詳細(xì)逆變電路原理分析PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 詳細(xì)逆變電路原理分析詳細(xì)逆變電路原理分析 1 1）定義：）定義：將逆變電路的交流側(cè)接到交流電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻將逆變電路的交流側(cè)接到交流電網(wǎng)上，把直流電逆變成同頻 率的交流電反送到電網(wǎng)去。率的交流電反送到電網(wǎng)去。 2 2）應(yīng)用：）應(yīng)用：直流電機(jī)的可逆調(diào)速、繞線型異步電機(jī)的串級(jí)調(diào)速、高壓直直流電機(jī)的可逆調(diào)速、繞線型異步電機(jī)的串級(jí)調(diào)速、高壓直 流輸電和太陽(yáng)能發(fā)電等方面。流輸電和太陽(yáng)能發(fā)電等方面。 1 1）定義：）定義：逆變器的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而是直接接到負(fù)載，即將直逆變器的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而是直接接到負(fù)載，即將直 流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流電供給負(fù)載流電逆變成某一頻

2、率或可變頻率的交流電供給負(fù)載 2 2）應(yīng)用：）應(yīng)用：它在交流電機(jī)變頻調(diào)速、感應(yīng)加熱、不停電電源等方面應(yīng)用它在交流電機(jī)變頻調(diào)速、感應(yīng)加熱、不停電電源等方面應(yīng)用 十分廣泛，是構(gòu)成電力電子技術(shù)的重要內(nèi)容。十分廣泛，是構(gòu)成電力電子技術(shù)的重要內(nèi)容。 1 1、有源逆變、有源逆變: : 2 2、無(wú)源逆變、無(wú)源逆變： 第1頁(yè)/共31頁(yè) （2 2）總諧波系數(shù)：總諧波系數(shù)表征了一個(gè)實(shí)際波形）總諧波系數(shù)：總諧波系數(shù)表征了一個(gè)實(shí)際波形 同其基波的接近程度。同其基波的接近程度。 （5 5）電磁干擾（）電磁干擾（EMIEMI）和電磁兼容性（）和電磁兼容性（EMCEMC） （3 3）逆變效率）逆變效率 （4 4）單位重量的

3、輸出功率）單位重量的輸出功率: :衡量逆變器輸出率密度的衡量逆變器輸出率密度的 指標(biāo)。指標(biāo)。 第2頁(yè)/共31頁(yè) （1 1）、根據(jù)輸入直流電源特點(diǎn)分類(lèi)）、根據(jù)輸入直流電源特點(diǎn)分類(lèi) 半橋式逆變電路；半橋式逆變電路； 全橋式逆變電路；全橋式逆變電路； 推換式逆變電路；推換式逆變電路； 其他形式：如單管晶體管逆變電路。其他形式：如單管晶體管逆變電路。 （2 2）、根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)）、根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi) 第3頁(yè)/共31頁(yè) （3 3）、根據(jù)換流方式分類(lèi)）、根據(jù)換流方式分類(lèi) （4 4）、根據(jù)負(fù)載特點(diǎn)分類(lèi)）、根據(jù)負(fù)載特點(diǎn)分類(lèi) 非諧振式逆變電路非諧振式逆變電路 諧振式逆變電路諧振式逆變電路 負(fù)載換流型

4、逆變電路；負(fù)載換流型逆變電路； 脈沖換流型逆變電路；脈沖換流型逆變電路； 自換流型逆變電路。自換流型逆變電路。 第4頁(yè)/共31頁(yè) 2 2、可以做成恒頻恒壓電源（、可以做成恒頻恒壓電源（CVCFCVCF），其典型代表為），其典型代表為 不間斷電源（不間斷電源（UPSUPS）、航空機(jī)載電源、機(jī)車(chē)照明，通信等）、航空機(jī)載電源、機(jī)車(chē)照明，通信等 輔助電源也要用輔助電源也要用CVCFCVCF電源。電源。 3 3、可以做成感應(yīng)加熱電源，例如中頻電源，、可以做成感應(yīng)加熱電源，例如中頻電源， 高頻電源等。高頻電源等。 逆變器的用途十分廣泛：逆變器的用途十分廣泛： 返回返回 第5頁(yè)/共31頁(yè) 圖圖4.2.1 單

5、相橋式逆變電路工作原理單相橋式逆變電路工作原理 1、主要功能、主要功能: 圖圖4.2.1(a)中主電路開(kāi)關(guān)中主電路開(kāi)關(guān)T1T4，它實(shí)際是各種半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的，它實(shí)際是各種半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的 一種理想模型。逆變電路中常用的開(kāi)關(guān)器件有快速晶閘管、可關(guān)一種理想模型。逆變電路中常用的開(kāi)關(guān)器件有快速晶閘管、可關(guān) 斷晶閘管（斷晶閘管（GTO）、功率晶體管（）、功率晶體管（GTR）、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管）、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管 （MOSFET）、絕緣柵晶體管（）、絕緣柵晶體管（IGBT）。）。 將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流電供給負(fù)載。將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流電供給負(fù)載。 2、工作原理、工作原理

6、： 返回返回 第6頁(yè)/共31頁(yè) 1.1.電壓型逆變電路電壓型逆變電路半橋逆變電路結(jié)構(gòu)及波形：半橋逆變電路結(jié)構(gòu)及波形： 4.3.1 4.3.1 電壓型單相半橋逆變電路電壓型單相半橋逆變電路 4.3 4.3 電壓型逆變電路電壓型逆變電路 動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà) 第7頁(yè)/共31頁(yè) 22 1 2 2/ 0 d T d S O U dt U T U S tn n U u n d o sin 2 ,5,3, 1 d d O U U U45. 0 2 2 1 (4.3.1) (4.3.2) (4.3.3) s f 2 第8頁(yè)/共31頁(yè) 圖圖4.3.1 電壓型半橋逆變電路及其電壓電流波形電壓型半橋逆變電路及其電壓電流波形

7、2 2、工作原理：工作原理： 緩緩 沖沖 電電 感感 反反 饋饋 的的 無(wú)無(wú) 功功 能能 量量 第9頁(yè)/共31頁(yè) 1）交流電壓幅值僅為）交流電壓幅值僅為Ud/2； 2）直流側(cè)需分壓電容器；）直流側(cè)需分壓電容器； 3 3）為了使負(fù)載電壓接近正弦波通常在輸出端）為了使負(fù)載電壓接近正弦波通常在輸出端 要要 接接LC濾波器，輸出濾波器濾波器，輸出濾波器LC濾除逆變器輸濾除逆變器輸 出電壓中的高次諧波。出電壓中的高次諧波。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 簡(jiǎn)單，使用器件少；簡(jiǎn)單，使用器件少； 應(yīng)用：應(yīng)用：用于幾用于幾kW以下的小功率逆變電源；以下的小功率逆變電源； 第10頁(yè)/共31頁(yè) 1、電路工作過(guò)程：、電路工作過(guò)程：

8、第11頁(yè)/共31頁(yè) 圖圖4.3.2 電壓型單相全橋逆變電路和電壓、電流波形圖電壓型單相全橋逆變電路和電壓、電流波形圖 (4.3.6) d d O U U U9 . 0 2 4 1 d T d s O UdtU T U s 2 2/ 0 1 tn n U u n d o sin 4 , 5, 3, 1 (4.3.4) (4.3.5) 同單相半橋逆變電路相比，在相同負(fù)載的情況下，其輸出電壓和輸出電流的幅值為單相半橋逆變電路的兩倍。同單相半橋逆變電路相比，在相同負(fù)載的情況下，其輸出電壓和輸出電流的幅值為單相半橋逆變電路的兩倍。 1 1）純電阻負(fù)載時(shí)）純電阻負(fù)載時(shí) 第12頁(yè)/共31頁(yè) 圖圖4.3.2

9、電壓型單相全橋逆電壓型單相全橋逆 變變 電路和電壓、電流波形圖電路和電壓、電流波形圖 2 2）電感負(fù)載時(shí)）電感負(fù)載時(shí) 2 2 s omo d T I L dt di LU d s om U L T I 4 由由 可得負(fù)載電流峰值為：可得負(fù)載電流峰值為： (4.3.7) 第13頁(yè)/共31頁(yè) 3 3）阻感負(fù)載）阻感負(fù)載RLRL時(shí)時(shí) 圖圖4.3.2 電壓型單相全橋逆電壓型單相全橋逆 變變 電路和電壓、電流波形圖電路和電壓、電流波形圖 圖圖4.3.2(e)所示是所示是RL負(fù)載時(shí)直流電源輸負(fù)載時(shí)直流電源輸 入電流的波形。圖入電流的波形。圖4.3.2(f)所示是所示是RL負(fù)載時(shí)負(fù)載時(shí) 直流電源輸入電流的波

10、形。直流電源輸入電流的波形。 第14頁(yè)/共31頁(yè) 圖圖4.3.3 電壓型三相橋式逆變電路電壓型三相橋式逆變電路 1 1、工作過(guò)程：、工作過(guò)程： 第15頁(yè)/共31頁(yè) dca dbc ab Uu Uu u0 dcN dbN daN Uu Uu Uu 3 2 3 1 3 1 2 2、各相負(fù)載相電壓和線電壓波形：、各相負(fù)載相電壓和線電壓波形： 根據(jù)同樣的思路可得其余根據(jù)同樣的思路可得其余5個(gè)時(shí)域的值個(gè)時(shí)域的值 線線 電電 壓壓 相相 電電 壓壓 圖圖4.3.4 4.3.4 電壓型三相橋式逆變電路及其工作波形電壓型三相橋式逆變電路及其工作波形 式中式中Ud為逆變器輸入直流電壓。為逆變器輸入直流電壓。 第

11、16頁(yè)/共31頁(yè) 3 3、負(fù)載相電壓和線電壓幅值分析：、負(fù)載相電壓和線電壓幅值分析： 利用博里葉分析，其利用博里葉分析，其相電壓的瞬時(shí)值相電壓的瞬時(shí)值為為 ： ttttt U u d BN 13sin 13 1 11sin 11 1 7sin 7 1 5sin 5 1 sin 2 d mBN U U 2 1 相電壓基波幅值相電壓基波幅值 (4.3.8) (4.3.9) 由上式可知，負(fù)載相電壓中無(wú)由上式可知，負(fù)載相電壓中無(wú)3次諧波，只含更高階奇次諧波，次諧波，只含更高階奇次諧波，n次諧次諧 波幅值為基波幅值的波幅值為基波幅值的1/n。 其其線電壓的瞬時(shí)值線電壓的瞬時(shí)值為：為： ttttt U u

12、 d BC 13sin 13 1 11sin 11 1 7sin 7 1 5sin 5 1 sin 32 線電壓基波幅值線電壓基波幅值 d m BC U U 2 1 (4.3.11) (4.3.10) 由上式可知，負(fù)載由上式可知，負(fù)載線線電壓中無(wú)電壓中無(wú)3次諧波，只含更高階奇次諧波，次諧波，只含更高階奇次諧波，n次諧次諧 波幅值為基波幅值的波幅值為基波幅值的1/n。 第17頁(yè)/共31頁(yè) 表表4.3.1三相橋式逆變電路的工作狀態(tài)表三相橋式逆變電路的工作狀態(tài)表 返回返回 第18頁(yè)/共31頁(yè) 圖圖4.4.1 電流型單相橋式電流型單相橋式 逆變電路及電流波形逆變電路及電流波形 1、電路工作過(guò)程：、電路

13、工作過(guò)程： 防反相高壓防反相高壓 恒流大電感恒流大電感 4.4 4.4 電流型逆變電路電流型逆變電路 第19頁(yè)/共31頁(yè) (4.4.1) (4.4.2) (4.4.3) )5sin 5 1 3sin 3 1 (sin 4 ttt I i d o d d m I I I27. 1 4 01 d d I I I9 . 0 2 4 01 將圖將圖4.4.1（b）所示的電流波形所示的電流波形i0展開(kāi)成傅氏級(jí)數(shù)展開(kāi)成傅氏級(jí)數(shù),有有 2、電流波形參數(shù)計(jì)算：、電流波形參數(shù)計(jì)算： 圖圖4.4.1 電流型單相橋式電流型單相橋式 逆變電路及電流波形逆變電路及電流波形 第20頁(yè)/共31頁(yè) 圖圖4.4.3 電流型三相

14、橋式逆變電路原理圖及輸出電流波形電流型三相橋式逆變電路原理圖及輸出電流波形 (4.4.4) 1、工作方式、工作方式: 輸出電流的基波有效值輸出電流的基波有效值I01和直和直 流電流流電流Id的關(guān)系式為：的關(guān)系式為： dd III78. 0 6 01 返回返回 第21頁(yè)/共31頁(yè) 返回返回 第22頁(yè)/共31頁(yè) 圖圖4.6.1 并聯(lián)諧振式逆變電路的原理圖并聯(lián)諧振式逆變電路的原理圖 、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu): : 小電感，限制晶閘管電流上升率小電感，限制晶閘管電流上升率 大濾波電感大濾波電感 第23頁(yè)/共31頁(yè) 圖圖4.6.3 并聯(lián)諧振式逆變電路原理圖及其工作波形并聯(lián)諧振式逆變電路原理圖及其工作波形 、

15、工作原理：、工作原理： 第24頁(yè)/共31頁(yè) 圖圖4.6.2 并聯(lián)諧振式逆變電路換流的工作過(guò)程并聯(lián)諧振式逆變電路換流的工作過(guò)程 逆變電路換流的工作過(guò)程逆變電路換流的工作過(guò)程 第25頁(yè)/共31頁(yè) 圖圖4.6.3 并聯(lián)諧振式逆變并聯(lián)諧振式逆變 電路原理圖及其工作波電路原理圖及其工作波 形形 第26頁(yè)/共31頁(yè) 圖圖4.6.3 并聯(lián)諧振式逆變并聯(lián)諧振式逆變 工作波形工作波形 （4.6.2） （4.6.1） qrf kttt ) 2 ( t tr 第27頁(yè)/共31頁(yè) ttt I i d 5sin 5 1 3sin 3 1 sin 4 0 d d I I I9.0 2 4 01 ddi IUP cos 010I UPo cos 11.1 cos22 0 dd UU U (4.6.4) (4.6.5) (4.6.7) 其基波其基波電流有效電流有效 值值 逆變電路的輸入功率逆變電路的輸入功率Pi為為 逆變電路的輸出功率逆變電路的輸出功率Po為為 因?yàn)橐驗(yàn)镻o=Pi，于是可求得，于是可求得 負(fù)