单相三相逆变器工作原理及控制ppt课件.ppt
现代电力电子及变流技术,第五章 逆变器工作原理和控制技术,第五章 逆变器工作原理和控制技术,5.1 逆变电路的基本原理 5.2 单相逆变电路结构和工作原理 5.3 单相逆变器控制技术 5.4 三相逆变电路结构和工作原理 5.5 四桥臂逆变电路结构和工作原理 5.6 四桥臂逆变器3DSVPWM,5.1 逆变电路的基本原理,逆变的概念,将直流电转换为交流电的过程。无源逆变把直流电逆变为某一频率的交流电供给负载；有源逆变把直流电逆变为交流电反送到电网(或交流源)。,主要应用各种直流电源的能源使用，如蓄电池、干电池、太阳能电池等；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。,5.1 逆变电路的基本原理,典型逆变电路,由S1S4构成桥式电路；S1、S2构成一个桥臂， S3、S4构成另一个桥臂，形成两桥臂结构；具有降压特性。,5.1 逆变电路的基本原理,两桥臂结构逆变电路工作原理,负载电压uo为正,负载电压uo为负,5.1 逆变电路的基本原理,两桥臂结构逆变电路工作原理,同一桥臂的两个开关管不能同时导通；改变开关切换周期，可改变输出交流电频率；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相位滞后于uo，波形也不同。,5.1 逆变电路的基本原理,逆变电路的分类,5.1 逆变电路的基本原理,电压型逆变电路的特点,直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；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；,5.2 单相逆变电路结构和工作原理,半桥逆变电路结构,电路简单，使用器件少；输出交流电压幅值为Ud/2，且直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡。,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。,5.2 单相逆变电路结构和工作原理,半桥逆变电路工作原理,V1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uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2 ；V1或V2通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供能量；VD1或VD2通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈；VD1、VD2称为反馈二极管,它又起着使负载电流连续的作用，又称续流二极管。,5.2 单相逆变电路结构和工作原理,全桥逆变电路结构,四个开关管和四个续流二极管构成两个桥臂，可看成两个半桥电路的组合；输出电压合电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍；,应用：单相逆变中应用广泛,5.2 单相逆变电路结构和工作原理,全桥逆变电路工作原理,同一桥臂两个开关器件不能同时导通；V3的基极信号与V1相差（0180 ） ；V3、V4的栅极信号分别比V2、V1的前移180 ；输出电压是正负各为宽度的脉冲；改变就可调节输出电压。,5.2 单相逆变电路结构和工作原理,推挽电路工作原理,交替驱动两个IGBT，经变压器耦合给负载加上矩形波交流电压；两个二极管的作用也是提供无功能量的反馈通道；变压器匝比为1:1时，uo和io波形及幅值与全桥逆变电路完全相同。,与半桥和全桥电路的比较：比全桥电路少用一半开关器件；比半桥电路电压利用率高；器件承受的电压为2Ud，比全桥电路高 一倍；,5.3 单相逆变器控制技术,等效电路,电力变换中控制技术的作用？,5.3 单相逆变器控制技术,控制原理幅值调节,逆变器输出电压幅值,幅值PI调节,5.3 单相逆变器控制技术,控制原理相位调节,5.3 单相逆变器控制技术,控制原理,5.3 单相逆变器控制技术,逆变器调制波,能否进一步设计闭环控制以达到更好的性能？,三相桥式逆变电路结构,三个单相逆变电路可组合成一个三相桥式逆变电路,5.4 三相逆变电路结构和工作原理,负载线电压,负载相电压,负载中点电压,负载三相对称时有uUN+uVN+uWN=0,开关动作与输出电压关系,电压基准点：以电源中点N为0电平基准点。,5.4 三相逆变电路结构和工作原理,基本工作方式180导电,每桥臂导电180，即：在一个正弦周期中，每个桥臂上开关管开通半个周期；各桥臂上下开关管交替导通；各桥臂开始导电的角度差120 ；任一瞬间有三个桥臂同时导通；,5.4 三相逆变电路结构和工作原理,波形分析,5.4 三相逆变电路结构和工作原理,直流电压利用率,5.4 三相逆变电路结构和工作原理,逆变电路输出交流电压基波最大幅值U1m和直流电压Ud之比。,负载相电压,负载中点电压,改进SPWM的技术,5.4 三相逆变电路结构和工作原理,SPWM,结论,输出电压的幅值最大,采用这种调制模式能解决实际问题吗？,设计,三次谐波注入法,关键：uUN、 uVN、 uWN的幅值小于Ud/2,5.4 三相逆变电路结构和工作原理,改进SPWM的技术,结论：直流电压利用率提高,5.4 三相逆变电路结构和工作原理,改进SPWM的技术,鞍形波的基波分量幅值大。除叠加3次谐波外，还可叠加其他3倍频的信号，也可叠加直流分量，都不会影响线电压。,SVPWM的情况,5.4 三相逆变电路结构和工作原理,SVPWM是注入所有3倍次谐波的一种实现方式,三相逆变器控制技术,5.4 三相逆变电路结构和工作原理,典型应用：交流电机控制技术,5.5 四桥臂逆变电路结构和工作原理,为什么研究四桥臂电路结构？,5.5 四桥臂逆变电路结构和工作原理,最朴素的想法,问题：虽然利用电源中点提供了零线，但在三相负载不平衡时，流过零线的电流较大，对提供电源中点的电容产生较大压力，严重限制了这一电路结构的应用，因此这一电路结构并没有很好解决三相四线制供电。,5.5 四桥臂逆变电路结构和工作原理,四桥臂逆变电路结构,5.5 四桥臂逆变电路结构和工作原理,四桥臂逆变器等效电路,以O点为参考零电位，回路电压方程为,5.5 四桥臂逆变电路结构和工作原理,四桥臂逆变器控制原理,控制目标为：通过控制压控电压源ua、ub、uc使输出电压uAG、uBG、uCG三相对称且幅值为额定值,5.6 四桥臂逆变器3DSVPWM,回忆三桥臂的SVPWM,三相的耦合会解耦，能实现调制,5.6 四桥臂逆变器3DSVPWM,四桥臂逆变器,5.6 四桥臂逆变器3DSVPWM,矢量空间,5.6 四桥臂逆变器3DSVPWM,坐标变换,Clark变换,5.6 四桥臂逆变器3DSVPWM,abc空间中的开关状态,5.6 四桥臂逆变器3DSVPWM,空间中的开关状态,abc空间中的开关状态,坐标变换,5.6 四桥臂逆变器3DSVPWM,空间,5.6 四桥臂逆变器3DSVPWM,空间中的开关状态,
