逆变电路的基本工作原理文档格式.docx

1、o从电源负极流出,经S、负载与S3流回正极,负载电感能量向电源反馈,o逐渐减小,t2时刻降为零,之后io才反向并增大（）换流方式分类换流-电流从一个支路向另一个支路转移得过程,也称换相。开通:适当得门极驱动信号就可使其开通。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。研究换流方式主要就是研究如何使器件关断。本章换流及换流方式问题最为全面集中,因此在本章讲述1、器件换流利用全控型器件得自关断能力进行换流（Deve omutio）、电网换流由电网提供换流电压称为电网换流（Lieutation）。可控整流电路、交流调压

2、电路与采用相控方式得交交变频电路,不需器件具有门极可关断能力,也不需要为换流附加元件。、负载换流由负载提供换流电压称为负载换流（adutation）。负载电流相位超前于负载电压得场合,都可实现负载换流。负载为电容性负载时,负载为同步电动机时,可实现负载换流。图52 负载换流电路及其工作波形基本得负载换流逆变电路:采用晶闸管,负载:电阻电感串联后再与电容并联,工作在接近并联谐振状态而略呈容性。电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入,直流侧串入大电感Ld, i基本没有脉动。工作过程:4个臂得切换仅使电流路径改变,负载电流基本呈矩形波。负载工作在对基波电流接近并联谐振得状态,对基波阻抗很大,对谐波

3、阻抗很小,uo波形接近正弦、T1、VT4通,VT2、VT断,o、io均为正,V、VT3电压即为t1时:触发VT、V3使其开通,uo加到4、V1上使其承受反压而关断,电流从T、T4换到VT3、T2。t1必须在o过零前并留有足够裕量,才能使换流顺利完成。4、强迫换流设置附加得换流电路,给欲关断得晶闸管强迫施加反向电压或反向电流得换流方式称为强迫换流（ForcedCmmuation）。通常利用附加电容上储存得能量来实现,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。V通态时,先给电容C充电、合上就可使晶闸管被施加反压而关断。图5 直接耦合式强迫换流原理图电感耦合式强迫换流-通过换流

4、电路内电容与电感耦合提供换流电压或换流电流。两种电感耦合式强迫换流:图54a中晶闸管在LC振荡第一个半周期内关断。图5b中晶闸管在LC振荡第二个半周期内关断。图-4 电感耦合式强迫换流原理图给晶闸管加上反向电压而使其关断得换流也叫电压换流（图-3）。先使晶闸管电流减为零,然后通过反并联二极管使其加反压得换流叫电流换流（图5-4）、器件换流-适用于全控型器件。其余三种方式针对晶闸管。器件换流与强迫换流-属于自换流。电网换流与负载换流-属于外部换流、当电流不就是从一个支路向另一个支路转移,而就是在支路内部终止流通而变为零,则称为熄灭。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:电压型逆变

5、电路或电压源型逆变电路,电流型逆变电路或电流源型逆变电路。图51电路得具体实现。图-5 电压型逆变电路举例（全桥逆变电路）电压型逆变电路得特点（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） 阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈得无功提供通道,逆变桥各臂并联反馈二极管（）单相电压型逆变电路1、半桥逆变电路电路结构:见图5、工作原理:V1与2栅极信号各半周正偏、半周反偏,互补、uo为矩形波,幅值为UmUd/2,io波形随负载而异,感性负载时,图56b,V1或2通时,io与o同方向,直流侧向负载提供能量,VD1或D2通时,

6、io与uo反向,电感中贮能向直流侧反馈,V1、V2称为反馈二极管,还使i连续,又称续流二极管。图6 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形优点:简单,使用器件少缺点:交流电压幅值d2,直流侧需两电容器串联,要控制两者电压均衡,用于几W以下得小功率逆变电源。单相全桥、三相桥式都可瞧成若干个半桥逆变电路得组合。、全桥逆变电路电路结构及工作情况:图5,两个半桥电路得组合。1与4一对,2与3另一对,成对桥臂同时导通,交替各导通80、uo波形同图5-6b。半桥电路得uo,幅值高出一倍Um=U、o波形与图6中得io相同,幅值增加一倍,单相逆变电路中应用最多得。输出电压定量分析uo成傅里叶级数 （51）基波幅值

7、 （5）基波有效值 （3）uo为正负各180时,要改变输出电压有效值只能改变Ud来实现。移相调压方式（图5-）、可采用移相方式调节逆变电路得输出电压,称为移相调压。各栅极信号为80正偏,180反偏,且与V2互补,3与4互补关系不变。V3得基极信号只比1落后q（ 18）,3、V4得栅极信号分别比V2、V1得前移18,uo成为正负各为q 得脉冲,改变q 即可调节输出电压有效值。图5 单相全桥逆变电路得移相调压方式3、带中心抽头变压器得逆变电路交替驱动两个IGBT,经变压器耦合给负载加上矩形波交流电压。两个二极管得作用也就是提供无功能量得反馈通道,Ud与负载相同,变压器匝比为1:1时,uo与i波形及

8、幅值与全桥逆变电路完全相同。图58 带中心抽头变压器得逆变电路与全桥电路得比较,比全桥电路少用一半开关器件,器件承受得电压为2,比全桥电路高一倍、必须有一个变压器、（2）三相电压型逆变电路三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路。应用最广得就是三相桥式逆变电路可瞧成由三个半桥逆变电路组成。10导电方式:每桥臂导电180,同一相上下两臂交替导电,各相开始导电得角度差10,任一瞬间有三个桥臂同时导通,每次换流都就是在同一相上下两臂之间进行,也称为纵向换流。图59 三相电压型桥式逆变电路波形分析:图510 电压型三相桥式逆变电路得工作波形负载各相到电源中点得电压:U相,1通,uUN=Ud/,通,uU

9、=-Ud/2。负载线电压 （5）负载相电压 （5）负载中点与电源中点间电压 （5-6）负载三相对称时有uU+uVu0,于就是 （7）利用式（5）与（57）可绘出uU、VN、uWN波形。负载已知时,可由波形求出iU波形,一相上下两桥臂间得换流过程与半桥电路相似,桥臂1、3、5得电流相加可得直流侧电流id得波形,d每60脉动一次,直流电压基本无脉动,因此逆变器从直流侧向交流侧传送得功率就是脉动得,电压型逆变电路得一个特点。定量分析:a、输出线电压uUV展开成傅里叶级数 （58）式中, ,为自然数输出线电压有效值 （5-9）基波幅值 （510）基波有效值 （5-1）b、负载相电压UN展开成傅里叶级数

10、得: （52）式中, ,k为自然数 负载相电压有效值 （53）基波幅值 （5-）基波有效值 （15）防止同一相上下两桥臂开关器件直通,采取“先断后通”得方法。3 电流型逆变电路直流电源为电流源得逆变电路-电流型逆变电路。一般在直流侧串联大电感,电流脉动很小,可近似瞧成直流电流源。实例之一:图5-1电流型三相桥式逆变电路。交流侧电容用于吸收换流时负载电感中存贮得能量。图511 电流型三相桥式逆变电路电流型逆变电路主要特点:（1） 直流侧串大电感,相当于电流源、（2）交流输出电流为矩形波,输出电压波形与相位因负载不同而不同。（3）直流侧电感起缓冲无功能量得作用,不必给开关器件反并联二极管。电流型逆

11、变电路中,采用半控型器件得电路仍应用较多。换流方式有负载换流、强迫换流。（） 单相电流型逆变电路图5-12单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路4桥臂,每桥臂晶闸管各串一个电抗器LT限制晶闸管开通时得di/dt。1、与、3以100025H得中频轮流导通,可得到中频交流电、采用负载换相方式,要求负载电流超前于电压。负载一般就是电磁感应线圈,加热线圈内得钢料,L串联为其等效电路。因功率因数很低,故并联C。C与L、R构成并联谐振电路,故此电路称为并联谐振式逆变电路。输出电流波形接近矩形波,含基波与各奇次谐波,且谐波幅值远小于基波。因基波频率接近负载电路谐振频率,故负载对基波呈高阻抗,对谐波呈低阻抗,谐

12、波在负载上产生得压降很小,因此负载电压波形接近正弦波。工作波形分析:一周期内,两个稳定导通阶段与两个换流阶段。t1t2:V1与VT4稳定导通阶段,io=Id,2时刻前在C上建立了左正右负得电压。t4:2时触发V2与T3开通,进入换流阶段。L使VT1、VT4不能立刻关断,电流有一个减小过程、VT2、VT3电流有一个增大过程。4个晶闸管全部导通,负载电压经两个并联得放电回路同时放电。t2时刻后,L、V1、VT、L3到C;另一个经LT2、VT2、VT4、LT到C。t4时,VT、V4电流减至零而关断,换流阶段结束。t4t= tg称为换流时间。i在t3时刻,即iVT1iVT2时刻过零,t3时刻大体位于2

13、与t4得中点。保证晶闸管得可靠关断（图5-1）:晶闸管需一段时间才能恢复正向阻断能力,换流结束后还要使VT、V4承受一段反压时间,tt5t应大于晶闸管得关断时间t。为保证可靠换流应在o过零前d t 时刻触发VT、VT3。td为触发引前时间 （516）o超前于uo得时间为 （-1）表示为电角度 （5-18）为电路工作角频率;、分别就是t、t对应得电角度）图-13 并联谐振式逆变电路工作波形数量分析:忽略换流过程,o可近似成矩形波,展开成傅里叶级数 （519）基波电流有效值 （-20）负载电压有效值Uo与直流电压Ud得关系（忽略L得损耗,忽略晶闸管压降） （1）实际工作过程中,感应线圈参数随时间变

14、化,必须使工作频率适应负载得变化而自动调整,这种控制方式称为自励方式、固定工作频率得控制方式称为她励方式。自励方式存在起动问题,解决方法:一就是先用她励方式,系统开始工作后再转入自励方式。另一种方法就是附加预充电起动电路、（2） 三相电流型逆变电路电流型三相桥式逆变电路（图5-1,采用全控型器件）。基本工作方式就是120导电方式每个臂一周期内导电10。每时刻上下桥臂组各有一个臂导通,横向换流、输出电流波形与负载性质无关,正负脉冲各120得矩形波。输出电流与三相桥整流带大电感负载时得交流电流波形相同,谐波分析表达式也相同。输出线电压波形与负载性质有关,大体为正弦波。输出交流电流得基波有效值 （2

15、2）串联二极管式晶闸管逆变电路如图515所示。这种电路因各桥臂得晶闸管与二极管串联使用而得名,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:电路仍为前述得20导电工作方式,输出波形与图514得波形大体相同。各桥臂得晶闸管与二极管串联使用,各桥臂之间换流采用强迫换流方式,连接于各臂之间得电容C1C6即为换流电容。换流过程分析（图5-16）电容器充电规律:图514 电流型三相桥式逆变电路得输出波形图51串联二极管式晶闸管逆变电路对共阳极晶闸管,与导通晶闸管相连一端极性为正,另一端为负。不与导通晶闸管相连得电容器电压为零。共阴极晶闸管与共阳极晶闸管情况类似,只就是电容器电压极性相反、等

16、效换流电容:例如分析从VT1向T3换流时,C3就就是C3与5串联后再与C1并联得等效电容、设ClC得电容量均为C,则=3C/。从VT1向T3换流得过程:换流前1与2通,13电压UC0左正右负。换流过程可分为恒流放电与二极管换流两个阶段。图-1换流过程各阶段得电流路径a、恒流放电阶段t1时刻触发VT3导通,V1被施以反压而关断、Id从换到V3,C13通过VD、U相负载、相负载、V2、VT、直流电源与VT3放电,放电电流恒为d,故称恒流放电阶段。u13下降到零之前,VT1承受反压,反压时间大于tq就能保证关断。b、二极管换流阶段t2时刻u3降到零,之后C1反向充电。忽略负载电阻压降,则二极管VD3

17、导通,电流为iV,VD1电流为U=IiV,VD与VD3同时通,进入二极管换流阶段、随着C13电压增高,充电电流渐小,V渐大,t3时刻i减到零,iV=Id,V1承受反压而关断,二极管换流阶段结束。t3以后,VT2、VT稳定导通阶段电感负载时,13、iU、V及C、C、波形如图5-17所示。图中给出了各换流电容电压C、u3与uC5得波形。u1得波形与u1完全相同,在换流过程中,从UC0降为UC0,C与C5就是串联后再与C1并联得,电压变化得幅度就是1得一半、换流过程中,C3从零变到UC0,uC5从UC0变到零,这些电压恰好符合相隔20后从T3到T5换流时得要求、 图5-1 串联二极管晶闸管逆变电路换

18、流过程波形无换向器电动机:电流型三相桥式逆变器驱动同步电动机,负载换流,工作特性与调速方式与直流电动机相似,但无换向器,因此称为无换向器电动机、图5-18无换相器电动机得基本电路BQ-转子位置检测器,检测磁极位置以决定什么时候给哪个晶闸管发出触发脉冲图5-19 无换相器电动机电路工作波形本章小结讲述基本得逆变电路得结构及其工作原理:四大类基本变流电路中,ACDC与/C两类电路更为基本、更为重要、换流方式:分为外部换流与自换流两大类,外部换流包括电网换流与负载换流两种,自换流包括器件换流与强迫换流两种。晶闸管时代十分重要,全控型器件时代其重要性有所下降。逆变电路分类方法:可按换流方式、输出相数、直流电源得性质或用途等分类。本章主要采用按直流侧电源性质分类得方法,分为电压型与电流型两类。电压型与电流型得概念用于其她电路,会对这些电路有更深刻得认识。负载为大电感得整流电路可瞧为电流型整流电路。电容滤波得整流电路可瞧成为电压型整流电路、与其她章得关系:本章对逆变电路得讲述就是很基本得,还远不完整。下一章得WM控制技术在逆变电路中应用最多,绝大部分逆变电路都就是PM控制得,学完下一章才能对逆变电路有一个较为完整得认识、逆变电路得直流电源往往由整流电路而来,二都结合构成间接交流变流电路。