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

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 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。

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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。

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

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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:

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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。

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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:

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 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

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 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。

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