《逆变电路》PPT课件.ppt
《《逆变电路》PPT课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《逆变电路》PPT课件.ppt(47页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第4章 逆变电路 4.1 换流方式 4.2 电压型逆变电路 4.3 电流型逆变电路 4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路 本章小结,2/47,引言,逆变的概念 与整流相对应,直流电变成交流电。交流侧接电网,为有源逆变。交流侧接负载,为无源逆变,本章主要讲述无源逆变。逆变与变频 变频电路:分为交交变频和交直交变频两种。交直交变频由交直变换(整流)和直交变换两部分组成,后一部分就是逆变。逆变电路的主要应用 各种直流电源,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都是逆变电路。,3/47,4.1 换流方式,4.1.1 逆变电路的基本工作原理
2、 4.1.2 换流方式分类,4/47,4.1.1 逆变电路的基本工作原理,以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理 S1S4是桥式电路的4个臂,由电力电子器件及辅助电路组成。,当开关S1、S4闭合,S2、S3断开时,负载电压uo为正;当开关S1、S4断开,S2、S3闭合时,uo为负,这样就把直流电变成了交流电。改变两组开关的切换频率,即可改变输出交流电的频率。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。,图4-1 逆变电路及其波形举例(阻感负载),5/47,4.1.2 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,也称为换相。
3、研究换流方式主要是研究如何使器件关断。换流方式分为以下几种 器件换流(Device Commutation)利用全控型器件的自关断能力进行换流。在采用IGBT、电力MOSFET、GTO、GTR等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。电网换流(Line Commutation)电网提供换流电压的换流方式。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。,6/47,4.1.2 换流方式分类,a),u,图4-2 负载换流电路及其工作波形,负载换流(Load Commutation)由负载提供换流电压的换流方式。负载电流的相位超前
4、于负载电压的场合,都可实现负载换流,如电容性负载和同步电动机。图4-2a是基本的负载换流逆变电路,整个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性,直流侧串大电感,工作过程可认为id基本没有脉动。负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小,所以uo接近正弦波。注意触发VT2、VT3的时刻t1必须在uo过零前并留有足够的裕量,才能使换流顺利完成。,7/47,4.1.2 换流方式分类,强迫换流(Forced Commutation)设置附加的换流电路,给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。通常利用附加电容上所储存的能量来实现,因此也称为电容换流。分类 直接耦合式强迫换流:由换流电路内电容直接
5、提供换流电压。电感耦合式强迫换流:通过换流电路内的电容和电感的耦合来提供换流电压或换流电流。直接耦合式强迫换流 如图4-3,当晶闸管VT处于通态时,预先给电容充电。当S合上,就可使VT被施加反压而关断。也叫电压换流。,图4-3 直接耦合式强迫换流原理图,8/47,4.1.2 换流方式分类,电感耦合式强迫换流 图4-4a中晶闸管在LC振荡第一个半周期内关断,图4-4b中晶闸管在LC振荡第二个半周期内关断,注意两图中电容所充的电压极性不同。在这两种情况下,晶闸管都是在正向电流减至零且二极管开始流过电流时关断,二极管上的管压降就是加在晶闸管上的反向电压。也叫电流换流。,图4-4 电感耦合式强迫换流原
6、理图,换流方式总结 器件换流只适用于全控型器件,其余三种方式主要是针对晶闸管而言的。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,而是在支路内部终止流通而变为零,则称为熄灭。,9/47,4.2 电压型逆变电路,4.2.1 单相电压型逆变电路 4.2.2 三相电压型逆变电路,10/47,4.2 电压型逆变电路引言,根据直流侧电源性质的不同,可以分为两类 电压型逆变电路:直流侧是电压源。电流型逆变电路:直流侧是电流源。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。由于直流电压源的钳位作用,输出电压为矩形波,输出电流因负
7、载阻抗不同而不同。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。,图4-5 电压型逆变电路举例(全桥逆变电路),11/47,4.2.1 单相电压型逆变电路,图4-6 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形,半桥逆变电路 在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容,两个电容的联结点便成为直流电源的中点,负载联接在直流电源中点和两个桥臂联结点之间。工作原理 设开关器件V1和V2的栅极信号在一个周期内各有半周正偏,半周反偏,且二者互补。输出电压uo为矩形波,其幅值为Um=Ud/2。电路带阻感负载,t2时刻给V1关断信号,给V2开通信号,则V1关断,但感性负载
8、中的电流io不能立即改变方向,于是VD2导通续流,当t3时刻io降零时,VD2截止,V2开通,io开始反向,由此得出如图所示的电流波形。,12/47,4.2.1 单相电压型逆变电路,图4-6 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形,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。优点是简单,使用器件少;其缺点是输出交流电压的幅值Um仅为Ud/2,且直流侧需要两个电容器串联,工作时还要控制两个电容器电压的均衡;因此,半桥电路常用于几kW以下的小功率逆变电源。
9、,13/47,4.2.1 单相电压型逆变电路,全桥逆变电路 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。输出电压和电流波形与半桥电路形状相同,但幅值高出一倍。在这种情况下,要改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压Ud来实现。Ud的矩形波uo展开成傅里叶级数得,其中基波的幅值Uo1m和基波有效值Uo1分别为,图4-5 全桥逆变电路,(4-1),(4-2),(4-3),14/47,4.2.1 单相电压型逆变电路,a),b),图4-7 单相全桥逆变电路的移相调压方式,移相调压方式 V3的基极信号比V1落后(0180)。V3、V4的栅极信号分别比V2、V1的前移180-。输出
10、电压是正负各为的脉冲。工作过程 t1时刻前V1和V4导通,uo=Ud。t1时刻V4截止,而因负载电感中的电流io不能突变,V3不能立刻导通,VD3导通续流,uo=0。t2时刻V1截止,而V2不能立刻导通,VD2导通续流,和VD3构成电流通道,uo=-Ud。到负载电流过零并开始反向时,VD2和VD3截止,V2和V3开始导通,uo仍为-Ud。t3时刻V3截止,而V4不能立刻导通,VD4导通续流,uo再次为零。改变就可调节输出电压。,15/47,4.2.1 单相电压型逆变电路,图4-8 带中心抽头变压器的逆变电路,带中心抽头变压器的逆变电路 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
11、。两个二极管的作用也是提供无功能量的反馈通道。Ud和负载参数相同,变压器匝比为1:1:1时,uo和io波形及幅值与全桥逆变电路完全相同。与全桥电路相比较 比全桥电路少用一半开关器件。器件承受的电压为2Ud,比全桥电路高一倍。必须有一个变压器。,16/47,4.2.2 三相电压型逆变电路,三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路。三相桥式逆变电路 基本工作方式是180导电方式。同一相(即同一半桥)上下两臂交替导电,各相开始导电的角度差120,任一瞬间有三个桥臂同时导通。每次换流都是在同一相上下两臂之间进行,也称为纵向换流。,图4-9 三相电压型桥式逆变电路,假想中点,17/47,4.2.2 三相
12、电压型逆变电路,图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形,工作波形 对于U相输出来说,当桥臂1导通时,uUN=Ud/2,当桥臂4导通时,uUN=-Ud/2,uUN的波形是幅值为Ud/2的矩形波,V、W两相的情况和U相类似。负载线电压uUV、uVW、uWU可由下式求出,负载各相的相电压分别为,(4-4),(4-5),18/47,4.2.2 三相电压型逆变电路,图4-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形,把上面各式相加并整理可求得,设负载为三相对称负载,则有uUN+uVN+uWN=0,故可得,负载参数已知时,可以由uUN的波形求出U相电流iU的波形,图4-10g给出的是阻感负载下 时iU的波
13、形。,把桥臂1、3、5的电流加起来,就可得到直流侧电流id的波形,如图4-10h所示,可以看出id每隔60脉动一次。,(4-6),(4-7),19/47,4.2.2 三相电压型逆变电路,基本的数量关系 把输出线电压uUV展开成傅里叶级数得,式中,k为自然数。,输出线电压有效值UUV为,其中基波幅值UUV1m和基波有效值UUV1分别为,(4-8),(4-9),(4-10),(4-11),20/47,4.2.2 三相电压型逆变电路,把uUN展开成傅里叶级数得,式中,k为自然数。,负载相电压有效值UUN为,其中基波幅值UUN1m和基波有效值UUN1分别为,为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而
14、引起直流侧电源的短路,要采取“先断后通”的方法。,(4-12),(4-13),(4-14),(4-15),21/47,UUV7=2 Ud/(3.147)=22.3(V),4.2.2 三相电压型逆变电路,例:三相桥式电压型逆变电路,180导电方式,Ud=200V。试求输出相电压的基波幅值UUN1m和有效值UUN1、输出线电压的基波幅值UUV1m和有效值UUV1、输出线电压中7次谐波的有效值UUV7。解:,0.4520090(V),0.637200127.4(V),1.1200=220(V),0.78200=156(V),22/47,4.3 电流型逆变电路,4.3.1 单相电流型逆变电路 4.3.
15、2 三相电流型逆变电路,23/47,4.3 电流型逆变电路引言,直流电源为电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。电流型逆变电路主要特点 直流侧串大电感,电流基本无脉动,相当于电流源。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。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。,图4-11 电流型三相桥式逆变电路,24/47,4.3.1 单相电流型逆变电路,电路分析 由四个桥臂构成,每个桥臂的晶闸管各串联一个电抗器,用来限制晶闸管开通时的di/dt。采用负载换相方式工作的,要求
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 逆变电路 电路 PPT 课件
![提示](https://www.31ppt.com/images/bang_tan.gif)
链接地址:https://www.31ppt.com/p-5677355.html