第6讲现代电力电子技术(DCAC)
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1、现代电力电子技术 第六章 DC/AC变换6.1 逆变电路的分类和控制方式逆变电路的分类和控制方式 6.1.1 逆变电路的分类逆变电路的分类 按直流电源的性质分类: 电压型逆变电路 电流型逆变电路 按逆变电路输出交流电的相数分类: 单相逆变电路 三相逆变电路 多相逆变电路 按负载以及能量传递情况分类: 无源逆变器 有源逆变器 按逆变器输出电平的数目分类: 两电平逆变电路 三电平逆变电路 多电平逆变电路 按逆变器输出交流电的频率分类: 工频逆变（50HZ60HZ） 中频逆变（几百赫兹至十几千赫兹） 高频逆变（十几千赫兹至十几兆赫兹）6.1.2 逆变电路的逆变电路的控制方式 1、对器件进行180或1
2、20导通控制，使 逆变器输出波形为方波或阶梯波，这种 方式对器件的工作频率要求较低。 要求开关器件动作慢。2、采用斩波控制，这种方式可以减少输出波 形的谐波 ，使输出波形更接近理想波形。 要求开关器件动作快。6.2 电压型逆变电路电压型逆变电路 6.2.1 单相电压型逆变电路单相电压型逆变电路 1、单相半桥式逆变电路 某弧焊逆变电源主电路 单相全波可控整流电路和单相半桥式逆变电路 单相全波可控整流电路 单相半桥式 逆变电路单相半桥式逆变电路及其波形图 等效电路及其波形图 0 t 2区间： VT1正偏（上桥臂通），VT2反偏（下桥臂关断），负载电压uo = uAN = Ud/2。0t1区间： i
3、o与uo方向相反， 电流通路为： NRLVD1C1(+),L放能。t1t2区间： io流向变为从右向左，VT1通， VD1断。电流流通路径为： C1(+)VT1LRN，L储能。t2t4区间： VT1反偏（上桥臂断），VT2正偏（下桥臂通），负载电压uo =uAN =Ud/2。 t2t3区间： io0，负载电感放能，故VD2导通，VT2关断， io减小，电流流通路径为： C2(-)VD2LRN t3t4区间：L储能释放完毕，VD2关断，VT2开始导通，电感反向充电，io反向增加。电流流通路径为： C2(+) R L VT2 C2(-) 2、单相全桥式逆变电路 等效电路及其波形图 v固定脉冲控制方
4、式 VT1、VT4驱动信号同相，VT2、VT3驱动信号同相，而VT1、VT4和VT2、VT3的驱动信号互补，逆变器输出的交流电压和电流波形与半桥式逆变器基本相同，区别是全桥式逆变器导通器件为对角桥臂开关器件成对导通，因而负载输出电压幅值为直流电压值，是半桥电路的2倍。 固定脉冲控制方式的交流输出电压仍为正负电压各为180的方波，输出电压有效值的调节只能靠改变直流侧电压Ud完成，由于直流侧并联有大电容，影响了调节的快速性。 v 移相控制方式 对成对导通的两组开关器件（对角开关器件为一组）的驱动信号不再按相差控制，而是移动一定角度，使输出电压波形的宽度发生变化，从而实现调节输出电压的目的。 VT1
5、、VT4和VT3、VT2的驱动信号互补，但VT1与VT4、 VT2与 VT3的驱动信号错开角。 脉冲移相控制时的工作波形 0t1区间： K1、K4通， K2、K3断， io0t1 t2区间： K1、K4通， K2、K3断， io0t2 t3区间： K1、K2通， K3、K4断， io0t3 t4区间： K2、K3通， K1、K4断， io0 t4 t5区间： K2、K3通， K1、K4断， io0t5 t6区间： K3、K4通， K1、K2断， io03、推挽式单相逆变电路 电路结构与单相全波可控整流电路相同。 开关由IGBT和二极管反并联组成，副边绕组接负载。交替驱动VT1和VT2，则在变压
6、器副边得到波形与全桥电路完全相同的输出电压uo和电流io。6.2.2 三相电压型逆变电路三相电压型逆变电路 低压变频器主电路低压变频器主电路 电压型全桥式逆变电路 电压型全桥式逆变电路的控制方式：电压输出波形为180导通型的方波;电压输出波形为120导通型的方波;脉冲宽度调制 .1、180导通型方波输出三相逆变器 希望输出的三相相电压波形 从波形看，每个周期输出六种状态： UW高V低；U高VW低；UV高W低； UW低V高；U低VW高； UV低W高。 每个桥臂的导通角度为180，同一相上下两个桥臂交替导电，三相负载同时施加电压，各相导电的角度依次相差120。 设六个开关为K1K6，其中K为VT和
7、VD的并联。六个开关的导通顺序为K1、K2、K3、K4、K5、K6. 在同一时刻，有三个开关导通，或者上桥臂一个下桥臂两，或者上桥臂两开关下桥臂一个。 负载线电压为输出相电压之差 每个输出周期分六个开关组合状态 U相高的前60、 V相低的中间60 和W 相高的后60 ， K1、K5、K6导通 当电流为负时（感性负载电流滞后电压），实际导通器件可能为二极管。等效电路如下： 直流电压Ud 通过K1、K5 、K6加到负载的三端。负载U相和W相并联后再与V相串联接到Ud两端。 U相和W相并联后的阻抗为每相阻抗的一半。该阻抗与V相阻抗串联后共同承担电压Ud。因此， 相对于负载公共点N点，U相和W相上的电
8、压为1/3 Ud ， V相上的电压为-2/3 Ud 。 U相高的中间60、 V相低的后60 和W相低的前60 ， K1、K2、K6导通 相对于N点， U相上的电压为2/3 Ud ， V相和W相上的电压为-1/3 Ud 。 U相高的后60、 V相高的前60 和W相低的中间60 ， K1、K2、K3导通 相对于N点，U相和V相上的电压为1/3 Ud ，W相上的电压为-2/3 Ud 。 U相低的前60、 V相高的中间60 和W相低的后60 ， K2、K3 、K4导通 相对于N点，V相上的电压为2/3 Ud ，U相和W相上的电压为-1/3 Ud 。 U相低的中间60、 V相高的后60 和W相高的前60
9、 ， K3 、K4 、K5导通 相对于N点，V相和W相上的电压为1/3 Ud ，U相上的电压为-2/3 Ud 。 U相低的后60、 V相低前的60 和W相高的中间60 ， K4 、K5 、K6导通 相对于N点，U相和V相上的电压为-1/3 Ud ，W相上的电压为2/3 Ud 。每相负载上的电压为每相阻抗上的压降 2、120导通型方波输出三相逆变电路 该控制方式的逆变电路的上桥臂开关K1、K3、K5和下桥臂开关K4、K6 、K2各自以相隔120的顺序依次导通，一个周期中每个开关导通120。同一时刻，只有两个开关导通，一个属于上桥臂，另一个属于下桥臂。 该方式同一相上下桥臂有60的导通间隙，对换流
10、的安全有利，但开关器件的利用率较低，并且当电动机采用星型接法时，始终有一相绕组断开，换流时该相绕组中会引起较高的感应电势，需采取过电压保护措施。 三相逆变电路及其等效电路 希望的三相相电压波形 希望输出的三相相电压波形如左图所示。同一时间段，只有两相有输出电压。三相电压互差120。工作原理分析每个工作周期有六种状态U、V两相有电压，K1、K6导通U、W两相有电压，K1、K2导通 V、W两相有电压，K3、K2导通 V、U两相有电压，K3 、K4导通 W、U两相有电压，K5 、K4导通 W、V两相有电压，K5 、K6导通 在180导通方式的逆变器中，为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起
11、直流电源短路，必须在两开关切换时设置死区时间。死区时间：指同一相上的两开关切换时驱动信号同时为0的一段短暂的时间。 当两器件切换时，应采取先断后通的方法，即先使应关断的器件关断，其关断一定时间之后，再给应导通的器件发出开通信号，这一间隔要确保应关断的器件关断后才开通另一器件。 死区时间的长短取决于器件的开关速度，器件的开关速度越快，所留的死区时间就可以越短。对于工作于上下桥臂通断互补控制方式的任何电路，都必须设置“先断后通”的死区时间。6.3 电流型逆变电路电流型逆变电路 直流电源为电流源的逆变电路即为电流型逆变电路。一般电流源的输出端都串联有大电感，使输出电流脉动很小，近似为恒流。 6.3.
