电力电子课件第七章(远程)

1、第第 三十六讲三十六讲主讲教师：王念春主讲教师：王念春东南大学远程教育第七章 无源逆变器 在第二章中所论述的整流是将交流电经晶闸管变换成直流；第三章中的有源逆变，是将直流电经逆变向交流电源供电。本章所讲的无源逆变是将直流电经逆变器转换为负载所需要的不同频率和电压值的交流电。 它们在交流电机调速、感应加速、不停电电源等方面应用十分广泛，是构成电力电子技术的重要内容。若逆变器的直流电源由蓄电池、直流发电机等直流电源供电，被称为直流交流逆变器，又称直交逆变器。一般较大功率的无源逆变器，直流电是由交流电整流得到的，因此，这种系统的电源构成是交流直流不同频率和电压的交流，故称它为交直交变频器。 最基本的

2、无源逆变器是单相逆变器，它可以很好的说明逆变器的工作原理，其电路如图71（a）。输入直流电压E，逆变器负载是电阻。当以频率f交替切换开关K1、4和K2、3时，则在电阻上得到图71（b）的第一节 逆变器的工作原理 电压波形。图中T1/f，所以负载电压就是频率为f的交变电压，它含有各次谐波，如欲得到正弦电压或电流，可以通过滤波器滤波。R0u1K2K3K4KE)(b)(aE00uTt图 7 1 单 相 桥 式 逆 变 器 管 工 作 原 理 图71（a）电路中的开关K14实际是各种半导体器件的一种理想模型。逆变器电路中现在常用的开关器件有功率晶体管（GTR）、功率场效应管（POWER MOSFET）

3、、可关断晶闸管（GTO）、普通型和快速型晶闸管（SCR）；近年来新的器件绝缘栅晶体管（IGBT）也逐渐在应用。它们和开关二极管反并联构成了各种逆导型开关管。GTR、GTO、 POWER MOSFET等在控制信号控制控制下导通，当控制极信号撤出后（GTO为加反向电压），就自行关断，所有它们是自关断元件。由它们构成图71（a）的开关，就可以用控制信号方便地控制导通与关断切换。晶闸管在控制极的触发信号作用下，一经导通，若使其关断，必须使阳极电流过零才行，因而需要有换流电路，使晶闸管强迫关断，这点要比自关断器件麻烦。容量较大的半导体开关器件主要是晶闸管，所以目前已在应用的较大容量的逆变器多是晶闸管逆变

4、器。但随着电力电子技术的发展，GTR、MOSFET、GTO等单只容量增大，价格也逐渐便宜，先GTO的单只容量已接近普通晶闸管，所以从80年代中期开始，逆变器中 的开关元件采用可关断器件已占有相当比重。 逆变器类型可由直流电源近似是电压源或电流源分为电压型和电流型。可根据输出相数分单相和三相逆变器。又可根据开关元件类型分晶体管逆变器、可关断晶闸管逆变器和晶闸管逆变器等。对晶闸管逆变器又可根据换流型式不同分为脉冲换流、谐振换流等多种形式。下面将介绍主要类型逆变器，分析其各种原理和电路参数的确定。 第二节 功率晶体管单相逆变器 功率晶体管基级对集电极电流的控制作用与一般晶体管一样。当逆变输出频率不很

5、高时，功率晶体管可采用内部结构为达林顿连接的复合管，这样可有大的电流放大倍数；内部结构的等效电路如图72（a）所示。图72（b）为逆导型晶体管结构，它相当于晶体管再反并联一只二极管。在此讲述逆变器工作原理时，将它看作是受基极信号控制的理想开关即可。)(b)(aBCE1Q2Q1R2RBCE1Q2Q1R2RD图 7 2 功 率 晶 体 管 内 部 等 效 电 路 一、电压型逆变器工作原理 由于多数负载是电感性的，下面着重分析带有电感性负载的晶体管单相桥式逆变器的工作原理。图73（a）是直流电源供电的直交逆变器，图73（b）是交流供电的交直交逆变器，图中电容C是滤波电容，其容量较大，对逆变器来说可以

6、把整流滤波后的 输出当做电压源。这种由电压源供电的逆变器，就称为电压型逆变器。图73（b）是一种教常用的电路，可以通过调整整流桥晶闸管控制角实现对整流电压的控制，该电路就是变压变频系统（VVVF系统）。比较图73（a）和图73（b）可见，带电感性负载时，每个逆变桥臂的晶体管都反并联一只二极管，这些二极管是在Q1、4和Q2、3相互切换时，为负载电感提供能量释放通路的，电感储能提供Q2、3或Q1、4回馈给直流电源，所以称D14为能量回馈二极管。E1Q2Q3Q4Q1D2D3D4DRLabui)(a1Q2Q3Q4Q1D2D3D4DRLabuiC1T2T3T4T5T6T3)(b图 7 3 具 有 电 感

7、 性 负 载 的 晶 体 管 单 相 桥 式 逆 变 器设Q1、4、和Q2、3以频率f进行切换，基极控制信号如图74（a）。但由于负载电感的这样，负载电流并联突变，在Q1、4关断到Q2、3导通（或Q2、3关断到Q1、4导通）的中间有一段时间，二极管D2、3（或D1、4）在自感电势作用下导通，使电感储能向电源回送。因此在一个工作周期中，开关元件的开通顺序是Q1、4， D2、3， Q2、3， D1、4四种，构成如图75四种工作模式，图中标出了电流的实际方向，可由帮助理解各种模式的各种情况。在Q1、4或 D1、4导通时，负载电压uab=E, D2、3 或Q2、3导通时，uab=E，所以负载电压是方波

8、，必须如图74（b）。下面按这四个阶段分析。tttttii3,2bu4, 1bu)(a)(b1t2t3t4t4, 1D导通4, 1Q导通导通导通3,2D3,2Q导通导通导通导通4, 1D4, 1Q3,2D3,2Q图 74 晶体管电压型单相桥式逆变器波形图)(c)(d 第一阶段 在t=t1时导通，此时负载电流为0。负载电流按指数规律上升，方向由a端到b端（设为正方向）。此阶段电路图如图7-5（a）。E)(aiRL1Q4Q 第二阶段 在t=t2时，Q1、4基极信号撤除，Q1、4关断；Q2、3给基极信号，此时i在负载电感作用下将不能突变， ，使D2、3导通，负载电流继续按正方向流通，将电感储能向电源

9、回馈。而Q2、3承受D2、3导通压降的反偏电压，故虽有基极驱动信号却不能导通。由于D2、3导通，所以负载端电压uab=E。电路图如图75(b)。此阶段直到t=t3时EdtdiL i(t3)=0为止。这时D2、3关断，Q2、3导通。电流曲线如图74（c）的t2t3段。iRL)(bE3D2D 第三阶段 电路图如图75(c)。负载电压uab=E。该段电流变化规律与第一阶段相同，但时间延后T/2，电流的方向相反。iRLE2Q3Q)(c 第四阶段 在t=t4时，基极信号为0，Q2、3关断，D1、4在负载电感电势作用下导通，Q1、4不能导通。电路图如图7-5(d)。uab=E,电流变化规律与第二阶段相同，

10、但时间延后T/2，电流方向相反。 如果负载是纯电感，则电流波形如图74（d），为三角波。EiRL1D4D)(d图75 晶体管电压型单相桥式逆变器工作状态电路图 由以上四个阶段可见，负载电压是方波，与Q1、4和 Q2、3基极信号变化一致。电流为由两段RL过渡过程指数曲线过程的正负半波对称的交流。电流过零比电压过零滞后时间，它们与负载R、L值大小及逆变器频率有关。 图73（a）中的功率晶体管如用功率场效应管代换，就构成场效应管逆变器。由于大功率晶体管共射电流放大倍数较低，一般为十几到几十，所以需要基极驱动电流较大。而场效应管为电压控制器件，所以基极驱动功率小，电路简单，且开关频率高。如图73（a）

11、中的晶体管用可关断晶闸管代替，据过程GTO逆变器，它们的各种原理和方向方法都是相同的。 二、输出电压和电流 由图74的波形可见，输出电压和电流是一个非正弦的周期函数，它们可由展开成富氏级数，用频谱分析的方法继续分析。由于uab是方波，所以输出电压有效值EdtETUT2/12/0202输出电压的富氏级数为 (7-8)基波分量n1 基波有效值.)sin51sin31(sin4)(0tttEtutEusin401EEu9 . 02401与输出电压的各次谐波相对应，电流也含各次谐波，如负载R和L是线性的，其n次谐波电流的大小和相位可由下式求出RLntgZULnRUInnnnn10220)( 所以 （7

12、9） 式中 输出电压n次谐波有 效值； 、 n次谐波对应的 阻抗值和相位角。)sin(2)sin()(2)(0220nnnnnntnZUtnLnRUtinU0nZn基波电流为电流的富氏级数展开式为 （710） )sin()(2122011RLtgtLRUi.5 , 3 , 1)sin(4)(nnntnZnEti输出电流有效值 （711）式中 I1、I3、I5为基波、 三次、五次谐波电流有效 值。 一般七次谐波以上分量都很小了，故高次谐波可由略去。.252321IIII第第 三十七讲三十七讲主讲教师：王念春主讲教师：王念春东南大学远程教育 三、功率晶体管和二极管的电 压电流值 在外加输入电压及负

13、载阻抗值已定的情况和负载为纯电阻时，晶体管导通整半个周期，所以电流很大，此时电流平均值为REITav.21电流有效值为 负载为纯电感时，二极管导通时间最长为T/4，流过的电流最大，这时负载电流为三角波，电流平均值为REIT24/0321TDavLETtdtLETI电流的有效值为 晶体管和二极管承受的反压均为E。可以根据上面的计算方法选择晶体管和二极管。 4/02/12243)(1TDLETdttTETI 例 图73（a）中E110V，逆变器频率f100Hz，负载R10，L0.02H。求 （1）输出电压基波分量U01。（2）输出电流基波分量I1。（3）输出电流有效值。（4）输出功率P0。 解 （

14、1） （2）基波阻抗（3）VEU99211042401221)( LRZ59.18)02. 01002(10221ZAZUI33. 559.18/99/101139)02.010023(10)3(22223LRZ6 .63)02. 010025(10)5(22225LRZ56.88)02. 010027(10)7(22227LRZAZUI85. 0392311043033AZUI31. 06 .632511045055AZUI16. 056.882711047077AIIIII41. 527252321（4） 从电流基波分量有效值与电流有效值相比较可见，在电感较大时，二者相近，所以可以用基波分

15、量近似代替输出电流。这样电流滞后电压的相角近似是负载的功率因数角。WRIP6 .2921041. 5220tttttii3,2bu4, 1bu)(a)(b1t2t3t4t4, 1D导通4, 1Q导通导通导通3,2D3,2Q导通导通导通导通4, 1D4, 1Q3,2D3,2Q图 74 晶体管电压型单相桥式逆变器波形图)(c)(d 第三节 可关断晶闸管及其组成 的单相逆变器 一、可关断晶闸管 可关断晶闸管又称门极可关断晶闸管，简写作GTO(Gate-Turn-Off Thyristor)。GTO构造及其工作原理与晶闸管相似，也是PNPN四层三端元件。结构示意图和符号如图76（a）（b）所示。 1.

16、导通原理 与晶闸管一样，等效的双晶体管P1N1P2的共基极电流放大倍数为 ，N1P2N2的共基极电流放大倍数 AKGPNPNAKG)(a)(b图 7 6 GTO 构 造 示 意 图 和 符 号1为 。在UAK为正向电压和有一定的正向触发电流Ig作用时，使两晶体管导通，当 时，在双晶体管内形成电流正反馈，Ic1逐渐增大到Ic1Ig时，就可由Ic1替代Ig，双晶体管进入饱和工作区，GTO就开通。当阳极电流IA大于掣住电流时，触发信号撤除后，GTO就保持导通状态，这与晶闸管的22121导通原理一样。它们之间所不同的是双晶体管工作时的饱和程度不同。晶闸管 ，因之当晶闸管导通后，双晶体管进入深度饱和，I

17、c1较大，所以要想在晶闸管控制极加负信号使它关断就十分困难；而GTO在制造时，使它导通的 ，双晶闸管工作于临界饱和状态，故门15. 12105. 121 极加负电流时，就可以使它关断。 2.关断原理 当GTO在导通时，在门极加关断信号负Ig，IA迅速下降。当降到小于1时，正反馈过程结束，GTO内部不再满足自己维持导通的条件，阳极电流就逐渐下降到零而关断。 二、GTO门极驱动电路 从GTO的导通和关断过程可见，GTO的门极驱动电路，应能给出正向触发脉冲和反向关断脉冲，两个脉冲发出的时间分别可控。正向脉冲要有一定宽度，幅值大于IG,导通后还应该保持一定的电流，以减小GTO导通管压降。反向关断电流脉

18、冲前沿应有一定陡度，以降低GTO关断时间，通 常反向关断电流幅值约为1/5IA，脉冲宽度tOF。 常用的门极驱动电路有以下几种：电感电容门极驱动电路、用辅助晶闸管控制的驱动电路、晶体管开关控制的驱动电路以及由高压电源关断的GTO门极驱动电路。 GTO的主要特点：一、额定电流的定义二、电流关断增益第第 三十八三十八 讲讲主讲教师：王念春主讲教师：王念春东南大学远程教育 三、GTO并联逆变器.ababoLE0i负载0u1R3D1GTO2GTO2D2R4D1D1C2C)(a第第 三十九三十九 讲讲主讲教师：王念春主讲教师：王念春东南大学远程教育.ababoLE0i负载0u1R3D1GTO2GTO2D

19、2R4D1D1C2C)(a图 7 1 6 G T O 单 相 并 联 逆 变 器 及 其 波 形tttt00000u0i)( b 图716（a）是GTO单相并联逆变器电路，E为输入直流电源，用带中心抽头的变压器向辅助传送能量。D1、D2是负载电感L0（包含变压器漏感）的能量回馈二极管。当GTO1导通时，负载电压u0=E/n，n为变压器变比。负载电流按的指数曲线上升。当GTO1关断并触发GTO2时，由于负载电感作用，使为uba正，变压器原边电压uba为正且大于E，故使D2导通，而GTO2不导通。D2导通使uab=-E，将负载电压限制在E/n。D2将负载电感储能回馈给电源E。待到回馈电流为0时D2

20、关断，GTO2自己导通。负载电压和电流波形如图716（b）所示。这个电流工作原理分析与本章第二节晶体管单相桥式逆变器一致。GTO工作时，同样要对di/dt和重加正向du/dt的限制，设置保护电路。与晶闸管保护相似，常用图717与GTO串联电感L限制导通时的di/dt；用C、D、R与GTO并联，作GTO关断时的缓冲器，限制du/dt。缓冲器的二极管D应用快速二极管，缓冲器与GTO的引线要短，以减小导线分布电感，增加缓冲效果。当GTO外加直流电压为E和导通切换电流值为IA时，L和C可近似按下式取 (7-13) (7-14)但L、C都并联太大，GTO关断时，L储能释放给C，所以C的充电电压将是 ，L

21、大则C充电 电压dtduICdtdiELA/CLIEA过高，GTO和C的电压定额过高。在GTO导通时，C的储能经R和GTO释放而消耗掉，L、C大缓冲器损耗大，GTO开通时C放电冲击电流也大。所以L、C要选取合适。 用GTO构成的桥式逆变器，其电路只需将图71（a）的开关用GTO代替即可。逆变器电路的工作情况与晶体管单相桥式逆变器完全一样。 第四节 晶闸管的换流和 斩波器 晶闸管逆变器在大功率半导体器件应用技术中是较为成熟的。 晶闸管工作在直流电路中，换流是关键问题。在研究晶闸管逆变器之前，本节对这一问题先阐述一些基本概念，并结合讲解斩波器。 一、晶闸管的换流 晶闸管逆变器由逆变电路（即将图71

22、（a）的开关用晶闸管代替）和换流电路构成。按需要的时刻把代替的晶闸管关断，使电流换到另一个规定的晶闸管称为换流。换流电路对晶闸管是必须设置的，因为在直流电源供电时，晶闸管一经导通，通过单方向电流，要使其关断必须采取一定设施才行。换流方式总的来说有自然换流和强迫换流两种。 1.自然换流 在电路正常工时，晶闸管电流过零（实际是小于维持电流），自然关断。如整流电路电流过零使已导通的晶闸管关断，谐振式逆变器谐振电流过零时晶闸管自然关断等。 2.强迫换流 在晶闸管通过直流导通时，由换流电路提供反向电压，使晶闸管电流强迫降到零而关断。为保证晶闸管可靠关断，所加反向电压时间应大于晶闸管的关断时间tOF。 强

23、迫换流电路一般由电容电感和辅助开关元件构成。换流方式和电路结结构种类很多，下面 介绍一种脉冲换流方式，以对换流电路工作有个了解，然后结合逆变器具体电路介绍谐振式换流和互补式换流。 二、斩波器 图718（a）为给电阻R供电的斩波器电路，控制晶闸管通断时间，就可得到断续的输出电第第 四十四十 讲讲主讲教师：王念春主讲教师：王念春东南大学远程教育1R1TTRiCE)(atttttt1t2t3tTo nt0000001gucuTuRu1Tu)( b图 7 1 8 斩 波 器 电 路 及 其 输 出 波 形电压，电阻R的两端电压波形如图718（b）所示。所以这种斩波器又叫做直流断续器，当改变晶闸管占空比

24、DtON/T时，负载的平均电压就得到调节，如输出加滤波器，滤去交流分量，在输出端就得到与占空比D成正比的直流电压，即 （715）DEUR所以这种斩波器又称直流直流电压变换器，或直流电压调节器。 图718（a）电路的工作原理可以分两段时间来讲述 （1）t=t1时触发晶闸管T，负载电阻R有电流i通过，。同时换流元件电容C经R1、T充电，C充电结束时， uc=E，极性如图中所示，为关断主晶闸管T作好准备。这段时 间是T导电时间tON，也是负载两端有电压的时间。 （2）在t=t2时，要关断T，需要触发T1，T1导通，使T承受反压而截止。或者说，C经T1向T放电，放电电流与T导通电流相反，使T电流降到0

25、而关断。T关断后C经R、T1被反向充电，直到电容电压uc=-E时为止，为T导通时关 断T1作好准备。以后在t=t3时重复上述过程。晶闸管的触发信号、电容电压和负载电压波形示于图718（b）。 由上可见，由C、R1、T1构成强迫换流电路，换向元件是电容C，为使T可靠关断，在T1导通时，uc加于T反压时间应大于晶闸管的关断时间tOF。因此C的容量可 按下述方法取值，设T导通时最大电流为Im，则关断T要求C提供的最大电荷量为ImtOF。而电容C充电到E，所存储电荷量为q=CE，为使T可靠关断，应有 则EtICtICEOFmOFm 一般取 （716）式中tOF为微秒。 C取值大些虽可使T可靠关断，但C

26、大充放电损耗大，同时R1在T1导通时，一直消耗过功率，因此R1值不能小，但R1的上限值受负载电压的最小宽度（即T导通的最短uFEtICOFm7.0 时间）tONmin限制，它可认为是C从E经充电到E的时间。一般取由式（716）及IM=E/R得 （717） CRtON1min3 . 2OFONtRtR3 . 3min1或R1已定，则 为了不使换流电路损耗过大，所以该电路只适合于输出电压教宽的电路，以及小功率的控制电路。斩波器在电力机车、城市电车等直流拖动系统中应有较多，其换流方式也有多种。 从上可见换流电力的作用是 RtRtOFON/3 . 31min产生一个关断导通晶闸管的反压脉冲，因此叫脉冲

27、换流。图718（a）的换流脉冲是电容C储能提供的，所以又叫做电容换流。 很显然用可关断晶闸管作斩波器的开关元件，就可以省去用晶闸管所需的换流电力。故现在的斩波器对中小功率的，可以用功率晶体管，对功率较大如几十千瓦以上，则也可用GTO作开关元件。 第五节 晶闸管并联谐振式 逆变器 工业生产中，常用感应加热进行工件的淬火和金属的熔炼，它们的电源频率通常在400800Hz，主要由单相桥式并联谐振逆变器提供。电路如图719 所示。负载R、L为感应加热的等效电阻和电感，它的功率因数（在供电频率的情况下）一般为0.050.3，所以需要电容C来补偿L的无功，以提高系统的功率因数，同时电容C也是晶闸管换流用的

28、储能电容。电容与R、L并联，它们的谐振频率略低于晶闸管的切换频率，即R、L、C工 作于容性小失谐状态，因此称此逆变器为并联谐振式逆变器。如将换流电容（也是补偿电容）与负载R、L串联，形成串联谐振，就称为单相桥式串联谐振逆变器。并联（或串联）谐振逆变器都是利用负载呈容性，在负载电流（或电压）过零时晶闸管换流。由于负载参与了晶闸管换流，故它们都属于负载换流一类。在感应加热设备中80采用并联谐振逆变器。由于逆变器的工作频率高，所以所用的晶闸管为快速晶闸管。 下面分析其工作原理。 1.晶闸管导通状态 晶闸管单相桥式逆变器中，图 7 19 单 相 桥 式 并 联 谐 振 逆 变 器dL2T1T3T4T1

29、L2L3L4LaiCRLdUabU 晶闸管的导通状态与前述的晶体管和GTO前述逆变器一样，T1、4导通，T2、3关断，当触发T2、3导通后，关断T1、4。重复循环，每对管子各导通半个周期。 由于RL和C是并联谐振，即电流谐振，所以供电给并联谐振的电源应是交变的，以便在负载两端得到谐振频率的基波电压。因此，这个电路的构成是先将交流电经晶闸管整流变成电压可调的直流，直流电压值为Ud，经滤波电感Ld将交流成分滤去，Ld电感量很大，所以认为通过它的电流是近似不变的恒流源。分别与T14串联的电感L14是限制晶闸管di/dt的限流电感。L1=L2=L3=L4=L,它们间没有互感，且电感量很小，所以 它们虽

30、有作用，但换流时间在一个周期所占的时间是很短的，故分析导通状态时，认为T1、4和T2、3是瞬时完成的。所以在T1、4和T2、3交替导通时，ia的波形如图720（a）所示的方波。用富氏级数展开为 （718）5 , 3 , 11sin4ndatnIi其基波分量 （719） 基波电流有效值 （720）tIidasin41ddaIII22241Uab和Ia1的向量关系如图720（c）, Uab为正弦波，相位滞后Ia1为 角， 的波形如图720（b）所示。 2.换流过程 参看图719电路。设原来T1、4导通，在ia1=0时触发T2、3（实际是T2、3与T1、4的切换，造 abu0.Ia bU.1aI.a

31、 fIttaiai1ai1ai00a bu)( a)(b)( c图 7 2 0 负 载 电 压 电 流 波 形 及 向 量 图成ia换向，使ia1=0）。这时uab滞后ia1角，极性如图719（a）所示。T2、3导通后，有一个T14全部导通的瞬时短路过程，电容电压Uc通过T2加到T1，通过T3加到T4，电容电压对导通管子是反偏电压。这时电容经过L1、T1、T2、L2放电，当放电电流上升到 Id时，T1电流为0而关断。同理电容通过L3、T3、T4、L4放电，关断T4，电流Id就由T1、4流通转换到通过T2、3，负载电流反向，电流ia(t)为方波。第第 四十一四十一 讲讲主讲教师：王念春主讲教师：

32、王念春东南大学远程教育第六节 晶闸管单相并联逆变器 一、晶 闸 管 单 相 桥 式 并 联 逆 变 器 晶闸管单相桥式并联逆变器电路如图722（a)所示。这是一种较为常见的电路，对中小容量的变频器它是一种线路比较简单、性能比较优良的方案。它除有晶 LR.2D4D2T4T1C2C3C4C2L4L1D3D1T3TE1L3L0i图7-22（a）LR.2D4D2T4T1C2C3C4C2L4L1D3D1T3TE1L3L0i图7-22（a）闸管T14和二极管D14组成的桥式逆变器外，电路中L14和C14组成换流电路，逆变器桥臂的右半边晶闸管T2、4和左半边晶闸管T1、3的工作是对称的，电路结构也对称，所以

33、下面仅以左半桥臂为例进行分析。电路中L1L3L/2并且是紧耦合的，它们分别与T1、3串联，C1=C3=C分别与T1、 L1和T3、L3并联，作为T1和T3间的换流元件。 (一) 换流原理 1.稳定工作状态 处于稳定工作状态，负载电流I0由E经T1、L1、RL、L4、T4到E的负极流通，iL1=iT1=I0，uC1=0，uC3=E,电流电压极性如图7-22(a)所标定。 2.换流过程 换流过程可由下面几个阶段说明。设不计晶闸管导通和关断时间。 （1）从触发T3导通到T1关断 阶段 T3触发导通瞬间反电势eL3=eC3=E。由于L3和L1紧耦合，所以在L1上感生电动势eL1=eL3=E，极性如图7

34、-22(b)。所以uT1=uC1-eL1=-E，承受反向电压而立即关断。iT1即刻为0。这是利用T3将已导通的T1关断，所以称为互补强迫换流。又由于换流电感与晶闸管串联，所以这种电路又称为串联电感式逆变器。1D3D1T3TE1L3L1Le3Le1C3C0i1Ci3Ci图 7 22 （ b） （2）从晶闸管T1关断到C1 、 C3放电结束阶段 以T1关断瞬时作为过渡时间起点。T1关断，iT1=0，L1中的磁场能瞬时转移到L3，使iL3电流初始值为I0，其他各量初始值uC1=0，uC3=E。从此之后，C3放电，C1充电，充放电电路如图722（c）。1D3D1T3TE1L3L1Le3Le1C3C0i

35、1Ci3Ci图 7 22 （ C）3Li 在此过程中，uC1由0逐渐增加到E，uC3由E逐渐减少到0，uT1= uC1- uC3,当uC1uC3E/2时，uT1=0,这个时间段即为T1承受反向压降的时间，它必须要大于tOF,才能使晶闸管T1可靠关断。 （3）换流电感储能释放阶段 即从uC30，电容放电结束到L3磁场能量放完为止的阶段，电路如图722（d）。当uC30后，D3在L3diL3/dt作用下导通，iL3经D3以指数规律衰减，形成L3与D3闭合回路中的环流；同时负载电流经D3和D2向电源回馈能量，负载电流以指数规律下降。经过一定时间，能量释放完毕。对负3D1T3TE1L3L1C3C0i1

36、D3Li图722 （d）载电感较大储能较多的电路，当L3磁场能量放完后，D3、D2继续过负载电流，T3和T2暂时导电停止。 （4）负载电流反向阶段 负载电流经D3、2向电源回馈能量，一段时间后，负载电流降到0，D3、2截止，T3、2重新导通，1D3D1T3TE1L3L0i1C3C图722 单 相 桥 式 并 联 逆 变 器)(e 负载电流反向，电路如图722（e）。负载电流按指数规律反向上升到I0时，整个换流过程结束。在此注意：为使T3、2能在暂时停止导电后重新导通，晶闸管T3、2的触发脉冲宽度应大于900，一般取脉宽为1200。 二、单相并联逆变器 图725是另一种单相并联，也称并联推挽式电

37、路，负载经变压器接入到逆变开关电路中。变压器原边有中心抽头，接电源正端，原边的另两端经二极管D1、2，晶闸管T1、2，电感L接电源负端，这样在晶闸管T1和T2切换时，接 在变压器副边的负载就得到交变电压。 T1和T2换流是由电容C进行强迫换流的，道理与图718的斩波器相似。但为了避免电容C向负载放电，采用二极管D1和D2进行隔离，所以D1、D2称隔离二极管。这样电容的容量只要满足 晶闸管换向即可，所以换向电容比不加隔离二极管要小得多。电感L是限制电容放电电流的。L和C分别称换向电感和换向电容，它们构成一个LC谐振换流电路。反馈二极管D3和D4将负载电感储能回送电源。电阻R1、2是消耗换流电感储

38、能的，当然也可以用反馈变压器将这部分能量回送电源。 电路的换流过程：如负载是纯电阻， 1.T1导通时，电流从电源E+经变压器原边 oa(相当于负载电阻折算到原边的等效负载)、D1、T1、L到E-流通，负载电压极性如图中所示。同时换流当然C由E+、经ob、D2、C、T1、L到E-充电，极性如图中所示，为T1关断作好准备。见图725（a）所示。 .0u4D1D2D3D1T2T1R2RLECcu.abo负 载充 电ELTCDo bECELTDo aET12111充 电 ：对导 通 ：）（图a 2 57 2.当触发T2导通时，电容电压uc反向加于T1，使之立刻关断。然后是C经T2、L、电源、oa、D1

39、放电和被反向充电。在这个过程中，当D2所受反向偏置为0时，D2导通，负载电流经E+、ob、D2、T2、L到E-流通，负载电压及电流反向改变。如图725（b）所示。换流结束。 .0u4D1D2D3D1T2T1R2RLEcu.abo负 载12222DoaLTCCELTDobET电 源放 电 、 反 向 充 电 ：导 通 ：图 7 25（ b）单 相 并 联 逆 变 器充 放 电 如负载是电感性的，则负载电流在T1关断后并不立即换到从T2流通，只是开始衰减，在使变压器同名端“负”为正的负载电感电势作用下，使反馈二极管D4导通将能量回送电源，直到负载电流降到0后，D4截止，T2才有电流导通，负载电流换

40、到T2。 换流电容C及电感L和耗能电阻值的计算公式也由电源电压E、负载最大电流峰值I0和加于晶闸管的时间t0决定 (7-42) (7-43) 0000000035. 2425. 059. 04425. 0IEtIEtLEtIEtIC式中t0应大于晶闸管tOF。耗能电阻取 (7-44)CLR41 . 0 三、带有辅助晶闸管的换流电路 （麦克墨莱逆变器） 图726（a）是对容量较大的逆变器常用的电路，换流环节由辅助晶闸管和LC串联谐振换流电路构成。桥式电路的左、右两半边对称，所以只分析作左边。晶闸管T1、3是逆变器主开关， T1、3是换流辅助晶闸管。换流过程如下： 1.稳定工作状态 T1已导通，换

41、流前电容C已充电到UC0，极性如图726（a）所示。负载电流由E经T1、负载、T4到E的负极流通，电流极性如图（a）标定。1T2T3T4T1T2T3T4T1D2D3D4DCL负 载0icuECL图 7 26（ a） 带 辅 助 晶 闸 管 换 流 的 逆 变 电 路 2.开始换流 当关断T1时，触发T1，使UC反向加于T1，C通过L、T1、T1放电，电容电流上升，在此过程中iT1逐渐减小直到T1关断。初始条件，iL0，UCUC0。网络拓朴结构如726（b）所示。LCE0I1T1T图726 （b） LC支路中电流随时间变化的图形如726（c）所示。因负载为大电感负载，故流经它的电流不变，为恒流I

42、0。在tt1时刻时，LC支路上的电流为I0，此时流经T1的电流为0，所以T1关断，D1导通。Lit1t2t3t0I图726 （c）3.谐振过程 此后C经D1、L1、T1继续振荡放电，直到 t2时刻时,iL由0上升到最大，电容电压uc0。拓朴结构如726（d）所示。LCE0I1T图 7 26 （ d）1DLi 4.电容C充电阶段 过了 t2时刻，L储能向电容反向充电，LC支路电流逐渐减小。在tt3时刻，iLI0，D1关断。拓朴结构如726（e）所示。在T3导通时，经电源、T1、C、L、T3向C反向充电，直到uc-Uc0时电流为0，T1关断。uc-Uc0为关断T3作好准备。T3导通达稳态后，欲关断

43、T3时，应触发T3，uc-Uc0加于T3使之承受反压，其后过程与关断T1时相似。LCE0I1T图 7 26 （ e） 5.续流阶段 给C充电，当充电约大于E时，D3因承受正压而导通，能量通过D3、D2反馈到电源中。拓朴结构如726（f)所示。2D3DE负载图 726 （f） L、C取值也与直流电源电压E、负载最大电流峰值I0和晶闸管承受反向电压时间 t0有关，一般由下式选取 (7-45) (7-46)0000397. 0893. 0IEtLEtIC 由上面三组换流电路可见，晶闸管逆变器可靠工作的关键是换流环节。对强迫换流的要求是有一定能力，换流元件L、C的容量和储能要尽可能小些，换流过程的损耗要小，换流过程中加到晶闸管的du/dt和di/dt应小。上述三种并联逆变器换流电路都工作于LC谐振状态，电路分析方法是一致的，其L、C参数的一般公式为0000IEtKLEtIKCLCKC和KL为系数，换流方式不同，KC、KL值不同。从上二式可见。换流参数与直流电源电压及负载电流有关，这是电压型逆变器的特点。第七节 电流型逆变器 一、电压型和电流型逆变器 的特点 上节所介绍的各种逆变器，它们的直流电源是蓄电池或交流整流后由大电容滤波，无功能量由滤波电容吸收，所以输入近似为恒压源。逆变器工作时，输出电压是幅值为输入电压的方波，晶闸管电压型逆变