第4章 2電壓型逆變電路

Chapter4Inverter主講：伍文俊

第四章逆變電路（DC-AC）2§4.3電壓型逆變電路(VoltageSourceInverter---VSI)直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)。逆變橋各臂功率開關(guān)管反并聯(lián)二極管用以續(xù)流。輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。

一.VoltageSourceInverterProperties3二.Single-PhaseHalfBridgeVSI1、脈沖發(fā)法：

開關(guān)器件V1和V2的柵極信號在一個(gè)周期內(nèi)各有半周正偏，半周反偏，且二者互補(bǔ)（注意死區(qū)）。2、工作原理：0-t1：二極管VD1續(xù)流，u0=Ud/2，電流反向指數(shù)下降；t1-t2：開關(guān)器件V1導(dǎo)通，u0=Ud/2，電流指數(shù)上升；t2-t3：二極管VD2續(xù)流，u0=-Ud/2，電流指數(shù)下降；t3-t4：開關(guān)器件V2導(dǎo)通，u0=-Ud/2，電流反向指數(shù)上升。4

優(yōu)點(diǎn)：簡單，使用器件少；缺點(diǎn)：輸出交流電壓的幅值Um僅為Ud/2，且直流側(cè)需要兩個(gè)電容器串聯(lián)，存在兩個(gè)電容器電壓的均衡。因此，常用于幾kW以下的小功率逆變電源。輸出電壓uo為矩形波，其幅值為Um=Ud/2。3、輸出電壓：uo展開成傅里葉級數(shù)得：4、特點(diǎn)：導(dǎo)通規(guī)律：逆變電路每臂導(dǎo)通半個(gè)周期，主控功率器件導(dǎo)通前，同臂續(xù)流二極管先續(xù)流。逆變周期同功率開關(guān)管的控制周期。5三.Single-PhaseFullBridgeVSI1、脈沖發(fā)法：

開關(guān)器件V1和V4，V2和V3的柵極信號相同，在一個(gè)周期內(nèi)各有半周正偏，半周反偏，且V1（V4）和V2（V3）互補(bǔ)（注意死區(qū)）。2、工作原理：0-t1：二極管VD1和VD4續(xù)流，u0=Ud，電流反向指數(shù)下降；t1-t2：開關(guān)器件V1和V4導(dǎo)通，u0=Ud，電流指數(shù)上升；t2-t3：二極管VD2和VD3續(xù)流，u0=-Ud，電流指數(shù)下降；t3-t4：開關(guān)器件V2和V3導(dǎo)通，u0=-Ud，電流反向指數(shù)上升。6導(dǎo)通規(guī)律：逆變電路每臂導(dǎo)通半個(gè)周期，每次兩個(gè)臂同時(shí)導(dǎo)通；主控功率器件導(dǎo)通前，同臂續(xù)流二極管先續(xù)流。逆變周期同功率開關(guān)管的控制周期。輸出電壓uo為矩形波，其幅值為Um=Ud。3、輸出電壓：uo展開成傅里葉級數(shù)得：其中基波的幅值Uo1m和基波有效值Uo1分別為：7R=100Ω,L=10mH,C=22uF(過)f0=339Hz,Q=0.213,f=300Hz當(dāng)負(fù)載為RLC串聯(lián)負(fù)載時(shí)情況如何？R=10Ω,L=10mH,C=22uF(欠)f0=339Hz,Q=2.13,f=300Hz8R=1Ω,L=10mH,C=22uF(欠)f0=339Hz,Q=21.3,f=300HzR=10Ω,L=10mH,C=22uF(欠)f0=339Hz,Q=2.13,f=150Hz9R=10Ω,L=10mH,C=22uF(欠)f0=339Hz,Q=2.13,f=400Hz10

單相全橋逆變電路可看成兩個(gè)半橋電路組合而成，兩對橋臂交替導(dǎo)通180°。輸出電壓和電流波形與半橋電路形狀相同，但幅值高出一倍。

逆變電路每臂導(dǎo)通半個(gè)周期，每次導(dǎo)通兩個(gè)功率器件；主控功率器件關(guān)斷后，同臂續(xù)流二極管續(xù)流。逆變周期同功率開關(guān)管的控制周期。-----可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。

負(fù)載換流條件：欠阻尼，逆變頻率<諧振頻率，電路提供的關(guān)斷時(shí)間>功率器件固有關(guān)斷時(shí)間。過阻尼導(dǎo)通規(guī)律：同RL負(fù)載。負(fù)載電壓同RL負(fù)載，欠阻尼時(shí)逆變頻率越接近諧振頻率，負(fù)載電流波形正弦度越好；過阻尼時(shí)，電流波形似RL負(fù)載，因負(fù)載參數(shù)略有變化。欠阻尼導(dǎo)通規(guī)律:

逆變頻率大于諧振頻率：同RL負(fù)載。

逆變頻率小于諧振頻率：11移相調(diào)壓方式1、脈沖發(fā)法：

V3的柵極信號比V1落后（0＜＜180°）。V3、V4的柵極信號分別比V2、V1的前移180°-。2、工作原理：0-t1：VD1和VD4導(dǎo)通，u0=Ud；t1-t2：V1和V4導(dǎo)通，u0=Ud；t2-t3：V1和VD3導(dǎo)通，u0=0；t3-t4：VD2和VD3導(dǎo)通，u0=-Ud；t4-t5：V2和V3導(dǎo)通，u0=-Ud；t5-t6：V2和VD4導(dǎo)通，u0=0。輸出電壓是正負(fù)各為的脈沖。改變就可調(diào)節(jié)輸出電壓。如果電流斷續(xù)結(jié)果如何？

三相電壓型逆變電路工作方式：四.

Three-PhaseVSI主要應(yīng)用：三相交流調(diào)速等Ⅰ類工作方式

Ⅱ類工作方式

Ⅰ類工作(180度導(dǎo)電型):逆變橋各相均有一個(gè)管子導(dǎo)通；Ⅱ類工作(120度導(dǎo)電型):逆變橋只有兩相各有一個(gè)管子導(dǎo)通。12

工作類型決定控制方式不一樣,復(fù)雜程度有差異,本節(jié)主要講Ⅰ類工作三相橋式逆變電路。（一）Ⅰ類工作三相橋式電壓型逆變電路

前提：負(fù)載為三相對稱負(fù)載，功率開關(guān)器件為理想器件。1.本電路的目的輸入:直流電壓源。輸出:三相交流。

2.主要掌握

(1)六個(gè)主控開關(guān)管的脈沖波形；(2)負(fù)載相電壓及線電壓波形；

(3)負(fù)載相電壓及線電壓的諧波分析。133.電路結(jié)構(gòu)與分析(1)觸發(fā)脈沖的發(fā)法：

各管脈沖持續(xù)180°

,按順序依次滯后60°，保證理想交流電壓的輸出。同相上橋和下橋管子控制脈沖互補(bǔ)，之間應(yīng)有死區(qū)。(2)兩類等效電路14154.工作原理感性負(fù)載

關(guān)心波形:六管控制脈沖，uAN，uBN，uAB，iA各區(qū)域工作狀態(tài)16各區(qū)域工作狀態(tài)等效電路17

諧波分析:線電壓:顯然18故線電壓的FFT分析為：輸出線電壓有效值為：19同理可得：線電壓基波幅值和基波有效值分別為：相電壓:輸出相電壓有效值為：20小結(jié):

(1)脈沖寬度180度，每隔60度換相一次；(2)為縱向換相,故換相要可靠(否則電源短路)；為了防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源的短路，要采取“先斷后通”的方法。(3)每個(gè)瞬時(shí)都有三個(gè)管子導(dǎo)通。一個(gè)二極管兩個(gè)主控管和三個(gè)主控管兩種狀態(tài)交替導(dǎo)通。

基波幅值和基波有效值分別為：21感性負(fù)載

關(guān)心波形:六管控制脈沖，uAN，uBN，uAB，iAⅠ類工作波形大于60Ⅰ類工作波形小于6022以阻性負(fù)載為例。特點(diǎn)(1)脈沖寬度120度，每隔60度換一次相；(2)每個(gè)瞬時(shí)只有兩相各有一管導(dǎo)通,另一相不通。(3)屬橫向換相。

輸出電壓FFT分析（二）Ⅱ類工作三相橋式電壓型逆變電路Ⅱ類工作波形Ⅰ類工作波形小于6023Ⅰ類與Ⅱ類工作對比：(1)Ⅰ類工作逆變器功率器件和電源利用率較高，其輸出電壓也較高；(2)Ⅱ類工作逆變器每次換流是在不同相的橋臂間進(jìn)行的,屬橫向換流，故它可以避免同一相上臂和下臂的直通現(xiàn)象,較Ⅰ類工作逆變器可靠。241.調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓,調(diào)節(jié)直流側(cè)輸出電壓Ud可調(diào)節(jié)逆變輸出電壓。前提是直流側(cè)電壓可控。

2.脈寬調(diào)制：調(diào)節(jié)逆變輸出電壓的脈沖寬度,如前述移相調(diào)壓，Ⅰ類和Ⅱ類輸出電壓不同。3.多重化：把逆變電路輸出波形半個(gè)周期內(nèi)的脈沖分割成多個(gè),通過對每個(gè)脈沖的寬度進(jìn)行控制,來控制輸出電壓并改善波形。五.OutputVoltageRegulation--TheEnd--25作業(yè):P118-5

26三相橋式逆變電路的工作狀態(tài)表27三相橋式逆變電路的等效電路28

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30Ⅱ類工作31R=100Ω,L=10mH,C=22u