电力电子与现代控制电力电子线路及其触发控制三部分PPT课件

1、电力电子与现代控制电力电子与现代控制 Power Electronics and Modern Control 电力电子线路及其控电力电子线路及其控 制制 3、DC/AC变换器 直流直流/ /交流逆变器交流逆变器 逆变器的类型逆变器的类型 电压型单相逆变电路工作原理电压型单相逆变电路工作原理 1 1、双极性、双极性SPWMSPWM控制控制 2 2、单极性、单极性SPWMSPWM控制控制 电压型三相逆变电路工作原理电压型三相逆变电路工作原理 SPWMSPWM控制控制 电流型逆变器电路的工作原理电流型逆变器电路的工作原理 电压型多电平逆变电路电压型多电平逆变电路 逆变器的类型逆变器的类型 1 1、

2、依据直流电源的特性不同可分为：、依据直流电源的特性不同可分为：电压型逆变器电压型逆变器VSIVSI 和电流型逆变器和电流型逆变器CSICSI 2 2、按输出电压不同可分为：按输出电压不同可分为：CVCFCVCF、VVVFVVVF、脉冲型、脉冲型 3 3、按逆变器输出电平不同分为：、按逆变器输出电平不同分为：两电平和多电平两电平和多电平 4 4、按输出电源相数分为：、按输出电源相数分为：单相、三相和多相。单相、三相和多相。 电压型单相逆变电路电压型单相逆变电路 理想单相逆变器及其输出电压和电流波形四象限运行区间 p理想单相逆变器应允许输出电压和电流相位角0-360可实现无源逆变功能。 p根据电压

3、和电流波形和能量流动关系，可将单相逆变器的运行分为4个运行区间，对 应四个象限。 iO 1 逆变 2 整流 4 整流 3 逆变 VO 理想单相逆变器的输出交流电压和电流波形 电压型单相逆变电路电压型单相逆变电路 + _ + _ Vd VOT- T+ D- D+ iO N A L C C iL iO 1 逆变 2 整流 4 整流 3 逆变 VO + _ + _ Vd VO T+ D- iL N A L C C 双向buck电路 运行区间 双向buck电路拓 扑由单向可控开关 T+、T-和二极管 D+、D-构成;可输 出双向电流和单向 电压。 + _ + _ Vd VOT- D+ iL N A L

4、 C C 当iL0时，等效为 单向buck电路 当iL0;io0 区间2：Vo0区间3：Vo0;io0;io0: 2、当T-导通时，T+关断时，Vo0时，Vo0当io0 禁止状态 电压型单相半桥式逆变电路工作电压型单相半桥式逆变电路工作 原理（方波控制）原理（方波控制） 1、T+、T-信号反相(互补)； 2、T+、T-各导通180度； 方波控制 控制方法 电压型单相桥式逆变电路（电压型单相桥式逆变电路（H H桥）工作桥）工作 原理（方波控制）原理（方波控制） (a)电路 Z Z D V 3 T 4 T 3 D 4 D b b 1 T 2 T 1 D 2 D a a D i a i T1-T4各

5、导通180度； T1、T4同步；T2、T3同步。 2、方波控制 (b)等效电路 1、T1与T2；T3与T4信号反相（互补）。 控制方法： 电压型单相逆变电路（方波控制）谐波特性电压型单相逆变电路（方波控制）谐波特性 D 2 0 2 D 0 , 5 , 3 , 1 02 )sin( 4 VdtV T V tn n V tv T ab D n ab 总总有有效效值值 DD D 1 9 . 0 22 2 4 VV V V 基基波波有有效效值值 负载电压谐波特性 负载电流谐波特性 负载电压频谱 负载电流频谱 电感和阻感负载电流谐波幅值相 对电压谐波衰减，谐波次数越大， 衰减越大。 原因：当电感量和电感

6、端电压恒定 时，频率越大，感抗越大,电流越小。 电压型单相逆变电路的双极性电压型单相逆变电路的双极性SPWMSPWM控制控制 D V 3 T 4 T 3 D 4 D b b 1 T 2 T 1 D 2 D a a a i 负载 9 r c f f N c m V r m V t t 22 2 3 D V D V a b v 2 c m r m V V M 0 2 0 v vc c v vr r 载波Vr：控制PWM周期的控制信号（三角波）； 调制波Vc：控制输出电压基波的控制信号； 载波比N：载波与调制波频率之比； 调制比M：调制波与载波幅值之比。 电压型单相逆变电路的单极性电压型单相逆变电路

7、的单极性SPWMSPWM调制调制 d V 3 T 4 T 3 D 4 D b b 1 T 2 T 1 D 2 D a a a i 负载 正弦波Vr+ -1 -1 -1 + - A B - + +Vcc -Vcc 三角波Vc +Vcc -Vcc T1 T2 T3 T4 0导通， 导通， 0导通， 导通， 为上下对称的三角载波 为调制波 互补补通、与 互补补通、与 b4c- r Db3c- r a2cr Da1cr c r- r 43 21 vTvv VvTvv vTvv VvTvv v vv TT TT 单相逆变电路的仿真（双极性和单极性单相逆变电路的仿真（双极性和单极性SPWMSPWM调制）调

8、制） d V 3 T 4 T 3 D 4 D b b 1 T 2 T 1 D 2 D a a a i 负载 Vd=300V，调制比M=0.8，载波比N=750/50=15 负载R=10欧姆，电感为20毫亨。 双极性SPWM 单极性SPWM 可见：1、双极性SPWM调制时输出电压为两电平，单极性调制为三电平； 2、单极性SPWM调制的输出电压和电流谐波小于双极性调制。 单相逆变电路的谐波特性单相逆变电路的谐波特性 双极性SPWM 单极性SPWM 电压Uab频谱电压Uab频谱 电流ia频谱 电流ia频谱 谐波次数 幅值 0510152025303540 0 0.5 1 谐波次数 幅值 051015

9、2025303540 0 0.5 1 幅值 谐波次数 0510152025303540 0 0.5 1 谐波次数 幅值 0510152025303540 0 0.5 1 负载R=10欧姆，电感为20毫亨。 N N-2N+2 2N-1 2N+12N-1 2N+1 三相电压型逆变器的工作原理三相电压型逆变器的工作原理( (方波控制方波控制) ) 每个功率器件导通180度，即同时有三个 功率器件导通； 输出线电压为120度宽度的方波。 (b)等效电路 (a) 电路 电压型三相逆变工作原理电压型三相逆变工作原理( (方波控制方波控制) ) 3/ )( 0)( coboaono cnbnan nococ

10、n nobobn noaoan uuuu uuu uuu uuu uuu ddma VVV636. 02 1n tttttVtv dab 13sin 13 1 11sin 11 1 7sin 7 1 5sin 5 1 sin 32 )( ddmab VVV1 . 132 1 ddma VVV636. 02 1o tttttttVtv dao 13sin 13 1 11sin 11 1 9sin 9 1 7sin 7 1 5sin 5 1 3sin 3 1 sin 2 )( 0 1no m V 共模电压 基波电压峰值 谐波分析 电压型三相逆变器的电压型三相逆变器的SPWMSPWM控制控制 VA0

11、VB0VC0VABVBCVCA t Vao Vbo Vco Vab Vbc Vca 调制波Var、Vbr、Vcr和载波Vc VarVc时，T1导通，Vao=Vd； VarVc时，T3导通，Vbo=Vd； VbrVc时，T5导通，Vco=Vd； VcrVcr1 , S11导通 VmA0;io0 区间2：Vo0区间3：Vo0;io0;io0: 2、当T-导通时，T+关断时，Vo0: 等效为单刀双掷开关 电压型单相半桥式逆变电路的基本工作状态 电压型单相逆变电路 电压型单相半桥式逆变电路工作电压型单相半桥式逆变电路工作 原理（方波控制）原理（方波控制） 1、T+、T-信号反相(互补)； 2、T+、T

12、-各导通180度； 方波控制 控制方法 单相逆变电路的仿真（双极性和单极性单相逆变电路的仿真（双极性和单极性SPWMSPWM调制）调制） d V 3 T 4 T 3 D 4 D b b 1 T 2 T 1 D 2 D a a a i 负载 Vd=300V，调制比M=0.8，载波比N=750/50=15 负载R=10欧姆，电感为20毫亨。 双极性SPWM 单极性SPWM 可见：1、双极性SPWM调制时输出电压为两电平，单极性调制为三电平； 2、单极性SPWM调制的输出电压和电流谐波小于双极性调制。 电压型多电平逆变器电压型多电平逆变器 两电平两电平三电平三电平 五电平五电平 七电平七电平 两电平与多电平逆变器输出相电压及其基波分量波形两电平与多电平逆变器输出相电压及其基波分量波形 N电平逆变器其逆变器输出相电压波形中有N个电平; N 3的逆变器为多电平逆变