陈坚---电力电子学第四章--逆变器.pps

第 4 章 直流/交流变换器（逆变器）,4.1 逆变器的类型和性能指标 4.2 电压型单相方波逆变电路工作原理 4.3 电压型单相逆变器电压和波形控制 4.4 三相逆变电路工作原理 4.5 三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制 4.6 大容量逆变器的复合结构 小结,4 直流/交流变换器（逆变器）,4.1 逆变器的类型和性能指标,4.1.1 逆变器的类型 4.1.2 逆变器输出波形性能指标 4.1.3 其他指标,4.1.1 逆变器的类型,电压型逆变器VSI,单相半桥,单相全桥,推挽逆变,三相桥,电流型逆变器CSI,依据直流电源的特性不同可分为：,按输出电压不同分为CVCF、VVVF、脉冲型,按逆变器电路结构不同分为：,按开关器件不同及换流关断方式不同分类： 自关断、强迫关断、有源逆变、负载反电动势、负载谐振换流逆变器。,电压型逆变器VSI,电流型逆变器CSI,4.1.1 逆变器的类型(续1),4.1.1 逆变器的类型（续2）,4.1.1 逆变器的类型（续3）,电压型三相桥式逆变电路,4.1.1 逆变器的类型（续3）,4.1.2 逆变器输出波形性能指标,畸变系数DF,逆变电路输出的n次谐波有效值Vn经LC滤波后在负载上的n次谐波电压VLn为:,4.1.2 逆变器输出波形性能指标（续）,逆变器的性能指标除输出波形性能指标外，还应包括： 逆变效率 单位重量（或单位体积）输出功率 可靠性指标 逆变器输入直流电流中交流分量的数值和脉动频率 电磁干扰EMI及电磁兼容性EMC,4.1.3 其他指标,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路 4.2.2 电压型单相半桥逆变电路 4.2.3 变压器中心抽头推挽式(Push-Pull)单相逆变电路,4.2 电压型单相方波逆电路工作原理,T1、T4与T2、T3 交替通、断,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路,不同负载时，D、T导电情况不同 T导电供电，D导电续流（返回）,电阻负载 电感负载 阻感负载,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路（续）,4.2.2 电压型单相半桥逆变电路,电容分压，半桥电路 T1、T2交替通、断 二级管D的功用 R、L负载时，T、D交替导电,1,D,2,D,t,0,D,V,2,1,an,v,(b)电压波形,2,T,驱动,驱动,2,0,T,0,T,2,3,0,T,4.2.2 电压型单相半桥逆变电路（续）,1,T,4.2.3 变压器中心抽头推挽式单相逆变电路,仅二个开关T1、T2轮流导电180度 开关管断态电压高一倍 2VD 要输出变压器 适用于低压小功率、须隔离的应用,4.3.0 概述 4.3.1 单脉冲宽度调制PWM逆变器 4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理 4.3.3 单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器 4.3.4 双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器 4.3.5 基波移相控制,4.3 单相逆变器输出电压和波形控制,控制方案1:,控制方案2:,控制方案3:,可控整流方案,斩波调压方案,逆变器自身控制方案,控制输出电压基波V1的大小 控制输出电压波形，要求谐波系数小，谐波频率高,4.3.0 概述,4.3.0 概述（续1）,4.3.0 概述（续2）,正半周中，T1、T4导通角 负半周中，T2、T3导通角 开关频率决定输出频率 脉宽决定输出电压大小,4.3.1 单脉冲宽度调制PWM逆变器,4.3.1 单脉冲宽度调制PWM逆变器（续）,4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理,在某一很短的时间段期间，正弦电压与同一时间段中等幅脉冲电压作用于L、R电路时，只要两个窄脉冲电压的冲量相等，则它们所形成的电流响应就相同。因此要使图4.8(b)的PWM电压波在每一时间段都与该时段中正弦电压等效，除每一时间段的面积相等外，每个时间段的电压脉冲还必须很窄，这就要求脉波数量P很多。脉波数越多，不连续的按正弦规律改变宽度的多脉波电压就越等效于正弦电压。,4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续1）,4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续2）,冲量等效原理: 大小、波形不相同的窄脉冲变量作用于惯性系统时，只要它们的冲量即变量对时间的积分相等，其作用效果基本相同。,4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续3）,T1（D1）、T4（D4）导通,T3（D3）、T2（D2）导通,T1（D1）、T3（D3）导通 或T2（D2）、T4（D4）导通,4.3.3 单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器,Vab0,VabVd,VabVd,三种电平,4.3.3 单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器（续1）,单极性SPWM（续2）,单极性SPWM（续3）,单极性倍频驱动信号生成方式,单极性倍频,(1) P=6, 2P-1=11, 最低谐波为11次,(3) 11次谐波大于1/11=9%,(2),单极性SPWM（续4）,双极性三角波 Vc、Vr交点确定开关通、断点。输出电压正、负半周中，Vab既有正电压也有负电压，没有零电压,4.3.4 双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器,4.3.4 双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器（续1）,4.3.4 双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器（续2）,4.3.5 基波移相控制,4.4.1 电压型三相逆变工作原理 4.4.2 电流型三相逆变工作原理,4.4 三相逆变电路工作原理,三个相差120度的单相逆变器组成一个三相逆变器,4.4.1 电压型三相逆变工作原理,4.4.1 电压型三相逆变工作原理（续1）,A相：T1、T4、T1、T4 B相：T3、T6、T3、T6 C相：T5、T2、T5、T2,三个相差120度的单相逆变器组成一个三相逆变器,4.4.1 电压型三相逆变工作原理（续2）,三相桥式逆变器,电 路,4.4.1 电压型三相逆变工作原理（续3）,4.4.1 电压型三相逆变工作原理（续4）,4.4.1 电压型三相逆变工作原理（续5）,L大，iD恒定 120度导电模式，仅两个开关同时导电 12，23，34，45，56，61，12,4.4.2 电流型三相逆变工作原理,三角形负载,4.4.2 电流型三相逆变工作原理（续）,4.5 三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制,4.5 三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制,4.5 三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制（续）,（1）驱动信号可由硬件电路实现，亦可由软件Micro Processor或DSP实现。 （2）提高电压利用率，可改变vr或采用空间矢量控制。,4.5 三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制,4.6.0 概述 4.6.1 12阶梯波逆变器 4.6.2 24阶梯波逆变器,4.6 大容量逆变器的复合结构,开关器件电压67KV，3KA6KA、8KA 一个三相桥容量难于达到10MVA 器件串联提高电压 器件并联增大电流 几个三相桥电路通过变压器组合成复合型逆变器是 扩大容量的有效途径,4.6.0 概述,4.6.1 12阶梯波逆变器,4.6.1 12阶梯波逆变器（续1）,4.6.1 12阶梯波逆变器（续2）,4.6.1 12阶梯波逆变器（续3）,4.6.1 12阶梯波逆变器（续4）,4.6.2 24阶梯波逆变器,输出电压波形合成,4.6.2 24阶梯波逆变器（续）,逆变器应用非常广泛：变频变压、变速传动的交流电动机、恒频恒压交流负