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1、第第8章章 逆变电路逆变电路 引言引言 8.1 无源逆变及基本电路无源逆变及基本电路 8.2 电压型和电流型逆变器电压型和电流型逆变器 8.3 脉宽调制（脉宽调制（PWM）型逆变电路型逆变电路 8.4 软开关技术软开关技术 本章小节本章小节福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术第8章 逆变电路 引言 逆变的概念逆变的概念 逆变逆变与整流相对应，直流电变成交流电。与整流相对应，直流电变成交流电。交流侧接电网，为交流侧接电网，为有源逆变有源逆变。交流侧接负载，为交流侧接负载，为无源逆变无源逆变。 逆变与变频逆变与变频变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。变频电路：分为交交变频和交直交变频两
2、种。交交直直交交变变频频由由交交直直变变换换（整整流流）和和直直交交变变换换两两部部分分组组成成，后后一一部部分就是逆变。分就是逆变。 主要应用主要应用n各种直流逆变电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。各种直流逆变电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。n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。装置的核心部分都是逆变电路。福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术8.1 无源逆变及基本电路无源逆变及基本电路 8.1.1 逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理 8.1.2 逆变电路的换相逆
3、变电路的换相 8.1.3 基本逆变电路基本逆变电路福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术以单相桥式逆变电路单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理8.1.1 逆变电路基本工作原理逆变电路基本工作原理图8-1 逆变电路拓扑结构S1S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术8.1.1 逆变电路基本工作原理逆变电路基本工作原理+ -S1、S4闭合、S2、S3断开福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术8.1.1 逆变电路基本工作原理逆变电路基本工作原理- +S1、S4断开、S2、S3闭合福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术逆逆
4、变变电电路路最最基基本本的的工工作作原原理理 改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。电电阻阻负负载载时，负载电流i io o和u uo o的波形相同，相位也相同。阻阻感感负负载载时，i io o相位滞后于u uo o，波形也不同。8.1.1 逆变电路基本工作原理逆变电路基本工作原理阻阻性性阻阻感感性性福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术换换相相电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为换相换相。8.1.2 逆变电路的换相逆变电路的换相开通：适当的门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。半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断。一般在晶闸管电流过零后施加一定
5、时间反压，才能关断。研究换相主要是研究如何使器件关断。福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术1) 器件换相器件换相（Device Commutation）n利用全控型器件的自关断能力进行换相。利用全控型器件的自关断能力进行换相。n在在采用采用IGBT 、电力电力MOSFET 、GTO 、GTR等全等全控型器件的电路中的换相方式是器件换相。控型器件的电路中的换相方式是器件换相。2) 电网换相电网换相（Line Commutation）n电网提供换相电压的换相方式。电网提供换相电压的换相方式。n将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使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
6、器件具有门极可关断能力，但不其关断。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。适用于没有交流电网的无源逆变电路。8.1.2 逆变电路的换相逆变电路的换相福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术3) 负载换相负载换相（Load Commutation） 由负载提供换相电压的换相方式。由负载提供换相电压的换相方式。 负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换相。负载换相。4) 强迫换相强迫换相（Forced Commutation）设置附加的换相电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换相方式称为强迫换相强迫换相
7、。通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换相电容换相。8.1.2 逆变电路的换相逆变电路的换相福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术换相方式换相方式分分为为外外部部换换相相和和自自换换相相两两大大类类，外外部部换换相相包包括括电电网网换换相相和和负负载载换换相相两两种种，自自换换相相包包括括器器件换相和强迫换相两种。件换相和强迫换相两种。晶晶闸闸管管时时代代十十分分重重要要，全全控控型型器器件件时时代代其其重重要性有所下降。要性有所下降。8.1.2 逆变电路的换相逆变电路的换相福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术8.1.3 基本基本逆变电路逆变电路半桥半桥逆变电路逆
8、变电路全桥逆变电路全桥逆变电路福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术半桥逆变电路半桥逆变电路t1t2：C1V1负载，输出电压右正左负- +福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术半桥逆变电路半桥逆变电路t2t3：C2VD2负载，二极管VD2续流，输出电压左正右负+ -福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术t3t4：C2V2负载，输出电压右正左负+ -半桥逆变电路半桥逆变电路福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术- +t4t5：C1VD1负载，二极管VD1续流，输出电压左负右正半桥逆变电路半桥逆变电路福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术半桥逆变电路半桥逆变电路- +
9、 -+ - +工作原理工作原理V1和和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u uo o为矩形为矩形波，幅值为波，幅值为Um=Ud/2。V1或或V2通时，通时，i io o和和u uo o同方向，直流侧向负载提供能量；同方向，直流侧向负载提供能量；VD1或或VDVD2 2通时，通时，i io o和和u uo o反向，反向，电感中贮能向直流侧反馈。电感中贮能向直流侧反馈。VDVD1 1、VDVD2 2称为称为反馈二极管反馈二极管, , 起着使负载电流连续的作用，起着使负载电流连续的作用，又称又称续流二极管续流二极管
10、。福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术半桥逆变电路半桥逆变电路优点优点：电路简单，使用器件少。缺缺点点：输出交流电压幅值为U Ud d/2/2，且直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡。应用应用：用于几kW以下的小功率逆变电源。单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合。福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术全桥逆变电路全桥逆变电路tOtOtOtOtO? ?b)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouo特点 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。 输出电压合电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。福建工程学院电子信息与电气工程系电
11、力电子技术8.2 电压型和电流型逆变器电压型和电流型逆变器1）逆变电路的分类 根据直流侧电源性质的不同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直流侧大电容滤波是电压源电压源电流型逆变电路又称为电流源型逆变电路Current Source Type Inverter-VSTI直流侧大电感滤波是电流源电流源福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术8.2 电压型和电流型逆变器电压型和电流型逆变器2）电压型逆变电路的主要特点 (1)直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉无脉动动。 (2)输出电压为矩形波，
12、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。电压型单相桥式逆变电路福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术3）电流型逆变电路主要特特点点(1)直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源。电流型三相桥式逆变电路(2)交流输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关。输出电压波形和相位因负载不同而不同。(3)直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管。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。8.2 电压型和电流型逆变器电压型和电流型逆变器福建工程学院电子信息与电气工程系电力电子技术
