电力电子技术基础17-交流变频

1、Fundamentals of Power Electronics Technology 电力电子技术基础电力电子技术基础第三部分 电力电子变换电路6 6第7章 变频电路相关概念相关概念逆变概念 逆变与整流相对应，直流电变成交流电交流侧接电网，为有源逆变交流侧接负载，为无源逆变逆变与变频逆变与变频变频电路：交交变频和交直交变频两种交直交变频由交直变换和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变 逆变器的分类：输出频率：工频、中频、高频（20kHz）相 数：单相、三相能量流向：有源、无源电源类型：电压源型VSI、电流源型CSI电路结构：半桥、全桥、推挽、单管换流方式：负载换流式、硬开关式、谐振式按逆变

2、器逆变器逆变电路的应用逆变电路的应用蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时，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的核心部分都是逆变电路7.1 交直交电压型逆变电路 (1)直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉无脉动动。 (2)输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。 电压型逆变电路电压型逆变电路(3)交流侧为阻感负载时，需提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管（与全控器件反并联构成逆导开关）。电压型全桥逆变电路电压型全桥逆变电路桥臂1和4作为一对，桥臂2

3、和3作为另一对，成对的两个桥臂同时导通，两对桥臂交替导通180;V1,4和V2,3栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补u图 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形a)ttOOONb)oUm- -Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2工作原理 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，输出电压uo o为正负对称1800矩形波，幅值为Um=Ud/2。 V1或V2通时，io和uo o同方向，直流侧向负载提供能量；VD1或VD2通时，i io o和u uo o反向，电感中贮能向直流侧反馈。VD1、VD2称为反馈二极管反馈二极管, ,它又起着使

4、负载电流连续的作用，又称续流二极管续流二极管。电压型半桥逆变电路电压型半桥逆变电路l优点优点：电路简单，使用器件少。缺点缺点：输出交流电压幅值为U Ud d/2/2，且直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡。应用应用：用于几kW以下的小功率逆变电源。l单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合。电压型三相桥式逆变电路电压型三相桥式逆变电路 三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路 应用最广的是三相桥式逆变电路 可看成由三个半桥逆变电路组成NN+-UVW图5-9V1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD6Ud2Ud21、180导电方式导电方式 每桥臂导电180，同一相上

5、下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120 任一瞬间有三个桥臂同时导通 每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流纵向换流180导通，60纵向换流120导通，60横向换流控制方式输出电压波形：每个 半桥的输出电压相对 于中点而言，波形均 为正负对称180方波， 幅度为Ud/2 。U相，1通，uUN=Ud/2， 4通，uUN=-Ud/2。NN+-UVW图5-9V1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD6Ud2Ud2NN+-UVW图5-9V1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD6Ud2Ud2负载线电压为正负对称的1200矩形波，幅度为Ud。 UNWNWU

6、WNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu负载相电压UNUN NN VNVN NN WNWN NN uuuuuuuuu负载中点和电源中点间电压)(31)(31WNVNUN WN VN UN NNuuuuuuu负载为三相对称时有uUN+uVN+uWN=0，于是)(31 WN VN UNNNuuuuuNN,也是矩形波，但其频率为uUN，频率的3倍，幅值为其1/3，即为Ud/6。 每相负载电压波形：uUN、uVN、uWN的波形形状相同，均为6拍阶梯波，幅度为2Ud/3，相位上依次相差1200 防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源短路，应采取“先断后通”1、120导电方式导电方式 每

7、桥臂导电120 任一瞬间有两个桥臂同时导通，一个在上桥臂，另一个在下桥臂 每次换流都是在从一相桥臂向相邻桥臂转换，也称为横向换流横向换流NN+-UVW图5-9V1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD6Ud2Ud27.2 交直交电流型逆变电路 直流电源为电流源的逆变电路电流型逆变电路 一般在直流侧串联大电感，电流脉动很小，可近似看成直流电流源 实例之一：右图为电流型三相桥式逆变电路 交流侧电容用于吸收换流时负载电感中存贮的能量UVW图5-11idUdVT1VT2VT3VT4VT5VT6电流型逆变器电流型逆变器单相电流型逆变器单相电流型逆变器 4桥臂，每桥臂晶闸管各串联一个电抗器

8、LT，用来限制晶闸管开通时的di/dt 1、4和2、3以10002500Hz的中频轮流导通，可得到中频交流电 采用负载换相方式，要求负载电流略超前于负载电压负载一般是电磁感应线圈，R和L串联为其等效电路因功率因数很低，故并联CC和L、R构成并联谐振电路，故此电路称为并联谐振式逆变并联谐振式逆变电路电路ABCRL图5-12LdIdVT1VT2VT3VT4LT1LT2LT3LT4uoio 输出电流波形接近矩形波，含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波单相电流型逆变器单相电流型逆变器ABCRL图5-12LdIdVT1VT2VT3VT4LT1LT2LT3LT4uoio 工作波形分析工作波形分析 一周

9、期内，两个稳定导通阶段和两个换流阶段 t1t2：VT1和VT4稳定导通阶段稳定导通阶段，i=Id，t2时刻前在C上建立了左正右负的电压 t2t4：t2时触发VT2和VT3开通，进入换流阶段换流阶段 LT使VT1、VT4不能立刻关断，电流有一个减小过程 VT2、VT3电流有一个增大过程 4个晶闸管全部导通，负载电容电压经两个并联的放电回路同时放电： LT1、VT1、VT3、LT3到C；另一个经LT2、VT2、VT4、LT4到C t=t4时，VT1、VT4电流减至零而关断，换流阶段结束 t4t2= tg g 称为换流时间换流时间 io在t3时刻，即iVT1=iVT2时刻过零，t3时刻大体位于t2和

10、t4的中点单相电流型逆变器单相电流型逆变器tOtO图5-13tOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tuotguABttIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4单相单相电流电流型逆型逆变器变器波形波形分析分析保证晶闸管的可靠保证晶闸管的可靠关断关断晶闸管需一段时间才能恢复正向阻断能力，换流结束后还要使VT1、VT4承受一段反压时间tt = t5- t4应大于晶闸管的关断时间tq单相电流型逆变器单相电流型逆变器保证晶闸管的可靠保证晶闸管的可靠关断关断晶闸管需一段时间才能恢复正向阻断能力，换流结束后还要使VT1、VT4承受一段反压时间tt = t5- t4应