電力電子(第12次課,第4章)-20131202-19

1、1第六章交流第六章交流-交流變流電路交流變流電路 第第 12 次次武武 建建 文文助教：伍勃助教：伍勃 F107，電話：，電話：823383842013.12.03 （周二）（周二）,上午上午 第第12節(jié)節(jié)(08:0009:45) 班級：班級： 11032123 ， C1022013.12.03（周二）（周二）,下午下午 第第56節(jié)節(jié)(14:0015:45) 班級：班級： 11032426 ，主，主409課件郵件：課件郵件：密碼：密碼：beihang124.2.2 4.2.2 三相全橋電壓型逆變電路（三相全橋電壓型逆變電路（1 1）主電路拓?fù)鋱D元件序號與交流調(diào)壓電路相同三個(gè)單相逆變電路可組合成

2、一個(gè)三相逆變電路可看成由三個(gè)半橋逆變電路組成 應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路 。180導(dǎo)電方式：導(dǎo)電方式：,V1,V2,V3,V4,V5,V6按順序?qū)?。按順序?qū)?。每橋臂?dǎo)電180，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差120任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱為縱向換流縱向換流 3 同單相逆變電路：導(dǎo)通原則：導(dǎo)通原則： 柵極信號為正的橋臂導(dǎo)通（如柵極信號為正的橋臂導(dǎo)通（如V1橋臂）橋臂） 若電流為若電流為IGBT的正方向則其導(dǎo)通（如的正方向則其導(dǎo)通（如V1 ），）， 若為若為IGBT負(fù)方向，則其并聯(lián)二極管導(dǎo)通（如負(fù)方向，則其并聯(lián)二極管導(dǎo)通（如VD1 ），

3、），輸出電壓：輸出電壓： 可視導(dǎo)通橋臂為短接導(dǎo)線，看輸出電壓與可視導(dǎo)通橋臂為短接導(dǎo)線，看輸出電壓與Ud的關(guān)系的關(guān)系這樣根據(jù)柵極信號可畫出這樣根據(jù)柵極信號可畫出U，V，W與假想中性點(diǎn)與假想中性點(diǎn)N之間的電壓之間的電壓UNVNWN,uuu波形波形4.2.2 三相全橋電壓型逆變電路（三相全橋電壓型逆變電路（2）44.2.2 4.2.2 三相全橋電壓型逆變電路三相全橋電壓型逆變電路VWVNW NW UW NUNVNNVUUuuuuuuuuu=式（式（1）這樣可畫出這樣可畫出波形波形求：線電壓求：線電壓VWVWUUuuu 、54.2.2 4.2.2 三相全橋電壓型逆變電路（三相全橋電壓型逆變電路（3 3

4、）UNUNNNVNVNNNW NW NNNuuuuuuuuu=NNUNVNWNUNVNWNUNVNWNx1111()()= ()3333uuuuuuuuuuu以上以上3式相加得：式相加得：式（式（2）求：相電壓和求：相電壓和uNN64.2.2 4.2.2 三相全橋電壓型逆變電路（三相全橋電壓型逆變電路（4 4）當(dāng)上面有當(dāng)上面有2個(gè)橋臂導(dǎo)通（如個(gè)橋臂導(dǎo)通（如V1和和V5），），下面有下面有1個(gè)橋臂導(dǎo)通（如個(gè)橋臂導(dǎo)通（如V6）時(shí)）時(shí) uUN= uWN= Ud/3 （上面（上面2個(gè)導(dǎo)通臂），個(gè)導(dǎo)通臂），uVN=- 2Ud/3 （下面（下面1個(gè)導(dǎo)通臂），個(gè)導(dǎo)通臂）， （相電壓之和為（相電壓之和為0）利

5、用分解法求利用分解法求: :下面求相電壓和：下面求相電壓和：UNVNWNxuuuudddUNVNWN2=-+=0333xUUUuuuu，74.2.2 4.2.2 三相全橋電壓型逆變電路（三相全橋電壓型逆變電路（4 4）當(dāng)下面有當(dāng)下面有2個(gè)橋臂導(dǎo)通（如個(gè)橋臂導(dǎo)通（如V6和和V2），），上面有上面有1個(gè)橋臂導(dǎo)通（如個(gè)橋臂導(dǎo)通（如V1）時(shí)）時(shí)uUN=2Ud/3（上面（上面1個(gè)導(dǎo)通臂），個(gè)導(dǎo)通臂），uVN= uWN= -Ud/3（下面（下面2個(gè)導(dǎo)通臂），個(gè)導(dǎo)通臂）， （相電壓之和也為（相電壓之和也為0）dddUNVNWN2=-=0333xUUUuuuu，84.2.2 4.2.2 三相全橋電壓型逆變電路

6、（三相全橋電壓型逆變電路（5 5）NNuNNUNVNWNUNVNWNUUNVNWNNWNNV11()()3311()(0)331()3uuuuuuuuuuuuu=這樣可畫出這樣可畫出波形波形94.2.2 4.2.2 三相全橋電壓型逆變電路（三相全橋電壓型逆變電路（5 5）VNVNNNW NW NUNNNNNNUuuuuuuuuu=進(jìn)而畫出相電壓進(jìn)而畫出相電壓波形：波形：VNVNNNVNUNWNWNWNNNWNUNVUNUNNNUNWNVNN211333211333211333uuuuuuuuuuuuuuuuuu=方法方法1：方法方法2：不需求不需求uNN將將利用利用uNN求求NNUNVNWN1

7、()3uuuu代入（代入（1）式）式（1）104.2.2 4.2.2 三相全橋電壓型逆變電路（三相全橋電壓型逆變電路（8 8）id為三個(gè)上橋臂電流之和。是V1,VD1;V3,VD3;V5,VD5電流之和。而不是iU ,iV ,iW之和。iU ,iV ,iW之和為0。為分析方便也可以認(rèn)為是：1、上橋臂僅一個(gè)導(dǎo)通時(shí)id=該橋臂電流，如上橋臂僅V1導(dǎo)通id=iu2、下橋臂僅一個(gè)導(dǎo)通時(shí)id=-該橋臂電流，如下橋臂僅V1導(dǎo)通id=-iu求：求：id 114.2.2 4.2.2 三相全橋電壓型逆變電路（三相全橋電壓型逆變電路（6 6）1 1、當(dāng)上橋臂僅一個(gè)管子如、當(dāng)上橋臂僅一個(gè)管子如V1V1導(dǎo)通時(shí)：導(dǎo)通時(shí)

8、： UN2,13ddduuUiii=對 應(yīng) 峰 值 前 第 段 ,124.2.2 4.2.2 三相全橋電壓型逆變電路（三相全橋電壓型逆變電路（7 7）2 2、當(dāng)下橋臂僅一個(gè)管子如、當(dāng)下橋臂僅一個(gè)管子如V4V4導(dǎo)通時(shí)：導(dǎo)通時(shí)： UN2,13+=dddudvwuuUiiiiiii =-對 應(yīng) 負(fù) 峰 值 前 第 段 ,或134.2.2 4.2.2 三相全橋電壓型逆變電路（三相全橋電壓型逆變電路（8 8）V和W相單獨(dú)導(dǎo)通時(shí)與U相類似，這樣可畫出id波形求：求：id 144.2.2 4.2.2 三相全橋電壓型逆變電路（三相全橋電壓型逆變電路（7 7）定量分析）定量分析21d0.8162UVUVdUut

9、U2 31111(sinsin5sin7sin11sin13)5711132 31sin( 1) sindUVkdnUutttttUtn tn12 31.1UV mdddUUUU輸出線電壓輸出線電壓uUV展開成傅里葉級數(shù)展開成傅里葉級數(shù) 輸出線電壓有效值輸出線電壓有效值：輸出線電壓基波幅值輸出線電壓基波幅值UUV1m和有效值和有效值UUV1110.782UVUVdUUU1、波形正負(fù)兩半周期鏡對稱，無偶次諧波，2、波形在半周期內(nèi)前后1/4周期以/2為軸線對稱，無余弦項(xiàng)3、無、無3次及次及3倍次諧波。有零電壓區(qū)間，所以各系數(shù)有正有負(fù)。倍次諧波。有零電壓區(qū)間，所以各系數(shù)有正有負(fù)。=61;nkk為自然

10、數(shù)154.2.2 4.2.2 三相全橋電壓型逆變電路（三相全橋電壓型逆變電路（8 8）定量分析）定量分析21d0.4712UNUNdUutU120.63237UNmdddUUUU110.452UV mUNdUUU 輸出相電壓有效值輸出相電壓有效值UUN：輸出相電壓基波幅值輸出相電壓基波幅值UUN1m和有效值和有效值UUN1輸出相電壓輸出相電壓uUN展開成傅里葉級數(shù)展開成傅里葉級數(shù)21111(sinsin5sin7sin11sin13)57111321sinsindUNdnUutttttUtn tn=61;nkk為自然數(shù)1、波形正負(fù)兩半周期鏡對稱，無偶次諧波，2、波形在半周期內(nèi)前后1/4周期,以

11、/2為軸線對稱，無余弦項(xiàng)3、無、無3次及次及3倍次諧波。無零電壓區(qū)間，所以各系數(shù)均正。倍次諧波。無零電壓區(qū)間，所以各系數(shù)均正。1123233U VmddU NmUUUU線電壓為相電壓的線電壓為相電壓的 倍倍3164.2.2 4.2.2 三相全橋電壓型逆變電路（三相全橋電壓型逆變電路（9 9）180導(dǎo)電方式：導(dǎo)電方式：每橋臂導(dǎo)電180，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電(縱向換流)。 “先斷后通先斷后通”。留死區(qū)時(shí)間，否則，V1，V4 短路燒毀 174.3.14.3.1單相電流型單相電流型逆變電路逆變電路(1)(1)L等效為鋼料及線圈構(gòu)成的電感R等效為鋼料中產(chǎn)生渦流損耗的電阻10002500Hz中頻184.

12、3.1 4.3.1 單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路(2)t1-t2(2)t1-t22112nKZCnfCn4111(sinsin3sin5sin 7)357doIitttt141dnmIKinn小失諧偏容性時(shí)：小失諧偏容性時(shí)：122nmnmnK KUi Zn諧波負(fù)載電壓：諧波負(fù)載電壓：1212333120.1139mmmK KK KUi ZU ,大于大于5次諧波負(fù)載電壓更小。次諧波負(fù)載電壓更小。結(jié)論結(jié)論 ：1、負(fù)載電壓基本為基波即、負(fù)載電壓基本為基波即1次正弦波。次正弦波。 2、輸出電壓滯后輸出電流，即電流由正過零時(shí)輸出電壓為正。、輸出電壓滯后輸出電流，即電流由正過零時(shí)輸出電壓為正。近似

13、矩形近似矩形電流諧波電流諧波194.3.14.3.1單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路(2)(2)41(sinsin3311sin5sin7)57doIittttt1t2時(shí)段電流恒定，時(shí)段電流恒定，t2時(shí)刻開始電流由正減小，時(shí)刻開始電流由正減小，電壓電壓uo滯后電流滯后電流io，此時(shí)為正，此時(shí)為正，至至t2時(shí)刻為正。時(shí)刻為正。VT2,VT3由反偏變正偏由反偏變正偏uAB=uo由負(fù)變正。由負(fù)變正。t1t2區(qū)間區(qū)間204.3.14.3.1單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路(3)(3)1342,TTTTLdLLdLiIiiIi導(dǎo)致VT1，VT4電流線性減少。電流由VT1換給VT3電流由VT4換給

14、VT2，也稱“橫向換流”。由于是負(fù)載電壓導(dǎo)致的 換流也稱“負(fù)載換流” 。給VT3，VT2觸發(fā)脈沖，VT3， VT2導(dǎo)通，其電流線性增加；電流型逆變：“先通后斷”，在“和諧”中完成交接，“軟著陸”t2t4區(qū)間區(qū)間214.3.1 4.3.1 單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路(4(4）電流型逆變：“先通后斷”，“負(fù)載換流”, “橫向換流”保證電流Id連續(xù)否則，VT1VT4斷開擊穿電壓型逆變：“先斷后通”?！捌骷Q流”，“縱向換流” 防止V1,V2直通，留死區(qū)時(shí)間， 否則，V1，V2短路燒毀 與電壓型換流過程對比與電壓型換流過程對比221313,TTLdLTTiIiLLL2032TLLuitiL3

15、1333131()TTTTLLoTTLdLTTd id iuLLd td td idIiLLd td t=在t2-t4時(shí)刻刻，可以認(rèn)為uo基本不變332,0,TTLoLttdiuLidt=2302TLuitL1402TTLdLuiItiL012oLTLTduiiiItLiLT2 和iLT3線性增加，iLT1和iLT4以相同速率線性減小，而i0以2倍于iLT1和iLT4速率快速線性減小構(gòu)成C的2個(gè)放電回路（電容電壓降低）：回路1：LT1 、VT1，VT3和LT3回路2：LT2 、VT2，VT4和LT4求解得：同理可得：2332TTLLiiId和線性增加直到等于1234TTTTLLLLiiii12

16、430TTTToLLLLiiiii在t3時(shí)刻在t3-t4時(shí)段：410TTLLii和線性減少直到等于 ，晶閘管關(guān)斷4個(gè)電感電壓同時(shí)將為0244.3.1 4.3.1 單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路(5)(5)0ABuu VT3，VT2導(dǎo)通，電流穩(wěn)定等于IdVT1，VT4關(guān)斷。由于VT3(VT2)導(dǎo)通后，將負(fù)載電壓uo反加在VT1(VT4) 上，使其關(guān)斷由于VT3和VT2導(dǎo)通，14VTVTouuu t4t6區(qū)段區(qū)段254.3.1 4.3.1 單相電流型逆變電路（單相電流型逆變電路（6 6） 54ttttq晶閘管關(guān)斷時(shí)間VT1和VT4承受反壓時(shí)間：52ttt晶閘管可靠導(dǎo)通時(shí)間VT2和VT3觸發(fā)引

17、前時(shí)間：5442()()ttttttt42ttt換流時(shí)間：532tttttio超前uo時(shí)間：()22tt功率因數(shù)角：條件1(VT1和VT4可靠關(guān)斷)：條件2(VT2和VT3可靠導(dǎo)通)：2個(gè)可靠換流條件264.3.1 4.3.1 單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路（7 7）7070()()()112dd2211dd212sind02cos()cos( )2 2cos()cos( )22tdABLdttABLdtoooUututututUttUU 2 2cos( )odUUcos( )12 21.1cos2 2cosdodUUU忽略電抗器損耗及晶閘管壓降：忽略電抗器損耗及晶閘管壓降：274.3.

18、1 4.3.1 單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路（7 7） 忽略電抗器損耗：忽略電抗器損耗：70707070701d1dd()0tLdttddttddttddtdddutdiLtdtLditdtLdiLII284.3.1 4.3.1 單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路（8 8） 自勵(lì)方式：激勵(lì)工作頻率適應(yīng)負(fù)載變化自勵(lì)方式：激勵(lì)工作頻率適應(yīng)負(fù)載變化他勵(lì)方式：激勵(lì)工作頻率固定他勵(lì)方式：激勵(lì)工作頻率固定啟動問題：啟動問題：方法方法1：先用他勵(lì)，再用自勵(lì)方式：先用他勵(lì)，再用自勵(lì)方式方法方法2：給電容充電放電，：給電容充電放電， 取振蕩信號，作為激勵(lì)頻率取振蕩信號，作為激勵(lì)頻率 的自勵(lì)方式啟動的自

19、勵(lì)方式啟動 觸發(fā)脈沖激勵(lì)工作方式：觸發(fā)脈沖激勵(lì)工作方式：294.3.1 4.3.1 單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路（9 9）41(sinsin3311sin5sin7)57doIitttt1140.922o moddIIII 141.27o mddIII電流諧波：電流諧波：30 作業(yè)作業(yè) P118P1183、什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者有何特點(diǎn)？5、三相橋式電壓型逆變電路，1800導(dǎo)電方式，Ud=100V。試求輸出相電壓的基波幅值UuNlm和有效值UUN1、輸出線電壓的基波幅值UUV1m，和有效值UUV1、輸出線電壓中5次諧波的有效值UUV56、并聯(lián)諧振逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換相，為保證換相應(yīng)滿足什么條件？補(bǔ)4.2：畫出單相全橋和三相全橋逆變電路圖。分析圖 4- 10 iU前3段有哪幾個(gè)管子在導(dǎo)通？314.3.2 4.3.2 三相電流型逆變電路三相電流型逆變電路 1 1、電流型三相橋式逆變電路、電流型三相橋式逆變電路 采用半控型器件導(dǎo)通順序:上橋臂VT1-VT3-VT5 相差120度下橋臂VT2-VT4-VT6 相差120度 VT1- VT2 - VT3-VT4 -VT5-VT6 相差60度任何時(shí)刻上下橋臂各僅有一個(gè)導(dǎo)