电力电子课件

第4章

直流/交流变换器（逆变器）4.1逆变器的类型和性能指标4.2电压型单相方波逆变电路工作原理4.3电压型单相逆变器电压和波形控制4.4三相逆变电路工作原理4.5三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制4.6大容量逆变器的复合结构小结4直流/交流变换器（逆变器）4.1逆变器的类型和性能指标4.1.1逆变器的类型4.1.2逆变器输出波形性能指标4.1.3其他指标电压型逆变器VSI电流型逆变器CSI4.1.1逆变器的类型(续1)单相半桥单相全桥4.1.1逆变器的类型（续2）4.1.1逆变器的类型（续3）4.1.2逆变器输出波形性能指标畸变系数DF逆变电路输出的n次谐波有效值Vn经LC滤波后在负载上的n次谐波电压VLn为:

4.1.2逆变器输出波形性能指标（续）次谐波衰减了倍逆变器的性能指标除输出波形性能指标外，还应包括：逆变效率单位重量（或单位体积）输出功率可靠性指标逆变器输入直流电流中交流分量的数值和脉动频率电磁干扰EMI及电磁兼容性EMC4.1.3其他指标T1、T4与T2、T3

交替通、断4.2.1电压型单相全桥逆变电路不同负载时，D、T导电情况不同T导电供电，D导电续流（返回）电阻负载电感负载阻感负载4.2.1电压型单相全桥逆变电路（续）4.2.2电压型单相半桥逆变电路电容分压，半桥电路T1、T2交替通、断二级管D的功用R、L负载时，T、D交替导电4.2.3变压器中心抽头推挽式单相逆变电路仅二个开关T1、T2轮流导电180度开关管断态电压高一倍2VD要输出变压器适用于低压小功率、须隔离的应用4.3.0概述

4.3.1单脉冲宽度调制PWM逆变器4.3.2正脉冲宽度调制SPWM基本原理4.3.3单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器4.3.4双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器4.3.5基波移相控制4.3单相逆变器输出电压和波形控制控制方案1:控制方案2:控制方案3:可控整流方案斩波调压方案逆变器自身控制方案控制输出电压基波V1的大小控制输出电压波形，要求谐波系数小，谐波频率高4.3.0概述逆变器自身控制方案4.3.0概述（续2）正半周中，T1、T4导通角负半周中，T2、T3导通角开关频率决定输出频率脉宽决定输出电压大小4.3.1单脉冲宽度调制PWM逆变器4.3.1单脉冲宽度调制PWM逆变器（续）

在某一很短的时间段期间，正弦电压与同一时间段中等幅脉冲电压作用于L、R电路时，只要两个窄脉冲电压的冲量相等，则它们所形成的电流响应就相同。因此要使图4.8(b)的PWM电压波在每一时间段都与该时段中正弦电压等效，除每一时间段的面积相等外，每个时间段的电压脉冲还必须很窄，这就要求脉波数量P很多。脉波数越多，不连续的按正弦规律改变宽度的多脉波电压就越等效于正弦电压。

4.3.2正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续1）4.3.2正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续2）4.3.3单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器（续1）单极性SPWM（续2）单极性SPWM（续3）单极性倍频驱动信号生成方式,单极性倍频(1)

P=6,2P-1=11,

最低谐波为11次(3)11次谐波大于1/11=9%(2)单极性SPWM（续4）双极性三角波Vc、Vr交点确定开关通、断点。输出电压正、负半周中，Vab既有正电压也有负电压，没有零电压4.3.4双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器4.3.4双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器（续1）相同的开关频率时单极SPWM：开关动作次数相对少些，谐波情况好些，多用于单相逆变。双极性SPWM：谐波情况差些，用于三相逆变。4.3.4双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器（续2）4.3.5基波移相控制4.4.1电压型三相逆变工作原理4.4.2电流型三相逆变工作原理4.4三相逆变电路工作原理三个相差120度的单相逆变器组成一个三相逆变器4.4.1电压型三相逆变工作原理4.4.1电压型三相逆变工作原理（续1）A相：T1、T4、T1’、T4’B相：T3、T6、T3’、T6’C相：T5、T2、T5’、T2’三个相差120度的单相逆变器组成一个三相逆变器4.4.1电压型三相逆变工作原理（续2）三相桥式逆变器电路4.4.1电压型三相逆变工作原理（续3）4.4.1电压型三相逆变工作原理（续4）4.4.1电压型三相逆变工作原理（续5）L大，iD恒定120度导电模式，仅两个开关同时导电12，23，34，45，56，61，124.4.2电流型三相逆变工作原理三角形负载4.4.2电流型三相逆变工作原理（续）4.5三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制4.5三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制4.5三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制（续）（1）驱动信号可由硬件电路实现，亦可由软件MicroProcessor或DSP实现。（2）提高电压利用率，可改变vr或采用空间矢量控制。4.5三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制4.6.0概述4.6.112阶梯波逆变器4.6.224阶梯波逆变器4.6大容量逆变器的复合结构开关器件电压6－7KV，3KA－6KA、8KA一个三相桥容量难于达到10MVA器件串联提高电压器件并联增大电流几个三相桥电路通过变压器组合成复合型逆变器是扩大容量的有效途径4.6.0概述4.6.112阶梯波逆变器4.6.112阶梯波逆变器（续1）4.6.112阶梯波逆变器（续2）4.6.112阶梯波逆变器（续3）4.6.112阶梯波逆变器（续4）4.6.224阶梯波逆变器输出电压波形合成4.6.224阶梯波逆变器（续）逆变器应用非常广泛：变频变压、变速传动的交流电动机、恒频恒压交流负载、直流电源变换系统、新能源系统以及直流输电系统等.