详细逆变电路课件

第4章:无源逆变电路

4.1逆变器的性能指标与分类

4.2逆变电路的工作原理

4.3电压型逆变电路

4.4电流型逆变电路

4.5负载换流式逆变电路4.1逆变器的性能指标与分类

1）定义：将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电反送到电网去。2）应用：直流电机的可逆调速、绕线型异步电机的串级调速、高压直流输电和太阳能发电等方面。1）定义：逆变器的交流侧不与电网联接，而是直接接到负载，即将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载2）应用：它在交流电机变频调速、感应加热、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。

1、有源逆变:2、无源逆变：4.1.1逆变器的性能指标（1）谐波系数HF：谐波分量有效值同基波分量有致值之比。（2）总谐波系数：总谐波系数表征了一个实际波形同其基波的接近程度。（5）电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）（3）逆变效率（4）单位重量的输出功率:衡量逆变器输出率密度的指标。4.1.2逆变电路的分类（3）、根据换流方式分类（4）、根据负载特点分类①非谐振式逆变电路②谐振式逆变电路①负载换流型逆变电路；②脉冲换流型逆变电路；③自换流型逆变电路。4.1.3逆变电路用途1、可以做成变频变压电源（VVVF），主要用于交流电动机调速。2、可以做成恒频恒压电源（CVCF），其典型代表为不间断电源（UPS）、航空机载电源、机车照明，通信等辅助电源也要用CVCF电源。3、可以做成感应加热电源，例如中频电源，高频电源等。逆变器的用途十分广泛：返回4.2逆变电路的工作原理开关T1、T4闭合，T2、T3断开：u0=Ud；开关T1、T4断开，T2、T3闭合：u0=－Ud;当以频率fS交替切换开关T1、T4和T2、T3时，则在电阻R上获得如图4.2.4(b)所示的交变电压波形，其周期Ts=1/fS，这样，就将直流电压E变成了交流电压uo。uo含有各次谐波，如果想得到正弦波电压，则可通过滤波器滤波获得。图4.2.1单相桥式逆变电路工作原理

1、主要功能:图4.2.1(a)中主电路开关T1~T4，它实际是各种半导体开关器件的一种理想模型。逆变电路中常用的开关器件有快速晶闸管、可关断晶闸管（GTO）、功率晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅晶体管（IGBT）。将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载。2、工作原理：返回

输出电压有效值为:

由傅里叶分析，输出电压瞬时值为:

其中，为输出电压角频率。当n=1时其基波分量的有效值为:

(4.3.1)(4.3.2)(4.3.3)

在一个周期内，电力晶体管T1和T2的基极信号各有半周正偏，半周反偏，且互补。若负载为阻感负载，设t2时刻以前，T1有驱动信号导通，T2截止，则u0=Ud/2。t2时刻关断的T1，同时给T2发出导通信号。由于感性负载中的电流i。不能立即改变方向，于是D2导通续流，u0=－Ud/2

。t3时刻i。降至零，D2截止，T2导通，i。开始反向增大，此时仍然有u0=－Ud/2

。在t4时刻关断T2，同时给T1发出导通信号，由于感性负载中的电流i。不能立即改变方向，D1先导通续流，此时仍然有u0=Ud/2；t5时刻i。降至零，T1导通，u0=Ud/2；

图4.3.1电压型半桥逆变电路及其电压电流波形2、工作原理：缓冲电感反馈的无功能量缺点：1）交流电压幅值仅为Ud/2；2）直流侧需分压电容器；3）为了使负载电压接近正弦波通常在输出端要接LC滤波器，输出滤波器LC滤除逆变器输出电压中的高次谐波。

优点：简单，使用器件少；应用：用于几kW以下的小功率逆变电源；输出方波电压瞬时值：

输出方波电压有效值：基波分量的有效值：图4.3.2电压型单相全桥逆变电路和电压、电流波形图(4.3.6)(4.3.4)(4.3.5)同单相半桥逆变电路相比，在相同负载的情况下，其输出电压和输出电流的幅值为单相半桥逆变电路的两倍。1）纯电阻负载时0≤t＜Ts／4，Ts2≤t≤3Ts／4期间，D1、D4导通起负载电流续流作用，在此期间T1∼T4均不导通。图4.3.2电压型单相全桥逆变电路和电压、电流波形图

2）电感负载时由可得负载电流峰值为：(4.3.7)0≤θ≤ωt期间，T1和T4有驱动信号，由于电流i0为负值，T1和T4不导通，D1、D4导通起负载电流续流作用，u0=+Ud。θ≤ωt≤π期间，i0为正值，T1和T4才导通。π≤ωt≤π+θ期间，T2和T3有驱动信号，由于电流i0为负值，T2、T3不导通，D2、D3导通起负载电流续流作用，u0=－Ud。π+θ≤ωt≤2π期间，T2和T3才导通。3）阻感负载RL时图4.3.2电压型单相全桥逆变电路和电压、电流波形图

图4.3.2(e)所示是RL负载时直流电源输入电流的波形。图4.3.2(f)所示是RL负载时直流电源输入电流的波形。

将一个工作周期分成6个区域。在0<ωt≤π/3区域，设ug1>0,ug2>0,ug3>0，则有T1，T2，T3导通，

2、各相负载相电压和线电压波形：根据同样的思路可得其余5个时域的值线电压相电压图4.3.4电压型三相桥式逆变电路及其工作波形式中Ud为逆变器输入直流电压。

3、负载相电压和线电压幅值分析：利用博里叶分析，其相电压的瞬时值为：相电压基波幅值(4.3.8)(4.3.9)由上式可知，负载相电压中无3次谐波，只含更高阶奇次谐波，n次谐波幅值为基波幅值的1/n。其线电压的瞬时值为：线电压基波幅值

(4.3.11)(4.3.10)由上式可知，负载线电压中无3次谐波，只含更高阶奇次谐波，n次谐波幅值为基波幅值的1/n。表4.3.1三相桥式逆变电路的工作状态表返回其中基波幅值I01m和基波有效值I01分别为

(4.4.1)

(4.4.2)

(4.4.3)

将图4.4.1（b）所示的电流波形i0展开成傅氏级数,有2、电流波形参数计算：

图4.4.1电流型单相桥式逆变电路及电流波形

导电方式为120°导通、横向换流方式，任意瞬间只有两个桥臂导通。

导通顺序为1→T2→T3→T4→T5→T6，依次间隔60°，每个桥臂导通120°。这样，每个时刻上桥臂组和下桥臂组中都各有一个臂导通。

输出电流波形与负载性质无关。输出电压波形由负载的性质决定。图4.4.3电流型三相桥式逆变电路原理图及输出电流波形

(4.4.4)

1、工作方式:输出电流的基波有效值I01和直流电流Id的关系式为：

返回4.5负载换流式逆变电路4.5.1

并联谐振式逆变电路

1、电路结构

2、工作原理

3、电路参数计算

4.5.2

串联谐振式逆变电路

1、电路结构

2、工作原理

返回并联谐振式逆变电路属电流型，故其交流输出电流波形接近矩形波，其中包含基波和各次谐波。工作时晶闸管交替触发的频率应接近负载电路谐振频率，故负载对基波呈现高阻抗，而对谐波呈现低阻抗，谐波在负载电路上几乎不产生压降，因此，负载电压波形为正弦波。又因基波频率稍大于负载谐振频率，负载电路呈容性，io超前电压uo一定角度，达到自动换流关断晶闸管的目的。

图4.6.3并联谐振式逆变电路原理图及其工作波形２、工作原理：图4.6.2并联谐振式逆变电路换流的工作过程

逆变电路换流的工作过程

如果忽略换流过程，i0为矩形波。展开成傅氏级数得(4.6.4)(4.6.5)(4.6.7)其基波电流有效值逆变电路的输入功率Pi为

逆变电路的输出功率Po为因为Po=Pi，于是可求得②负载电压有效值U0和直流电压Ud的关系：①负载电流i0和直流侧电流Id的关系：(4.6.3)(4.6.6)返回

其直流侧采用不可控整流电路和大电容滤波，从而构成电压型逆变电路。电路为了续流，设置了反并联二极管D1~D4。补偿电容C和负载电感线圈构成串联谐振电路。为了实现负载换流，要求补偿以后的总负载呈容性。图4.6.4串联谐振式逆变电路

1、电路结构4.5.2

串联谐振式逆变电路设晶闸管T1、T4导通，电流从A流向B，uo左正右负。由于电流超前电压，当t=t1时，电流为零。当t>t1时，电流反向。由于T2、T3未导通，反向电流通过二极管D1、D4续流，T1、T4承受反压关断。