JDCH4 逆变电路课件

1、第6章第1页4.1 4.1 变频器的基本概念变频器的基本概念 4.2 4.2 电压型逆变器电压型逆变器4.3 4.3 电流型逆变器电流型逆变器4.4 4.4 多重逆变与多电平逆变电路多重逆变与多电平逆变电路本章小结目目 录录第6章第2页本章要求及重点、难点掌握无源逆变电路的概念、原理及分类；重点掌握三相桥式逆变电路的原理与参数，了解新器件（IGBT）构成的三相逆变电路及三点式逆变电路；一般了解SCR及IGBT谐振式逆变电路，简单了解三相逆变电路及参数计算，掌握电流型逆变电路，掌握逆变电路的调压、脉宽调制和谐波消除方法，掌握电力电子器件的缓冲电路。重点：掌握三相桥式逆变电路的原理与参数、脉宽调制

2、和谐波消除方法。难点：三相逆变电路的分析。第6章第3页引引 言言u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。 u 本章讲述无源逆变本章讲述无源逆变。u变频与逆变变频与逆变变频电路：变频电路：交交变频和交-直-交变频两种。交交-直直-交变频交变频：由交直变换和直交变换两部分组成， 后一部分就是逆变。u 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u 本章仅讲述逆变电路基本内容，本章仅讲述逆变电路基本内容

3、，PWM控制技术控制技术.第6章第4页 变频器变频器: 由交直变换和直交变换两部分组成， 即将固定频率和固定电压的交流电整流为直流电, 再将直流电变换为频率和电压可调的交流电，供负载使用。 变频器电路的构成变频器电路的构成4.1 4.1 变频器的基本概念变频器的基本概念交流输出整流器滤波器逆变器交流输入图4A 变频器构成的原理框图交流输入：为单相、三相均可交流电；整流器：为可控或不可控均可；滤波器：可用电感或电容将脉动的直流量滤波成平直的直流电流；逆变器：根据滤波器的不同可分为电压型和电流型，为单相、三相均可4.1.1 变频器的基本工作原理变频器的基本工作原理第6章第5页单相桥式逆变电路为例单

4、相桥式逆变电路为例： S1S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成 S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正 S1、S4断开，S2、S3闭合时，uo为负，把直流电变成了交流电; 改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率；负载a)b)图5-1tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2图4-1 逆变电路及其波形举例2.逆逆变器工作原理变器工作原理第6章第6页电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同；阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同（图4-1b）t1前：S1、S4通，uo和io均为正；t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，uo变负，但io不能立刻反

5、向；io从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感能量向电源反馈，io逐渐减小，t2时刻降为零，之后io才反向并增大。2.逆逆变器工作原理变器工作原理第6章第7页逆变电路基本工作原理演示1+ -S1、S4闭合、S2、S3断开负载a)b)图5-1tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2第6章第8页逆变电路基本工作原理演示2- +S1、S4断开、S2、S3闭合第6章第9页可控整流器调压：直流斩波器调压：逆变器自身调压：改变输出电压脉冲列的脉冲宽度，达到调节输出电压，称为脉宽调制（简称为）。单脉冲调制：输出电压在半周期内只有一个脉冲多脉冲调制：输出电压在半周期内有多个脉冲正弦波脉宽调

6、制：输出电压在半周期内为多脉冲调制，并且每个脉冲的宽度按正弦规律变化。3.变频器常用的调压方法第6章第10页4.1.4.1. 变频器中逆变器的基本类型变频器中逆变器的基本类型逆变器是变频器中的核心部分，变频器的性能主要取决于逆变器按直流输入端的滤波器分类：按直流输入端的滤波器分类：电压型逆变器：电压型逆变器：在直流输入端接入电容器特点：输入电压平直、电源阻抗小电流型逆变器电流型逆变器: 在直流输入端接入电抗器特点：输入电流平直、电源阻抗大负载电压负载电压负载电流负载电流图4-A 电压源逆变器 图4 -B 电流源逆变器 第6章第11页2. 按相数分类3. 按电子开关工作规律分类u 180导电型逆

7、变器 ： 每个开关导通180 u 120导电型逆变器： 每个开关导通120全桥式半桥式三相全桥式半桥式单相逆变器第6章第12页按电路结构特点可分为半桥式、全桥式，推挽式和单管式逆变器。按器件的换流特点可分为强迫换流式和自然换流式逆变器。按负载特点可分为谐振式和非谐振式逆变器。按输出波形可分为正弦式和非正弦式逆变器。其他分类方法工业用的特殊交流电源有：u 变频变压电压源 (variable voltage variable frevuency)，简称为VVVF。u 恒压恒频电压源CVCF (constant voltage constant frevuency)，简称为CVCF。 第6章第13页

8、4.1.3 4.1.3 换流方式分类换流方式分类v 换流换流电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称换相换相开通：适当的门极驱动信号就可使其开通关断：全控型器件可通过门极关断；半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断；一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断；v研究换流方式主要是研究如何使器件关断。 1. 器件换流：器件换流：利用全控型器件的自关断能力进行换流；第6章第14页 由电网提供换流电压称为电网换流电网换流（Line Commutation） 可控整流电路、交流调压电路和采用相控方式的交交变频电路 不需器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加元件；4. 强迫换流强迫换流设

9、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称为强迫换流强迫换流（Forced Commutation）2. 2. 电网换流电网换流3. 负载换流负载换流 由负载提供换流电压称为负载换流负载换流（Load Commutation） 负载电流相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流； 负载为电容性负载时，负载为同步电动机时，可实现负载换流第6章第15页器件换流器件换流适用于全控型器件其余三种方式针对晶闸管器件换流和强迫换流器件换流和强迫换流属于自然换流电网换流和负载换流电网换流和负载换流外部换流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，则称

10、为熄灭。熄灭。第6章第16页4.1.4 4.1.4 逆变器中的电子开关逆变器中的电子开关逆变器对电子开关的要求 对正向电流即能控制开通又能控制关断 在开通、关断过程中，应具有快速和低能耗 有足够的电压和电流定额a. 应提供滞后的电流通路，以便实现负载和电源之间无功能量的交换。电压型逆变器应采用逆导型电子开关，见图。i图 6-8 逆 导 型 电 力 电 子 开 关第6章第17页4.2 4.2 电压型逆变电路电压型逆变电路电压型逆变电路的特点电压型逆变电路的特点：直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；1.阻感负载时需提供无功。为了给交流侧

11、向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。第6章第18页4.2.1 4.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路 工作原理工作原理： V1和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，互补； uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2 io波形随负载而异，感性负载时，见图4-6 b)。V1或V2通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供能量；VD1或VD2通时，io和uo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，还使io连续，又称续流二极管。续流二极管。图4-6 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形1. 单相半桥逆变电路单相半桥逆变电路第6章第19页半桥逆变电路

12、演示半桥逆变电路演示1 1t1t2：C1V1负载，输出电压右正左负- +图4-6 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形第6章第20页半桥逆变电路演示半桥逆变电路演示2 2t2t3：C2VD2负载，二极管VD2续流，输出电压左正右负+ -第6章第21页t3t4：C2V2负载，输出电压右正左负+ -半桥逆变电路演示半桥逆变电路演示3 3第6章第22页- +t4t5：C1VD1负载，二极管VD1续流，输出电压左负右正半桥逆变电路演示半桥逆变电路演示4 4第6章第23页半桥逆变电路演示半桥逆变电路演示5 5- + -+ - +工作原理工作原理V1和和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补，

13、输出电压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u uo o为矩形为矩形波，幅值为波，幅值为Um=Ud/2。V1或或V2通时，通时，i io o和和u uo o同方向，直流侧向负载提供能量；同方向，直流侧向负载提供能量；VD1或或VDVD2 2通时，通时，i io o和和u uo o反向，反向，电感中贮能向直流侧反馈。电感中贮能向直流侧反馈。VDVD1 1、VDVD2 2称为称为反馈二极管反馈二极管, , 起着使负载电流连续的作起着使负载电流连续的作用，又称用，又称续流二极管续流二极管。第6章第24页单相半桥逆变电路单相半桥逆变电路 优点优点：简单，使用器件少。 缺点缺点：交

14、流电压幅值Ud/2，直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡。 用于几KW以下的小功率逆变电源。单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合。特点：特点：第6章第25页+-CRL图5-5UdV1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoio图4-5 单相全桥逆变电路2.2.单相全桥逆变电路单相全桥逆变电路u 电路结构及工作情况 两个半桥电路的组合； 1和4一对，2和3另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通180； uo波形同图4-6 b)半桥电路的uo，幅值高出一倍Um=Ud； io波形和图4-6 b)中的io相同，幅值增加一倍； 单相逆变电路中应用最多的。第6章第26页图4-5 单相全

15、桥逆变电路的波形第6章第27页u输出电压定量分析输出电压定量分析：Uo展开展开成傅里叶级数uo为正负各180时，要改变输出电压有效值只能改变Ud来实现。(*) 5sin513sin31sin4dotttUu基波幅值 基波有效值 (*) 27. 14ddo1mUUU*)*(* 9 . 022dd1oUUU(4-1)(4-2)(4-3)第6章第28页方波逆变器输出的方波谐波幅度随着谐波次数n的增加而减小，其减小系数为1/n；偶次谐波不存在；最低次谐波为3次谐波；由于基波和谐波频率差较小，低通滤波器设计相当困难。图4-C为方波的各次谐波时域图。 逆变器输出基波3次谐波5次谐波逆变器输出基波3次谐波5

16、次谐波图4- C 方波的各次谐波方波中的谐波分析：第6章第29页方波逆变器输出是一交变的方波电压，在某些场合可以直接应用，例如在驱动交流电机等应用中；在另一些场合，方波逆变器输出就必须进行滤波，才能满足应用的需要。小结：方波逆变器输出滤波小结：方波逆变器输出滤波低通滤波低通滤波图4-E LC低通滤波器置于方波逆变器输出和负载之间通常采用LC低通滤波器滤除方波逆变器输出方波的高次谐波，将LC低通滤波器置于方波逆变器输出和负载之间，如图4-E所示。 在方波逆变器中，其输出幅度为输入直流电压幅度，无法控制其输出电压幅度和谐波。对某一频率的输出，其谐波总是基波频率的3倍、5倍、7倍等，采用LC低通滤波

17、器滤除谐波很困难。 LC低通滤波器的截止频率是固定不变的，滤波器的体积由滤波器的VA额定值确定。为了减小滤波器的体积，必须采用PWM开关方案。第6章第30页u3.3.可采用移相调压可采用移相调压( (单相桥电路带阻感性负载单相桥电路带阻感性负载) ) 移相方式调节逆变电路的输出电压，称为移相调压移相调压。 各栅极信号为180正偏，180反偏，且V1和V2互补，V3和V4互补关系不变； V3的基极信号只比V1落后 ( 0 /3，T/3(rad)时电路波形第6章第48页图617A /3(rad)时电路波形图617A /3(rad)时电路波形第6章第49页输出相电流分析由图可见：由于1/3，T/3(

18、rad)时电路波形iA的正半波由iT1、iD4 构成；iA的负半波由iT4、iD1 构成。第6章第50页结论：结论：由式(*)可见，相电流iA是6阶梯波相电压uAo分段施加于感性负载形成的，其波形如图317A(c)所示。图317A 三相半桥方波逆变电路波形如图317A(c)，iA的过零点为t=1，在时段4、5、6有VT1导通；在时段7、8、9有VD4导通；在时段9末端，有iD4=0， VD4关断， VT4开通；同理，在时段13开始有，为维持iA连续，VD1在时段13、14、15续流；当t=2+1时， iD1=0，完成iA的一个工作循环。第6章第51页图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形

19、tOtOtOtOtOa)b)c)d)e)uAOuABiAiduOOUdUd3Ud62Ud3 电压的波形与负载无关，为一阶梯波或矩形波；电流的波形与负载有关；但为阻感性负载时，接近正弦波。第6章第52页2.入端电流分析由图316(a) ，逆变电路的入端电流如可表为 i=i2+i4+i6 由图317(f)的时区5、6中有，i4i60 则i=i2 ，即入端电流i的平均值IId， i的交流分量将作为充放电电流流过Cd。222 5 (3-89) 6DTiiii（时区 ）（时区 ）第6章第53页综上所述：电压波形与工作模式的更叠无关；电路具有的工作模式与D有关；电路具有的工作模式与控制方式有关；不同的工作

20、模式所对应的电路能量流传情况不同；u 不管处于何种模式，各相电压波形与纯阻负载相同，即输出电压波形与负载无关。u 必须指出，在方波条件下，电路将以第一至第三模式工作，其他模式将在SPWM条件下出现。第6章第54页三、有源负载工作情况u 三相有源负载是交流笼型异步电动机，由逆变电路组成的VVVF电源向电机供电，实现笼型异步电动机变频调速。u 由于具有中间直流环节，这种变频电路被称为间接式变频方式。u 以区别于无中间直流环节的直接式变频方式。含有电势E的情况（如异步电动机）如图6-32.第6章第55页(1)笼型异步电动机的等效电路u设电机定子绕组为星形连接，每相稳态下的等效电路如图319(a)所示

21、，以A相为例:u图中图319(a)00 ( 3 - 9 0 ) ( 3 - 9 1 )(1) ( 3 - 9 2 )pSpSnSk nnRRRLLLSRRSRp定子每相电阻；RS转子每相电阻的折算值；Lp定子每相漏感；RS转子每相漏感的折算值；Rkn对n次谐波虚拟的附加电阻第6章第56页讨论n次谐波虚拟的附加电阻Rkn1）Rkn与Sn有关：对基波而言Rkn为RK1：111(1) (3-93)SknS RRS在高速下，S1很小，RK1很大；在低速下，S11，RK1 0.第6章第57页综上所述：电压型三相逆变电路在电动机负载下，其输出波形与其他负载相同，即输出电压波形与负载性质无关；但由于相等效电

22、势eAo的存在，相电流波形与无源负载不同，且与滞后角1值有关。图321第6章第58页A+EVD1C1C4-VD4VT4L4L1VT1VT6VT3VT2VT5CdACOB图4-H 为三相 串联电感式电压型逆变电路为换流电感；为换流电容；为反馈二极管；提供负载无功能量反馈通道；图4-H 串联电感式电压型逆变电路4.2.4 4.2.4 串联电感式电压型逆变电路第6章第59页4.3 4.3 电流型逆变器电流型逆变器电流型逆变器优点电流型逆变器优点:主电路结构简单主电路结构简单便于实现四象限运行便于实现四象限运行快速响应和动态特性好快速响应和动态特性好电流型逆变器缺点电流型逆变器缺点:直流输入端的电感数

23、值很大，才能构成一个直流输入端的电感数值很大，才能构成一个电流源，使电流源，使Id恒定，因此，电感的重量与体积恒定，因此，电感的重量与体积都很大，故都很大，故电流型逆变器用的较少。电流型逆变器用的较少。(图4-15串联二极管式晶闸管逆变电路串联二极管式晶闸管逆变电路) )( (图图4-114-11 三相桥式电流型逆变电路）三相桥式电流型逆变电路）第6章第60页 4桥臂，每桥臂晶闸管各串联一个电抗器Ls，用来限制晶闸管开通时的di/dt VT1、VT4和VT2、VT3以10002500Hz的中频轮流导通，可得到中频交流电 其负载为RLC，并且满足谐振条件，故称为谐振负载。4.3.1 4.3.1

24、单相桥式电流型并联谐振式逆变电路单相桥式电流型并联谐振式逆变电路( (p.107)p.107)ABCRLLpIdVT1VT3VT2VT4Ls1Ls3Ls2Ls4uoio图4-12 单相桥式电流型并联谐振式逆变电路 第6章第61页v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，加热线圈内的钢料，R和L串联为其等效电路因功率因数很低（一般为5%30%)，故并联C而提供容性无功功率；由于C和L、R构成并联谐振电路，故此电路称为并联谐振式逆变电路并联谐振式逆变电路4.3.1 4.3.1 单相电流型单相电流型并联谐振式逆变电路第6章第62页4.3.1 4.3.1 单相电流型单相

25、电流型并联谐振式逆变电路因逆变器工作频率略高于负载谐振频率，使负载呈容性；负载电流的基波超前于负载电压基波一定的角度，并联谐振电路对基波呈高阻抗，对谐波呈低阻抗，具有滤波作用，谐波在负载上产生的压降很小，因此负载电压波形接近正弦；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。第6章第63页v一周期内，两个稳定导通阶段和两个换流阶段ut1t2：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,如图6-25（a);t2t4：t2时触发VT2和VT3开通，进入换流阶段换流阶段,如图6-25（b);tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG

26、2,3iVTidIdt1t2t3t4t5t6t7tutuABttIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4图4-13 并联谐振式逆变电路工作波形 (一一)工作过程分析工作过程分析4.3.1 4.3.1 单相电流型单相电流型并联谐振式逆变电路图6-26第6章第64页ut2t4：t2时触发VT2和VT3开通，进入换流阶段换流阶段Ls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,如图6-25（b)Ls1、VT1、VT3、Ls3到C；另一个经Ls2、VT2、VT4、Ls4到Ct=t4时，VT1、V

27、T4电流减至零而关断，换流阶段结束；t4t2= t 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t4的中点。4.3.1 4.3.1 单相电流型单相电流型并联谐振式逆变电路图6-26第6章第65页v保证晶闸管的可靠关断保证晶闸管的可靠关断（图6-A13） 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t t = t5- t4应大于晶闸管的关断时间tV 为保证可靠换流应在uo过零前t = t5- t2时刻触发VT2、VT3 t为触发引前时间触发引前时间 t=t+t (*)图6-26 第6章第66页 io超前于uo的

28、时间 为 ( 4 - 1 7 )2ttt (4-18)22tt 表示为电角度 为电路工作角频率；、分别是t 、t 对应的电角度图6-26第6章第67页忽略换流过程，io可近似成矩形波，展开成傅里叶级数d01d2 20.9 (4-20)IIIdd01.11 (4-21)cos22 cosUUUd411sinsin 3sin 5 (4-19)35Iittt 基波电流有效值 负载电压有效值Uo和直流电压Ud的关系（忽略Ld的损耗，忽略晶闸管压降）(二) 数量分析数量分析图6-26第6章第68页图6-26第6章第69页电流型三相桥式逆变电电流型三相桥式逆变电路路（图6-34，采用全控型器件）基本工作方

29、式是120导电方式导电方式每个臂一周期内导电120每时刻上下桥臂组各有一个臂导通，横向换流横向换流图6-34 电流型三相桥式逆变电路4.3.24.3.2三相桥式电流型逆变电路三相桥式电流型逆变电路N+-VV1V2V3V4V5V6VD1VD3VD4VD6UdidVD2VD5ibicia第6章第70页l 120导电方式导电方式任一瞬间只有二个开关器件同时导通；并按1、2；2、3；3、4；4、5；5、6；6、1；参见p.232。可以得到图6-35所示的相电流和线电流波形。6.3.2 6.3.2 三相桥式电流型逆变电路三相桥式电流型逆变电路图6-35 电流型三相桥式逆变电路的工作波形q逆变器负载为星形

30、联结为例：逆变器负载为星形联结为例：第6章第71页电流型三相桥式逆变电路电流型三相桥式逆变电路（图4-11，采用全控型器件） 基本工作方式是120导电方式导电方式每个臂一周期内导电120每时刻上下桥臂组各有一个臂导通，横向换流u 波形分析 输出电流波形和负载性质无关，正负脉冲各120的矩形波 输出电流和三相桥整流带大电感负载时的交流电流波形相同，谐波分析表达式也相同 输出线电压波形和负载性质有关，大体为正弦波 输出交流电流的基波有效值dd1U78. 06IIItOtOtOtOIdiBiCuABiA图6-35 电流型三相桥式逆变电路的输出波形 第6章第72页M3ABC+-IdC1C2C3C4C5

31、C6VD1VD2VD3VD4VD5VD6Ud2VT1VT2VT3VT4VT5VT6Lp 120导电工作方式，其波形如图6-18所示 强迫换流方式，电容C1C6为换流电容 VD1-VD6为隔离二极管图4-15 串联二极管式晶闸管逆变电路 4.3.3 4.3.3 串联二极管式晶闸管逆变电路串联二极管式晶闸管逆变电路(p.110)(p.110)v 对共阳极晶闸管，与导通晶闸管相连一端极性为正，另一端为负不与导通晶闸管相连的电容器电压为零；主要用于中大功率交流电动机调速系统电流型三相桥式逆变电路,各桥臂的晶闸管和二极管串联使用转至转至 6.3.4 其它电流型逆变器其它电流型逆变器第6章第73页1 .

32、感性负载换流过程分析感性负载换流过程分析电容器充电规律电容器充电规律： 等效换流电容等效换流电容：例如分析从VT1向VT3换流时，Cab就是C3与C5串联后再与C1并联的等效电容,其值为3C/2。-+ABW+-ABWa)+-ABWb)- +ABWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3CabIdVT1VT2VT3VD1VD2VD3CabIdVT1VT2VT3VD1VD2VD3CabIdVT1VT2VT3VD1VD2VD3CabIdiBiBiA=Id-iB图6-19 换流过程各阶段的电流路径4.3.3 串联二极管式晶闸管逆变电路串联二极管式晶闸管逆变电路第6章第74页图6-18图6-20第6

33、章第75页2 . 反电势负载换流过程分析反电势负载换流过程分析逆变器负载为电动机时逆变器负载为电动机时,应考虑电动机反电势的影响应考虑电动机反电势的影响:4.3.3 串联二极管式晶闸管逆变电路串联二极管式晶闸管逆变电路第6章第76页4.3.4 4.3.4 电压型与电流型逆变器的比较电压型与电流型逆变器的比较第6章第77页4.4 4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路多重逆变电路和多电平逆变电路 4.4.1 多重逆变电路多重逆变电路 4.4.2 多电平逆变电路多电平逆变电路第6章第78页引言引言电压型电压型逆变电路的输出电压是矩形波，逆变电路的输出电压是矩形波，电流型电流型逆变电路的输出电流是矩形

34、波，逆变电路的输出电流是矩形波，矩形波矩形波中含有较多的中含有较多的谐波谐波，对负载会产，对负载会产生不利影响。生不利影响。常常采用多重逆变电路把几个矩形波组常常采用多重逆变电路把几个矩形波组合起来，使之成为合起来，使之成为接近正弦波接近正弦波的波形。的波形。也可以改变电路结构，构成多电平逆变也可以改变电路结构，构成多电平逆变电路，它能够输出较多的电平，从而使电路，它能够输出较多的电平，从而使输出电压向正弦波靠近。输出电压向正弦波靠近。 第6章第79页4.4.1 4.4.1 多重逆变电路多重逆变电路12060180tOtOtO三次谐波三次谐波u1u2uo图图4-20 二重单相逆变电路二重单相逆

35、变电路 图图4-21 二重逆变电路的工作波形二重逆变电路的工作波形 第6章第80页1.1.二重单相电压型逆变电路二重单相电压型逆变电路12060180tOtOtO三次谐波三次谐波u1u2uo图图4-20 二重单相逆变电路二重单相逆变电路 图图4-21 二重逆变电路的工作波形二重逆变电路的工作波形 两个单相全桥逆变电路组成，两个单相全桥逆变电路组成，输出通过变压器输出通过变压器T1和和T2串联串联起来。起来。 输出波形输出波形 两个单相的输出两个单相的输出u1和和u2是是180矩形波矩形波。 u1和和u2相位错开相位错开 =60,其其中的中的3次谐波就错开了次谐波就错开了360=180，变压器串

36、联合成后，变压器串联合成后，3次谐波互相抵消次谐波互相抵消，总输出电压中，总输出电压中不含不含3次谐波。次谐波。 uo波形是波形是120矩形波，含矩形波，含6k1次谐波次谐波，3k次谐波都被抵消。次谐波都被抵消。第6章第81页1.1.二重单相电压型逆变电路二重单相电压型逆变电路12060180tOtOtO三次谐波三次谐波u1u2uo图图4-20 二重单相逆变电路二重单相逆变电路 图图4-21 二重逆变电路的工作波形二重逆变电路的工作波形 结论结论: 把若干个逆变电路的输出按把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来，使它们一定的相位差组合起来，使它们所含的某些主要谐波分量相互抵所含的某些主要

37、谐波分量相互抵消，就可以得到较为接近正弦波消，就可以得到较为接近正弦波的波形。的波形。 多重逆变电路有多重逆变电路有串联多重串联多重和和并联多重并联多重两种方式，电压型逆变两种方式，电压型逆变电路多用串联多重方式，电流型电路多用串联多重方式，电流型逆变电路多用并联多重方式。逆变电路多用并联多重方式。第6章第82页2.2.三相电压型二重逆变电路三相电压型二重逆变电路图图4-22 三相电压型二重逆变电路三相电压型二重逆变电路 电路分析电路分析 由两个三相桥式逆变电路构成，输由两个三相桥式逆变电路构成，输出通过出通过变压器串联变压器串联合成。合成。 两个逆变电路均为两个逆变电路均为180导通方式导通

38、方式。 工作时，逆变桥工作时，逆变桥II的相位比逆变桥的相位比逆变桥I滞后滞后30。 T1为为/ Y联结，线电压变比为联结，线电压变比为 ，T2一次侧一次侧联结，二次侧两绕组联结，二次侧两绕组曲折星形曲折星形接法接法，其二次电压相对于一次电压而言，其二次电压相对于一次电压而言，比比T1的接法超前的接法超前30，以抵消逆变桥，以抵消逆变桥II比比逆变桥逆变桥I滞后的滞后的30，这样，这样uU2和和uU1的的基波基波相位就相同相位就相同。 如果如果T2和和T1一次侧匝数相同，为了一次侧匝数相同，为了使使uU2和和uU1基波幅值相同基波幅值相同，T2和和T1二次侧二次侧间的匝比就应为间的匝比就应为

39、。3:13/1第6章第83页三相电压型二重逆变电路三相电压型二重逆变电路UA21UUNUU2-UB22UU1(UA1)tOtOtOtOtO3131)(1+)UU1UA21-UB22UU2UUN(UA1)UdUd32Ud31Ud32Ud(1+Ud31Ud图图4-23 二次侧基波电压合成相量图二次侧基波电压合成相量图 图图4-24 三相电压型二重逆变电路波形图三相电压型二重逆变电路波形图 工作波形工作波形 T1、T2二次侧基波电压二次侧基波电压合成情况的相量图如图合成情况的相量图如图4-23所示，图中所示，图中UA1、UA21、UB22分别是变压器绕组分别是变压器绕组A1、A21、B22上的基波电

40、压相量。上的基波电压相量。 由图由图4-24可以看出，可以看出，uUN比比uU1接近正弦波。接近正弦波。第6章第84页三相电压型二重逆变电路三相电压型二重逆变电路基本的数量关系基本的数量关系 把把uU1展开成傅里叶级数得展开成傅里叶级数得nktnntUusin) 1(1sin32dU1式中，式中，n=6k1，k为自然数。为自然数。 uU1的基波分量有效值为的基波分量有效值为 ddU1178.06UUUn次谐波有效值为次谐波有效值为 nUUdU1n6(4-23)(4-24)(4-25)第6章第85页三相电压型二重逆变电路三相电压型二重逆变电路输出相电压输出相电压uUN的基波电压有效值为的基波电压

41、有效值为 ddUN156.162UUU其其n次谐波有效值为次谐波有效值为UN1dUNn162UnnUU式中，式中，n=12k1，k为自然数，在为自然数，在uUN中已不含中已不含5次、次、7次等谐波。次等谐波。该三相电压型二重逆变电路的直流侧电流每周期脉动该三相电压型二重逆变电路的直流侧电流每周期脉动12次，称为次，称为12脉脉波逆变电路波逆变电路，一般来说，使，一般来说，使m个三相桥式逆变电路的相位依次错开个三相桥式逆变电路的相位依次错开 运行，连同使它们输出电压合成并抵消上述相位差的变压器，运行，连同使它们输出电压合成并抵消上述相位差的变压器，就可以构成就可以构成脉波数为脉波数为6m的逆变电

42、路的逆变电路。 )3/(m(4-26)(4-27)第6章第86页4.4.2 4.4.2 多电平逆变电路多电平逆变电路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3图图4-9 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路 图图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形电压型三相桥式逆变电路的工作波形 回顾图回顾图4-9三相电压型桥式三相电压型桥式逆变电路和图逆变电路和图4-10的波形，的波形，以以N为参考点，输出相电压为参考点，输出相电压有有Ud/2和和-Ud/2两种电平，称两种电平，称为为两电平逆变电

43、路两电平逆变电路。第6章第87页1.1.三电平逆变电路三电平逆变电路图图4-25 三电平逆变电路三电平逆变电路 电路分析电路分析: 也称也称中点钳位型（中点钳位型（Neutral Point Clamped） 逆变电路逆变电路。 每桥臂由两个全控器件串联构成，两者都反并每桥臂由两个全控器件串联构成，两者都反并联了二极管，且中点通过钳位二极管和直流侧中联了二极管，且中点通过钳位二极管和直流侧中点相连点相连 。 以以U相相为例分析工作情况为例分析工作情况 V11和和V12（或（或VD11和和VD12）导通，）导通，V41和和V42关关断时，断时，UO间电位差为间电位差为Ud/2。第6章第88页三电

44、平逆变电路三电平逆变电路图图4-25 三电平逆变电路三电平逆变电路 电路分析电路分析: V41和和V42（或（或VD41和和VD42）导通，导通，V11和和V12关断时，关断时，UO间间电位差为电位差为-Ud/2。 V12和和V41导通，导通，V11和和V42关关断时，断时，UO间电位差为间电位差为0。 V12和和V41不能同时导通，不能同时导通，iU0时，时，V12和和VD1导通，导通，iU0时，时，V41和和VD4导通。导通。第6章第89页三电平逆变电路三电平逆变电路 线电压的电平线电压的电平 相电压相减得到线电压。相电压相减得到线电压。 两电平逆变电路的输出线电压有两电平逆变电路的输出线

45、电压有Ud和和0三种电平，三电三种电平，三电平逆变电路的输出线电压有平逆变电路的输出线电压有Ud、Ud/2和和0五种电平。五种电平。 三电平逆变电路输出三电平逆变电路输出电压谐波电压谐波可大大少于两电平逆变电路。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。为直流侧电压的一半。用与三电平电路类似的方法，还可构成五电平、七电平等更多用与三电平电路类似的方法，还可构成五电平、七电平等更多电平的电路，三电平及更多电平的逆变电路统称为多电平逆变电平的电路，三电平及更多电平的逆变电路统称为多电平逆变电路

46、。电路。第6章第90页图7-19中点钳位式五电平方波逆变电路a)A相主电路b)l)等效电路2.五电平方波逆变电路第6章第91页本章小结本章小结1 1一、讲述基本的逆变电路的结构及工作原理一、讲述基本的逆变电路的结构及工作原理 在AC/DC、DC/AC和DC/DC、AC/AC四大类基本变流电路中，AC/DC和DC/AC两类电路更为基本、更为重要。二、换流方式二、换流方式 分为外部换流和自换流两大类，外部换流包括电网换流和负载换流两种，自换流包括器件换流和强迫换流两种；。第6章第92页本章小结2三、逆变电路分类方法：三、逆变电路分类方法：可按换流方式、输出相数、直流电源的性质或用途等分类；本章主要

47、采用按直流侧电源性质分类的方法，分为电压型和电流型两类；电压型和电流型的概念用于其他电路，会对这些电路有更深刻的认识；负载为大电感的整流电路可看为电流型整流电路；电容滤波的整流电路可看成为电压型整流电路。第6章第93页四、与其他章节的关系四、与其他章节的关系 本章对逆变电路的讲述是很基本的，还远不完整； 对于PWM控制技术在逆变电路中应用最多，绝大部分逆变电路都是PWM控制的，对逆变电路要有一个完整认识，还须继续学习； 逆变电路的直流电源往往由整流电路而来，二者结合构成间接的交流变流电路； 此外，间接直流变流电路大量用于开关电源，其中的核心电路仍是逆变电路。本章小结3第6章第94页作 业4-5

48、补充作业4-10, 4-12, 4-13第6章第95页补充作业14-10 单相桥式电压型逆变电路如图4-5所示，直流输入电压U50V。试求输出相电压的基波幅值U01m和有效值U01。4-11 三相桥式电压型逆变电路如图6-32所示，负载为Y形接法。采用180导电方式，直流输入电压U100V。试求输出相电压的基波幅值UA1m和有效值UA1。第6章第96页补充作业24-12 单相全桥逆变器控制电阻负载的功率，已知直流输入电压U=220V，采用多脉冲调制，则 每半周3个脉冲，每个脉冲宽度为30，求负载电压的有效值U0； 每半周5个脉冲，每个脉冲宽度仍为30，求负载电压的有效值U0； 如果直流输入电压

49、增加10，要求负载电压的有效值U0不变，求此时的脉冲宽度。第6章第97页补充作业34-13 桥式逆变电路如图（桥式逆变电路如图（a）所示，逆变器输出电压）所示，逆变器输出电压u0为一方波，如图（为一方波，如图（b）所）所示，已知示，已知E=110V，逆变器频率，逆变器频率f=100Hz，负载，负载R=10欧，欧，L=0.02H。求：。求：（1）输出电压基波分量）输出电压基波分量U01； （2）输出电流基波分量）输出电流基波分量I01；（3）输出电流有效值）输出电流有效值I0 (9次以上的谐波幅值太小，可忽略次以上的谐波幅值太小，可忽略) ；（4）输出功率。）输出功率。答案：答案：99V，6.1

50、68A, 6.237A，389W u023E-Eo(b)t图（图（a）图（图（b）第6章第98页补充作业44-14 三相桥式逆变电路如图4-9所示，逆变器输出电压u0为一6阶梯波波，如图4-10 f) 所示。求THD。 答案： 第6章第99页1 半桥逆变器的负载为，电源电压为320V,求流过电感的平均直流电流，画出负载的电压和电流波形。5 全桥逆变器输入直流电压200V，输出频率 ，负载 ，1）画出负载电压和电流波形；2）画出输入直流电源电压、电流波形；6题6图中两种电路能否工作？为什么？50fHz1020.1ZRj Ljf练习题练习题签名日期底图总号旧底图总号标题编号标记处数更改单号签名日期

51、日 期签 名设 计校 对审 核标准化检查批 准阶 段 标 记重 量比 例共 张(b)(a)(a)(b)题6第6章第100页7 比较图两种电路的特点签名日期底图总号旧底图总号标题编号标记处数更改单号签名日期日 期签 名设 计校 对审 核标准化检查批 准阶 段 标 记重 量比 例共 张(a)(b)D?DIODE题7第6章第101页8 对于题8图所示电路，测得波形如右图，分析波形出现尖峰的原因，说明减小其电压尖峰的原因。题8第6章第102页123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李宏电路图

52、lihong.ddbDrawn By:QQDD2424VinZBQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin(a)(b)(c)D2D1QQDD1313AQ4Q3Q4Q4D3Q3D4Q46-10全桥逆变器主电路和双极性控制工作波形第6章第103页10. 对于图6-18的三相桥式逆变电路，画出120度工作模式、纯电阻平衡负载时相电压波形。11. 分析图6-18的三相桥式逆变电路，180度工作模式、纯电阻平衡时输出相电压的谐波。图6-18第6章第104页12 为什么说方波逆变器纯感性负载时，如果Q1和Q4（Q2和Q3）导通时间超过TS/4，输出电

53、压不再受Q1或Q2导通时间变化的影响？13 说明谐波因子 与逆变器输出品质关系。14 为什么考虑逆变器最低次谐波（与基波频率最接近的谐波）？第6章第105页U1U2m Z1121ZmmmZ2Zc m 1Zc m 2aU1U2m LLmm21 mCZc m 1Zc m 2b15题图返回15. 题图15 说明LC滤波和题图滤波的主要差异。第6章第106页图4A变频器构成的原理框图第6章第107页图图4-1 4-1 逆变电路及其波形举例逆变电路及其波形举例负载a)b)图5-1tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2第6章第108页图6-18第6章第109页图4-16第6章第110页图4-5 电

54、压型逆变电路举例（全桥逆变电路）+-CRL图5-5UdV1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoio第6章第111页图4-6 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形 +-RLa)ttOOONb)图5-6UdiouoV1V2VD1VD2uoUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2Ud2Ud2第6章第112页图4-7 a）电压型全桥逆变电路+-CRL图5-5UdV1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoio第6章第113页图4-7（b) 电压型逆变电路移相调压的波形+-CRLtOtOtOtOtOa)b)图5-7UdV1V2uoioV3V4VD1VD2VD3VD

55、4uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo第6章第114页图4-9 三相电压型桥式逆变电路第6章第115页图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形tOtOtOtOtOa)b)c)d)e)uAOuABiAiduOOUdUd3Ud62Ud3第6章第116页图4- 11 电流型三相桥式逆变电路N+-VV1V2V3V4V5V6VD1VD3VD4VD6UdidVD2VD5ibicia第6章第117页图4-D 电流型三相桥式逆变电路的输出波形 tOtOtOtOIdiBiCuABiA第6章第118页图4-12 单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路ABCRLLpIdVT1VT3VT2VT4Ls

56、1Ls3Ls2Ls4uoio第6章第119页Tu6-26 第6章第120页图4-13 并联谐振式逆变电路工作波形 tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iVTidIdt1t2t3t4t5t6t7tutuABttIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4第6章第121页图4-15 串联二极管式电流型逆变电路M3ABC+-IdC1C2C3C4C5C6VD1VD2VD3VD4VD5VD6Ud2VT1VT2VT3VT4VT5VT6Lp第6章第122页图4-16 换流过程各阶段的电流路径- +A BW+ -A BWa)+ -A BWb)- +ABWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3Ca