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1、补充补充 DC-ACDC-AC逆变电路逆变电路引言引言 换流方式换流方式 电压型逆变电路电压型逆变电路 电流型逆变电路电流型逆变电路 缓冲电路缓冲电路 无损缓冲电路无损缓冲电路引言引言 逆变的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。 逆变与变频 变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组 成，后一部分就是逆变。 主要应用 各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。 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。换流方式换流方式 逆变电路的基本工作原理
2、逆变电路的基本工作原理 换流方式分类换流方式分类 以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理图5-1 逆变电路及其波形举例负载a)b)tS1S2S3S4iouoUduo iot1t2S1S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅 助电路组成。逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理 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，负载电压uo为负。直流电交流电逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理逆变电路最基本的工作 原理 改变两组开关 切换频率，可改变输出 交流电频率。图5-1 逆变电路及其波形举例
3、a)b)tuo iot1t2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。换流方式分类换流方式分类 换流电流从一个支路向另一个支路转移的过程 ，也称为换相。开通：适当的控制极驱动信号就可使器件开通。 关断： 全控型器件可通过门极关断。 研究换流方式主要是研究如何使器件关断。电压型逆变电路电压型逆变电路1）逆变电路的分类 根据直流侧电源性质的不同电压型逆变电路又称为电压源 型逆变电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI直流侧是电压源电流型逆变电路又称为电流源 型逆变电路 Current Source Typ
4、e Inverter-CSTI直流侧是电流源单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路1）单相半桥逆变电路u图56 单相半桥电压型逆变 电路及其工作波形a)ttOOONb)oUm-Um iot1t2t3t4 t5t6 V1V2V1V2 VD1VD2VD1VD2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，两 者互补，输出电压uo为矩形 波，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。单相电压型逆变电路单相
5、电压型逆变电路 优点：电路简单，使用器件少。 缺点：输出电压幅值为Ud/2，负载上的功率 为全桥的1/4，开关管承受的电压为Ud，且 直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均 衡。参数计算与器件选择参数计算与器件选择 根据不同的负载类型计算负载等效阻抗： 电阻型：Z=R 电阻电感型：Z=R+jL Z=(R2+(L)2 ) 对于RLC：Z=R+jL-1/jC 对于电阻：i2P/UdUd/2R 对于电阻电感：i2P/UdcosUd/2Z 开关管上的电压：U=(23)Ud 电流：I=(1.52)(2)1/2i参数计算与器件选择参数计算与器件选择 例：逆变器输入电压为550V，输出功率为 20KW，逆变
6、器开关频率为20KHz，RLC谐 振负载， 其等效电阻为：R=Ud2/4P=3.78 负载上的电流有效值为：iUd/2R=72.75A 开关管上的电压：U=(23)Ud=11001650V 电流：I=(1.52)(2)1/2i=154205A5-12单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路2) 全桥逆变电路共四个桥臂，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，幅值高出一 倍。 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。图5-7 单相全桥逆变 电路的移相调压方式utOtOtOtOtOb)G1uG2uG3uG4uoiot1t2t
7、3iouo单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路2）单相电压型全桥逆变电路的特点(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)输出电压幅值为Ud的矩形波，负载上的功率为半桥逆 变器的4倍，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。(4)控制方式有PWM，双极性和移相控制方式。参数计算与器件选择参数计算与器件选择 根据不同的负载类型计算负载等效阻抗： 电阻型：Z=R 电阻电感型：Z=R+jL Z=(R2+(L)2 ) 对于RLC：Z=R+jL-1/jC 对于电阻：iP/UdUd/R 对于电
8、阻电感：iP/UdcosUd/Z 开关管上的电压：U=(23)Ud 电流：I=(1.52)(2)1/2i参数计算与器件选择参数计算与器件选择 例：逆变器输入电压为550V，输出功率为 20KW，逆变器开关频率为20KHz，RLC谐振 负载， 其等效电阻为：R=Ud2/P=15.125 负载上的电流有效值为：iUd/R= 36.36A 开关管上的电压：U=(23)Ud=11001650V 电流：I=(1.52)(2)1/2i=77102A5-16单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路 阻感负载时，还可采用移 相得方式来调节输出电压 移相调压。a)图5-7 单相全桥逆变 电路的移相调压方式tOtOt
9、OtOtOb)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouoV3的基极信号比V1落后 （0 180 ）。V3 、V4的栅极信号分别比 V2、V1的前移180 。输出电压是正负各为 的脉冲。 改变就可调节输出电压 。单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路3） 带中心抽头变压器的逆变电路图5-8 带中心抽头变压器的逆变电路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。 与全桥电路的比较：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。 必须有一个变压器 。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
10、个二极管的作用也是提供 无功能量的反馈通道。电流型逆变电路主要特点(1) 直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源。电流型逆变电路电流型逆变电路 直流电源为电流源的逆 变电路称为电流型逆变 电路。图5-11 电流型三相桥式逆变电路(2) 交流输出电流为矩形波，输出电压波形和相位因负载不同而不同。电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多。换流方式有负载换流、强迫换流。单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路1) 电路原理由四个桥臂 构成，每个 桥臂由 IGBT组成 。工作方式为负载换相。 电容C和L 、R构成并联谐振电路。 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
11、波。 负载电压波形基本上是正弦波。单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路1) 电路原理图512 单相桥式电流型 （并联谐振式）逆变电路由四个桥臂构成，每 个桥臂的IGBT管组成 工作方式为负载换相 。 电容C和L 、R构成并 联谐振电路。 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。单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2 t3t4 t5t6 t7tfuotguABtdtbIdiVT 1,4iVT 2,3uVT2,3uVT1,4图513并联谐振式逆变 电路工作波形2) 工作分析 一个周期内有两个 导通
12、阶段和两个换 流阶段。t1t2：V1和V4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。 t2t3：t2时V2和V3开通，进入换流阶 段。 LT使V1、V4不能立刻关断，电流有一个 减小过程。V2、V3电流有一个增大过程 。 4个IGBT全部导通，负载电容电压经两个 并联的放电回路同时放电。 LT1、VT1、VT3、LT3到C；另一个经LT2 、VT2、VT4、LT4到C。单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路t=t4时，VT1、VT4电流减至零而关断 ，换流阶段结束。 t4t2= tg 称为换流时间。io在t3时刻，即 iVT1=iVT2时刻过零 ，t3时刻大体位于t2 和t
13、4的中点。tOtOtOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2 t3t4 t5t6 t7tfuotguABtdtbIdiVT 1,4iVT 2,3uVT2,3uVT1,4图513并联谐振式逆变 电路工作波形总结总结 电压型逆变电路输入端并接大电容，提供恒压 源，输出电压是矩形波，幅值为电容电压，输出电 流大小由负载决定，波形由负载性质决定。电阻型 负载的电压和电流波形均为矩形波；纯电感电流波 形为三角波；当采用RLC谐振负载，且开关频率与 谐振频率一致，负载上的波形电压和电流都是正弦 波。 电流型逆变电路输入端串联大电感，提供恒流 源，输出电流是矩形波，含有较多谐波，幅值为
14、电 感电流，输出电压的大小由负载决定，电压波形由 负载性质决定。电阻型负载的电压和电流均为矩形 波；纯电感电流波形为三角波。缓冲电路缓冲电路 缓冲原理 器件损坏，不外乎是器件在开关过程中遭受了过量di/dt 、dv/dt或瞬时功耗的危害而造成的。缓冲电路的作用， 就是改变器件的开关轨迹，控制各种瞬态过电压，降低 器件开关损耗，保护器件安全运行。5-25I GB T I GB T 逆变器的开关损耗波形逆变器的开关损耗波形5-26(a) 开通损耗波形 (b) 关断损耗波形图中 tdon 开通延迟时间 tr 开通上升时间 trr二极管的反向恢复时 间 t doff关断延迟时间 t tail尾部电流i
15、tail下降时 间 tf关断下降时间 (d i/ d t)on开通电流上升 率 IRRM二极管反向恢复电 流I GB T I GB T 逆变器的开关损耗逆变器的开关损耗5-27每个脉冲 I GB T 的开通损耗近似为( mJ ) ：每个脉冲 I GB T 的关断损耗近似为：每个脉冲二极管的关断损耗近似为： I GB T 的总开关损耗可近似表示为：式中 fsw逆变器的载波频率缓冲电路的几种类型缓冲电路的几种类型5-28（d）(a) C缓冲电路 (b) RC缓冲电路(c) RCD缓冲电路 (d) 放电阻止型RCD缓冲电 路缓冲电路的类型缓冲电路的类型 C缓冲电路： 采用薄膜电容，靠近IGBT安装，其特点是电路简单， 用作对瞬变电压有效而低成本的控制，接在C1和E2之 间（两单元模块）或P和N之间（六单元模块），缺点 是由分布电感及缓冲电容构成LC谐振电路，易产生电 压振荡。 RC缓冲电路： 其特点是适用于斩波电路，但在使用大容量IG
