第四章DC-AC變換器(無源逆變電路)3

1、電 力 電 子 技 術(shù) Power Electronic Technology共二十七頁4.4 電流(dinli)型逆變器 電流型逆變器拓撲是逆變器另一類主要(zhyo)的拓撲結(jié)構(gòu)。這類逆變器的直流側(cè)以電感為能量緩沖元件，從而使其直流側(cè)呈現(xiàn)出電流源特性。電流型逆變器有以下主要特點： 直流側(cè)有足夠大的儲能電感元件，從而使其直流側(cè)呈現(xiàn)出電流源特性，即穩(wěn)態(tài)時的直流側(cè)電流恒定不變。 逆變器輸出的電流波形為方波或方波脈沖，并且該電流波形與負載無關(guān)。逆變器輸出的電壓波形則取決于負載，且輸出電壓的相位隨負載功率因數(shù)的變化而變化。 逆變器輸出電流的控制仍可以通過PAM （脈沖幅值調(diào)制）和PWM（脈沖寬度調(diào)制）

2、兩種基本控制方式來實現(xiàn)。共二十七頁4.4 電流(dinli)型逆變器 值得注意的是，電流型逆變器與電壓型逆變器在結(jié)構(gòu)上具有一定的對偶性，例如：電壓型逆變器直流側(cè)的儲能元件為電容，而電流型逆變器直流側(cè)的儲能元件為電感；另外，電壓型逆變器的的功率管旁有反向(fn xin)并聯(lián)的續(xù)流二極管，而電流型逆變器的功率管旁則一般有正向串聯(lián)的阻斷二極管（具有反向阻斷能力的功率管除外，例如晶閘管）。共二十七頁4.4 電流(dinli)型逆變器 與電壓型逆變器類似，依據(jù)控制方式和結(jié)構(gòu)的不同，電流型逆變器也可分為方波型、階梯波型、正弦波型（PWM型）三類(sn li)。下面主要討論方波型、階梯波型電流型逆變器。共二

3、十七頁4.4.1 電流(dinli)型方波逆變器 電流型方波逆變器按拓撲結(jié)構(gòu)的不同可分為電流型單相全橋逆變器以及電流型三相橋式逆變器兩類。也可以(ky)按電流型逆變器所采用功率器件的不同分為半控型和全控型兩類。由于電流型逆變器尤其是大功率電流型方波逆變器仍有不少采用基于晶閘管的半控型結(jié)構(gòu)，因此，除全控型結(jié)構(gòu)外，以下討論還將涉及到半控型電流型逆變器。 共二十七頁全控型單相全橋電流型方波逆變器為了(wi le)使全控型功率器件具有足夠的反向阻斷能力，通常在每個功率管上正向串聯(lián)一個二極管。另外，由于電流型逆變器的輸出電流是基于功率器件通斷直流側(cè)電流的方波電流，因此，為了防止輸出過電壓，電流型逆變器的

4、輸出需要接入濾波電容。單相全橋電流型方波逆變器也可采用PAM（脈沖幅值調(diào)制）控制和SPM（單脈沖控制）兩種控制方式，且與電壓型方波逆變器工作原理類似。4.4.1 電流(dinli)型方波逆變器單相全橋電流型方波逆變器 共二十七頁4.4.1 電流(dinli)型方波逆變器單相全橋電流型方波逆變器 半控型單相全橋電流型方波逆變器結(jié)構(gòu)功率器件為晶閘管基于晶閘管的半控型逆變器的換流可采用(ciyng)強迫換流和負載換流兩種換流方式。當晶閘管逆變器采用強迫換流時，一般需增加強迫換流電路，從而使其結(jié)構(gòu)復雜化。晶閘管逆變器采用負載換流時，晶閘管的換流電壓需要由負載提供，即要求負載電流相位超前負載電壓相位，顯

5、然，這就要求負載為容性負載。 滿足負載的容性需求為使負載電壓成正弦變化，一般應(yīng)設(shè)計為并聯(lián)諧振模式共二十七頁4.4.1 電流(dinli)型方波逆變器單相全橋電流型方波逆變器 共二十七頁負載換流方式負載電流的相位超前于負載電壓的場合，都可實現(xiàn)負載換流。負載為容性、同步電動機整個(zhngg)負載工作在接近并聯(lián)諧振狀態(tài)而略呈容性。直流側(cè)串電感，工作過程可認為id 基本沒有脈動。t1必須在u0過零前留有足夠的裕量，以使晶閘管關(guān)斷4.4.1 電流(dinli)型方波逆變器單相全橋電流型方波逆變器 共二十七頁4.4.1 電流(dinli)型方波逆變器三相橋式電流型方波逆變器 三相橋式電流型逆變電路三相(

6、sn xin)橋式電流型方波逆變器的典型結(jié)構(gòu)如右圖所示與單相全橋電流型方波逆變器類似，三相全橋電流型方波逆變器可采用PAM控制和SPM兩種控制方式。本書只對該控制方式展開討論共二十七頁4.4.1 電流(dinli)型方波逆變器三相橋式電流型方波逆變器 三相橋式電流型逆變電路三相(sn xin)全橋電流型方波逆變器一般只采用120導電方式。采用120導電方式時，任何瞬間，三相全橋電流型變流器有且只有兩個橋臂導電，此時三相全橋電流型變流器的三相輸出只有兩相輸出電流，因而兩相輸出電流的幅值必然一致。共二十七頁需要注意(zh y)的是：當負載為Y形聯(lián)接時，負載的相電流波形為120交流方波（電流幅值為I

7、d、0）；當負載為形聯(lián)接時，負載的相電流為變流器兩相輸出電流之差，即負載的相電流波形為交流6階梯波波形（電流幅值為(2/3)Id、(1/3)Id）?？梢?，將三相全橋電流型變流器的負載接成形聯(lián)接時，能有效降低輸出電流諧波。 4.4.1 電流(dinli)型方波逆變器三相橋式電流型方波逆變器 三相橋式電流型逆變電路共二十七頁4.4.1 電流(dinli)型方波逆變器三相橋式電流型方波逆變器 共二十七頁半控型三相全橋電流型變流器電路采用了強迫換流方式(fngsh)，其中C1 C6為換流電容，VD1 VD6為串聯(lián)二極管。由于晶閘管本身具有反向阻斷能力，因此，圖中的串聯(lián)二極管VD1 VD6其主要作用是為

8、了阻斷換流電容間的相互放電。左圖所示電路通常稱為串聯(lián)二極管式晶閘管逆變器?；诰чl管的半控型三相全橋電流型方波逆變器仍采用120導電方式。晶閘管三相全橋（串聯(lián)二極管式）電流型方波逆變器的電路(dinl)結(jié)構(gòu) 4.4.1 電流型方波逆變器三相橋式電流型方波逆變器 共二十七頁4.4.1 電流(dinli)型方波逆變器三相橋式電流型方波逆變器 半控型三相全橋電流型變流器電容器所充電壓的規(guī)律： 對于共陽極晶閘管，它與導通晶閘管相連一端極性為正，另一端為負，不與導通晶閘管相連的電容器電壓為零。對共陰極而言，電容極性相反。等效(dn xio)換流電容概念： 分析從VT1向VT3換流時，C13就是C3與C5

9、串聯(lián)后再與C1并聯(lián)的等效電容。 晶閘管三相全橋（串聯(lián)二極管式）電流型方波逆變器的電路結(jié)構(gòu) 共二十七頁分析(fnx)從VT1向VT3換流的過程:假設(shè)換流前VT1和VT2通，C13電壓UC0左正右負。如左圖t1時刻觸發(fā)VT3導通，VT1被施以反壓而關(guān)斷。Id從VT1換到VT3，C13通過VD1、U相負載、W相負載、VD2、VT2、直流電源和VT3放電，放電電流恒為Id，故稱恒流放電階段。如右圖。uC13下降到零之前，VT1承受(chngshu)反壓，反壓時間大于tq就能保證關(guān)斷。4.4.1 電流型方波逆變器三相橋式電流型方波逆變器 共二十七頁二極管換流階段：t2時刻uC13降到零，之后C13反向充

10、電。二極管VD3導通，電流為iV，VD1電流為iU=Id-iV，VD1和VD3同時通，進入二極管換流階段。隨著C13電壓增高，充電電流漸小，iV漸大，t3時刻iU減到零，iV=Id，VD1承受反壓而關(guān)斷，二極管換流階段結(jié)束(jish)。 t3以后，VT2、VT3穩(wěn)定導通階段。4.4.1 電流(dinli)型方波逆變器三相橋式電流型方波逆變器 共二十七頁隔離(gl)作用4.4.1 電流(dinli)型方波逆變器三相橋式電流型方波逆變器 共二十七頁4.4.2 電流(dinli)型階梯波逆變器 直接(zhji)并聯(lián)多重疊加結(jié)構(gòu) 變壓器移相多重疊加結(jié)構(gòu)等共二十七頁4.4.2 電流(dinli)型階梯波

11、逆變器以下分析(fnx)三相電流型逆變器的并聯(lián)多重疊加結(jié)構(gòu)共二十七頁4.4.2 電流(dinli)型階梯波逆變器以下分析(fnx)三相電流型逆變器的并聯(lián)多重疊加結(jié)構(gòu)功率管每60換相一次，可將PAM方波相位互相錯開60/2=30角。這樣，通過30角的移相疊加即得8階梯波電流。共二十七頁4.4.2 電流(dinli)型階梯波逆變器以下(yxi)分析三相電流型逆變器的并聯(lián)多重疊加結(jié)構(gòu)兩重疊加后的輸出電流波形中不存在零序諧波（如3次、9次等），并且5次、7次諧波得到了顯著衰減。共二十七頁4.4.2 電流(dinli)型階梯波逆變器以下(yxi)分析三相電流型逆變器的并聯(lián)多重疊加結(jié)構(gòu)可將PAM方波相位互

12、相錯開60/3=20角共二十七頁4.4.2 電流(dinli)型階梯波逆變器以下(yxi)分析三相電流型逆變器的并聯(lián)多重疊加結(jié)構(gòu)三重疊加后的輸出電流波形中仍不存在零序諧波（如3次、9次等），并且5次、7次諧波得到了進一步衰減。顯然，疊加重數(shù)越多，輸出階梯波電流波形的階梯數(shù)也越多，電流的諧波含量就越小。共二十七頁本章(bn zhn)小結(jié) DC-AC變換(binhun)器即無源逆變電路（簡稱為逆變器）作為在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域有著廣泛而重要應(yīng)用的電能變換(binhun)裝置，多年來備受關(guān)注，其相關(guān)技術(shù)也得到了快速發(fā)展。本章分別以電壓型逆變器和電流型逆變器為研究對象，具體闡述了相應(yīng)方波逆變器、階梯波逆變器

13、的基本原理、電路拓撲、波形調(diào)制以及諧波特征等。在研究了基于脈沖幅值調(diào)制（PAM）的方波逆變器和階梯波逆變器基礎(chǔ)上，重點討論了電壓型正弦波逆變器及其脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)。針對正弦波逆變器的正弦脈寬調(diào)制（SPWM），在詳細論述了其基本問題之后，具體分析了單相、三相電壓型正弦波逆變器的SPWM控制，并討論了SPWM諧波及其特征.共二十七頁作業(yè)(zuy) 4.4 什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有什么特點？4.5 電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極管？4.11 正弦脈寬調(diào)制SPWM的基本原理是什么？載波比N、電壓調(diào)制系數(shù)M的定義是什么？在載波電壓幅值Vcm和頻率fc很定不變時，改變(gibin)調(diào)制參考波電壓幅值.4.12 SPWM控制逆變電路，若調(diào)制波頻率為400Hz，載波比為50，.共二十七頁內(nèi)容摘要電 力 電 子 技 術(shù) Power Electronic Technology。電流型逆變器拓撲(