电力电子技术笔记-逆变电路

逆变的概念

逆变—— 与整流相对应，直流电变成交流电。

交流侧接电网，为有源逆变。    交流侧接负载，为无源逆变。

逆变与变频

变频电路：分为交-交变频和交-直-交变频两种。

交-直-交变频由交-直变换（整流）和直-交变换（逆变）两部分组成。

主要应用

各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。

交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。

逆变电路的基本工作原理

以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理

 S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。

负载：电阻性负载、阻感性负载

逆变电路最基本的工作原理——改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。

电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同。

换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为换相

开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。

 关断：全控型器件可通过门极关断。半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断。

            半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断。

            半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断。

 3) 负载换流               由负载提供换流电压的换流方式   

 

负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流。电容性负载就可实现负载换流

注意：触发VT2、VT3的时刻t1必须在uo过零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完成。

4)强迫换流（Forced Commutation）

设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反   压或反电流的换流方式称为强迫换流。

通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称   为电容换流。

分类：

 

直接耦合式强迫换流，也叫电压换流。

当晶闸管VT处于通态时，预先给电容充电。当S合上，就可使VT被施加反压而关断。

电感耦合式强迫换流，也叫电流换流。

先使晶闸管电流减为零，然后通过反并联二极管使其加上反向电压。

换流方式总结：

器件换流 —— 适用于全控型器件。其余三种方式—— 针对晶闸管。

器件换流和强迫换流—— 属于自换流。 电网换流和负载换流—— 属于外部换流。

电网换流和负载换流—— 属于外部换流。

直流侧是电压源称为电压型逆变电路。

电压型逆变电路的特点:

 1、半桥逆变电路               

V1和V2 栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补通断; 输出电压uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2。

V1或V2 通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供能量；

VD1或VD2 通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈。

优点：电路简单，使用器件少。

缺点：输出交流电压幅值为Ud/2，且直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡。

应用：用于几kW以下的小功率逆变电源。单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合。

2、单相全桥逆变电路

 两对桥臂交替导通180°。

输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。

输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。

直流侧是电流源称为电流型逆变电路。

电流型逆变电路的特点:

(1) 直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源。

(2) 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因负载不同而不同。

(3)直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管。

电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路应用较多。

换流方式有:负载换流、强迫换流。

单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路

由四个桥臂构成，每个桥臂的晶闸管各串联一个电抗器，用来限制晶闸管开通时的di/dt。

工作方式为负载换相。

电容C和L 、R构成并联谐振电路。

输出电流波形接近矩形波，含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波。

实际工作过程中，感应线圈参数随时间变化，必须使工作频率适应负载的变化而自动调整，这种控制方式称为自励方式。

固定工作频率的控制方式称为他励方式。

自励方式存在起动问题，解决方法：先用他励方式，系统开始工作后再转入自励方式。附加预充电起动电路。