直流-交流變換器

直流-交流變換器第1頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1逆變器的類型和性能指標(biāo)4.2電壓型單相方波逆變電路工作原理4.3電壓型單相逆變器電壓和波形控制4.4三相逆變電路工作原理4.5電壓型三相逆變器電壓和波形的SPW控制24.直流-交流變換器（逆變器）第2頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1逆變器的類型和性能指標(biāo)4.1.1逆變器的類型4.1.2逆變器輸出波形性能指標(biāo)4.1.3其他指標(biāo)3第3頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1.1逆變器的類型依據(jù)直流電源的類型：依據(jù)輸出交流電壓的性質(zhì)：CVCF（恒頻恒壓）、VVVF（變頻變壓）、高頻脈沖型依據(jù)逆變器電路結(jié)構(gòu)：單相半橋、單相全橋、推挽式、三相橋式逆變器依據(jù)開關(guān)器件不同及換流關(guān)斷方式：自關(guān)斷、強(qiáng)迫關(guān)斷、有源逆變、負(fù)載反電動勢、負(fù)載諧振換流逆變器。電壓型逆變器VSI電流型逆變器CSI4第4頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1.1逆變器的類型(續(xù)1)電壓型逆變電路:特點：C存在。C的作用：濾波和吸收無功功率適合于感性負(fù)載電流型逆變電路：特點：L存在。L的作用：濾波和吸收無功功率適合于容性負(fù)載電壓型逆變器VSI電流型逆變器CSI5第5頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1.1逆變器的類型(續(xù)2)單相半橋單相全橋6第6頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1.1逆變器的類型(續(xù)3)7第7頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1.1逆變器的類型(續(xù)4)電壓型三相橋式逆變電路8第8頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月總THD系數(shù)表征了實際波形同其基波分量差異的程度。輸出為理想方波時，THD為零。4.1.2逆變器輸出波形性能指標(biāo)9第9頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月逆變電路輸出的n次諧波有效值Vn經(jīng)LC濾波后在負(fù)載上的n次諧波電壓VLn為:

4.1.2逆變器輸出波形性能指標(biāo)（續(xù)1）(3)畸變系數(shù)DFn次諧波衰減了n2倍第n次諧波的畸變系數(shù)：總的畸變系數(shù)：10第10頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月逆變器的性能指標(biāo)除輸出波形性能指標(biāo)外，還應(yīng)包括：逆變效率單位重量（或單位體積）輸出功率可靠性指標(biāo)逆變器輸入直流電流中交流分量的數(shù)值和脈動頻率電磁干擾EMI及電磁兼容性EMC4.1.3其他指標(biāo)11第11頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.1電壓型單相全橋逆變電路4.2.2電壓型單相半橋逆變電路4.2.3變壓器中心抽頭推挽式(Push-Pull)單相逆變電路4.2電壓型單相方波逆電路工作原理12第12頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.1電壓型單相全橋逆變電路T1、T4一組和T2、T3另一組交替通、斷。13第13頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月臂內(nèi)換流：同一個導(dǎo)通臂內(nèi)的元件之間換流，而且換流是在ia=0時進(jìn)行的稱自然換流。

臂間換流：指電流由一個導(dǎo)通臂轉(zhuǎn)移到另一個導(dǎo)通臂，換流是在ia≠0時進(jìn)行的，屬于強(qiáng)迫換流。當(dāng)負(fù)載為感性時4.2.1電壓型單相全橋逆變電路(續(xù)1)14第14頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.1電壓型單相全橋逆變電路(續(xù)2)逆變狀態(tài)：T14,T23導(dǎo)通時，直流電源向負(fù)載傳輸能量。整流狀態(tài)：D14D23導(dǎo)通時,負(fù)載向直流電源僅傳能量.因此，D14、D23為無功電流傳輸提供通路，C是用來吸收無功功率。當(dāng)負(fù)載為感性時能量傳遞方向：15第15頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月瞬態(tài)基波功率分析（感性負(fù)載）基波瞬態(tài)功率：用積化和差公式：基波電壓:基波電流:基波電壓幅值：基波電壓有效值：4.2.1電壓型單相全橋逆變電路(續(xù)3)16第16頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月上式說明：基波的瞬態(tài)功率含有交流分量和直流分量。直流功率討論：基波的直流功率基波的交流功率基波的平均功率:平均功率等于直流功率(1)當(dāng),感性負(fù)載,有功功率最大,無功功率為零(2)當(dāng),純感性負(fù)載,無功功率最大(3)當(dāng),既有無功功率又有有功功率4.2.1電壓型單相全橋逆變電路(續(xù)4)無功功率17第17頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月特性分析-1由于入端電壓為恒定，橋中各臂元件輪番導(dǎo)通時，輸出端電壓交替地被鉗到入端電壓Ud，故為交變方波。其頻率取決于門極信號的重復(fù)頻率，因而實現(xiàn)逆變目的。將UAB用傅里葉級數(shù)展開：式中：UAB1m為基波電壓幅值：基波電壓有效值：4.2.1電壓型單相全橋逆變電路(續(xù)5)18第18頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月由于負(fù)載為感性，阻抗角負(fù)載基波電流iO1將滯后于基波電壓角度φ。當(dāng)T1，4和T2，3導(dǎo)通時，負(fù)載由電源獲得電能。當(dāng)D1，4和D2，3導(dǎo)通時，負(fù)載中電能反饋到C中，保證負(fù)載電流連續(xù)。反并二極管和電容C為此無功電流提供了通路。4.2.1電壓型單相全橋逆變電路(續(xù)6)特性分析-219第19頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.2電壓型單相半橋逆變電路電容分壓，半橋電路T1、T2交替通、斷二級管D的作用，感性負(fù)載續(xù)流R、L負(fù)載時，T、D交替導(dǎo)電20第20頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)Ug1=1,T1導(dǎo)通或D1導(dǎo)通，S與P相接當(dāng)控制信號以頻率f變換，在與之間變化，使輸出為交流方波電壓。4.2.2電壓型單相半橋逆變電路（續(xù)1）工作原理:當(dāng)Ug2=1,T2導(dǎo)通或D2導(dǎo)通，S與Q相接21第21頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月t0DV21anv(b)電壓波形2T驅(qū)動驅(qū)動20T0T230T1T4.2.2電壓型單相半橋逆變電路（續(xù)2）22第22頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.3變壓器中心抽頭推挽式單相逆變電路開關(guān)T1、T2輪流導(dǎo)電180度開關(guān)管承受的斷態(tài)電壓為2VD適用于低壓小功率、而且直流電源和負(fù)載須隔離輸出電壓為180度寬的交流方波當(dāng)T1導(dǎo)通時，輸出電壓vab=VD，當(dāng)T2導(dǎo)通時，輸出電壓Vab=-VD，23第23頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3.0概述4.3.1單脈沖寬度調(diào)制PWM逆變器4.3.2正脈沖寬度調(diào)制SPWM基本原理4.3.3單極性倍頻正弦脈沖寬度調(diào)制逆變器4.3.4雙極性正弦脈沖寬度調(diào)制BSPWM逆變器4.3電壓型單相逆變器輸出電壓和波形控制24第24頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月控制方案1:控制方案2:控制方案3:控制輸出電壓基波V1的大小僅有輸入電壓VD唯一確定?？刂戚敵鲭妷翰ㄐ?，要求諧波成分小且最低階次諧波階次高，諧波頻率高。4.3.0

概述可控整流方案直流/直流變換器調(diào)壓方案逆變器自身控制方案25第25頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3.0

概述（續(xù)1）26第26頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月逆變器自身控制方案通過開關(guān)器件的脈沖寬度調(diào)制（PWM），調(diào)整輸出基波電壓的大小、增大輸出電壓中的最低次諧波的階次并減小其諧波數(shù)值，達(dá)到調(diào)控其輸出基波電壓同時又改善輸出電壓波形的目的。4.3.0

概述（續(xù)2）27第27頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月正半周中，T1、T4導(dǎo)通角負(fù)半周中，T2、T3導(dǎo)通角開關(guān)頻率決定輸出頻率脈寬決定輸出電壓大小4.3.1單脈沖寬度調(diào)制PWM逆變器28第28頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3.1單脈沖寬度調(diào)制PWM逆變器（續(xù)1）29第29頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3.2正脈沖寬度調(diào)制SPWM基本原理理論基礎(chǔ)沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同沖量指窄脈沖的面積效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖30第30頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖實例電路輸入：u(t)，窄脈沖，如圖a、b、c、d所示電路輸出：i(t)，面積等效原理沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形基本相同4.3.2正脈沖寬度調(diào)制SPWM基本原理（續(xù)1）31第31頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波正弦半波N等分，可看成N個彼此相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點重合，面積（沖量）相等寬度按正弦規(guī)律變化用PWM波代替正弦半波SPWM波形——脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可4.3.2正脈沖寬度調(diào)制SPWM基本原理（續(xù)2）32第32頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月PWM電壓波在每一時間段都與該時段中正弦電壓等效，除每一時間段的面積相等外，每個時間段的電壓脈沖還必須很窄，這就要求脈波數(shù)量P很多。脈波數(shù)越多，不連續(xù)的按正弦規(guī)律改變寬度的多脈波電壓就越等效于正弦電壓。4.3.2正脈沖寬度調(diào)制SPWM基本原理（續(xù)3）33第33頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3.3單極性倍頻正弦脈沖寬度調(diào)制逆變器一、單極正弦波PWM調(diào)制方式ug2=0

T2斷控制電壓的分布：電路中，T1、T2為頻控臂：當(dāng)ur>0ug1=1T1通當(dāng)ur<0ug2=1T2通ug1=0

T1斷即ug1和ug2互為反相，并受ur極性控制。其頻率為調(diào)制信號的頻率。34第34頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月ug3,ug4互為反向，受ur和uc的幅值控制T3,T4組成了暫控臂ur>uc,ug4=1,ug3=0,T3關(guān)斷，T4導(dǎo)通ur<uc,ug4=0,ug3=1,T4關(guān)斷，T3導(dǎo)通uo=Vd0uc>0uo=Vd0uc<04.3.3單極性倍頻正弦脈沖寬度調(diào)制逆變器（續(xù)1）35第35頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3.3單極性倍頻正弦脈沖寬度調(diào)制

逆變器（續(xù)2）36第36頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月二、雙極性正弦波PWM調(diào)制方式ur>uc,T1、T4導(dǎo)通uo=Udur,<uc,T2、T3uo=-UdT1、T4和T2、T3兩組相互導(dǎo)通4.3.4雙極性正弦脈沖寬度調(diào)制BSPWM逆變器37第37頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3.4雙極性正弦脈沖寬度調(diào)制BSPWM逆變器（續(xù)1）38第38頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月相同的開關(guān)頻率時單極性SPWM：開關(guān)動作次數(shù)相對少些，諧波情況好些，多用于單相逆變。雙極性SPWM：諧波情況差些，用于三相逆變。載波比：載波頻率fc與調(diào)制信號頻率fr之比，N=fc/fr調(diào)制比：正弦波幅值與三角波幅值比值稱為調(diào)制比:M=Vrm/Vcm4.3.4雙極性正弦脈沖寬度調(diào)制BSPWM逆變器（續(xù)2）39第39頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.1電壓型三相逆變工作原理4.4.2電流型三相逆變工作原理4.4三相逆變電路工作原理40第40頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月基本假設(shè)：

★負(fù)載星形連接，平衡對稱，

純阻性、負(fù)載中點o點位作為參考點，即uo=0★控制脈沖的寬度=★直流電容Cd值足夠大；★輸入為DC直流源★電路已達(dá)到穩(wěn)態(tài)4.4.1電壓型三相逆變工作原理控制電壓信號的形成載波電壓：用一個對稱的三角波，幅值為Uom，頻率為fc；控制信號：采用三相正弦波。41第41頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月ggsmscggsmsbggsmsauuCtUuuuBtUuuuAtUu???????íì+-=--=-=)326sin(,)326sin(,),6sin(5,26341相的控制信號用來形成相的控制信號用來形成相的控制信號用來形成ppwppwpw4.4.1電壓型三相逆變工作原理(續(xù)1)42第42頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月電路：cmsmUUm=:調(diào)制比4.4.1電壓型三相逆變工作原理(續(xù)2)A相控制信號的形成（Ug1,Ug4）43第43頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月,,1）=gu5gu2=gu6gu3gguu=412）任何時刻均有三個控制信號為高電平。各相上下臂控制信號反相。控制信號的特點：4.4.1電壓型三相逆變工作原理(續(xù)3)44第44頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月由坐標(biāo)零點開始。TTTgggABTTTgggABTTTgggABTTTgggabVVVuuuUVVVuuuUVVVuuuUVVVuuuU====0===========-UAB=0,,,,1,1,1:4,,,,1,1,1:3Ud,,,,1,1,1:2Ud,,,,1,1,1:1154343243