第六章无源逆变电路

第六章无源逆变电路 北方交通大学电气工程系

6.1 无源逆变电路的原理及分类 • 无源逆变直流  交流（向负载直接供电） • 变频器 • 既能调压又能调频 • 无源逆变器 • 旋转变频器 • 静止变频器 • 交－交变频器 • 直－交变频器北方交通大学电气工程系

单相桥式逆变电路示意图 • 组成： • 主电路 • 门控电路 • 控制电路北方交通大学电气工程系

单相桥式逆变电路的原理（R负载） • 主电路 • 波形图 • 输出电压（图 b） • 输出电流（图 c） • 直流输入电流（图 d）北方交通大学电气工程系

单相桥式逆变电路的原理（L负载） • 主电路 • 波形图 • 输出电压（图 b） • 输出电流（图 c） • 直流输入电流（图 d）北方交通大学电气工程系

单相半桥GTO逆变电路及波形 • 主电路 • 波形图 • 输出电压（图 b） • 输出电流（图 c）北方交通大学电气工程系

单相零式逆变电路及波形 • 主电路 • 波形图 • 见右图北方交通大学电气工程系

感性负载下SCR单相零式逆变电路 北方交通大学电气工程系

M相零式逆变电路的简化原理图 北方交通大学电气工程系

按结构分类 桥式零式按电网相数分类单相多相按器件分类半控型全控型按调制方法分类 SPWM 阶梯波按导通的角度分类 180 120 按强迫换流的特点谐振型并联电容型等逆变器的基本类型北方交通大学电气工程系

逆变器的基本类型（续） • 按储能元件的性质分类 • 电压型逆变器 • 电流型逆变器北方交通大学电气工程系

6.2 三相桥式逆变电路的原理及参数 • 电路结构北方交通大学电气工程系

根据各管导通时间分： • 180 导通型 • 120导通型 • 线电压由相电压相减得出北方交通大学电气工程系

180 导通型各阶段的等值电路及电压值 北方交通大学电气工程系

180 导通型三相逆变器的输出波形 相电压波形线电压波形北方交通大学电气工程系

180 导通型三相逆变器的参数 • 相电压表达式 • 线电压表达式北方交通大学电气工程系

180 导通型三相逆变器的参数（续） • 相电压有效值 • 线电压有效值北方交通大学电气工程系

120 导通型三相逆变器的输出波形 相电压波形线电压波形北方交通大学电气工程系

180 导通方式和 120 导通方式的比较： • 120 方式上下两管间有60的间隙，对换流有利，但是管子的利用率低，且若采用星形接法，则始终有一相断开，在换流时会引起较高的感应电势，而180 方式无论在三角形还是星形接法时，正常工作都不会产生过电压，故180方式应用较为普遍。北方交通大学电气工程系

感性负载情况 • 负载电流滞后角小于60  （a）A相电压波形（b）A相电流波形（c）T1的电流波形（d）D4的电流波形（e）直流输入电流北方交通大学电气工程系

感性负载情况（续） • 负载电流滞后角大于60  北方交通大学电气工程系

感性负载下逆变器中可能有三种电流： • 功率电流它通过两个或三个逆变管，将能量从直流电源送到负载。 • 环路电流它在逆变器内部经过一个逆变管和一个反馈二极管，形成环流，但此环流不经过电源。 • 反馈电流它通过两个反馈二极管将负载的能量反馈到直流电源中去。北方交通大学电气工程系

逆变器的能量反馈及电机的再生制动图 电压型的能量反馈电流型的能量反馈北方交通大学电气工程系

逆变器－感应电动机系统的电压矢量 北方交通大学电气工程系

6.3 IGBT三相逆变电路和三点式逆变电路 • IGBT三相逆变器电路图北方交通大学电气工程系

六阶梯波时的电压、电流波形 • PWM时的电压、电流波形北方交通大学电气工程系

IGBT的选择 • 电压定额的选择额定电压 = 输入的AC电源电压× ＋再生电压增加值＋浪涌电压简化公式： US：交流电源的峰值电压 K1：电网电压波动系数，K1 1.15 K2：直流中间回路有反馈时的泵升电压K2 1.2 K3：必要的电压安全系数，K3 1.3～1.5 北方交通大学电气工程系

电流定额的选择 cos : 电动机的功率因数 U : 交流电源相电压有效值 K4 : 电流的安全系数，取K4 = 2 K5 : 电流脉动率，取K5 = 1.2 北方交通大学电气工程系

三点式（三电平）逆变电路示意图 北方交通大学电气工程系

三点式（三电平）逆变电路的 A 相电路 (a) Holtz电路 (b) Nabae电路北方交通大学电气工程系

三点式逆变器的输出电压波形 • 逆变器的相电压波形 (a) 方波输出 (b) PWM方式输出北方交通大学电气工程系

三点式逆变电路在不同控制角时的负载相电压波形三点式逆变电路在不同控制角时的负载相电压波形北方交通大学电气工程系

GTO的定额选择 • 电压定额 US：交流电源的电压有效值 K1：电网电压波动系数，K1 1.15 K2：直流中间回路的反馈电压，K2 1.2 • 电流定额 IL：负载电流的有效值 K4 、K5：考虑安全裕量和电流脉动，这里取 2和1.2。北方交通大学电气工程系

续流二极管的定额和特性选择 • 续流二极管的电流定额为主管GTO电流定额的1/3左右。 • 二极管的反向恢复特性及 Ldi r/dt 北方交通大学电气工程系

定义相对软恢复度为，反向恢复电荷为Qr，则定义相对软恢复度为，反向恢复电荷为Qr，则  = ta / tb ta：反向恢复电流 ir从零开始到峰值的时间 tb：反向恢复电流 ir 从峰值降到接近零的时间北方交通大学电气工程系

6.4 SCR及IGBT谐振式逆变电路 • SCR的几种换流方法 • 电网换流 • 利用电网电压自动过零并变负来换流 • 强迫换流 • 电压换流型 • 电流换流型 • 负载换流北方交通大学电气工程系

并联谐振式晶闸管逆变器 北方交通大学电气工程系

串联谐振式晶闸管逆变器 • T > 2T0 工况北方交通大学电气工程系

串联谐振式晶闸管逆变器（续） T = 2T0 工况 T < 2T0 工况北方交通大学电气工程系

全控型器件构成的谐振型逆变器 北方交通大学电气工程系

6.5 McMurray SCR三相逆变电路 • 电路原理北方交通大学电气工程系

分析换流时假设： • 在换流过程中负载电流不变。 • 直流电源电压不变。 • 晶闸管的开通时间 ton和晶闸管的关断时间 toff 都是微秒级，相对换流过程快得多，可以忽略不计。北方交通大学电气工程系

换流过程 北方交通大学电气工程系

麦氏电路感性负载时换流过程的波形 (a) 电流波形 (b)相电压波形 (c)电容器电压波形北方交通大学电气工程系

具有恒流充电阶段的换流过程波形 北方交通大学电气工程系

6.6 电流型（源）逆变电路 • 优点： • 由于有大电感抑流，短路的危险性也比电压型逆变器小得多。电路对晶闸管关断时间（即晶闸管的快速性）的要求比电压型逆变器的要求低，电路相对电压型也比较简单，造价略低。北方交通大学电气工程系

全控型电力电子器件的电流型逆变电路 • 主电路北方交通大学电气工程系

波形图 (a) 相电压 (b) 线电压 (c) PWM时的相电流北方交通大学电气工程系

表达式 • 相电流 • 线电流北方交通大学电气工程系

理想情况下，相电流中： • 基波电流的幅值为 • 基波电流有效值为 • 相电流的有效值为北方交通大学电气工程系

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