电力电子演示文稿第五六章

第五章 逆变电路逆变电路一般是指无源逆变。第二章的整流 电路工作在逆变状态时的情况属有源逆变。 逆变电路的应用非常广泛，蓄电池、太阳能 电池等都是直流电源，当用电池向交流负载供电 时，就需要逆变电路。变频器、不间断电源等装 置的核心部分都是逆变电路。

5.1 换流方式

电力电子电路中元件会频繁地关断和导通， 电流会从一个支路转向另一支路，称为换流。 对交流电路元件的关断是靠交流电压过零变 负来实现的，其换流比较容易。而对于直流电路， 晶闸管不可能依靠电源变负来关断，所以我们要 研究的换流方式。

5.1.1 换流方式分类换流方式可分为以下几种： 1、器件换流 利用全控型器件的自关断能力进行换流的 称为器件换流。例如采用绝缘栅双极晶体管 IGBT、电力场效应晶体管MOSFET、门极可关 断晶闸管GTO、电力晶体管GTR等，其电路的 换流方式都为器件换流。 2、电网换流 由电网提供换流所需的负电压进行换流的 称为电网换流。这种换流方式只适用于以交流 电为电源的场合。

3、负载换流利用容性负载电流超前于电压的特性进行换 流，称为负载换流。它适用于既没有交流电源， 又未使用全控型器件器件的场合。。 下图为负载换流电路，电路中直流电流近 似为恒值，由于负载为容性负载，电容两端电压 不能突变，所以在电流换相后，电压逐渐上升， 使负载电压接近正弦波。

工作原理：首先VT1、VT4 导通，u0 、i0均为正，在触发 VT2、VT3后其导通，因负载为容性负载，在电流反 向后，经过一段时间电压才反向，原方向的负载电 压u0给VT1、VT4施加反压，使VT1、VT4关断。电流 从VT1、VT4转移到VT2、VT3。 利用容性负载电压滞后于电流的特点，使负载 电压u0给VT1、VT4施加反压，以保证其可靠关断。

4、强迫换流 设置附加的换流电路来达到换流的方式称 为强迫换流。强迫换流一般是利用电容上储存 的能量进行换流，也称为电容换流见图5-3。 图5-4为两种电感耦合式强迫换流电路。

图 5-4a 中，接通 S 后， C 放电，放到电流将与 VT中电流相抵消，直到VT中电流为零，然后，LC支 路的电流经 VD 续流，这时 VD 给 VT 施加反压使其关 断。 图5-4 b中，接通S后，电流先经VT流通，并给C 反充电；当C冲至反向电压最大时，电流反向，并和 VT中电流相抵，当VT中电流为零后，LC中的电流经 VD续流，这时VD给VT施加反压使其关断。

5.2 电压型逆变电路逆变电路根据直流侧电源性质的不同分为两种：直 流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧为电流源 的称为电流型逆变电路。 5.2.1 单相电压型逆变电路 1、半桥逆变电路

工作原理如下：负载为感性负载，i0滞后于u0, 先使V1导通，u0为正，i0为正，且逐渐增大； t2时刻， V1关断，由于i0不能瞬时反向，经VD2续流，则 V2不能立即导通； t3时刻，当i0=0,VD2截止，则V2导通，u0为负，i0为负； t4 时刻，关断 V2 ,同理，先经 VD1 续流，然后待 i0=0 后， V1才真正导通。 此电路虽然使用的元件少，但输出电压仅为输入电 压的1/2,应用不多。一般是使用它组成单相桥式逆变电 路和三相桥式逆变电路。

2、单相桥式逆变电路因输入侧并大电容，所以为电压型逆变电路。 当V1和V4 同时加正向栅极信号时，输出电压为正u0, 当V2和V3 同时加正向栅极信号时，输出电压为-u0, 可以达到逆变目的。 如果进一步使输出电压大小可调，栅极信号如下。

工作原理如下：V 的栅极信号和V1的不同步，而是相差一定角度，这样， 输出电压变为正负各θ度的交流电压。改变θ,即可调节输 出电压的大小。 开始时V1V4导通，输出电压为U0,t1时刻V3 V4信号反向， V4截止，因电流不能突变，通过V1 VD3续流，输出电压为 零； 到t2时刻，V1V2栅极信号反向，V1截止，V2不能立刻导通， 经VD2和VD3续流，输出电压为-U0; 到负载电流过零并反向时，VD2VD3截止，V2V3开始导通， 输出电压仍为-U0 。 工作过程为： V1V4 ——V1 VD3 ——VD2和VD3 ——V2V3 U0为正 U0为0 U0为负 U0为负 4

5.2.2 三相电压型逆变电路此电路应用最广，它由三个半桥电路组合而成， 负载为对称负载。其工作方式有180° 导电型和 120°导电型两种。

180°导电型：每管导通180°,同一桥臂上的两个 管子轮流导通(1#、4#轮流导通),任一瞬时都有三个 元件同时导通。三相间触发时间相差120°。每次换相都 在同一桥臂中进行。 这样，输出电压波形分析如下： 设电路中电源侧中性点为N’, 负载侧中性点为N, 相电压为uun’ uvn’ uwn’, 线电压为：uuv= uun’ –uvn’

2、 求负载电压uun:

按60°分段来求: 第一段：见下图，由于电阻 分压作用，

1 Ruw R 2 1 Uun Ud 3

2 Uvn Ud 3

第二段：1 Rvw R 2 2 Uun Ud 3每相电流波形可由 uun 求出，直流电源侧电流波形为 三相桥臂电流之和，每隔60°脉动一次。 使用 180°导电型时，为防止电源短路，同一桥臂上 的两个元件不能同时导通，应采取先断后通的控制方式， 且需有等待时间，使控制出现“死区”。 若使用120°导电型，则不会出现短路现象，但其电 源利用率低，因此180°使用较多。

5.3

电流型逆变电路

输入直流侧为电流源(串大电感时)的逆变 电路称为电流型逆变电路。 电流型逆变电路中采用半控型器件的电路较 多

,其换流方式为负载换流或强迫换流，学习中 应多加留意。 5.3.1 单相电流型逆变电路 该电路主要用于中频加热，一般输出1000— 2500的中频交流电。

电路中的关断方式为负载换流方式，即负载 必须为容性负载。 工作原理： 使 VT1 、VT4和 VT2、 VT3 管轮流导通，即可在负载 上得到交流电。 t1时刻，VT1、VT4导通，I0=Id,C充电为左正右负。 t2时刻，VT2、VT3导通，由于串联LT1LT2故VT1、VT4不 能马上关断，到t4时刻才能关断，同理VT2、VT3到t4时 刻才导通。 负载电流如图，过零点 t3=1/2 ( t4- t2 ),负载电压滞 后于电流，如图。