电力电子基础5.

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1、电力电子基础电力电子基础 Fundamental Power Electronics 第五讲第五讲 逆变电路逆变电路东南大学电气工程学院2010年- -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路2逆变电路逆变电路n换流方式n电压型逆变电路n电流型逆变电路 n多重逆变电路和多电平逆变电路n小结- -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路31.概述概述n 逆变的概念n 逆变与整流相对应，直流电变成交流电。n 交流侧接电网，为有源逆变有源逆变。n 交流侧接负载，为无源逆变无源逆变。n 逆变与变频n 变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。n 交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组

2、成，后一部分就是逆变。n 主要应用n 各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。n 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。- -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路4逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理以单相桥式逆变电路带阻感负载单相桥式逆变电路带阻感负载为例n S1、S4闭合闭合，S2、S3断开断开时，负载电压uo为正正。n S1、S4断开断开，S2、S3闭合闭合时，负载电压uo为负负。直流电交流电改变两组开关切换频率，可改变逆变输出交流电频率。- -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路5换流方式分类换流方式分类n

3、换流换流电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为换相换相。n开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。n关断：n全控型器件可通过门极关断。全控型器件可通过门极关断。n半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断。半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断。n一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断。关断。n研究换流方式主要是研究如何使器件关断。- -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路6换流方式分类换流方式分类1) 器件换流器件换流（Device Commutation）n利用全控型器件的自关断能力进行换流。n在采用IGBT 、电力

4、MOSFET 、GTO 、GTR等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。2) 电网换流电网换流（Line Commutation）n电网提供换流电压的换流方式。n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) 负载换流负载换流（Load Commutation）4) 强迫换流强迫换流（Forced Commutation）- -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路7换流方式分类换流方式分类负载换流逆变电路例子负载换流逆变电路例子n 采用晶闸管n 负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近并联谐振状态而略呈

5、容性n 电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入n 直流侧串入大电感Ld， id基本没有脉动?t?t?t?tOOOOiit1b)a)uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4- -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路8换流方式分类换流方式分类工作过程工作过程n 4个臂的切换仅使电流路径改变，负载电流基本呈矩形波n 负载工作在对基波电流接近并联谐振的状态，对基波阻抗很大，对谐波阻抗很小，uo波形接近正弦n t1前：VT1、VT4通，VT2、VT3断，uo、io均为正，VT2、VT3电压即为uon t1时：触发VT2、VT3使其开通，uo加到VT4、VT1上使

6、其承受反压而关断，电流从VT1、VT4换到VT3、VT2n t1必须在uo过零前并留有足够裕量，才能使换流顺利完成- -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路9换流方式分类换流方式分类强迫换流（强迫换流（Forced CommutationForced Commutation）由换流电路内电容直接提供换流电压直接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电感耦合式强迫换流n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强迫换流。n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电容换流。n分类- -电力电子技术电力电子

7、技术- -第五讲 逆变电路10换流方式分类换流方式分类直接耦合式直接耦合式强迫换流n 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。也叫电压换流电压换流。直接耦合式强迫换流原理图电感耦合式强迫换流原理图电感耦合式电感耦合式强迫换流n 先使晶闸管电流减为零，然后通过反并联二极管使其加上反向电压。也叫电电流换流流换流。- -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路11换流方式分类换流方式分类换流方式换流方式n 器件换流适用于全控型器件。n 其余三种方式针对晶闸管。n 器件换流和强迫换流属于自换流。n 电网换流和负载换流属于外部换流。n 当电流不是从一个支路向另

8、一个支路转移，而是在支路内部终止流通而变为零，则称为熄灭熄灭。- -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路12逆变电路的分类逆变电路的分类逆变电路的分类逆变电路的分类 根据直流侧电源性质的不同根据直流侧电源性质的不同电压型逆变电路又称为电压源型逆变电路Voltage Source Type Inverter-VSI直流侧是电压源电压源电流型逆变电路又称为电流源型逆变电路Current Source Type Inverter-CSI直流侧是电流源电流源- -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路13逆变电路的分类逆变电路的分类n 逆变器中包含的电感、电容等无源负载起到储存电能、

9、交换无功以及滤波之用。n 电压源型逆变器电压源型逆变器n直流侧多并联大电容用作缓冲滤波，构成低阻抗的电压源，即输出电压确定，波形接近矩形，电流波形取决于负载，接近正弦n直流侧电压极性不变，能量回馈时电流反向。功率开关器件反并联的续流二极管为感性负载提供反馈能量（电流反向）至直流侧的通路- -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路14逆变电路的分类逆变电路的分类n 电流源型逆变器n直流侧串有大电感Ld作为无功元件，构成高阻抗的电流源，即电流确定、波形接近矩形，电压波形与负载有关，电压波形接近正弦并叠加换流尖峰。n直流环节电流Id不能反向，能量反向流动需改变直流侧电压的极性，无需设置续流无

10、功二极管。- -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路15逆变电路的分类逆变电路的分类VSIVSI与与CSICSI的比较的比较n VSI采用大电容储能，逆变器呈现低内阻特性，直流电压大小和极性不变，浪涌电压低。但过电流保护困难一些。n CSI采用大电感储能，主电路抗电流冲击能力强，能有效抑制电流突变，过电流保护容易。但体积大一些。n 采用晶闸管的CSI依靠负载电感的谐振换流，无负载无法运行。n VSI必须设置续流二极管提供无功交换通道，电路比CSI复杂一些。- -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路162.电压型逆变电路电压型逆变电路n单相电压型逆变电路n三相电压型逆变电路-

11、 -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路17单相单相半桥电压型逆变电路电压型逆变电路工作原理工作原理nV1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。nV1和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或VD2称为反馈二极管反馈二极管,它又起着使负载电流连续的作用，又称续流二极管续流二极管。a)ttOOONb)oUm- -Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2- -电力电子技术电力电子技术- -第五讲 逆变电路18单相单相