《电力电子技术》课件-4直流-交流变换技术

1.认识逆变器的分类与换流方式—直流-交流变换技术—逆变电路的基本原理第一章逆变电路的分类第二章目录页换流方式第三章逆变电路的基本原理图1逆变电路S1-S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成图2逆变波形

由图1可得，当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，uo为负，此时直流电就转化为交流电。结论认识逆变器的分类与换流方式逆变电路的分类—根据逆变输出去向根据逆变输出去向，逆变电路可分为有源逆变与无源逆变，有源逆变指的是输出交流电给交流电源的逆变电路，一般为接电网，即逆变器不工作时输出侧依然有电压。无源逆变指的是输出交流电直接给负载的逆变电路，逆变器不工作时输出侧无电压。有源逆变电路无源逆变电路认识逆变器的分类与换流方式逆变电路的分类—根据组成电路的电力电子器件根据组成电路的电力电子器件可分为半控型逆变电路以及全控型逆变电路两种类型：半控型逆变电路：由晶闸管等半控型器件组成的逆变电路。全控型逆变电路：由全控型器件GTO、GTR、P-MOSFET、IGBT等组成的逆变电路。半控型逆变电路全控型逆变电路认识逆变器的分类与换流方式逆变电路的分类—根据直流电源的性质根据直流电源的性质可分为电压型逆变电路以及电流型逆变电路两种类型：

电压型逆变电路：直流侧并联大电容，使直流电源近似为恒压源的逆变电路。

电流型逆变电路：直流侧串联大电感，使直流电源近似为恒流源的逆变电路。电压型逆变电路电流型逆变电路认识逆变器的分类与换流方式逆变电路的分类—根据输出电压的波形根据输出电压的波形可分为方波型与PWM型，其中方波型的输出电压为方波。而PWM型的输出电压为宽度变化的脉冲。此外，按照逆变电路输出端相数，逆变电路也可分为单相、三相和多相逆变电路。方波型PWM型认识逆变器的分类与换流方式换流方式换流方式指的是电流从一个支路向另一个支路转移的过程中采取的方式1)器件换流（DeviceCommutation）利用全控型器件的自关断能力进行换流。采用IGBT、电力MOSFET、GTO、GTR等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。2)电网换流（LineCommutation）电网提供换流电压的换流方式。将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。3)负载换流（LoadCommutation）由负载提供换流电压的换流方式。4)强迫换流（ForcedCommutation）设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。认识逆变器的分类与换流方式2.单相方波逆变电路的应用—直流-交流变换技术—单相方波逆变电路的基本架构第一章单相方波逆变电路的应用第二章目录页单相方波逆变电路的基本架构本节以电压型逆变电路为例介绍单相方波逆变电路的几种类型及应用。(1)直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。(2)输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。(3)阻感负载时需提供无功功率。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。电压型逆变电路（全桥逆变电路）单相方波逆变电路的应用单相方波逆变电路的应用—半桥逆变电路单相半桥逆变电路工作波形设开关器件V1和V2的栅极信号在一个周期内各有半周正偏，半周反偏，且二者互补。输出电压uo为矩形波，其幅值为Um=Ud/2。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,它又起着使负载电流连续的作用，又称续流二极管。单相方波逆变电路的应用单相方波逆变电路的应用—半桥逆变电路单相半桥逆变电路工作波形优点：电路简单，使用器件少。缺点：输出交流电压幅值仅为Ud/2，且直流侧需两电容器串联，工作时要控制两者电压均衡。用于几kW以下的小功率逆变电源。根据其优点，在中小功率UPS，中小功率光伏，中小功率储能等等应用中，半桥架构越来越多被重视。应用单相方波逆变电路的应用单相方波逆变电路的应用—全桥逆变电路单相全桥逆变电路输出电压共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。两对桥臂交替导通180°。输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，但幅值高出一倍。在这种情况下，要改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压Ud来实现。单相方波逆变电路的应用单相方波逆变电路的应用—全桥逆变电路单相全桥逆变电路输出电压应用全桥逆变电路是逆变电路中应用最为广泛的。可用于光伏发电、户外储能等的逆变器，在已有的各种电源中，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变电路。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，都离不开全桥逆变电路。实际现场应用一般采用SPWM控制，降低谐波含量，后续章节会涉及相关内容。单相方波逆变电路的应用单相方波逆变电路的应用—带中心抽头变压器的逆变电路带中心抽头变压器的逆变电路交替驱动两个IGBT，经变压器耦合给负载加上矩形波交流电压。两个二极管的作用也是提供无功能量的反馈通道。Ud和负载参数相同，变压器匝比为1：1：1时，uo和io波形及幅值与全桥逆变电路完全相同。应用带中心抽头的变压器适用于低压小功率。其比全桥电路少用一半开关器件；器件承受的电压为2Ud，比全桥电路高一倍；且必须有一个变压器。单相方波逆变电路的应用3.三相SPWM逆变技术—直流-交流变换技术—SPWM的基本原理第一章三相SPWM逆变技术第二章目录页SPWM的基本原理三相SPWM逆变技术

在单相SPWM逆变技术介绍中，已初步对PWM控制方法及SPWM的相关知识内容进行了介绍，本节针对SPWM的基本原理继续深入。SPWM逆变器有一个重要参数——载波比N。

载波比被定义为载波频率fc与调制波频率fr之比，用N表示，即N=fc/fr。根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制和同步调制。SPWM的基本原理三相SPWM逆变技术1）异步调制载波信号和调制信号不同步的调制方式。保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N变化。在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小。当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大。SPWM的基本原理三相SPWM逆变技术2）同步调制载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时使载波与信号波保持同步，即N等于常数。基本同步调制方式，fr变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。三相电路中公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍，使三相输出对称。为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数。fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除。fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受。ucurUurVurWuuUN'uVN'OttttOOOuWN'2Ud-2Ud

同步调制三相PWM波形SPWM的基本原理三相SPWM逆变技术3）分段同步调制将同步调制和异步调制结合起来。在一定频率范围内采用同步调制，以保持输出波形对称的优点；当频率降低较多时，可使载波比N分段有级地加大，以采纳异步调制的长处，这就是分段同步调制方式。具体地说，把整个变频范围划分成若干频段，每个频段内都维持载波比N恒定，而对不同的频段取不同的N值，频率低时，N值取大些，一般大致按等比级数安排。分段同步调制方式举例三相SPWM逆变技术三相SPWM逆变技术控制极信号的时序分布载波信号为对称三角波纯电阻负载

各相上下桥臂控制信号相位互补，上下