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1.1 Chapter Four 第四章Inverter Circuit 逆变电路 4.1 逆变器基本概念 逆变器基本概念 4.2 Communication Mode Communication Mode 4.3 Single Phase Single Phase Voltage Type Voltage Type Inversion Circuit 4.4 Three Phase voltage type inverter circuit 三相电压型逆变器电路 24.1 Basic 4.1.1 逆变器的概念 4.1.1 逆变器的概念 逆变器的概念对应于整流，直流电变成交流电。 对应整流，直流变成交流。固定直流 固定直流幅值和频率可控电源，逆变器）逆变器电路的应用（直流电源，逆变器）逆变器的分类（按相数，输入电源，逆变器的分类（按相数），输入功率

2.控制方式的分类）控制方式的分类）什么是交流，什么是交流 3 4.1.2 逆变电路的基本原理wave (special control) 图4-1 Inverter circuit and its waveform example Inverter circuit and its waveform example Load Load- RL4 4.1.3 逆变电路的分类及特点. 逆变电路：直流侧为电压源。 Current-mode电流型逆变电路：直流侧为电流源。 逆变电路：直流侧为电流源。 输出电压输出电压-矩形波、矩形波、输出电流输出电流-负载阻抗不同的负载阻抗是不同的。 相当不同.picture

3. 图4-2 全桥电压型逆变电路 Full-bridge voltage-type inverter circuit 1. 根据直流侧电源的性质，根据直流侧电源的性质 2. 的特点电压型逆变电路及电压型逆变电路的特点 直流侧为电压源或大并联。 直流侧为电压源或并联大电容，电压基本无脉冲。 电容，电压基本没有脉动。 R;RL,RC?5 4.1.3 逆变电路的分类及特点 续流二极管的作用 图 4-2 全桥电压型逆变电路 全桥电压型逆变电路需要提供无电阻 当感性负载需要提供时无功功率，二次功率并联反馈，并联反馈二极管到交流侧到直流侧反馈无功电能，为无功电能从交流侧反馈到直流侧提供通道 思考：无 思考：没有D怎么样？ 如何？ 63、电流型逆变电路的特性，电流型逆变电路的特性

4、过流侧串接大电感，电流基本无脉冲，相当于一个电流源。 ，电流基本没有脉冲，相当于一个电流源。 交流输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关。 输出电压波形和相位与负载阻抗角无关。 输出电压波形和相位随负载不同而变化。 负载不同。 直流侧电感起到缓冲无功能量的作用，因此开关器件不必反并联二极管。 直流侧电感起到缓冲无功能量的作用，因此开关器件不必反并联二极管。 在电流型逆变电路中，电流型逆变电路采用半控型器件，半控型器件目前仍在广泛使用，一些采用换流方式的电路仍广泛使用。 换流，强制换流强制换流。 4.1.3 逆变电路的分类及特点 图4-3 电流型三相桥式逆变电路 电流型三相桥式逆变电路

5.电路 74.2 换流方式 4.2.1 4.2.1 换流的概念 对于换流。 称为换向。 研究换向的主要目的是什么？ 研究换向的主要目的是什么？ - 停机和停机 例：整流电路装置的换流（commutation） 例：整流电路装置的换流（phase commutation） 84.2.2 换流方式的分类 全控装置的自关断能力 全控装置的自关断能力完全控制的设备执行换向。 进行换向。 在采用IGBT、功率、功率MOSFET、GTO、GTR等全控器件的电路中，电路中的换流方式为器件换流。 类型器件电路中的整流方法为器件整流。

6、电网换相（Line Commutation） 电网电网提供换相方式，提供换相电压。 换向法。 给待关断晶闸管施加负栅极电压可使其关断 给待关断晶闸管施加负栅极电压使其关断。 器件不一定要有关断gate的能力，但不适合非关断。 设备没有必要具有关闭门的能力。 但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。 带交流电网的无源逆变器电路。 Back-voltage time Back-voltage time (controllable rectification circuit) (controllable rectification circuit) 94.2.2 整流方式分类 提供整流电压的整流方式和由负载提供的整流电压。 换向法。 负载电流电流的相位超前负载和负载电压电压的相位，可实现负载换流，如在容性场合，可实现负载换流

7、容性负载和同步电机等。 负载和同步电机。 图4-2a4-2a是基本负载换流逆变电路，即基本负载换流逆变电路。 整个负载工作在接近并联谐振状态，略带容性。 电容，直流侧串联一个大电感，工作后，直流侧串联一个大电感，工作过程可以认为i id d基本没有脉动。 基本没有脉动。 ttt tOOOOiit1b)ouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4 图 4-4 负载换流电路及其工作波形 Load commutation circuit and its working waveform

8. ouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT4负载对基波有较大阻抗。 负载对基波的阻抗大，对谐波的阻抗小，所以对谐波的阻抗小，所以u uo o接近正弦波。 触发VTVT2 2 和VTVT3 3 的时间t t1 1 必须在u uo o 过零之前，并且在过零之前有足够的余量，这样才能有足够的余量进行换流。 成功完成。 流程成功完成。 11. 设置额外的换向电路。 附加换流电路用于强制关断晶闸管，对要关断的晶闸管强制施加背压或反向电流的换流方式称为强制换流。 采用背压或反向电流的换流方式称为强制换流。通常是利用附加电容上储存的能量来实现的，因此通常是利用附加电容上储存的能量来实现，因此也称为

9. 电容换向又称电容换向。 分类 Direct coupling forced commutation 直接耦合强制换流：直接由换流电路中的电容提供：换流电压由换流电路中的电容直接提供。 换向电压。 电感耦合强制换流电感耦合强制换流：通过换流电路中的电容和电：通过换流电路中电容和电感的耦合提供换流电压或换流电流。 电感耦合提供换向电压或换向电流。 4.2.2 换流方式分类 强制换流（Forced commutation） 124.2.2 换流方式分类 Direct coupled forced commutation 直接耦合强制换流 Diagram 4-3 Direct coupled forced direct coupling Schematic diagram of forced commutation Commutation schematic diagram 原电路电流流向？ 原电路电流流向？

10、电容充电。 先给电容充电。 当S闭合时全桥逆变电路原理图，可以闭合，施加反压可以关断VT。 被背压关闭。 也称为电压换向。 也称为电压换向。 134.2.2 换流方式分类 晶闸管反向电压 晶闸管反向电压-二极管压降 二极管压降图 图4-4 电感耦合强制换流示意图 Inductive coupled forced commutation LC振荡示意图 图4-4a，晶闸管在中间，晶闸管处于LC振荡的正半波，正半波截止； 图4-4b中的晶闸管中间晶闸管处于LC振荡负半波负半波关断，电容电压极性？ 关断，电容电压极性？ 也称为电流换向电流换向。 144.2.2 换流方式分类 换流方式汇总

11、被控器件 对于全控器件，其余三种方法主要针对晶闸管和晶闸管。 按照。 设备换流和强制换流属于设备换流，强制换流属于自换流自换流，电网换流和电网换流，负载换流属于负载换流和外部换流。 154.3 单相电压型逆变电路的工作原理 4.3.1 4.3.1 半桥逆变电路的实现原理 半桥逆变电路的实现原理 电压型逆变电路及其工作波形 单相半桥电压-型逆变器电路及其工作波形结构：有两种结构连接到直流侧：两个足够大的串联连接到直流侧大电容

十二、电容器工作原理 工作原理 1、V V1 1 和V V2 的栅极信号特性 2、输出电压、输出电压u uo o3、阻性和感性负载的电流特性。 阻性和感性负载电流特性 4 4.续流二极管，续流二极管 5 5.中点存在，中点存在状态：basic status：basic 16 4.3.2 4.3.2 全桥逆变电路实现原理 实现原理图图4-6 全桥逆变电路 Full-bridge inverter circuit Full bridge inverter circuit Voltage regulation (effective value) Voltage regulation (effective value)-U Ud d Structure: Structure: H bridge bridge-two half bridges Two half bridges Features: 特点：Alternate conduction Alternate conduction 180 输出特性：方波； 幅值输出特性：方波； amplitude Um dead zone 死区17V14V32电流波形？ 电流波形？ 18 两桥臂协调控制，协调控制两桥臂通断，开关周期为输出电压周期关断

13、周期为输出电压周期，占空比为周期，占空比为0.50.5控制和输出波形控制和输出波形oANBNvvv14odVV输出电压基波幅值基波幅值AT onAT onBT onBT onBT on11/sTf 4.3. 2 4.3.2 全桥全桥逆变电路实现原理 逆变电路实现原理 19 方波控制方式 方波控制方式下，优点是器件的开关频率低，适用于高power 高功率场合率场合。 缺点是谐波含量高，逆变器的缺点是谐波含量高，逆变器不能控制输出电压幅值，不能控制输出电压幅值。 4.3.2 4.3.2 全桥逆变电路实现原理 逆变电路实现原理 Rectangular wave uo 扩展矩形波 tttUu5sin513sin31

14. sin4doddo1m27。 14UUU 其中基波幅值Uo1m基波幅值Uo1o1dd1o9基波有效值U。 正负分别是输出电压是正负脉冲的脉冲。 匆忙。 工作过程： 工作过程：输出电压分别经过Ud、0、-Ud。 结论： 结论：可以通过改变输出电压来调节输出电压。 4.3.2 全桥逆变电路实现原理 4.3.2 全桥逆变电路实现原理图 图4-10 移相稳压逆变电路驱动方式驱动方式V1、V2互补； 补充; V3与V4相辅相成； V3和V4分别为180-

15.. 图21 图4-11 带中心抽头变压器和中心抽头变压器的逆变电路 变压器的逆变电路是交替驱动，交替驱动两个或两个IGBT，由一个变压器变压耦合到负载上，并与一个矩形波交流设备 向负载施加矩形波交流电压。 压力。 两个二极管的作用也是提供无功能量的反馈通道。 Ud与负载参数相同，变压器与负载参数相同，当变压器匝数比为1:1:1时，uo和io波形、波形和幅值与全桥完全一致逆变电路。 幅值与全桥逆变电路完全相同。 与全桥电路相比？ 与全桥电路相比？Inverter circuit with center-tapped transformer inverter circuit with center-tapped transformer 224.4 三相电压型逆变电路的工作原理 三个单相逆变电路可以组合成一个三相逆变电路

16.道路。 三个单相逆变电路可以组合成一个三相逆变电路。 三相桥式逆变电路 三相桥式逆变电路的基本工作方式 基本工作方式为180导通方式。 同相上下臂（即同一半桥）交替导电，各相开始在同相上下臂（即同一半桥）之间交替导电。 瞬间，有三个桥臂和三个桥臂同时导通。 同时开启。 每次换相在同相上下臂之间进行，也称为每次换相在同相上下臂之间进行，也称为纵向和纵向换相。 4.4.1 逆变电路基本结构 4.4.1 逆变电路基本结构 23 图4-12 三相电压桥逆变电路 三相电压桥逆变电路 4.4.1 4.4.1 逆变电路基本结构

17.道路基本结构 虚中点 虚中点 180 导通方式 导通方式 120 角差 角差 纵向换向 纵向换向 24 桥臂 桥臂 1 传导-uUN=Ud/2 桥臂 4 传导 传导 Pass-uUN=- Ud/2、uUN-amplitude为幅值为Ud/2的矩形波图 图4-15 电压型三相桥式逆变电路工作波形 电压型三相桥式逆变电路工作波形为U相输出相输出V、W两相情况，两相情况与U相类似。 相似的。 UVUNVNuuuUVUNVNuuu4.4.2 4.4.2 逆变电路工作波形分析 25tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3图

18. 4-15 电压型三相桥式逆变电路工作波形 电压型三相桥式逆变电路工作波形 负载线电压 负载线电压uUV、uVW、uWU 可由下式得到 UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu 相位voltages of each phase of load are NN The phase voltages of each phase of load is NN WNWN NN VNVN NN UNUNuuuuuuuuuu4.4.2 4.4.2 逆变电路工作波形分析 264.2.2 逆变器工作波形分析电路 变压器电路 三相电压型逆变电路 3/tOtOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3 图 4-10 电压型三相桥

19、逆变电路的工作波形 电压型三相桥式逆变电路的工作波形可以通过将以上各种类型相加排序得到） (31) (31WNVNUN WN VN UN NNuuuuuuu 假设负载是三相对称负载，那么如果负载是三相对称负载，那么uUN+uVN+uWN=0，所以可以得到，所以可以得到）（31 WN VN UNNNuuuu 当负载参数已知，可以在负载参数已知的情况下，由uUN的波形得到U相电流和相电流iU的波形，图中的波形，如图4-10g所示，是电阻电感under load. 负载下iU的波形 将桥臂1、3、5的电流相加，将可用电流的电流相加，得到直流侧电流波形，如图图 4

20、如-10h所示，可以看出id每60次脉冲一次。 脉冲一次。 UNUN NN uuu274.4.2 4.4.2 逆变电路工作波形分析 逆变电路工作波形分析 输出线电压 输出线电压 uUV 展开成傅里叶级数 展开成傅里叶级数 nktnntUtttttUusin)1(1sin3213sin13111sin1117sin715sin51sin32ddUV16 kn output Line voltage RMS output line voltage RMS UUV为d202UVUV816.0d21UtuU基波幅值基波幅值UUV1mddUV1m1.132UUUUddUV1mUV178.062UUUU基波有效值基波有效值UUV1基本定量关系基本定量关系2

21、8NNTNNTUTTTTTTUUSIN1SIN213SIN1SIN117SIN715SIN5SIN51SIN2DUN16 KN KN负载负载相电压电压电压有效值有效值有效值负载负载相相电压电压电压电压电压电压有效值为为.2 逆变电路工作波形分析 逆变电路工作波形分析 基波幅度 基波幅度 UUN1m 相电压 相电压 29UUV7 =2 Ud/(3.147 )=22.3(V) 例：三相桥电压型逆变电路，例如：三相桥电压型逆变电路，180导通方式，导通方式，Ud=200V.try

22、计算输出相电压基波幅值试求输出相电压基波幅值UUN1m和有效值UUN1，输出线电压基波幅值，输出线电压基波幅值输出线电压的UUV1m和RMS和RMS UUV1，RMS UUV7和输出线电压中7次谐波的分谐波。解：解：2dUN1mUN145。 02UUUddUN1m637。 02UUUddUV1m1.132UUUddUV1mUV178。 062UUUU0.4520090 (V) 0.637200127.4 (V) 1.1200=220 (V) 0.78200Example=156 (V.4) 三相逆变器 34.逆变器实例 304.5 章节小结 本章小结描述了逆变器的基本电路结构和

23. Its working principle 描述了基本逆变电路的结构和工作原理。 在四种基本逆变电路中，在四种基本逆变电路中，AC/DC和DC/AC两类电路更为基础，也更为重要。 更基础也更重要。 换流方式 换流方式分为外换流、外换流和自换流两大类。 电流负载换流有两种，自换流包括两种，自换流包括装置换流装置换流和强制换流和强制换流。 两种。 换流的概念在晶闸管时代很重要，全控器件时代换流的概念在晶闸管时代很重要，在全控器件时代重要性下降。 重要性下降了。 31 逆变器电路分类法 逆变器电路分类法可按换流方式、输出相数、输出相数、直流电源的性质、直流电源的性质或用途等进行分类和很快。 本章主要采用按直流侧电源性质分类的方法，分为电压型、电压型和电流型两种。 两类。 电压型和电流型的概念在其他电路中使用，电压型和电流型的概念在其他电路中使用，他们会对这些电路有更深的理解，对这些电路有更深的理解电感负载。 负载大电感的整流电路可视为电流型整流电路，带电容滤波的整流电路可视为电流型整流电路全桥逆变电路原理图，带电容滤波的整流电路可视为电压型整流电路。 电流电路可视为电压型整流电路。 4.5 本章小结 本章小结