電壓型方波逆變器

1、電壓型方波逆變器電力電子技術(shù)的基本概況 逆變電路 電壓型方波逆變器 直流側(cè)是電壓源。電壓型逆變器 直流側(cè)是電流源。電流型逆變器 逆變電路電壓型逆變電路特點(diǎn)直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，與負(fù)載的性質(zhì)無關(guān)，交流側(cè)輸出電流波形和相位由負(fù)載的性質(zhì)決定。當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)，逆變器需向負(fù)載提供無功功率，直流側(cè)的電容起到緩沖無功功率的作用。反過來，逆變器為交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功提供通道，逆變橋各臂一般并聯(lián)有反饋二極管。 逆變電路1.1 單相逆變電路 uot3 U/2 0 t VT1 VD2 VD1 VD2 VD1 VT2 VT1 VT2 t 0 -U/2 t2 t

2、1 t5 t4 t6 io單橋臂逆變電路單橋臂逆變電路 單橋臂逆變電路工作波形VD2 VD1 A u0 VT2 VT1 - N Ud /2P R Ud /2Ud + 0 i0 L 逆變電路uot3 U/2 0 t VT1 VD2 VD1 VD2 VD1 VT2 VT1 VT2 t 0 -U/2 t2 t1 t5 t4 t6 io輸出電壓為矩形波，幅值Um=Ud /2。輸出電流波形隨負(fù)載情況而異。 t3時(shí)刻到來后，輸出電流i0降為零，VD2截止，VT2開通，i0開始反向。 給VT2開通信號(hào)。VT1關(guān)斷，VD2導(dǎo)通續(xù)流。設(shè)t2時(shí)刻以前VT1為通態(tài)，VT2為斷態(tài)。t2時(shí)刻給VTl發(fā)出關(guān)斷信號(hào)，同時(shí)

3、逆變電路uot3 U/2 0 t VT1 VD2 VD1 VD2 VD1 VT2 VT1 VT2 t 0 -U/2 t2 t1 t5 t4 t6 iot4時(shí)刻給VT2關(guān)斷信號(hào)，給VT1開通信號(hào)后，VT2關(guān)斷，VD1先導(dǎo)通續(xù)流。 t5時(shí)刻VT1開通 。 當(dāng)VT1或VT2為通態(tài)時(shí)，負(fù)載電流和電壓同方向。 當(dāng)VDl或VD2為通態(tài)時(shí)，負(fù)載電流和電壓反向，負(fù)載電感將其吸收的無功能量反饋回直流側(cè)。 逆變電路負(fù)載向直流側(cè)提供反饋能量通道的二極管。反饋二極管 使負(fù)載電流連續(xù)作用的二極管。續(xù)流二極管 單橋臂逆變電路的優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、使用器件少。單橋臂逆變電路的缺點(diǎn)：輸出交流電壓的幅值Um僅為Ud/2，且直流側(cè)需要兩

4、個(gè)電容器串聯(lián)，工作時(shí)還要控制兩個(gè)電容器的電壓均衡。 逆變電路單相全橋逆變電路u0 VT4 VT3 - C R Ud + i0 L VT1 VT2 VD3 VD2 VD1 VD4 兩個(gè)開關(guān)對(duì)交替導(dǎo)通，每對(duì)開關(guān)導(dǎo)通180 ，對(duì)負(fù)載形成交流電壓。全橋逆變器輸出電壓u0的波形與單橋臂輸出電壓u0的波形相同，僅幅值增加一倍 。 uot3 U/2 0 t VT1 VD2 VD1 VD2 VD1 VT2 VT1 VT2 t 0 -U/2 t2 t1 t5 t4 t6 io單橋臂逆變電路的無功交換分析適用于全橋逆變電路。 逆變電路幅值為Ud的180矩形方波電壓的傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式為：基波的幅值：基波有效值：上述

5、公式也適用于單橋臂逆變電路，只須將式中的Ud換成Ud/2。 逆變電路1.2 三相逆變器 u0 VT4 VT3 - C R Ud + i0 L VT1 VT2 VD3 VD2 VD1 VD4 三相橋式逆變電路可以看成是由3個(gè)單橋臂逆變電路組合而成。n VD2 VD1 0 VT2 VT1 - N Ud /2P Ud /2Ud + W iv VD4 VT4 VD3 VT3 VD5 VT5 VD6 VT6 V U iuiw id 逆變電路與單相的單橋臂、全橋逆變電路一樣，電壓型三相橋式逆變電路的基本工作方式采用180導(dǎo)電方式，同一橋臂中的上、下兩個(gè)開關(guān)交替導(dǎo)電，各相橋臂導(dǎo)電的角度依次相差120。 n

6、VD2 VD1 0 VT2 VT1 - N Ud /2P Ud /2Ud + W iv VD4 VT4 VD3 VT3 VD5 VT5 VD6 VT6 V U iuiw id 逆變電路在任一瞬間，三相逆變電路總有3個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通。由于同一橋臂上、下兩個(gè)開關(guān)各自導(dǎo)通180，因此三相逆變器的每次換流都在同一橋臂上、下兩個(gè)開關(guān)之間進(jìn)行。 n VD2 VD1 0 VT2 VT1 - N Ud /2P Ud /2Ud + W iv VD4 VT4 VD3 VT3 VD5 VT5 VD6 VT6 V U iuiw id 逆變電路縱向換流三相逆變器的每次換流都是在同一橋臂上、下兩個(gè)開關(guān)之間進(jìn)行。 n VD2

7、 VD1 0 VT2 VT1 - N Ud /2P Ud /2Ud + W iv VD4 VT4 VD3 VT3 VD5 VT5 VD6 VT6 V U iuiw id 逆變電路t idt t t t t t 0 0 0 0 0 0 0 0 uWNuUNuVNiUuUnunNuUVUd /2Ud 2Ud /3Ud /6Ud /6當(dāng)開關(guān)1導(dǎo)通時(shí)： uU0=Ud/2當(dāng)開關(guān)4導(dǎo)通時(shí)： uU0=Ud/2uU0的波形是幅值為Ud2矩形波U相輸出 逆變電路V、W兩相的電壓波形uV0、uW0與U相波形uU0相同，只是相位依次相差120。 V、W相輸出t idt t t t t t 0 0 0 0 0 0 0

8、 0 uWNuUNuVNiUuUnunNuUVUd /2Ud 2Ud /3Ud /6Ud /6 逆變電路t idt t t t t t 0 0 0 0 0 0 0 0 uWNuUNuVNiUuUnunNuUVUd /2Ud 2Ud /3Ud /6Ud /6負(fù)載線電壓分別為： uUV=uU0-uV0 uVW=uV0-uW0 uWU=uW0-uU0負(fù)載相電壓分別為： uUn=uU0-un0 uVn=uV0-un0 uWn=uW0-un0 逆變電路交流負(fù)載中點(diǎn)n與直流電源假想中點(diǎn)0之間的電壓為： 設(shè)交流負(fù)載為三相對(duì)稱負(fù)載，則應(yīng)有uUn + uVn + uWn =0，由此可得：un0的波形為矩形波，頻

9、率為uU0頻率的3倍、幅值為Ud/6。 逆變電路t idt t t t t t 0 0 0 0 0 0 0 0 uWNuUNuVNiUuUnunNuUVUd /2Ud 2Ud /3Ud /6Ud /6根據(jù)式uUn=uU0-un0uVn=uV0-un0uWn=uW0-un0 Un0=1/3(uU0+ uV0+uW0) 可得uUn 、 uVn、uWn的波形，uVn、uWn的電壓波形與uUn相位依次相差120。 逆變電路若已知負(fù)載參數(shù)，可由uUn的波形求出U相電流iU的波形。 負(fù)載的功率因數(shù)角j不同，則各相線電流的波形和相位會(huì)有所不同。t idt t t t t t 0 0 0 0 0 0 0 0

10、uWNuUNuVNiUuUnunNuUVUd /2Ud 2Ud /3Ud /6Ud /6 逆變電路當(dāng)U相橋臂的VT1由通態(tài)轉(zhuǎn)換到斷態(tài)時(shí)，感性負(fù)載電流通過U相下橋臂的二極管VD4續(xù)流。在滯后電流降為零后，U相下橋臂中的VT4開始導(dǎo)通反向電流。VD2 VD1 0 VT2 VT1 - N Ud /2P Ud /2Ud + W iv L VD4 VT4 VD3 VT3 VD5 VT5 VD6 VT6 V U iuiw id 逆變電路t idt t t t t t 0 0 0 0 0 0 0 0 uWNuUNuVNiUuUnunNuUVUd /2Ud 2Ud /3Ud /6Ud /6iV、iW的波形和iU形狀相同，相位依次相差120。將U、V、W三個(gè)橋臂的電流相加，可得直流側(cè)電流id的波形。特點(diǎn):逆變器由直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率是脈動(dòng)的，脈動(dòng)的平均值與無脈動(dòng)的值大體相同。 逆變電路將uUV展開成傅里葉級(jí)數(shù)得： 式中，n6k1；k為自然數(shù)。 逆變電路輸出線電壓有效值UUV為：基波幅值(UUVm)1為：基波有效值UUV1為： 逆變電路將uUN展開成傅里葉級(jí)數(shù)得： 式中，n6k1；k為自然數(shù)。 逆變電路t idt t t t t t 0 0 0 0 0 0 0 0 uWNuUNuVNiUuUnunNuUVUd /2Ud 2Ud /3Ud /6Ud /6基波幅值(UUnm)1為:負(fù)載相