自换流逆变电路—逆变器.ppt

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 电压型三相逆变器电压和波形的SPW控制,2,4. 直流-交流变换器（逆变器）,3,4.1 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,4,4.1.1 逆变器的类型,依据直流电源的类型：,依据输出交流电压的性质：CVCF（恒频恒压）、VVVF（变频变压）、高频脉冲型,依据逆变器电路结构：单相半桥、单相全桥、推挽式、三相桥式逆变器,依据开关器件不同及换流关断方式：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,5,4.1.1 逆变器的类型(续1),电压型逆变电路:特点： C存在。C的作用：滤波和吸收无功功率适合于感性负载,电流型逆变电路：特点： L存在。L的作用：滤波和吸收无功功率适合于容性负载,电压型逆变器VSI,电流型逆变器CSI,6,4.1.1 逆变器的类型(续2),7,4.1.1 逆变器的类型(续3),8,4.1.1 逆变器的类型(续4),电压型三相桥式逆变电路,9,总THD系数表征了实际波形同其基波分量差异的程度。输出为理想方波时，THD为零。,4.1.2 逆变器输出波形性能指标,10,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1）,(3)畸变系数DF,n次谐波衰减了n2倍第n次谐波的畸变系数：,总的畸变系数：,11,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,12,4.2.1 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,13,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路,T1、T4一组和T2、T3另一组交替通、断。,14,臂内换流：同一个导通臂内的元件之间换流，而且换流是在ia=0 时进行的称自然换流。 臂间换流：指电流由一个导通臂转移到另一个导通臂，换流是在ia0 时进行的，属于强迫换流。,当负载为感性时,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路(续1),15,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路(续2),逆变状态：T14 ,T23 导通时，直流电源向负载传输能量。整流状态：D14 D23 导通时,负载向直流电源仅传能量.,因此，D14、D23为无功电流传输提供通路，C是用来吸收无功功率。,当负载为感性时能量传递方向：,16,瞬态基波功率分析（感性负载）,基波瞬态功率：,用积化和差公式：,基波电压:,基波电流:,基波电压幅值：,基波电压有效值：,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路(续3),17,上式说明：基波的瞬态功率含有交流分量和直流分量。,直流功率讨论：,基波的直流功率,基波的交流功率,基波的平均功率:,平均功率等于直流功率,(1)当 ,感性负载,有功功率最大,无功功率为零,(2)当 ,纯感性负载,无功功率最大,(3)当 ,既有无功功率又有有功功率,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路(续4),无功功率,18,特性分析-1,由于入端电压为恒定，桥中各臂元件轮番导通时，输出端电压交替地被钳到入端电压Ud，故为交变方波。其频率取决于门极信号的重复频率，因而实现逆变目的。将UAB用傅里叶级数展开：式中：UAB1m为基波电压幅值：基波电压有效值：,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路(续5),19,由于负载为感性，阻抗角负载基波电流iO1将滞后于基波电压角度。当T1，4和T2，3导通时，负载由电源获得电能。当D1，4和D2，3导通时，负载中电能反馈到C中，保证负载电流连续。反并二极管和电容C为此无功电流提供了通路。,4.2.1 电压型单相全桥逆变电路(续6),特性分析-2,20,4.2.2 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的作用，感性负载续流R、L负载时，T、D交替导电,21,当Ug1=1,T1 导通或D1导通，S与P相接,当控制信号以频率 f 变换， 在 与 之间变化，使输出为交流方波电压。,4.2.2 电压型单相半桥逆变电路（续1）,工作原理:,当Ug2=1,T2 导通或D2导通，S与Q相接,22,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,1,T,4.2.2 电压型单相半桥逆变电路（续2）,23,4.2.3 变压器中心抽头推挽式单相逆变电路,开关T1、T2轮流导电180度 开关管承受的断态电压为 2VD 适用于低压小功率、而且直流电源和负载须隔离输出电压为180度宽的交流方波当T1导通时，输出电压vab=VD，当T2导通时，输出电压Vab=-VD，,24,4.3.0 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 电压型单相逆变器输出电压和波形控制,25,控制方案1:,控制方案2:,控制方案3:,控制输出电压基波V1的大小仅有输入电压VD唯一确定。 控制输出电压波形，要求谐波成分小且最低阶次谐波阶次高，谐波频率高。,4.3.0 概述,可控整流方案,直流/直流变换器调压方案,逆变器自身控制方案,26,4.3.0 概述（续1）,27,逆变器自身控制方案,通过开关器件的脉冲宽度调制（PWM），调整输出基波电压的大小、增大输出电压中的最低次谐波的阶次并减小其谐波数值，达到调控其输出基波电压同时又改善输出电压波形的目的。,4.3.0 概述（续2）,28,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,29,4.3.1 单脉冲宽度调制PWM逆变器（续1）,30,4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理,理论基础冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同冲量指窄脉冲的面积效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同低频段非常接近，仅在高频段略有差异,形状不同而冲量相同的各种窄脉冲,31,形状不同而冲量相同的各种窄脉冲,实例电路输入：u(t)，窄脉冲，如图a、b、c、d所示电路输出：i(t)，面积等效原理,冲量相同的各种窄脉冲的响应波形基本相同,4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续1）,32,用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波正弦半波N等分，可看成N个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等宽度按正弦规律变化,用PWM波代替正弦半波,SPWM波形脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可,4.3.2 正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续2）,33,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3）,34,4.3.3 单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器,一、单极正弦波PWM调制方式,ug2=0 T2断,即ug1和ug2互为反相，并受ur极性控制。其频率为调制信号的频率。,35,ug3,ug4互为反向，受ur和uc的幅值控制,4.3.3 单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器（续1）,36,4.3.3 单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器（续2）,37,二、双极性正弦波PWM调制方式,uruc,T1、T4导通uo=Udur,uc,T2、T3uo=-Ud,T1、T4和T2、T3两组相互导通,4.3.4 双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器,38,4.3.4 双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器（续1）,39,相同的开关频率时单极性SPWM：开关动作次数相对少些，谐波情况好些，多用于单相逆变。双极性SPWM：谐波情况差些，用于三相逆变。,载波比：载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr,调制比：正弦波幅值与三角波幅值比值称为调制比:M=Vrm/Vcm,4.3.4 双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器（续2）,40,4.4.1 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,41,基本假设： 负载星形连接，平衡对称， 纯阻性、负载中点o点位作 为参考点，即uo=0 控制脉冲的宽度= 直流电容Cd值足够大； 输入为DC直流源 电路已达到稳态,4.4.1 电压型三相逆变工作原理,控制电压信号的形成载波电压：用一个对称的三角波，幅值为Uom，频率为fc；控制信号：采用三相正弦波。,42,4.4.1 电压型三相逆变工作原理(续1),43,电路：,4.4.1 电压型三相逆变工作原理(续2),A相控制信号的形成（Ug1,Ug4）,44,4.4.1 电压型三相逆变工作原理(续3),45,4.4.1 电压型三相逆变工作原理(续4),46,4.4.1 电压型三相逆变工作原理(续5),47,4.4.1 电压型三相逆变工作原理(续6),48,4.4.2 电流型三相逆变工作原理,49,4.4.2 电流型三相逆变工作原理（续1）,50,4.5 电压型三相逆变器输