4.1 换流方式换流方式v 4.2 电压型逆变电路（单相，三相）电压型逆变电路（单相，三相） 4.3 电流型逆变电路电流型逆变电路 ※※重在电路结构，工作原理重在电路结构，工作原理学习内容：学习内容： 4.1.1 4.1.1 逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理4.1 4.1 换流方式换流方式 ØS1-S4S1-S4是桥式电路的是桥式电路的4 4个臂，由电力电子器件个臂，由电力电子器件及辅助电路组成及辅助电路组成 ØS1、、S4闭合，闭合，S2、、S3断开时，负载电压断开时，负载电压uo为正为正ØS1、、S4断开，断开，S2、、S3闭合时，闭合时，负载电压负载电压uo为负为负直流直流交流交流4.1.1 4.1.1 逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理 Ø改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率Ø电电阻阻负负载载时时，，负负载载电电流流i io o和和u uo o的的波波形形相相同同，，相相位位 相同相同. .Ø阻感负载时，阻感负载时，i io o相位滞后于相位滞后于u uo o，波形也不同，波形也不同. .t t1 1前：前：S S1 1、、S S4 4通，通，u uo o和和i io o 均为正均为正t t1 1时刻断开时刻断开S S1 1、、S S4 4，合上，合上S S2 2、、S S3 3，，u uo o变负，但变负，但i io o不能立刻不能立刻反向反向 i io o从电源负极流出，经从电源负极流出，经S S2 2、负载和、负载和S S3 3流回正极，负载电流回正极，负载电感能量向电源反馈，感能量向电源反馈，i io o逐渐减小，逐渐减小，t t2 2时刻降为零，之后时刻降为零，之后i io o才才反向并增大反向并增大过程分析：过程分析：4.1.1 4.1.1 逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理电流从一条支路转移到另一条支路称为电流从一条支路转移到另一条支路称为换流。
换流 ①①器件换流（器件换流（IGBT,GTO,GTR,BJT,MOSFET)IGBT,GTO,GTR,BJT,MOSFET)②②电网换流电网换流③③负载换流（负载满足的条件？）负载换流（负载满足的条件？）④④强迫换流（直接耦合式，电感耦合式）强迫换流（直接耦合式，电感耦合式）4.1.2 4.1.2 换流的基本方式换流的基本方式 l采用晶闸管采用晶闸管. .l负负载载：：电电阻阻电电感感串串联联后后再再和和电电容容并并联联，，工工作作在接近并联谐振状态而略呈容性在接近并联谐振状态而略呈容性. .l为为改改善善负负载载功功率率因因数数使使其其略略呈呈容容性性, ,而而接接入入的的直流侧串入大电感直流侧串入大电感L Ld d,i,id d基本没有脉动基本没有脉动. .※※负载换流逆变电路负载换流逆变电路 工作过程工作过程:l4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流 基本呈矩形波基本呈矩形波l负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，uo波形接波形接近正弦近正弦lt1前：前：VT1、、VT4通，通，VT2、、VT3断，断，uo、、io均均为正，为正，VT2、、VT3电压即为电压即为uolt1时：触发时：触发VT2、、VT3使其开通，使其开通，uo加到加到VT4、、VT1上使其承受反压而关断，电流从上使其承受反压而关断，电流从VT1、、VT4换到换到VT3、、VT2lt1必须在必须在uo过零前并留有足够裕量，才能使换过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成流顺利完成 ※※强迫换流逆变电路强迫换流逆变电路-(电容换流）电容换流）直接耦合式强迫换流直接耦合式强迫换流 （电压换流）（电压换流）电感耦合式强迫换流电感耦合式强迫换流 （电流换流（电流换流) 4.2 电压型逆变电路电压型逆变电路4.2.14.2.1单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路（（1 1）） 半桥逆变电路半桥逆变电路* *导电方式：导电方式：V1V1，，V2V2信号互补，各导通信号互补，各导通180180 工作原理：工作原理：（（1 1））t t1 1—t t2 2 电源电压经电源电压经V1V1对负载供电，电流对负载供电，电流指数规律上升。
负载电压为指数规律上升负载电压为1/2u1/2ud.d.（（2 2））t t2 2—t t3 3 电感经电感经VDVD2 2续流，电流指数规律下续流，电流指数规律下降负载电压为降负载电压为-1/2u-1/2ud.d. （（3 3）） t t3 3—t t4 4 电源经电源经V2V2对负载供电，电流指对负载供电，电流指数规律反向上升负载电压为数规律反向上升负载电压为-1/2u-1/2ud.d.（（4 4）） t t4 4—t t5 5 电感经电感经VDVD1 1续流，电流指数规续流，电流指数规律反向下降，负载电压为律反向下降，负载电压为1/2u1/2ud.d.★★因为是阻感负载，成感性，电流滞后电因为是阻感负载，成感性，电流滞后电压，滞后角压，滞后角θ=arctanωLθ=arctanωL/R./R.单向半桥电压逆变电路优缺点总结：单向半桥电压逆变电路优缺点总结：①①优点：所用器件少优点：所用器件少②②缺点：缺点：u u0 0幅值小，只有电源电压的一半，并且幅值小，只有电源电压的一半，并且输入端接两个电容，还需保证输入端接两个电容，还需保证 C1=C2,C1=C2,不能精确不能精确满足。
满足思考：电路中的二极管主要起什么作用？思考：电路中的二极管主要起什么作用？答：当负载为感性或阻感性时，二极管为负载答：当负载为感性或阻感性时，二极管为负载向直流电源反馈能量提供通道（即续流过程），向直流电源反馈能量提供通道（即续流过程），故这些二极管被称之为反馈二极管故这些二极管被称之为反馈二极管※※为了解决这一矛盾，在单向半桥的基础上提出为了解决这一矛盾，在单向半桥的基础上提出了单向全桥电压型逆变电路了单向全桥电压型逆变电路※※单相半桥一般应用在小功率电路中单相半桥一般应用在小功率电路中 4.2 4.2 电压型逆变电路电压型逆变电路4.2.14.2.1单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路（（2 2）） 全桥逆变电路全桥逆变电路由四个臂构成，输由四个臂构成，输入端并有一个电容入端并有一个电容负载接在上下两组负载接在上下两组臂之间 * *导电方式一：导电方式一：V1,V4V1,V4同时通断同时通断V2,V3V2,V3同时通断同时通断V1,V4V1,V4与与V2,V3V2,V3信信号互补，各导电号互补，各导电180180工作原理：与单向半桥工作原理：与单向半桥电路工作原理相同，只电路工作原理相同，只不过全桥中是两个臂同不过全桥中是两个臂同时工作，半桥中一个臂时工作，半桥中一个臂单独工作。
全桥输出电单独工作全桥输出电压，电流波形与半桥完压，电流波形与半桥完全一样，但幅值均为半全一样，但幅值均为半桥的两倍桥的两倍思考思考1：在全桥中，：在全桥中，续流过程如何完成？续流过程如何完成？※ VD2,VD3同时续流同时续流※ VD1,VD4同时续流同时续流 思考思考2：在导电方式一下工作，如果要改变输出电：在导电方式一下工作，如果要改变输出电压的有效值（即幅值），应该采取什么样的方式？压的有效值（即幅值），应该采取什么样的方式？★★只能靠改变输入直只能靠改变输入直流电压的大小来改变流电压的大小来改变输出电压的有效值输出电压的有效值可以通过整流电路，可以通过整流电路，斩波电路来实现斩波电路来实现若不采用整流和斩若不采用整流和斩波，能否直接进行波，能否直接进行调制呢？为此提出调制呢？为此提出了导电方式二：了导电方式二： 移相导电方式移相导电方式 导电方式二（移相导电）：导电方式二（移相导电）：V1,V2信号互补；信号互补；V3,V4信号互补；信号互补；V3信号比信号比V1信号落后信号落后θ（（ 0〈〈θ〈〈180）） 所谓移相：即改变所谓移相：即改变θ的大小 单相全桥电压型逆变电路特性总结：单相全桥电压型逆变电路特性总结：（（1）全桥逆变是单相中应用最广泛的逆变电路。
全桥逆变是单相中应用最广泛的逆变电路2）全桥逆变输出电压的幅值即为电源电压，比）全桥逆变输出电压的幅值即为电源电压，比半桥增长一倍，一般应用在较大功率的场合半桥增长一倍，一般应用在较大功率的场合3）在移相导电方式下，通过改变移相导电方式）在移相导电方式下，通过改变移相导电方式中的中的ө角，可改变输出电压的有效值角，可改变输出电压的有效值 4.2 电压型逆变电路电压型逆变电路4.2.1单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路（（3 3）） 推挽式推挽式- -带中心抽头变压器带中心抽头变压器①①变压器的变比为变压器的变比为1 1：：1 1：：1 1，负载相，负载相同时，其输出波形同时，其输出波形和全桥逆变一样和全桥逆变一样②②应用在输入与输应用在输入与输出需要隔离的场合出需要隔离的场合 4.2 电压型逆变电路电压型逆变电路4.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路l三相电压型逆变电路可看成由三个半桥逆变电路组三相电压型逆变电路可看成由三个半桥逆变电路组成l其负载可以是三角形或星形，这里我们以星形负载其负载可以是三角形或星形，这里我们以星形负载为例进行介绍为例进行介绍 ※180 ※180°导电方式导电方式 （（1 1）每桥臂导电）每桥臂导电180180°，同一相上下两臂交替导电，，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度相差各相开始导电的角度相差120 120 （（2 2）任一瞬间有三个桥臂同时导通）任一瞬间有三个桥臂同时导通（（3 3）每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也）每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为称为纵向换流纵向换流 工作原理：以输出电压波形为主（包括工作原理：以输出电压波形为主（包括 输出输出线电压，输出相电压）线电压，输出相电压） 三相逆变输出波形三相逆变输出波形 三相桥电压型逆变电路总结：三相桥电压型逆变电路总结：（（1）输出线电压是矩形波，相电压是阶梯波。
输出线电压是矩形波，相电压是阶梯波2）各相输出电压在相位上相差）各相输出电压在相位上相差1200，电流波形根，电流波形根据负载情况的不同而不同据负载情况的不同而不同3）在导电上，为防止同一相的两个器件同时开通）在导电上，为防止同一相的两个器件同时开通而导致电源短路，应遵循而导致电源短路，应遵循“先断后通先断后通”的原则，即的原则，即要关断的器件在彻底关断之后再给需开通的器件开要关断的器件在彻底关断之后再给需开通的器件开通信号，因此，要留一定的时间裕量实际在单通信号，因此，要留一定的时间裕量实际在单相中也应如此）相中也应如此）（（4）三相桥电压型逆变电路应用在大功率场合三相桥电压型逆变电路应用在大功率场合 电压型逆变电路总结电压型逆变电路总结通过对单相，三相电压逆变电路的学习，对于电压通过对单相，三相电压逆变电路的学习，对于电压型逆变电路特性可归纳如下：型逆变电路特性可归纳如下：（（1）直流侧并有电容，相当于一个电压源，提）直流侧并有电容，相当于一个电压源，提供恒定的输入电压，直流电压基本无脉动供恒定的输入电压，直流电压基本无脉动2）输出电压波形均为矩形波，与负载无关，）输出电压波形均为矩形波，与负载无关，而电流波形和相位因负载阻抗角不同而不同。
而电流波形和相位因负载阻抗角不同而不同矩形波，或近似为正弦波）（矩形波，或近似为正弦波）（（3）负载为感性时，需要提供无功功率，直流）负载为感性时，需要提供无功功率，直流侧电容起到缓冲无功能量的作用，为了给交流侧侧电容起到缓冲无功能量的作用，为了给交流侧向直流侧反馈能量提供通道，各臂都要并联一个向直流侧反馈能量提供通道，各臂都要并联一个反馈二极管反馈二极管4）直流侧向交流侧传送的功率是脉动的（输）直流侧向交流侧传送的功率是脉动的（输出电压无脉动，但电流有脉动），且其脉动与负出电压无脉动，但电流有脉动），且其脉动与负载电流脉动一致载电流脉动一致5）一般在负载端会接上滤波器，滤去电压波形）一般在负载端会接上滤波器，滤去电压波形中的谐波分量，保留基波分量，使输出电压的波形中的谐波分量，保留基波分量，使输出电压的波形接近标准的正弦波接近标准的正弦波 4.3 电流型逆变电路电流型逆变电路*电流型逆变电流型逆变直流侧输入电源为电流源直流侧输入电源为电流源电流型逆变电路的特性：电流型逆变电路的特性：（（1）直流侧串大电感，相当于电流源直流侧）直流侧串大电感，相当于电流源直流侧电流基本无脉动电流基本无脉动。
2）因为是恒流，输出电流波形是矩形波，输）因为是恒流，输出电流波形是矩形波，输出电压波形与负载有关系出电压波形与负载有关系3）电路中不必加反馈二极管为什么？））电路中不必加反馈二极管为什么？）（（4）电感起到缓冲无功能量的作用电感起到缓冲无功能量的作用 4.3.1 单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路（（1）电路结构）电路结构①① 4个桥臂，每桥臂晶闸管各串联一个电抗器个桥臂，每桥臂晶闸管各串联一个电抗器LT，用来限制晶闸管开通时的，用来限制晶闸管开通时的di/dt②②采用负载换相方式，要求负载电流略超前于负采用负载换相方式，要求负载电流略超前于负载电压（呈容性）载电压（呈容性）③③C和和L、、R构构成成并并联联谐谐振振电电路路，，故故此此电电路路称称为为并并联联谐谐振振式式逆逆变变电电路路（（但但最最终终负负载载仍仍略略显显容容性性，，准准确应称之为容性小失谐负载）确应称之为容性小失谐负载）④④并联谐振回路对基波呈高阻抗，对谐波呈低并联谐振回路对基波呈高阻抗，对谐波呈低阻抗，谐波在负载上产生的压降很小，因此负阻抗，谐波在负载上产生的压降很小，因此负载电压波形接近正弦波。
载电压波形接近正弦波 （（2）工作原理：）工作原理：基本导电方式：基本导电方式：1，，4同时同时通断，通断，2，，3同时通断同时通断Øt1-t2：：VT1和和VT4稳定导通阶段，稳定导通阶段，iｏｏ=Id，，t2时刻前在时刻前在C上建立了左正右上建立了左正右负的电压负的电压Øt2~t4：：t2时触发时触发VT2和和VT3开通，进入换开通，进入换流阶段ØLT使使 VT1、、 VT4不不能能立立刻刻关关断断，，电电流有一个减小过程流有一个减小过程ØVT2、、VT3电电流流有有一个增大过程一个增大过程Øt=t4时时 ，， VT1、、VT4电电流流减减至至零零而而关关断断，，换换流流阶阶段结束段结束Øt4－－t2= tγ 称称为为换流时间换流时间Ø4个个晶晶闸闸管管全全部部导导通通，，负负载载电电容容电电压压经经两两个个并并联联的的放放电电回回路路同同时时放电放电ØLT1、、 VT1、、 VT3、、LT3到到C；；另另一一个个经经LT2、、VT2、、VT4、、LT4到到CØ电压波形近似电压波形近似为正弦波，且滞为正弦波，且滞后电流一个角度，后电流一个角度，与负载系数有关与负载系数有关 思考：如何保证晶闸管的可靠关断？？思考：如何保证晶闸管的可靠关断？？※电电流流减减小小为为零零，，晶晶闸闸管管不不能能立立刻刻关关断断，，还还需需一一段段时时间间才才能能恢恢复复正正向向阻阻断断能能力力，，也也就就是是说说电电流流 为为 零零 后后 还还 要要 使使VT1、、VT4承承受受一一段段反反压压时时间间t ，，这这样样晶晶闸闸管管才才能能真真正正可可靠靠关断。
关断※所所以以为为使使晶晶闸闸管管可可靠靠关关断断，，t t = = t t5 5- - t t4 4应应大大于于晶晶闸闸管管的的关关断时间断时间t tq q ※并且为保证可并且为保证可靠换流应在靠换流应在uo过零前过零前td= t5- t2时刻触发时刻触发VT2、、VT3※两个重要参数：两个重要参数： 触发引前时间触发引前时间 : t =t + t io超前超前于于uo的的时间时间 : t = t / 2 + t 即为功率因数角即为功率因数角 4.3.2 三相电流型逆变电路三相电流型逆变电路（桥式）（桥式）（（1）采用全控型器件）采用全控型器件GTO基本工作方式是基本工作方式是1200导电方式：每个臂一周期内导电方式：每个臂一周期内导电导电1200，每时刻上下桥臂组各有一个臂导通，，每时刻上下桥臂组各有一个臂导通，为横向换流为横向换流 三相电流型逆变输出特性（全控型器件）：三相电流型逆变输出特性（全控型器件）：Ø输出相电流波形和负载性质无关，为正负各输出相电流波形和负载性质无关，为正负各120120°°的矩形波，线电流为阶梯波。
的矩形波，线电流为阶梯波Ø输出线电压波形和负载性质有关，若有电感，因输出线电压波形和负载性质有关，若有电感，因电感的作用，每次换相时会产生电压冲击电感的作用，每次换相时会产生电压冲击 （（2）串联二极管式晶闸管逆变电路）串联二极管式晶闸管逆变电路①①主主要要用用于于中中大大功功率率交交流电动机调速系统流电动机调速系统②②电电流流型型三三相相桥桥式式逆逆变变电电路路，，输输出出波波形形与与全控型器件时一样全控型器件时一样③③各各桥桥臂臂的的晶晶闸闸管管和和二极管串联使用二极管串联使用④④ 120°导电工作方式导电工作方式⑤⑤强迫换流方式，电容强迫换流方式，电容C1~C6为换流电容为换流电容串联二极管（串联二极管式晶式晶闸管闸管逆变电路）逆变电路） 重点分析：换流过程（因电容重点分析：换流过程（因电容C C，强迫换流），强迫换流）Ø电电容容器器充充电电规规律律：：对对共共阳阳极极晶晶闸闸管管，，它它与与导导通通晶晶闸闸管管相相连连一一端端极极性性为为正正，，另另一一端端为为负负，，不不与与导导通通晶晶闸闸管管相相连连的的电容器电压为零电容器电压为零Ø等等效效换换流流电电容容概概念念：：分分析析从从VT1向向VT3换换流流时时，，C13就就是是C3与与C5串串联联后后再再与与C1并并联联的的等效电容等效电容. *以以VT1向向VT3换流的过程为例：换流的过程为例：（（2））t1时刻触发时刻触发VT3导通，导通，VT1被施以反压而关断被施以反压而关断（（1）假设换流前）假设换流前VT1和和VT2通，通，C13电压电压UC0左左正右负正右负（1） （2） （3） （4）Id从从VT1换到换到VT3，，C13通过通过VD1、、U相负载、相负载、W相负载、相负载、VD2、、VT2、直流电源和、直流电源和VT3放电，放电，放电电流恒为放电电流恒为Id，故称恒流放电阶段，故称恒流放电阶段（（3））t2时时刻刻uC13降降到到零零，，之之后后C13反反向向充充电电。
则则二二极极管管VD3导导通通，，VD1和和VD3同同时时通通，，进进入入二二极极管管换换流流阶阶段段产产生生环环流流此此环环流流使使VD1电电流流减减小小，，使使VD3电流增大电流增大随随着着C13电电压压增增高高，，iV渐渐大大，，VD1电电流流越越来来越越小小，，假假设设在在t3时时刻刻变变为为零零，，则则VD1承承受受反反压压而而关关断断，，二极管换流阶段结束二极管换流阶段结束4）） VT2、、VT3稳定导通阶段稳定导通阶段 l波形分析：波形分析：恒流放电恒流放电阶段阶段二极管换流二极管换流阶段阶段（1） （2） （3） （4） 第第4 4章章 逆变电路逆变电路 小结小结（（1 1）换流方式，换流原理换流方式，换流原理2 2）电压型逆变电路：）电压型逆变电路： 单相：工作原理，波形分析，重点掌握单相全桥单相：工作原理，波形分析，重点掌握单相全桥, , 尤其移相导电方式尤其移相导电方式 三相：重点掌握输出电压波形三相：重点掌握输出电压波形 （（3 3）电流型逆变电路：）电流型逆变电路： 单相：重点掌握工作原理及如何防止逆变失败问题。
单相：重点掌握工作原理及如何防止逆变失败问题三相：三相：SCRSCR带二极管换流过程的理解带二极管换流过程的理解 课外思考课外思考•针对针对P144P144图图5-165-16，不采用等效电容的方式，分，不采用等效电容的方式，分析析C C1 1,C,C3 3,C,C5 5的电压变化曲线，并解释变化过程的电压变化曲线，并解释变化过程 1.把直流电变成交流电的电路称为把直流电变成交流电的电路称为________，当交流侧有电源时，当交流侧有电源时称为称为________，当交流侧无电源时称为，当交流侧无电源时称为________ 2.电流从一个支路向另一个支路转移的过程称为换流，从大的方电流从一个支路向另一个支路转移的过程称为换流，从大的方面，换流可以分为两类，即外部换流和面，换流可以分为两类，即外部换流和________，进一步划分，前，进一步划分，前者又包括者又包括________和和________两种换流方式，后者包括两种换流方式，后者包括________和和________两种换流方式两种换流方式 3.适用于全控型器件的换流方式是适用于全控型器件的换流方式是________，由换流电路内电容，由换流电路内电容直接提供换流电压的换流方式称为直接提供换流电压的换流方式称为________。
4.逆变电路可以根据直流侧电源性质不同分类，当直流侧是电压逆变电路可以根据直流侧电源性质不同分类，当直流侧是电压源时，称此电路为源时，称此电路为________，当直流侧为电流源时，，当直流侧为电流源时， 称此电路为称此电路为________ 1 填空题填空题 5.半桥逆变电路输出交流电压的幅值半桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为为________Ud ，全桥逆变，全桥逆变电路输出交流电压的幅值电路输出交流电压的幅值Um为为________Ud 6.三相电压型逆变电路中，每个桥臂的导电角度为三相电压型逆变电路中，每个桥臂的导电角度为________，各相，各相开始导电的角度依次相差开始导电的角度依次相差________，在任一时刻，有，在任一时刻，有________个桥个桥臂导通7.单相电流型逆变电路采用单相电流型逆变电路采用________换相的方式来工作的，其中电换相的方式来工作的，其中电容容C和和L、、R构成构成________电路8.三相电流型逆变电路的基本工作方式是三相电流型逆变电路的基本工作方式是________导电方式，按导电方式，按VT1到到VT6的顺序每隔的顺序每隔________依次导通，各桥臂之间换流采用依次导通，各桥臂之间换流采用 ________换流方式。
换流方式 1 对于单相全桥电压型逆变电路，带阻感负载，移相导对于单相全桥电压型逆变电路，带阻感负载，移相导电方式，当电方式，当θθ=150=150º时，要求：时，要求：（（1 1）大致作出输出电压，输出电流波形大致作出输出电压，输出电流波形2 2）说明每一阶段电路对应的工作状态以电流波形）说明每一阶段电路对应的工作状态以电流波形为基准分阶段讨论）为基准分阶段讨论）2 分析题分析题 2 对于单相全桥电压型逆变电路，带阻感负载，，分对于单相全桥电压型逆变电路，带阻感负载，，分析：希望改变输出电压的有效值，不允许采用外部调析：希望改变输出电压的有效值，不允许采用外部调节的方式，电路可采用什么控制方案？（要求提出方节的方式，电路可采用什么控制方案？（要求提出方案不少于两种，并属于不同的控制方式）案不少于两种，并属于不同的控制方式） 3 对于单相全桥电压型逆变电路，带阻感负载，分析：对于单相全桥电压型逆变电路，带阻感负载，分析：希望改变输出电压的有效值，电路可采用什么控制方案希望改变输出电压的有效值，电路可采用什么控制方案？并绘制该方案下的输出电压波形并绘制该方案下的输出电压波形。