電力電子技術(shù)-4.1單相方波電壓逆變

4-1第4章逆變電路?

引言【原第5章】逆變的概念逆變——與整流相對應，直流電變成交流電。交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變。交流側(cè)接負載，為無源逆變。逆變與變頻變頻電路：分為交交變頻和交直交變頻兩種。交直交變頻由交直變換（整流）和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變。主要應用各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽能電池等。交流電機調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。本章講述無源逆變4-2IntroductionDC-to-acconvertersareknowsasinverters.Thefunctionofaninverteristochangeadcinputvoltagetoasymmetricacoutputvoltageofdesiredmagnitudeandfrequency.Theoutputvoltagecouldbefixedorvariablefrequency.Avariableoutputvoltagecanbeobtainedbyvaryingtheinputdcvoltageandmaintainingthegainoftheinverterconstant.Ontheotherhand,ifthedcinputvoltageisfixedanditisnotcontrollable,avariableoutputvoltagecanbeobtainedbyvaryingthegainoftheinverter,whichisnormallyaccomplishedbypulse-width-modulation(PWM)controlwithintheinverter.4-3以單相橋式逆變電路為例說明最基本的工作原理4.1.1

逆變電路的基本工作原理逆變電路及其波形舉例負載a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2S1~S4是橋式電路的4個臂，由電力電子器件及輔助電路組成。4-44.1.1

逆變電路的基本工作原理S1、S4閉合，S2、S3斷開時，負載電壓uo為正。S1、S4斷開，S2、S3閉合時，負載電壓uo為負。直流電交流電4-54.1.1

逆變電路的基本工作原理逆變電路最基本的工作原理

——改變兩組開關(guān)切換頻率，可改變輸出交流電頻率。逆變電路及其波形舉例a)b)tuoiot1t2電阻負載時，負載電流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感負載時，io相位滯后于uo，波形也不同。4-64.1.2換流方式分類【閱讀】換流——電流從一個支路向另一個支路轉(zhuǎn)移的過程，也稱為換相。開通：適當?shù)拈T極驅(qū)動信號就可使器件開通。關(guān)斷：全控型器件可通過門極關(guān)斷。半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷。一般在晶閘管電流過零后施加一定時間反壓，才能關(guān)斷。研究換流方式主要是研究如何使器件關(guān)斷。4-74.2電壓型逆變電路1）逆變電路的分類——根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同電壓型逆變電路——又稱為電壓源型逆變電路VoltageSourceTypeInverter-VSTI直流側(cè)是電壓源電流型逆變電路——又稱為電流源型逆變電路CurrentSourceTypeInverter-CSTI直流側(cè)是電流源4-84.2電壓型逆變電路2）電壓型逆變電路的特點電壓型全橋逆變電路

(1)直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無脈動。(2)輸出電壓為交流方波，輸出電流因負載阻抗不同而不同。(3)阻感負載時需提供無功功率。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。4-94.2.1單相電壓型方波逆變電路1）半橋逆變電路u單相半橋電壓型逆變電路及其工作波形a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2工作原理V1和V2柵極信號在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補，輸出電壓uo為矩形波，幅值為Um=Ud/2。V1或V2通時，io和uo同方向，直流側(cè)向負載提供能量；VD1或VD2通時，io和uo反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋。VD1、VD2稱為反饋二極管,它又起著使負載電流連續(xù)的作用，又稱續(xù)流二極管。實際因功率管關(guān)斷不能瞬時完成，為防止電源經(jīng)功率管短路，上下管交替導通間須插入死區(qū)保證先關(guān)后開4-10輸出電壓有效值基波有效值輸出電流4-11例：單相半橋逆變器電阻負載，輸入直流電壓200V，負載電阻10W，求

輸出電壓基波有效值；

輸出功率；

功率管每管電流平均值；總諧波失真度THD

4-124.2.1單相電壓型方波逆變電路優(yōu)點：電路簡單，使用器件少。缺點：輸出交流電壓幅值為Ud/2，基波有效值為0.45Ud，且直流側(cè)需兩電容器串聯(lián)，要控制兩者電壓均衡。應用：用于幾kW以下的小功率逆變電源。單相全橋、三相橋式都可看成若干個半橋逆變電路的組合。4-13單相電壓型方波全橋逆變電路2)全橋逆變電路共四個橋臂，可看成兩個半橋電路組合而成。兩對橋臂交替導通180°。輸出電壓合電流波形與半橋電路形狀相同，幅值高出一倍。改變輸出交流電壓的有效值只能通過改變直流電壓Ud來實現(xiàn)。重復頻率和脈寬由控制極信號決定，幅值由直流電源電壓決定。4-14單相方波逆變電路工作特點輸出電壓波形與負載無關(guān)，恒為交變方波；輸出電流波形與負載性質(zhì)和參數(shù)有關(guān)。輸出電壓含奇次諧波，幅值隨諧波次數(shù)增加遞減。

臂內(nèi)換流：電流在同一導電橋臂內(nèi)器件間轉(zhuǎn)移。電流過零時換流，稱為自然換流。臂間換流：電流在不同橋臂間轉(zhuǎn)移。電流非零時換流，稱為強制換流。4-15輸出電壓分析基波幅值：

基波電壓有效值：諧波相對幅值：總諧波失真度THD：4-16忽略損耗，對阻感負載，當開關(guān)頻率足夠高時，主要考慮輸出的基波正弦量，則有：

基波功率瞬時值包含直流分量和交流分量交流功率幅值與直流功率相當，回饋時注入直流電網(wǎng)，直流側(cè)必須有足夠的吸收能力以保持直流電壓基本恒定。一般直流側(cè)須并聯(lián)一大容量的電容器。4-17例：單相橋逆變器電阻負載，輸入直流電壓200V，負載電阻10W，求

輸出電壓基波有效值；

輸出功率；

功率管每管電流平均值；總諧波失真度THD

4-18討論對相同的直流電壓輸入，半橋和全橋方波逆變每功率管承受的阻斷電壓相同，但全橋輸出功率是半橋的4倍，電流、電壓基波分量均為半橋的1倍。兩種逆變器輸出的總諧波失真度相同。輸出電壓頻率可通過調(diào)節(jié)開關(guān)周期連續(xù)調(diào)節(jié)。4-194.2.1單相電壓型逆變電路的調(diào)壓阻感負載時，還可采用移相的方式來調(diào)節(jié)輸出電壓－移相調(diào)壓。a)

單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式tOtOtOtOtO?b)uG1uG2uG3uG4uoiot1t2t3iouoV3的柵極信號比V1落后q

（0＜q

＜180°）。V3、V4的柵極信號分別比V2、V1的前移180°－q。輸出電壓是正負各為q的脈沖。改變q就可調(diào)節(jié)輸出電壓。4-20相移式方波逆變電路

電路工作模式：改變移相角即改變輸出電壓基波有效值

4-21

輸出電壓分析

選坐標原點于q2/2，則

4-22相移式方波逆變電路的特點

兼具有變頻調(diào)壓功能二極管均具有零電壓零電流關(guān)斷(ZVZCOFF)環(huán)境，可控器件具有零電壓零電流(ZVZCON)開通環(huán)境，器件開關(guān)損耗下降；輸出零壓期間，內(nèi)部存在環(huán)流，導通損耗增加。基準臂電流i1與移相臂電流i2波形存在明顯差異。輸出電壓諧波含量仍然偏高,且隨移相角變化。4-23帶中心抽頭變壓器的單相電壓型逆變電路【了解】帶中心抽頭變壓器的逆變電路Ud和負載參數(shù)相同，變壓器匝比為1：1：時，uo和io波形及幅值與全橋逆變電路完全相同。與全橋電路的比較：比全橋電路少用一