第4講DC/AC變換及其應用4.1概述〔換流方式〕4.2電壓型逆變電路4.3電流型逆變電路4.4多重逆變電路和多電平逆變電路4.5SPWM逆變電路1精選課件逆變電路實例2精選課件實用范圍：辦公設備：筆記本電腦、移動、打印機、顯示器家用電器：錄象機、音響、DVD、VCD及電冰箱郊外旅游：野外照明、微波爐、烹飪等戶外作業：電開工具，車輛求援，搶險救災，商業促銷等休閑娛樂：、PDA、數碼攝象機、數碼相機、電池充電及GPS衛星導航等3精選課件產品特點：1、采用進口元器件制造，先進的電路設計，使得逆變器的轉換效率高達90%，嚴格生產質量管理體系，現代化流水生產，保證了產品質量。2、內部保護電路防止了電脈沖或電壓波動的影響，能承受壓縮機、電視顯示器等沖擊功率較大的用電器平安啟動，電源開關可徹底切斷內部電路，斷后可保護電瓶不受損失。3、自我保護設計，使得當電壓低于10V時，就會自動關閉，保證了蓄電池有足夠的電能啟動車輛。4、過熱或過載時會自動關閉；恢復正常后又會自動啟動。工作時無噪音，正常使用可運行多年不需維護。5、輸入輸出方式多樣：12V輸入、24V輸入、點煙器輸入、電瓶直接輸入；220V交流輸出、110V交流輸出等，完全能滿足國內外用戶對交流用電的需求。4精選課件中頻爐是一種將工頻50HZ交流電轉變為中頻〔300HZ以上至20KHZ〕的電源裝置，把三相工頻交流電，整流后變成直流電，再把直流電變為可調節的中頻電流，供給由電容和感應線圈里流過的中頻交變電流，在感應圈中產生高密度的磁力線，并切割感應圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產生很大的渦流。逆變電路實例-中頻爐5精選課件1、大功率器件的研發逆變技術的開展方向2、提高逆變器的變換效率效率低的原因？3、提高可靠性和EMC性能1〕不可靠的原因-設計錯誤、元件質量、操作維護各1/32〕怎樣提高EMC性能？抑制EMI同時也不產生EMI逆變容量與功率器件小功率幾KW以下--MOSFET中大功率幾KW~幾百KW--IGBT大功率幾百KW~數MW、GW--GTO6精選課件

交-直-交變頻器7精選課件

交-直-交變頻器8精選課件無源逆變4.1逆變電路?

概述一、分類1、按逆變能量輸出去向交流側接電網，為有源逆變。交流側接負載，為無源逆變。2、按直流電源性質分電壓型，電流型3、按有無變壓器分隔離式，非隔離式4、按結構分半橋，全橋，推挽式，單端正激，單端反激5、按相數分單相三相多相9精選課件二、常見問題1、逆變與變頻的關系變頻電路：分為交交變頻和交直交變頻兩種。交直交變頻由交直變換〔整流〕和直交變換兩局部組成，后一局部就是逆變。2、應用1〕新能源的開發利用，直流電源〔如蓄電池、干電池、太陽能電池〕等帶交流負載；2〕交流電機調速用變頻器；3〕不間斷電源、感應加熱電源等電力電子裝置的核心局部都是逆變電路；4〕恒頻恒壓電源〔交直交〕UPS，航天用400Hz電源鐵路用25Hz電源；5〕有源逆變電源–高壓直流輸電，送電端整流，受電端逆變；6〕開關電源4.110精選課件直流電交流電三、逆變電路的根本工作原理S1,4閉合，S2,3斷開時S1~S4是橋式電路的4個臂，由器件及輔助電路組成。改變開關切換頻率，可改變輸出交流電頻率。S1,4斷開，S2,3閉合時uo=-Uduo=UdUduoUd-Udtt4.111精選課件開通：適當的門極驅動信號就可使器件開通。關斷：全控型器件可通過門極關斷。半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關斷。研究換流方式主要是研究如何使器件關斷。

四、換流方式分類換流—電流從一個支路向另一個支路轉移的過程，也稱換相4.11)器件換流〔DeviceCommutation〕利用全控型器件的自關斷能力進行換流。在采用全控型器件的電路中的換流方式是器件換流。2)電網換流〔LineCommutation〕電網提供換流電壓的換流方式。3)負載換流〔LoadCommutation〕4)強迫換流〔ForcedCommutation〕12精選課件負載換流工作波形

?t?t?t?tOOOOiit1b)a)uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4由負載提供換流電壓的換流方式3〕負載換流VT1,4通時，電容上電壓：VT2,3承受正向電壓此時觸發VT2,3能通VT2,3導通后，VT1,4承受反壓實現負載換流什么樣的電路能實現負載換流？關斷

四、換流方式分類4.113精選課件由換流電路內電容直接提供換流電壓直接耦合式強迫換流通過換流電路內電容和電感的耦合來提供換流電壓或換流電流電感耦合式強迫換流設置附加的換流電路，給欲關斷的晶閘管強迫施加反壓或反電流通常利用附加電容上所儲存的能量來實現，因此也稱為電容換流。4)強迫換流〔ForcedCommutation〕先使晶閘管電流減為零，然后通過反并聯二極管使其加上反向電壓。電流在支路內部終止流通而變為零，稱為熄滅。

四、換流方式分類4.114精選課件電壓型逆變電路VoltageSourceTypeInverter-VSTI直流側是電壓源電流型逆變電路CurrentSourceTypeInverter-VSTI直流側是電流源4.2電壓型逆變電路1〕逆變電路的分類——根據直流側電源性質的不同2〕電壓型逆變電路的特點(1)直流側為電壓源或并聯大電容，相當于大電源。(2)輸出電壓為矩形波，且與φ無關輸出電流因負載阻抗不同而不同。(3)阻感負載時需提供無功功率。為給交流側向直流側反響的無功能量提供通道，逆變橋各臂并聯反響二極管15精選課件4.2.1單相電壓型逆變電路ttuG1uG2t1t2t3tiouot4t5器件導通情況控制信號u0i0開V1,關V2開V2,關V1V1VD2V2VD1VD1+-+--工作原理1〕半橋逆變電路V1和V2柵極信號在一周期內各半周正偏、半周反偏，兩者互補，開V1,關V2優點：簡單，使用器件少V1通，u0=Ud/2VD2通，u0=-Ud/2V2通，u0=-Ud/2VD1通，u0=Ud/2缺點：輸出電壓幅值為Ud/2，且直流側需兩電容串聯，要均壓。應用：用于幾kW以下的小功率逆變電源。單相全橋、三相橋式都可看成假設干個半橋逆變電路的組合。16精選課件四個橋臂，可看成兩個半橋組合而成兩對橋臂交替導通180°輸出電壓和電流波形同半橋電路形狀改變U0只能通過改變Ud來實現4.2.1單相電壓型逆變電路2)全橋逆變電路ttuG1,4uG2,3t1t2t3tiouot4t5器件導通情況控制信號u0i0V1,4導通，u0=UdVD2,3導通，u0=-UdV2,3導通，u0=-UdVD1,4導通，u0=Ud開V1,4,關V2,3開V2,3,關V1,4開V1,4,關V2,3V1,4VD2,3V2,3VD1,4VD1,4-Ud-UdUdUdUd+-+--17精選課件

tuG1tuG2tuG3tuG4t1t2iotuo調q

調輸出電壓4.2.1單相電壓型逆變電路阻感負載時，可移相調壓t3t4t5t6t7t8V1,4V2,3VD2器件導通情況V1V2V1,4VD4VD3VD3VD1VD418精選課件3、帶中心抽頭變壓器的逆變電路交替驅動兩個IGBT，經變壓器耦合，負載得到矩形波交流電壓二極管--提供無功能量的反響通道當變壓器匝比為1：1時，uo和io波形及幅值與全橋逆變電路完全相同與全橋電路比較：1)少用一半開關器件;2)器件承受的電壓為2Ud;3)必須有一個變壓器.4.2.1單相電壓型逆變電路19精選課件UdtuUN'4.2.2三相電壓型逆變電路波形分析負載對稱時uUN+uVN+uWN=0Ud6uVN'tuWN'tuUVtuNNtuUNtiUtidt2Ud3Ud3負載時，可由uUN波形求出iU波形。uVNtuWNt根本工作方式—180°導電方式每橋臂導電180°，同一相上下兩臂交替導電，各相差120°。任一瞬間有三個橋臂同時導通每次換流都是在同一相上下兩臂之間進行，也稱為縱向換流。應用最廣20精選課件三相變換器輸出電壓和電流波形

21精選課件線電壓的有效值：線電壓基波分量有效值：三相變換器相電壓波形和在每周期的六個狀態，故稱六階梯波22精選課件一周期內有兩個導通階段和兩個換流階段t1~t2：VT1,4穩定導通,iｏ=Id，t2時刻前在C上建立左正右負電壓。t2~t4:換流階段電容經兩個放電回路同時放電4.3.1

單相電流型逆變電路工作分析t=t4時,換流結束tg

--換流時間。Tb--承受反壓時間四個橋臂構成,電抗器用來限制開通時的di/dt。工作方式為負載換相。CLR構成并聯諧振電路輸出電流接近矩形波，ttuG1,4uG2,3iTioIdt3tfuotdtbiVT2,3iVT1,4Idt2t1t7t6t5t4trttt電流型逆變電路主要特點(1)

直流側串大電感，電流基本無脈動，相當于電流源(2)

交流輸出電流為矩形波，電壓波形和相位因負載不同而不同。(3)直流側電感起緩沖無功能量的作用，不必反并聯二極管。電路多采用半控型器件，換流方式有負載換流、強迫換流。23精選課件主要用于中大功率交流電動機調速系統。是電流型三相橋式逆變電路。各橋臂的晶閘管和二極管串聯使用。120°導電工作方式，輸出波形和圖5-14的波形大體相同。強迫換流方式，電容C1~C6為換流電容。4.3.2

三相電流型逆變電路串聯二極管式晶閘管逆變電路24精選課件-+UVW+-UVWa)+-UVWb)-+UVWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU=Id-iV換流過程分析等效換流電容概念：分析從VT1向VT3換流時，C13就是C3與C5串聯后再與C1并聯的等效電容4.3.2

三相電流型逆變電路25精選課件wtuuuuOOOOOwtwtwtOwtwtVT4導通UVWiViWiUudMVT1導通VT3導通VT6導通VT5導通VT2導通uVT1BQ——轉子位置檢測器，檢測磁極位置以決定什么時候給哪個晶閘管發出觸發脈沖。無換相器電動機電路工作波形無換相器電動機的根本電路三相電流型逆變電路實例：無換向器電動機電流型三相橋式逆變器驅動同步電動機，負載換流。工作特性和調速方式和直流電動機相似，但無換向器，因此稱無換向器電動機。26精選課件4.4

多重逆變電路和多電平逆變電路電壓型逆變電路——輸出電壓是矩形波，電流型逆變電路——輸出電流是矩形波，含有較多諧波。多重逆變電路把幾個矩形波組合起來，接近正弦。多電平逆變電路輸出較多電平，使輸出接近正弦。27精選課件120°60°180°tOtOtO三次諧波三次諧波u1u2uo二重逆變電路的工作波形二重單相逆變電路4.4.1

多重逆變電路u1和u2相位錯開j=60°,其中的3次諧波就錯開了3×60°=180。T1、T2串聯合成后，3次諧波互相抵消，總輸出電壓中不含3次諧波uo波形是120°矩形波，含6k±1次諧波，3k次諧波都被抵消。單相電壓型二重逆變電路由兩個單相全橋組成，T1和T2串聯起來。屬串聯多重輸出波形：兩個單相的輸出u1和u2是180°矩形波。電壓型、電流型都可多重化,現以電壓型為例28精選課件由兩個三相橋式逆變電路構成，輸出通過變壓器串聯合成。兩個逆變電路均為180°導通方式。逆變橋II的相位逆變橋I滯后30°。T1為Δ/Y聯結，線電壓變比為〔一次和二次繞組匝數相等)。T2一次側Δ聯結，二次側兩繞組曲折星形接法，其二次電壓相對于一次電壓而言，比T1的接法超前30°，以抵消逆變橋II比逆變橋I滯后的30°。這樣，uU2和uU1的基波相位就相同。4.4.1

多重逆變電路三相電壓型二重逆變電路的工作原理29精選課件tOtOtOtOtO3131)(1+)UU1UA21-UB22UU2UUN(UA1)UdUd32Ud31Ud32Ud(1+Ud31Ud三相電壓型二重逆變電路波形圖

4.4.1

多重逆變電路由圖可看出uUN比uU1接近正弦波。直流側電流每周期脈動12次，稱為12脈波逆變電路。使m個三相橋逆變電路的相位依次錯開p/(3m)，連同合成輸出電壓并抵消上述相位差的變壓器，就可構成6m的脈波逆變電路。30精選課件三電平逆變電路4.4.2多電平逆變電路也稱中點鉗位型逆變電路電路構成特點每橋臂由兩個全控器件串聯構成，兩者中點通過鉗位二極管和直流側中點相連以U相為例分析工作情況V11和V12〔或VD11和VD12〕通，V41和V42斷，UO'間電位差為Ud/2。V41和V42〔或VD41和VD42〕通，V11和V12斷，UO’間電位差為-Ud/2。V12和V41導通，V11和V42關斷時，UO‘間電位差為0。V12和V41不能同時導通。iU>0時，V12和VD1導通。iU<0時，V41和VD4導通。線電壓的電平相電壓相減得到線電壓。輸出線電壓有±Ud、±Ud/2和0五種電平比兩電平逆變電路多兩種電平。輸出電壓諧波少于兩電平逆變電路突出優點：主開關器件承受電壓為Ud/2回顧三相電壓型橋式逆變電路,相電壓有Ud/2兩種電平,稱為兩電平逆變電路+-31精選課件小結32精選課件

1．無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？

第4講練習題2．換流方式各有那幾種？各有什么特點？3．什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有什么特點。

4．電壓型逆變電路中反響二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反響二極管？6．并聯諧振式逆變電路利用負載電壓進行換相，為保證換相應滿足什么條件？

8．逆變電路多重化的目的是什么？如何實現？串聯多重和并聯多重逆變電路各用于什么場合？33精選課件電壓型逆變器當交流側為阻感性負載時，需要向電源反響無功功率。直流側電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側向直流側反響的無功能量提供通道，逆變橋各臂開關器件都反并聯了反響二極管。而對電流型逆變器來說，當交流側為阻感負載時，也需要提供無功能量反響，但直流側電感起緩沖無功能量的作用，因反響無功能量時，直流電流并不反向，因此不必象電壓型逆變器那樣要給開關器件反并聯二極管。

4．電壓型逆變電路中反響二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反響二極管？34精選課件控制方案1:控制方案2:控制方案3:可控整流方案斬波調壓方案逆變器自身控制方案怎樣控制逆變電路的輸出電壓？35精選課件36精選課件逆變器自身控制方案37精選課件38精選課件4.5SPWM逆變電路PWM(PulseWidthModulation)控制就是脈寬調制技術：即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效的獲得所需要的波形〔含形狀和幅值)如直流斬波電路、斬控式調壓電路和矩陣式變頻電路已涉及到PWM控制。全控型器件的開展使得實現PWM控制變得十分容易。應用十分廣泛，在電力電子技術的開展史上占有十分重要的地位。PWM控制技術在逆變電路中得到成功應用，現在使用的各種逆變電路都采用了PWM技術，本章和第5章〔逆變電路〕相結合，才能使我們對逆變電路有完整地認識。引言39精選課件1〕重要理論根底—面積等效原理沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果根本相同窄脈沖的面積環節的輸出響應波形基本相同形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖單位脈沖函數f(t)d(t)tO矩形脈沖三角形脈沖正弦半波脈沖tOf(t)tOf(t)tOf(t)實例說明響應波形4.5.1PWM控制的根本思想40精選課件如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波Ouωt面積等效原理OuωtSPWM波Ouωt>假設要改變正弦波幅值按同一比例改變各脈沖寬度即可寬度按正弦規律變化沖量相等，中點重合4.5.1PWM控制的根本思想41精選課件OwtUd-Ud對于正弦波的負半周，采取同樣的方法，得到PWM波形OwtUd-Ud正弦波還可等效為以下圖中的PWM波，在實際應用中更為廣泛。Uoωt等幅PWM波不等幅PWM波4.5.1PWM控制的根本思想42精選課件1〕計算法據正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數，準確計算PWM波各脈沖寬度和間隔，據此控制逆變電路開關器件的通斷，就可得到PWM波形較繁瑣，當正弦波的頻率、幅值或相位變化時，結果都要變化V4關時,V1,VD3

或V3VD1續流，uo=0V1通，V2斷，V3,4交替通斷Uo正周半V1,4導通時，uo=UdV2通，V1斷。V3,4交替通斷V3關時,V2VD4

或V4VD2續流,uo=0V2,3導通時，uo=-Ud2〕單極型調制法以單相橋式電壓型逆變電路為例單相橋式PWM逆變電路V1,2通斷互補，V3,4通斷也互補單極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouoUd-Ud在ur和uc的交點時刻控制IGBT的通斷Uo負周半ur正半周，V1保持通，V2保持斷。當ur>uc時使V4通，V3斷，uo=Ud。當ur<uc時使V4斷，V3通，uo=0。ur負半周，請同學們自己分析。uo的基波分量4.5.2SPWM逆變電路及其控制方法43精選課件3〕雙極性PWM控制方式〔單相橋逆變〕載波有正有負，PWM波也有正負，±Ud兩種電平。ur正負半周，對各開關器件的控制規律同單極型ur>uc時，令V1,4導通，令V23關斷如io>0，V1,4通；如io<0，VD14通,uo=Udur<uc時，令V2,3通，令V1,4關斷。如io<0，V2,3通，如io>0，VD2,3通，uo=-Ud。雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud在ur和uc的交點時刻控制IGBT的通斷。4.5.2SPWM逆變電路及其控制方法44精選課件ucurUuuUN'uVN'uWN'ttttuUVUd-Udt三相橋式PWM型逆變電路

以U相為例分析控制規律：urU>uc時,通V1,關V4,uUN’=Ud/2urU<uc時,通V4,關V1,uUN’=-Ud/2當V14加通信號時,可能V14通，也可能VD14通Uc--三相的PWM控制公用三角波載波urU、urV、urW--三相的調制信號4〕雙極性PWM控制方式〔三相橋逆變〕

負載相電壓有(±2/3)Ud、

(±1/3)Ud和0共5種電平2UdurVurWuUNt32Ud3UduUN’、uVN’和uWN’

僅±Ud/2兩種電平uUV波形可由uUN’-uVN’得出，有±Ud和0三種電平。在輸出電壓半周期內，器件通、斷各k次，有k個開關時刻可控，可消去k－1個頻率的特定諧波。k的取值越大，開關時刻的計算越復雜。4.5.2SPWM逆變電路及其控制方法45精選課件雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud單極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud4.5.2PWM逆變電路及其控制方法46精選課件PWM調制方式分為異步調制和同步調制通常保持fc固定不變，當fr變化時，載波比N是變化的在信號波的半周期內，PWM波的脈沖個數不固定，相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內前后1/4周期的脈沖也不對稱fr較低時,N較大，一T內脈沖數較多，脈沖不對稱產生影響較小fr增高時,N減小,一T內的脈沖數減少，PWM脈沖不對稱的影響變大載波比N=fc/fr1〕異步調制載波信號和調制信號不同步的調制方式urucuOwtuOwt頻率增加uOwt頻率減小