸發(fā)六個(gè)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的順序?yàn)門1T2T3t45t6，依次相隔60。在任何時(shí)候，三個(gè)試管同時(shí)打開(kāi)。導(dǎo)通的組合順序?yàn)閠1t2t3、T2T3T4、T3T4T5、T4T5T6、T5T6T1和T6T1T2，每個(gè)組合工作60次。圖4.3.3電壓型三相橋式逆變器電路，1。工作流程：一個(gè)工作周期分為六個(gè)區(qū)域。在00，ug20，ug30，T1，T2和T3被接通，2，每個(gè)相負(fù)載的相電壓和線電壓波形：和其他五個(gè)時(shí)域值，線電壓和相電壓可以根據(jù)相同的想法獲得。圖4.3.4電壓型三相橋式逆變電路及其工作波形，其中Ud為逆變器輸入DC電壓。3。負(fù)載相電壓

10、和線電壓幅值分析：通過(guò)傅立葉分析，相電壓瞬時(shí)值為：相電壓基幅值，(4.3.8)，(4.3.9)。從上述公式可以看出，負(fù)載相電壓中沒(méi)有三次諧波，只有高次奇次諧波，N次諧波的幅值是基波幅值的1/n表4.3.1三相橋式逆變電路工作狀態(tài)表，4.4.1電流模式單相橋式逆變電路，當(dāng)T1和T4接通，T2和T3斷開(kāi)時(shí)，i0=標(biāo)識(shí)；相反，I0=-Id。當(dāng)以頻率f交替切換開(kāi)關(guān)管T1、T4和T2、T3時(shí)，在負(fù)載上獲得圖4.4.1(b)所示的電流波形。輸出電流波形為矩形，與電路的負(fù)載特性無(wú)關(guān)，而輸出電壓波形由負(fù)載特性決定。當(dāng)主電路的開(kāi)關(guān)管采用自關(guān)斷裝置時(shí)，如果其反方向不能承受高壓，則應(yīng)在每個(gè)開(kāi)關(guān)裝置支路中串聯(lián)二極管。

11、圖4.4.1電流模式單相橋式逆變器電路和電流波形，1。電路工作過(guò)程：4.4反反向高壓恒流大電感電流型逆變電路，其基波幅度I01m和基波有效值I01分別為(4.4.1)、(4.4.2)、(4.4.3)。2.電流波形參數(shù)計(jì)算：圖4.4.1電流模式單相橋式逆變電路及電流波形。導(dǎo)通模式為120導(dǎo)通和橫向換向模式，任何時(shí)刻只導(dǎo)通兩個(gè)橋臂。開(kāi)啟順序?yàn)?T2T3T4T5T6，間隔60圈，每個(gè)橋臂開(kāi)啟120圈。以這種方式，在每個(gè)時(shí)刻，上橋臂組中的一個(gè)臂和下橋臂組中的一個(gè)臂被引導(dǎo)。輸出電流波形與負(fù)載特性無(wú)關(guān)。輸出電壓波形由負(fù)載的性質(zhì)決定。圖4.4.3電流模式三相橋式逆變電路原理圖及輸出電流波形，(4.4.4)，

12、1。工作模式：輸出電流的基波有效值I01與DC電流id之間的關(guān)系為：4.5負(fù)載換向逆變電路，4.5.1并聯(lián)諧振逆變電路1，電路結(jié)構(gòu)2，工作原理3，電路參數(shù)計(jì)算4.5.2串聯(lián)諧振逆變電路1，電路結(jié)構(gòu)2，工作原理4.5.1并聯(lián)諧振逆變電路，其負(fù)載為中頻電爐，實(shí)際上是一個(gè)感應(yīng)線圈。在圖中，左和右串聯(lián)作為其等效電路。由于負(fù)載功率因數(shù)非常低，補(bǔ)償電容c并聯(lián)。電容C、電感L和電阻R構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)諧振電路，所以這個(gè)電路被稱為并聯(lián)諧振逆變電路。該電路采用負(fù)載換向，需要負(fù)載電流來(lái)引導(dǎo)電壓。因此，補(bǔ)償電容應(yīng)該對(duì)負(fù)載進(jìn)行過(guò)補(bǔ)償，使負(fù)載電路能夠在小電容和失諧的情況下工作。圖4.6.1并聯(lián)諧振逆變電路原理圖，電路結(jié)構(gòu)：小

13、電感，限制晶閘管電流上升率，大濾波電感，并聯(lián)諧振逆變電路為電流型，因此其交流輸出電流波形接近矩形波，包括基波和諧波。工作時(shí)，晶閘管交流觸發(fā)的頻率應(yīng)接近負(fù)載電路的諧振頻率，因此負(fù)載對(duì)基波呈高阻抗，對(duì)諧波呈低阻抗，諧波幾乎不會(huì)在負(fù)載電路上產(chǎn)生壓降，因此負(fù)載電壓波形為正弦波。由于基頻略高于負(fù)載諧振頻率，負(fù)載電路為容性，io將電壓uo超前一定角度，從而達(dá)到自動(dòng)換向和關(guān)斷晶閘管的目的。圖4.6.3并聯(lián)諧振逆變電路原理圖及其工作波形，工作原理：圖4.6.2并聯(lián)諧振逆變電路換向過(guò)程，逆變電路換向過(guò)程，t2觸發(fā)T2和T3，電路開(kāi)始換向。當(dāng)T2和T3接通時(shí)，負(fù)載兩端的電壓被施加到T1和T4的兩端，使得T1和T4

14、在負(fù)壓下斷開(kāi)。因?yàn)槊總€(gè)晶閘管與換向電抗器LT串聯(lián)，所以T1和T4不能在t2立即關(guān)斷，并且T2和T3中的電流不能立即增加到穩(wěn)定值。在換向期間，所有四個(gè)晶閘管都導(dǎo)通。由于大電感Ld時(shí)間短、電流恒定，電源不會(huì)短路。在t=t4時(shí)，T1和t4的電流減小到零并關(guān)斷，DC側(cè)電流id全部從T1和T4轉(zhuǎn)移到T2和T3，換向過(guò)程結(jié)束。T4-t2=tr稱為換向時(shí)間。T1和T4的電流降至零后，需要一段時(shí)間才能恢復(fù)正向阻斷能力。因此，在換向完成后，T1負(fù)載的功率因數(shù)角由負(fù)載電流和電壓之間的相位差決定，該相位差是電路的工作頻率，如圖3.6.3所示。圖4.6.3并聯(lián)諧振逆變器的工作波形，(4.6.2)，(4.6.1)，如果忽略換向過(guò)程，i0為矩形波。擴(kuò)展成傅立葉級(jí)數(shù)得到，(4.6.4)，(4.6.5)，(4.6.7)，基波電流的有效值，逆變電路的輸入功率Pi為，逆變電路的輸出功率po為，因?yàn)镻o=Pi，所以可以得到負(fù)載電壓有效值U0和DC電壓Ud之間的關(guān)系：負(fù)載電流i0和DC側(cè)電流id為了續(xù)流，電路中設(shè)置了反并聯(lián)二極管D1D4。補(bǔ)償電容c和負(fù)載電感線圈形成串聯(lián)諧振電路。為了實(shí)現(xiàn)負(fù)載換向，補(bǔ)償后的總負(fù)載需要是容性的。圖4.6.4串聯(lián)諧振逆變器電路，1。電路結(jié)構(gòu)，4.5.2串聯(lián)諧振逆變電路，晶閘管T1和T4導(dǎo)通，電流從甲流向乙，uo左正右和負(fù)。因?yàn)殡娏黝I(lǐng)先于電壓，所以當(dāng)t=t1時(shí)，電