电力电子技术 第5章 逆变电路.pdf
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1、电力电子技术第5章逆变电路上海电力学院电子教研室电力电子技术第5章 逆变电路引言逆变概念逆变:整流的逆向变化过程,将直流电变成交流电。(DC-AC)交流侧接电网,交流侧接负载,本章讲述无源逆变 为有源逆变 为无源逆变逆变与变频的关系:变频电路:交交变频和交直交变频两种由 AC-DC 和 DC-AC两部分组成 一无源逆变故变频电源常称为逆变电源 八2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 2电力电子技术第5章 逆变电路 引言逆变电路的应用蓄电池直流电源 干电池 向交流负载供电时太阳能电池交流电机调速用变频器(VVVF电源)UPS CVCF电源)感应力口热电源(中频炉、感应淬火、感应透热)变
2、速恒频发电技术第5章,仅讲述逆变电路基本内容第6章PWM控制技术 第8章组合变流电路 进一步展开有关逆变电路的内容2008-5-14上海电力学院电子技术教研室3电力电子技术第5章 逆变电路5.1换流方式5.1.1逆变电路的基本工作原理单相桥式逆 变电路为例Sp S4 闭合,s2S3断开时,负载 庖压”0为正%4个臂,由电力电子器 件及辅助电路组成1负载,切S1/52a)十4直 流 侧直流电变成了交流电!输出交流电。的频率,取决于两组开关切换频率;0的大小,取决于Ud的大小。图5-1逆 变电路及 其波形举 例、s4 断开,s2 s3 闭合,。为负4电力电子技术第5章 逆变电路 5.1换流方式5.
3、1.1逆变电路的基本工作原理负载电流波形如何?电阻负载?阻感负载?电阻负载:io与o波形相同,相位相同;阻感负载:汨相位滞后于o,波形也不同。2008-5-14上海电力学院电子技术教研室5电力电子技术第5章 逆变电路 5.1换流方式5.1.2换流方式分类逆变电路在工作过程中,负载电流不断地从一个支路向另一个支路转移该过程称为换流,也称换相换流过程中,有的器件开通,有的器件关断研究换流方式主要是研究如何使器件关断四种换流方式:1.器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流(Device Commutation)2008-5-14上海电力学院电子技术教研室6电力电子技术第5章 逆变电路5.1换流方
4、式5.1.2换流方式分类2.电网换流由电网提供换流电压称为电网换流(Line Commutation)应用:可控整流电路、交流调压电路、采用相控方式的交交变频电路不需器件具有门极可关断能力,也不需要为换流附加元件3.负载换流由负载提供换流电压称为负载换流(Load Commutation)应用:负载电流相位超前于负载电压的场合2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 75.1换流方式电力电子技术第5章 逆变电路5.1.2换流方式分类3.负载换流基本的负载换流逆变电路:感性负载 并联电容输出电流 为矩形波直流侧串入大电感金,。基本没有脉动图5-2负载换流电路 及其工作波形VT3VT4小于基
5、波负载工作在接近并联谐振状态为什么负载工作在接近并联谐振状态?i。=基波+各奇次谐波负载并联谐振时对基波呈高阻抗,对谐波呈低阻抗,谐波在 负载上产生的压降很小,因此负载电压波形接近正弦使负载略呈容性,以使。相位滞后于i。8电力电子技术第5章 逆变电路5.1.2换流方式分类工作过程;Z前:VT,VT4通,VT2 VT3 断,5.1换流方式。时:触发VT?、VT3使其开 通,加到VT4、V%上使其 承受反压而关断,电流从V%、VT2,VT2V相位滞【后于J6必须在。过零前,并留有足够 裕量,才能使换流顺利完成术教研室该段时间VT1、VT4承受反压电力电子技术第5章 逆变电路 5.1换流方式5.1.
6、2换流方式分类4.强迫换流设置附加的换流电路,给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流(Forced Commutation)通常利用附加电容上储存的能量来实现,也称为电容换流直接耦合式强迫换流由换流电路内电容提供换流电压VT通态时,先给电容C充 电。合上S就可使品闸管 被施加反压而关断2008-5-14图5-3直接耦合式强 研至迫换流原理图10电力电子技术第5章 逆变电路 5.1换流方式5.1.2换流方式分类电感耦合式强迫换流通过换流电路内电容和电感耦合提品闸管 在LC 振荡第 一个半 周期内(关断2008-5-14上海电力学院电子技术教研室11电力电子技术第5章 逆
7、变电路 5.1换流方式5.1.2换流方式分类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2008-5-14上海电力学院电子技术教研室12电力电子技术第5章 逆变电路5.2电压型逆变电路逆变电路按其直流电源性质不同分为两种一.电压型逆变电路或电压源型逆变电路二.电流型逆变电路或电流源型逆变电路 图5-1电路的具体实现电压型逆变电路的特点(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
8、提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供 通道,逆变桥各臂并联反馈二极管i研室电力电子技术第5章 逆变电路 5.2电压型逆变电路5.2.1单相电压型逆变电路1.半桥逆变电路工作原理:,Vi或丫2通时,。和、。同方向,直流侧+0向负载提供能量vP V2是何种 器件?名称?4Vi和丫2栅极信 号在一周期内各 半周正偏、半周I反偏,互补1R%人vj区火叫。,I ONy。为矩形波,幅q叫 q,丫1一 V”VVD,VD VD JVDi或VD2通时,i0 和。反向,电感中贮 能向直流侧反馈,VDP VD2称为反馈二 极管,还使,。连续,又 称续流二极普2008-5-145-(二 二、i。波形随负载而
9、异,感性负载时国的波形电力电子技术第5章 逆变电路 5.2电压型逆变电路5.2.1单相电压型逆变电路半桥逆变电路特点优点:简单,使用器件少缺点:交流电压幅值4/2,直流侧需两电容器串 联,要控制两者电压均衡用于几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2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 15电力电子技术第5章 逆变电路 5.2电压型逆变电路5.2.1单相电压型逆变电路2.全桥逆变电路电路结构及工作情况两个半桥 电路的组 合而J1和4一对,2和3另一对,成对桥臂同 时导通,两 对交替各导 通 180%UmO S,。波形和半桥电路的二、相同,幅值增加
10、一倍J。波形同+桥曳 路的。,幅值高 出一倍%二力2008-5-14器件对应情况?hOTio电力电子技术第5章 逆变电路 5.2电压型逆变电路5.2.1单相电压型逆变电路输出电压定量分析:将 c展开成傅里叶级数:呼谐波丹谐波4Z 二一兀/1 1in 3%+sin 3co?+sin 5(f)t+L3(5-1)只含有基波和奇次谐波!5为什么?波形奇对称(正负两半周期 镜对称,见P154式61)其中基波幅值。学27/基波有效值UO1=X=o.9t/d兀都是以的函数J。为正负各180。时,要改变输出电压有效值只能改变M来实现2008-5-14 有否其他方法改变。大小?电力电子技术第5章 逆变电路 5.
11、2电压型逆变电路5.2.1单相电压型逆变电路移相调压一q改变。大小的另一种方H通过改变。脉冲的宽度来实现如何改变。脉冲的宽度?采用移相方式2各栅极信号为180。正偏,180反偏,且Vi和丫2互补,丫3和V互补关系不变V3 V4的栅极信 号分别比V2、匕的前移1800田 Ay。成为正负各为e的脉 改变e即可调节输 以电压有效值 J5-7单相全桥逆变电路的移相调压方设电力电子技术第5章 逆变电路 5.2电压型逆变电路5.2.1单相电压型逆变电路3.带中心抽头变压器的逆变电路(自学)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力和负载参数相同,
12、变压器匝比为1:1:1时,。和九波形 及幅值与全桥逆变电路完全相同V与全桥电路的比较0比全桥电路少用一半开关器件0器件承受的电压为24,比全 桥电路高一倍。必须有一个变压器CM。耳,8带中心抽头变.上山广山2008叫也器正立变金窗 上海电力子院电子技木教研室19电力电子技术第5章 逆变电路 5.2电压型逆变电路5.2.2三相电压型逆变电路三相逆变电路可由三个单相逆变电路组合而成毒溃换流都是在同Tffi?柳臀芝糊进行,也称为纵向擦流电力电子技术第5章逆变电路5.2电压型逆变电路5.2.2三相电压型逆变电路波形分析负载各相到电源中点N,的电压:U相,?”uN,=d/2,4通,jN.=Ud/2a)负
13、载线电压负载相电压ovz,/k。-。口。2t/否则晶闸管重新导0 q 通,逆变失败为保证可靠换流应在4。过零前 时亥1J触发VT?、VT3II OOQ.G2,3o L0超前于40的时间为VT2,3触发引前时间对应电角度上海电力学院电子技术教E电路工作角频率变电路工作波形电力电子技术第5章逆变电路 5.3电流型逆变电路5.3.1单相电流型逆变电路数量分析忽略换流过程,。可近似成矩形波,展开成傅里叶级数4/(1 1)(5-19)L=d sin 3t+sin 33%+sin 53,+L兀13 5 J只含有基波和奇次谐波!基波电流有效值.-4/d-Q9I(5-20),2兀负载电压有效值U。和直流电压力
14、的关系(忽略Ld的损耗,忽略 品闸管压降)2008-5-14兀U d2 y2 COS(P=1.11cos(p(喘1)U U d电力电子技术第5章逆变电路 5.3电流型逆变电路5.3.1单相电流型逆变电路问题:实际工作过程中,感应线圈参数随时间变化,必须使 工作频率适应负载的变化而自动调整,这种控制方式 称为自励方式 固定工作频率的控制方式称为他励方式 自励方式存在起动问题,解决方法:先用他励方式,系统开始工作后再转入自励方式 附加预充电起动电路2008-5-14上海电力学院电子技术教研室30电力电子技术第5章逆变电路 5.3电流型逆变电路5.3.2三相电流型逆变电路 120导电方式每个臂一周
15、期内导电120。每时刻上下桥臂组 各有一个臂导通,横向换流波形分析输出电流波形和负载性质无关,正负脉冲各120。的矩形波输出电流和三相桥整流带大电 感负载时的交流电流波形相同,谐波分析表达式也相同输出线电压波形和负载性质有 关,大体为正弦波输出交流电流的基波有效值2008-5-14,ui=-,d=0.78,d,子技术教研室兀电力电子技术第5章逆变电路 5.3电流型逆变电路5.3.2三相电流型逆变电路串联二极管式品闸管逆变电路L主要用于中大功率交流电动 机调速系统电流型三相桥式 逆变电路各桥臂的晶闸管和二极管串 联使用120导电工作方式,输出 波形和图514的波形大体相 同强迫换流方式,电容CC
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