第五章直流-交流变换器.
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1、1第五章第五章DC-AC变换电路变换电路第五节第五节 脉宽调制（脉宽调制（PWM）型逆变电路）型逆变电路第四节第四节 电压型和电流型逆变器电压型和电流型逆变器第三节第三节 无源逆变电路无源逆变电路第二节第二节 有源逆变应用电路有源逆变应用电路第一节第一节 有源逆变的基本原理有源逆变的基本原理内容提要内容提要与目的要求与目的要求 第六节第六节 三相电压源型三相电压源型SPWM逆变器的仿真逆变器的仿真2内容提要与目的要求v掌握逆变的概念和逆变的条件；掌握逆变的概念和逆变的条件；v掌握三相有源逆变电路的波形及计算；掌握三相有源逆变电路的波形及计算；v了解逆变失败的原因及最小逆变角的限制；了解逆变失败
2、的原因及最小逆变角的限制；v了解变流电路的换流方式；了解变流电路的换流方式；3v掌握电压型逆变电路和电流型逆变电路的特点；掌握电压型逆变电路和电流型逆变电路的特点；v掌握三相电压型逆变电路、单相并联谐振式逆变掌握三相电压型逆变电路、单相并联谐振式逆变电路及串联二极管式电流型逆变电路的工作原理电路及串联二极管式电流型逆变电路的工作原理及换流方式；及换流方式；v掌握掌握PWM控制方式的理论基础及脉宽调制型逆变控制方式的理论基础及脉宽调制型逆变电路的控制方式；电路的控制方式；v了解规则采样法的计算方法。了解规则采样法的计算方法。v重点：三相桥式逆变电路的原理与参数、脉宽调重点：三相桥式逆变电路的原理
3、与参数、脉宽调制和谐波消除方法。有源逆变的条件和有源逆变制和谐波消除方法。有源逆变的条件和有源逆变失败的原因。失败的原因。4定定 义义v将直流电转变成交流电，这种对应于整流的逆向过程称为逆变（逆变（Invertion）。v把直流电逆变成交流电的电路称为逆变电逆变电路路。5有源逆变有源逆变v定义：定义：当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变。有源逆变电路是将直流电功率返送回电网。v用途：用途：有源逆变电路常用于直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速及高压直流输电等场合。6无源逆变无源逆变v定义：定义：当交流侧直接与负载相连，称为无源逆变。无源逆变是将直流电变为某一频率或可
4、调频率的交流电供给负载。v用途：用途：无源逆变电路常用于交流电动机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等场合。此外，它还常用于将蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源逆变为交流电供给交流负载。7第一节第一节 有源逆变的基本原理有源逆变的基本原理1一、电能的一、电能的交换交换2二、有源逆二、有源逆变的条件变的条件8一、电能的交换v对于整流电路而言，当其满足一定的条件，则可工作于有源逆变状态。将这种既可工作在整流状态又可工作在逆变状态的整流电路称为变流电路（变流电路（Convertor）。 9 图5-1a M电动运转，EGEM，电流Id从G流向M，M吸收电功率。R为主回路总电阻。由于Id和EG同方
5、向，与EM反方向，因此G输出电功率PG=EGId，电能由G流向M，M吸收功率PM= EMId，再转变为机械能，R上是热耗。 REEIMGd 图5-1b 回馈制动状态，M作发电运转，此时，EMEG，电流反向，从M流向G。故M输出电功率，G则吸收电功率，M轴上输入的机械能转变为电能反送给G。 图5-1c 两电动势顺向串联，向电阻R 供电，G和M均输出功率，由于R 一般都很小，实际上形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。10v由上述分析，可以得出如下结论： 两电源同极性相连时，电流总是从电势高的流向电势低的。电流大小取决于电势差和回路电阻。 与电流同方向的电动势输出功率，而与电流反方向的电动势吸收
6、功率。 两电源反极性相连时形成短路，应严防发生。 11v以单相全波电路给直流电动机负载供电为例 a)b)图2-45R+-电能M102u10u20udidLVT1VT2u10udu20u10OOttIdidUdEMEM电能MR+-102udidLVT1VT2u10udu20u10OOttIdidUdEM，才能输出Id。交流电网输出电功率电动机输入电功率电动机输出电功率交流电网输入电功率 图5-2b M回馈制动回馈制动，由于晶闸管的单向导电性，Id方向不变方向不变，欲改变电能的输送方向，只能改变改变EM极性极性。为了防止两电动势顺向串联，Ud极性也必须反极性也必须反过来，即Ud应为负值，且|EM
7、| |Ud |，才能把电能从直流侧送到交流侧,实现逆变。 Ud可通过改变 来进行调节，逆变状态时Ud为负值为负值，逆变时在在 /2 间间二、有源逆变的条件12v从上述分析可归纳出产生逆变的条件有二： 外部条件：要有直流电动势，其极性与晶闸管的导通方向一致，其值应大于直流侧平均电压； 内部条件：要求晶闸管的控制角/2，使Ud为负值。v两者必须同时具备才能实现有源逆变状态。v必须注意：半控桥或带续流二极管的变流电路，由于其整流电压Ud不会出现负值，也不允许直流侧有负极性的电动势，因此不能实现逆变。 13第二节第二节 有源逆变应用电路有源逆变应用电路有源逆变有源逆变应用电路应用电路四、确定最小四、确
8、定最小逆变角逆变角min的依据的依据三、逆变失败三、逆变失败的原因的原因一、逆变时一、逆变时的波形的波形二、参数二、参数计算计算14逆变和整流的区别逆变和整流的区别逆变和整流的区别：控制角 不同 0 /2 时，电路工作在整流状态。 /2 /2时的控制角用 = b b表示，b b 称为逆变角逆变角。 逆变角b b和控制角 的计量方向相反，其大小自b =0的起始点向左方计量。所以 b b = 。15一、逆变时的波形v1、三相半波逆变波形、三相半波逆变波形（图5-3波形） /2的范围内，Ud波形的正面积大于负面积，则Ud0，工作在整流状态，Id从Ud的正端流出，电网输出功率。 =/2时，Ud的正面积
9、等于负面积，处于临界状态。 /2的范围内，Ud波形的正面积小于负面积，则Ud0，工作在逆变状态，Id从Ud的负端流出，电网输入功率。v由晶闸管VT1两端的电压波形可以看出，在整流状态，晶闸管阻断时主要承受反向电压，而在逆变状态，晶闸管阻断时主要承受正向电压。 162、三相全控桥式电路逆变波形、三相全控桥式电路逆变波形v三相全控桥式变流电路当满足相应条件时就可工作于有源逆变状态，此时其对脉冲的要求和整流时相同。v图5-4给出了不同逆变角时输出电压波形，晶闸管两端波形与图5-3类同。17二、参数计算v1、输出电压平均值计算v 输出电压平均值的近似计算和整流时一样。 （5-1）v 式中Udo表示=0
10、时的输出电压平均值三相半波变流电路Udo=1.17U2三相全控桥式变流电路Udo=2.34U2。 bbcos)cos(cos000ddddUUUU182、电流计算、电流计算v 输出电流平均值亦可用整流的公式，即 （5-2）v 在逆变状态时，Ud、EM的极性和整流时相反，均为负值。v 每个晶闸管导通2/3，因此流过每个晶闸管的电流平均值、有效值分别为：（设Id波形平直连续） （5-3） （5-4）REUIMddddVTII31dVTII3119v 变压器二次侧电流的有效值为：v 三相半波电路 （5-5）v 三相全控桥式电路 （5-6）dVTIII312dVTIII3222203、功率计算、功率计
11、算v 从交流电源送到直流侧负载的有功功率为： （5-7）v 当逆变工作时，EM、Ud均为负值，故Pd也为负值，表示功率由直流电动势流向交流电源。dddMddIUIEIRP2214、逆变时的功率因素、逆变时的功率因素 （5-8）v 式中，cos为负值，表明电路工作在逆变状态。SPdcos22三、逆变失败的原因v逆变失败逆变失败（逆变颠覆）： 逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源会通过晶闸管电路形成短路，或者直流电动势和变频器的输出平均电压顺向串联，形成很大的短路电流。v逆变失败的原因：逆变失败的原因： 触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延迟、脉冲次序
