逆变电路.ppt
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1、5-1,第5章 逆变电路,引言 5.1 换流方式 5.2 电压型逆变电路 5.3 电流型逆变电路 本章小节,5-2,第5章 逆变电路 引言,逆变的概念 逆变与整流相对应,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。 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。 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。,本章讲述无源逆变,5-3,5.1 换流方式,5.1.1 逆变电路的基本工作原理 5.1
2、.2 换流方式分类,5-4,以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理,5.1.1 逆变电路的基本工作原理,图5-1 逆变电路及其波形举例,S1S4是桥式电路的4个臂,由电力电子器件及辅助电路组成。,5-5,逆变电路,第5章,以上讨论的仅仅是逆变器的主电路,要构成一个完整的逆变器除了主电路之外还要有其它附加电路,其基本结构如下图所示,除逆变主电路外还包括:,5-6,逆变电路,第5章,5-7,5.1.1 逆变电路的基本工作原理,S1、S4闭合,S2、S3断开时,负载电压uo为正。 S1、S4断开,S2、S3闭合时,负载电压uo为负。,5-8,5.1.1 逆变电路的基本工作原理,逆变电路最基本的工
3、作原理 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相位滞后于uo,波形也不同。,AC 变 DC 单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形,DC 变 AC 逆变电路及其波形举例,逆变与整流的比较,5.1,5-10,5.1.2 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。,开通:适当的门极驱动信号就可使器件开通。 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
4、使器件关断。,本章换流及换流方式问题最为全面集中,因此安排在本章集中讲述。,5-11,5.1.2 换流方式分类,1) 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。 2) 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。 3) 负载换流(Load Commutation) 4) 强迫换流(Forced Commut
5、ation),5-12,5.1.2 换流方式分类,图5-2 负载换流 电路及其工作波形,由负载提供换流电压的换流方式。 负载电流的相位超前于负载电压的场合,都可实现负载换流。 如图是基本的负载换流电路,4个桥臂均由晶闸管组成。 整个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性。 直流侧串电感,工作过程可认为id 基本没有脉动。 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。,5-13,4)强迫换流(Forced Commutation),5.1.2 换流方式分类,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。
6、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,5-14,5.1.2 换流方式分类,直接耦合式强迫换流 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5-3直接耦合式强迫换流原理图,5-15,5.1.2 换流方式分类,换流方式总结: 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,而是在支路内部终止流通而变为零,则称为熄灭。,5-16,5.2 电压型逆变电路,1)逆变电路的分类 根据直流侧电源性质的不同,5-17,5
7、.2 电压型逆变电路,2)电压型逆变电路的特点,图5-5 电压型全桥逆变电路,(1)直流侧为电压源或并联大电容,直流侧电压基本无脉动。 (2)输出电压为矩形波,输出电流因负载阻抗不同而不同。 (3)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。,5-18,5.2 电压型逆变电路,5.2.1 单相电压型逆变电路,5-19,5.2.1 单相电压型逆变电路,1)半桥逆变电路,u,图56 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形,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
8、,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。,5-20,5.2.1 单相电压型逆变电路,优点:电路简单,使用器件少。 缺点: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。,5-21,5.2.1 单相电压型逆变电路,2) 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。 输出电压合电流波形与半桥电路形状相同,幅值
9、高出一倍。 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。,2全桥逆变电路,图5-5 全桥逆变电路,单相逆变电路中应用最多,单相电压型逆变电路,5.2.1,两个半桥电路的组合,a,b,5-23,5.2.1 单相电压型逆变电路,阻感负载时,还可采用移相的方式来调节输出电压移相调压。,V3的基极信号比V1落后q (0 q 180 )。V3、V4的栅极信号分别比V2、V1的前移180q。输出电压是正负各为q的脉冲。 改变q就可调节输出电压。,图5-7 单相全桥逆变电路的移相调压方式,阻感负载时还可采用移相调压:,采用移相方式调节逆变电路的输出电压,称为 移相调压,各栅极信号为180正偏,1
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