第五章-逆变技术解析PPT课件

-,1,第5章逆变电路(DC/AC变换）,5.1换流方式5.2电压型逆变电路5.3电流型逆变电路5.4多重逆变电路和多电平逆变电路本章小结,-,2,逆变,把直流电变成交流电,源逆变,交流侧接有电源,逆变电路,无源逆变,交流侧直接和负载连接,一般指无源逆变电路,第5章逆变电路(DC/AC变换）,-,3,逆变电路应用广泛，在各种直流电源电池向交流负载供电时，就需要逆变电路。交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置其电路的核心部分都是逆变电路。换流变流电路在工作过程中不断发生电流从一个支路向另一个支路的转移。,-,4,第5章逆变电路(DC/AC变换）,5.1换流方式5.2电压型逆变电路5.3电流型逆变电路5.4多重逆变电路和多电平逆变电路本章小结,-,5,5.1换流方式,5.1.1逆变电路的基本工作原理5.1.2换流方式分类,-,6,5.1.1逆变电路的基本工作原理,图5-1逆变电路及其波形举例,S1S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正；当S1、S4断开，S2、S3闭合时，uo为负。直流电变成了交流电，改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。,当负载为电阻时，io和uo的波形相同，相位也相同当负载为阻感时，io相位滞后于uo，波形也不同设t1时刻前S1、S4导通，uo和io均为正,t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，uo极性立刻变负，但io不能立刻改变而维持原方向io从直流电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感中储存的能量向直流电源反馈，io逐渐减小，到t2时刻降为零，之后io才反向并逐渐增大。,-,7,5.1换流方式,5.1.1逆变电路的基本工作原理5.1.2换流方式分类,-,8,5.1.2换流方式分类,换流,全控型器件可通过门极得控制使其关断，半控型器件晶闸管，必须利用外部条件或采取其它措施才能使其关断。一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反向电压，才能关断。,开通时,关断时,无论支路是有全控型还是半控型电力电子器件组成，只要有适当的门极驱动信号，就可使其开通。,换相,-,9,1.器件换流,利用全控型器件的自关断能力进行换流,2.电网换流,可控整流电路三相交流调压电路电网换流采用相控方式的交交变频电路只要把负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断，不需要器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加任何元件。但不适用于没有交流电网的无源逆变电路,由电网提供换流电压,-,10,3.负载换流,负载电流相位超前于负载电压的场合负载为电容性负载时实现负载换流负载为同步电动机时,由负载提供换流电压,图5-2a)负载换流电路,a),4个桥臂均由晶闸管组成负载是电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容性。直流侧串入大电感Ld，工作过程中可认为id基本没有脉动,-,11,b),图5-2b)负载换流工作波形,4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩形波负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗很大而对谐波阻抗很小，uo波形接近正弦波,T1时刻前：VT1、VT4为通态，VT2、VT3为断态，uo、io均为正，VT2、VT3上施加的电压即为uot1时刻触发VT2、VT3使其开通，uo通过VT2、VT3本别加到VT4、VT1上使其承受反向电压而关断，电流从VT1、VT4换到VT3、VT2触发VT2、VT3时刻，t1必须在uo过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成,-,12,4.强迫换流（电容换流）,设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式,直接耦合式强迫换流,由换流电路内电容直接提供换流电压,图5-3直接耦合式强迫换流原理图,晶闸管VT通态时，预先给电容C按图5-3中所示极性充电。合上开关S，就可使晶闸管被施加反向电压而关断,-,13,电感耦合式强迫换流,通过换流电路内电容和电感的耦合提供换流电压或换流电流,图5-4电感耦合式强迫换流原理图,图5-4a中晶闸管在LC振荡第一个半周期内关断图5-4b中晶闸管在LC振荡第二个半周期内关断,图a中，接通S后，LC振荡电流将反向流过VT，与VT的负载电流相减，直到VT的合成正向电流减至零后，再流过二极管VD。,图b中，接通S后，LC振荡电流先正向流过VT并和VT中原有的负载电流叠加，经过半个振荡周期振荡电流反向流过VT，直到VT的合成正向电流减至零后，再流过二极管VD。,-,14,给晶闸管加上反向电压而使其关断的换流,电压换流,电流换流,先使晶闸管电流减为零，然后通过反并联二极管使其加反向电压的换流,器件换流只适用于全控型器件电网换流负载换流针对晶闸管强迫换流,-,15,器件换流强迫换流,因器件或变流器自身原因引起换流,自换流,电网换流负载换流,借助于外部手段（电网电压或负载电压）换流,外部换流,自换流逆变电路采用自换流方式逆变的电路外部换流逆变电路采用外部换流方式逆变的电路熄灭当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而是在支路内部终止流通而变为零,-,16,第5章逆变电路(DC/AC变换）,5.1换流方式5.2电压型逆变电路5.3电流型逆变电路5.4多重逆变电路和多电平逆变电路本章小结,-,17,5.2电压型逆变电路,5.2.1单相电压型逆变电路5.2.2三相电压型逆变电路,-,18,5.2电压型逆变电路,电流型逆变电路（电流源型逆变电路）,电压型逆变电路（电压源型逆变电路）,直流侧是电压源,直流侧是电流源,图5-5电压型全桥逆变电路(全桥逆变电路）,-,19,电压型逆变电路的特点1）直流侧为电压源或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，滞留贿赂呈现低阻抗。2）输出电压为矩形波，与负载阻抗角无关，交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。3）当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联反馈二极管。,-,20,5.2电压型逆变电路,5.2.1单相电压型逆变电路5.2.2三相电压型逆变电路,-,21,5.2.1单相电压型逆变电路,1半桥逆变电路,图5-6a)单相半桥电压型逆变电路,半桥逆变电路有两个桥臂，每个桥臂有一个可控器件和一个反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，两个电容的联结点是直流电源的中点。负载联结在直流电源中点和两个桥臂联结点之间。,-,22,图5-6b)单相半桥电压型逆变电路工作波形,设开关器件V1和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补。当负载为感性时，工作波形如图5-6b所示,输出电压uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2输出电流io波形随负载情况而异。t2时刻以前V1通，V2断t2时刻给V1关断信号，给V2开通信号，则V1关断，但感性负载中io不能立即改变方向，于是V2导通续流。,t3时刻io降为零时，VD2截止，V2开通，io开始反向。t4时刻给V2关断信号，给V1开通信号，V2关断，VD1先导通续流，t5时刻V才开通。,V1或V2通时，负载电流io和电压uo同方向，直流侧向负载提供能量VD1或VD2通时，io和uo反向，负载电感中贮藏的能量向直流侧反馈,-,23,负载电感将其吸收的无功能量反馈回直流侧，反馈回的能量暂时储存在直流侧电容器中，直流侧电容器起着缓冲这种无功能量的作用。,二极管,反馈二极管,续流二极管,是负载向直流侧反馈能量的通道,使负载电流连续,可控器件是不具有门极可关断能力的晶闸管时，须附加强迫换流电路才能正常工作。,-,24,半桥逆变电路特点优点简单，使用器件少缺点输出交流电压幅值Um仅为Ud/2，直流侧需两电容器串联，工作时要控制两个电容器电压均衡半桥逆变电路常用于几kW以下的小功率逆变电源,-,25,2全桥逆变电路,图5-5电压型全桥逆变电路(全桥逆变电路）,电压型全桥逆变电路可看成由两个半桥电路组合而成，共4个桥臂，桥臂1和4为一对，桥臂2和3为另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通180,-,26,图5-6b)单相半桥电压型逆变电路工作波形,电压型全桥逆变电路输出电压uo的波形和图5-6b的半桥电路的波形uo形状相同，也是矩型波，但幅值高出一倍，Um=Ud,输出电流io波形和图5-6b中的io形状相同，幅值增加一倍VD1、V1、VD2、V2相继导通的区间，分别对应VD1和VD4、V1和V4、VD2和VD3、V2和V3相继导通的区间,-,27,全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最多的，对电压波形进行定量分析将幅值为Uo的矩形波uo展开成傅里叶级数，得其中基波幅值Uo1m和基波有效值Uo1分别为上述公式对半桥逆变电路也适用，将式中的ud换成Ud/2uo为正负电压各为180的脉冲时，要改变输出电压有效值只能通过改变输出直流电压Ud来实现,(5-1),(5-3),(5-2),-,28,采用移相方式调节逆变电路的输出电压,实际就是调节输出电压脉冲的宽度,移相调压,图5-7单相全桥逆变电路的移相调压方式,a),各IGBT栅极信号为180正偏，180反偏，且V1和V2栅极信号互补，V3和V4栅极信号互补V3的基极信号不是比V1落后180，而是只落后q(0q0时为VD4导通，iu0时，V12和VD1导通iU0时，V41和VD4导通,-,76,通过相电压相减得到线电压两电平逆变电路的输出线电压有Ud和0三种电平三电平逆变电路的输出线电压有Ud、Ud/2和0五种电平通过适当控制，三电平逆变电路输出电压谐波可大大少于两电平逆变电路三电平逆变电路另一突出优点每个主开关器件承受电压为直流侧电压的一半多电平逆变电路三电平及更多电平的逆变电路,-,77,第5章逆变电路(DC/AC变换）,5.1换流方式5.2电压型逆变电路5.3电流型