详细逆变电路原理分析.ppt

1、第4章：无源逆变电路，4.1逆变电路的性能指标和分类，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负载换向逆变电路，4.1逆变电路的性能指标和分类，1)定义：将逆变电路的交流侧接入交流电网，将DC逆变为同频率的交流并送回电网。2)应用：DC电机可逆调速、绕线异步电机串级调速、高压直流输电和太阳能发电。1)定义：逆变器的交流侧不与电网相连，而是直接与负载相连，即DC电源逆转换成一定频率或可变频率的交流电源提供给负载2)用途：广泛用于交流电机变频调速、感应加热、不间断电源等。它是电力电子技术的重要内容。1。有源逆变器：2。无源逆变器：4.1.1逆变器的性能指标，(1

2、)谐波系数HF:谐波分量的有效值与基波分量的比值。(2)总谐波系数：总谐波系数代表实际波形与其基波的接近程度。(5)电磁干扰和电磁兼容性，(3)逆变器效率，(4)单位重量输出功率：是衡量逆变器输出功率密度的指标。4.1.2逆变电路分类、电压类型：输入端并联一个大电容，输入DC电源为恒压源，逆变器将DC电压转换为交流电压。电流型：输入端串联一个大电感，输入DC电源为恒流源，逆变器将输入DC电流转换为交流电流输出。(1)根据输入DC电源的特点，设计半桥逆变电路；全桥逆变电路；推动和更换逆变器电路；其他形式：如单晶体管逆变电路。(2)根据电路结构特征分类，4.1.2逆变器电路分类，(3)根据换向方式

3、分类，(4)根据负载特征分类，非谐振逆变器电路谐振逆变器电路，负载换向逆变器电路；脉冲换向逆变电路；自换向逆变电路。4.1.3逆变器电路1的使用。可做成VVVF牌，主要用于交流电机的调速。它可制成恒频恒压电源(CVCF)，其典型代表是不间断电源(UPS)、航空机载电源、机车照明、通信等辅助电源。3.可制成感应加热电源，如中频电源和高频电源。逆变器应用广泛：4.2逆变器电路的工作原理，开关T1和T4闭合，T2和T3断开：u0=ud开关T1和T4断开，T2和T3闭合：u0=Ud当开关T1、T4和T2、T3以频率fS交替切换时，在电阻器R上获得图4.2.4(b)所示的交流电压波形，周期Ts=1/fS

4、，从而将DC电压E变为交流电压uo。Uo包含各种谐波。如果你想得到正弦波电压，你可以用滤波器进行滤波。图4.2.1单相桥式逆变电路的工作原理，1。主功能：图4.2.1(a)中的主电路开关T1T4，它实际上是各种半导体开关器件的理想模型。逆变器电路中常用的开关器件包括快速晶闸管、关断晶闸管、功率晶体管(GTR)、功率场效应晶体管(场效应晶体管)和绝缘栅晶体管(IGBT)。将直流电转换成一定频率或可变频率的交流电，并提供给负载。工作原理：它由两个导电臂组成，每个导电臂由一个全控制装置和一个反并联二极管组成。两个彼此串联的电容器C1和C2连接在d C侧，C1=C2满足。让感性负载连接在点A和点0之间

5、。T1和T2之间有一个空载时间，以避免上下直接连接，空载时间内两个晶闸管都没有驱动信号。1.电压型逆变电路半桥逆变电路结构及波形：4.3.1电压型单相半桥逆变电路，4.3电压型逆变电路，动画，输出电压有效值为：经傅里叶分析，输出电压瞬时值为：其中为角频率如果负载是电阻性负载，如果驱动信号在t2之前在T1开启，在T2关闭，u0=Ud/2。在t2，关闭T1，同时向T2发送接通信号。由于电感负载中的电流I。无法立即改变方向，D2打开飞轮，u0=Ud /2。T3，时间I。降至零，D2关闭，T2打开，时间I。开始反向增加，此时仍有u0=Ud /2。在t4，T2被关闭，同时，由于电感负载中的电流，传导信号

6、被发送到T1。由于无法立即改变方向，D1先打开飞轮，此时U0=UD/2仍然存在；我在t5。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和电流波形，2。工作原理：没有工作能量来减缓电感反馈，缺点：1)交流电压的幅值只有UD/2；2) DC侧需要分压电容；3)为了使负载电压接近正弦波，通常在输出端连接一个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，设备少；用途：用于几千瓦以下的低功率逆变电源；4.3.2电压型单相全桥逆变电路，全控开关器件T1和T4组成一对桥臂，T2和T3组成一对桥臂，T1和T4同时导通和关断；T2和T3同时开启和关闭。T1(T

7、)4和T2(T3)的驱动信号是互补的，即当T1和T4有驱动信号时，T2和T3没有驱动信号，反之亦然，两对桥臂交替导通180。1。电路工作过程：输出方波电压瞬时值：输出方波电压有效值：基波分量有效值：图4.3.2电压型单相全桥逆变电路及电压、电流波形图，(4.3.6)、(4.3.4)、(4.3.5)，与单相半桥逆变电路相比，(1)在纯电阻负载下，在0tTs4和Ts2t3Ts4期间，D1和D4导通，起到负载电流续流的作用，T1T4在此期间不导通。图4.3.2电压型单相全桥逆变电路及电压电流波形；2)当施加感性负载时，负载电流的峰值为：(4 . 3 . 7)；0t期间，T1和T4有驱动信号；因为电流

8、i0为负，T1和T4不导通，D1和D4导通，这起到了负载电流续流的作用，u0=Ud在t期间，i0为正，T1和T4导通。在测试期间，T2和T3有驱动信号。因为电流i0为负，所以T2和T3不导通，而D2和D3导通以发挥负载电流续流的作用，并且u0=Ud。在t2期间，T2和T3打开。3)负载电阻电感时，图4.3.2显示电压型单相全桥逆变电路及电压和电流波形，图4.3.2(e)显示负载电阻电感时DC电源输入电流波形。图4.3.2(f)显示了RL负载下DC电源的输入电流波形。4.3.3电压型三相桥式逆变电路，电压型三相桥式逆变电路的基本工作模式为180导通型，即每一桥臂的导通角为180，在同相上下桥臂交

9、替导通的垂直换向模式下，每相开始导通的时间依次相差120。在一个周期内，触发六个开关管导通的顺序为T1T2T3t45t6，依次相隔60。在任何时候，三个试管同时打开。导通的组合顺序为t1t2t3、T2T3T4、T3T4T5、T4T5T6、T5T6T1和T6T1T2，每个组合工作60次。图4.3.3电压型三相桥式逆变器电路，1。工作流程：一个工作周期分为六个区域。在00，ug20，ug30，T1，T2和T3被接通，2，每个相负载的相电压和线电压波形：和其他五个时域值，线电压和相电压可以根据相同的想法获得。图4.3.4电压型三相桥式逆变电路及其工作波形，其中Ud为逆变器输入DC电压。3。负载相电压

10、和线电压幅值分析：通过傅立叶分析，相电压瞬时值为：相电压基幅值，(4.3.8)，(4.3.9)。从上述公式可以看出，负载相电压中没有三次谐波，只有高次奇次谐波，N次谐波的幅值是基波幅值的1/n表4.3.1三相桥式逆变电路工作状态表，4.4.1电流模式单相桥式逆变电路，当T1和T4接通，T2和T3断开时，i0=标识；相反，I0=-Id。当以频率f交替切换开关管T1、T4和T2、T3时，在负载上获得图4.4.1(b)所示的电流波形。输出电流波形为矩形，与电路的负载特性无关，而输出电压波形由负载特性决定。当主电路的开关管采用自关断装置时，如果其反方向不能承受高压，则应在每个开关装置支路中串联二极管。

11、图4.4.1电流模式单相桥式逆变器电路和电流波形，1。电路工作过程：4.4反反向高压恒流大电感电流型逆变电路，其基波幅度I01m和基波有效值I01分别为(4.4.1)、(4.4.2)、(4.4.3)。2.电流波形参数计算：图4.4.1电流模式单相桥式逆变电路及电流波形。导通模式为120导通和横向换向模式，任何时刻只导通两个桥臂。开启顺序为1T2T3T4T5T6，间隔60圈，每个桥臂开启120圈。以这种方式，在每个时刻，上桥臂组中的一个臂和下桥臂组中的一个臂被引导。输出电流波形与负载特性无关。输出电压波形由负载的性质决定。图4.4.3电流模式三相桥式逆变电路原理图及输出电流波形，(4.4.4)，

12、1。工作模式：输出电流的基波有效值I01与DC电流id之间的关系为：4.5负载换向逆变电路，4.5.1并联谐振逆变电路1，电路结构2，工作原理3，电路参数计算4.5.2串联谐振逆变电路1，电路结构2，工作原理4.5.1并联谐振逆变电路，其负载为中频电炉，实际上是一个感应线圈。在图中，左和右串联作为其等效电路。由于负载功率因数非常低，补偿电容c并联。电容C、电感L和电阻R构成一个并联谐振电路，所以这个电路被称为并联谐振逆变电路。该电路采用负载换向，需要负载电流来引导电压。因此，补偿电容应该对负载进行过补偿，使负载电路能够在小电容和失谐的情况下工作。图4.6.1并联谐振逆变电路原理图，电路结构：小

13、电感，限制晶闸管电流上升率，大滤波电感，并联谐振逆变电路为电流型，因此其交流输出电流波形接近矩形波，包括基波和谐波。工作时，晶闸管交流触发的频率应接近负载电路的谐振频率，因此负载对基波呈高阻抗，对谐波呈低阻抗，谐波几乎不会在负载电路上产生压降，因此负载电压波形为正弦波。由于基频略高于负载谐振频率，负载电路为容性，io将电压uo超前一定角度，从而达到自动换向和关断晶闸管的目的。图4.6.3并联谐振逆变电路原理图及其工作波形，工作原理：图4.6.2并联谐振逆变电路换向过程，逆变电路换向过程，t2触发T2和T3，电路开始换向。当T2和T3接通时，负载两端的电压被施加到T1和T4的两端，使得T1和T4

14、在负压下断开。因为每个晶闸管与换向电抗器LT串联，所以T1和T4不能在t2立即关断，并且T2和T3中的电流不能立即增加到稳定值。在换向期间，所有四个晶闸管都导通。由于大电感Ld时间短、电流恒定，电源不会短路。在t=t4时，T1和t4的电流减小到零并关断，DC侧电流id全部从T1和T4转移到T2和T3，换向过程结束。T4-t2=tr称为换向时间。T1和T4的电流降至零后，需要一段时间才能恢复正向阻断能力。因此，在换向完成后，T1负载的功率因数角由负载电流和电压之间的相位差决定，该相位差是电路的工作频率，如图3.6.3所示。图4.6.3并联谐振逆变器的工作波形，(4.6.2)，(4.6.1)，如果忽略换向过程，i0为矩形波。扩展成傅立叶级数得到，(4.6.4)，(4.6.5)，(4.6.7)，基波电流的有效值，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，所以可以得到负载电压有效值U0和DC电压Ud之间的关系：负载电流i0和DC侧电流id为了续流，电路中设置了反并联二极管D1D4。补偿电容c和负载电感线圈形成串联谐振电路。为了实现负载换向，补偿后的总负载需要是容性的。图4.6.4串联谐振逆变器电路，1。电路结构，4.5.2串联谐振逆变电路，晶闸管T1和T4导通，电流从甲流向乙，uo左正右和负。因为电流领先于电压，所以当t=t1时，电