逆变电路的基本工作原理.docxVIP

精心整理 精心整理 第 5 章 逆变电路 主要内容：换流方式，电压 型逆变电路，电流型逆变电路， 多重逆变电路和多电平逆变电路。 重点：换流方式，电压型逆 变电路。 难点：电压型逆变电路，电流型逆变电路。 基本要求：掌握换流方式， 掌握电压型逆变电路，理解电流型逆变电路，了解多重逆变电路和多电平逆变电路。 逆变概念： 逆变——直流电变成交流电， 与整流相对应。 本章无源逆变逆变电路的应用： 蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电 时，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的核心部分都是逆变电路。 本章仅讲述逆变电路基本内 容，第 6 章 PWM 控制技术和第 8 章组合变流电路中，有关逆变电路的内容会进一步展开 换流方式 逆变电路的基本工作原理 单相桥式逆变电路为例： S1～S4 是桥式电路的 4 个臂， 由电力电子器件及辅助电路组 o 1 1成。S1、S4 闭合，S2、S3 断开时，负载电压 u 为正 S ；S 、 o 1 1 2 3 oS4 断开，S 、S 闭合时，u 为 2 3 o 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 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 滞后于 uo，波形也不同（图 5-1b）。 t1 前：S1、S4 通，uo 和 io 均为正。 t1 时刻断开 S1、S4，合上 S2、S3，uo 变负，但 io 不能立刻反向。 io 从电源负极流出，经 S2、负载和 S3 流回正极，负载电感能 o2 o量向电源反馈，i 逐渐减小， t 时刻降为零，之后 i 才反向并增大 o 2 o 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，也称换相。 开通：适当的门极驱动信号 就可使其开通。 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时间反压，才能关断。 研究换流方式主要是研究如 何使器件关断。 本章换流及换流方式问题最为全面集中，因此在本章讲述 1、器件换流 利用全控型器件的自关断能 力进行换流（Device Commutation）。 2、电网换流 由电网提供换流电压称为电 网换流（Line Commutation）。可控整流电路、交流调压电路和采用相控方式的交交变频电路，不需器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加元件。 3、负载换流 由负载提供换流电压称为负载换流（Load Commutation）。负载电流相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流。负载为电容性负载时，负载为同步电动机时，可实现负载换流。 基本的负载换流逆变电路：图 5-2 负载换流电路及其工作波形 基本的负载换流逆变电路： 采用晶闸管，负载：电阻电 感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈容性。电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入，直流侧串入大电感 Ld， id 基本没有 脉动。 工作过程： 4 个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩形波。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，uo 波形接近正弦。 t1 前：VT1、VT4 通，VT2、VT3 断，uo、io 均为正，VT2、VT3 电压即为 uo t1 时：触发VT2、VT3 使其开 通，uo 加到 VT4、VT1 上使其承受反压而关断，电流从 VT1、VT4 换到 VT3、VT2。 t1 必须在 uo 过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成。 4、强迫换流 设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式称为强 迫 换 流 （Forced Commutation）。通常利用附加电容上储存的能量来实现， 也称为电容换流。 直接耦合式强迫换流——由 换流电路内电容提供换流电 压。VT 通态时，先给电容 C 充电。合上 S 就可使晶闸管被施加反压而关断。 电感耦合式强迫换流——通图 5-3 电感耦合式强迫换流——通 过换流电路内电容和电感耦合提供换流电压或换流电流。 两种电感耦合式强迫换流： 图 5-4a 中晶闸管在 LC 振荡第一个半周期内关断。 图 5-4b 中晶闸管在 LC 振荡第二个半周期内关断。 给晶闸管加上反向电压而使图 5-4 电感耦合式强迫换流原理图 给晶闸管加上反向电压而使 其关断的换流也叫电压换流 （图 5-3）。先使晶闸管电流 减为零，然后通过反并联二极 管使其加反压的换流叫电流换流（图 5-4）。 器件换流——适用于全控型器件。 其余三种方式——针对晶闸 管。 器件换流和强迫换流——属于自换流。 电网换流和负载换流——属于外部换流。 当电流不是从一个支路向另 一个支路转移，而是在支