電力電子技術(shù)基礎(chǔ)17-交流變頻

1、Fundamentals of Power Electronics Technology 電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)第三部分 電力電子變換電路6 6第7章 變頻電路相關(guān)概念相關(guān)概念逆變概念 逆變與整流相對(duì)應(yīng)，直流電變成交流電交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變交流側(cè)接負(fù)載，為無源逆變逆變與變頻逆變與變頻變頻電路：交交變頻和交直交變頻兩種交直交變頻由交直變換和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變 逆變器的分類：輸出頻率：工頻、中頻、高頻（20kHz）相 數(shù)：?jiǎn)蜗?、三相能量流向：有源、無源電源類型：電壓源型VSI、電流源型CSI電路結(jié)構(gòu)：半橋、全橋、推挽、單管換流方式：負(fù)載換流式、硬開關(guān)式、諧振式按逆變

2、器逆變器逆變電路的應(yīng)用逆變電路的應(yīng)用蓄電池、干電池、太陽能電池等直流電源向交流負(fù)載供電時(shí)，需要逆變電路交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路7.1 交直交電壓型逆變電路 (1)直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無脈無脈動(dòng)動(dòng)。 (2)輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。 電壓型逆變電路電壓型逆變電路(3)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)，需提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管（與全控器件反并聯(lián)構(gòu)成逆導(dǎo)開關(guān)）。電壓型全橋逆變電路電壓型全橋逆變電路橋臂1和4作為一對(duì)，橋臂2

3、和3作為另一對(duì)，成對(duì)的兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通180;V1,4和V2,3柵極信號(hào)在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補(bǔ)u圖 單相半橋電壓型逆變電路及其工作波形a)ttOOONb)oUm- -Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2工作原理 V1和V2柵極信號(hào)在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補(bǔ)，輸出電壓uo o為正負(fù)對(duì)稱1800矩形波，幅值為Um=Ud/2。 V1或V2通時(shí)，io和uo o同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；VD1或VD2通時(shí)，i io o和u uo o反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋。VD1、VD2稱為反饋二極管反饋二極管, ,它又起著使

4、負(fù)載電流連續(xù)的作用，又稱續(xù)流二極管續(xù)流二極管。電壓型半橋逆變電路電壓型半橋逆變電路l優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，使用器件少。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：輸出交流電壓幅值為U Ud d/2/2，且直流側(cè)需兩電容器串聯(lián)，要控制兩者電壓均衡。應(yīng)用應(yīng)用：用于幾kW以下的小功率逆變電源。l單相全橋、三相橋式都可看成若干個(gè)半橋逆變電路的組合。電壓型三相橋式逆變電路電壓型三相橋式逆變電路 三個(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電路 應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路 可看成由三個(gè)半橋逆變電路組成NN+-UVW圖5-9V1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD6Ud2Ud21、180導(dǎo)電方式導(dǎo)電方式 每橋臂導(dǎo)電180，同一相上

5、下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差120 任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通 每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱為縱向換流縱向換流180導(dǎo)通，60縱向換流120導(dǎo)通，60橫向換流控制方式輸出電壓波形：每個(gè) 半橋的輸出電壓相對(duì) 于中點(diǎn)而言，波形均 為正負(fù)對(duì)稱180方波， 幅度為Ud/2 。U相，1通，uUN=Ud/2， 4通，uUN=-Ud/2。NN+-UVW圖5-9V1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD6Ud2Ud2NN+-UVW圖5-9V1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD6Ud2Ud2負(fù)載線電壓為正負(fù)對(duì)稱的1200矩形波，幅度為Ud。 UNWNWU

6、WNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu負(fù)載相電壓UNUN NN VNVN NN WNWN NN uuuuuuuuu負(fù)載中點(diǎn)和電源中點(diǎn)間電壓)(31)(31WNVNUN WN VN UN NNuuuuuuu負(fù)載為三相對(duì)稱時(shí)有uUN+uVN+uWN=0，于是)(31 WN VN UNNNuuuuuNN,也是矩形波，但其頻率為uUN，頻率的3倍，幅值為其1/3，即為Ud/6。 每相負(fù)載電壓波形：uUN、uVN、uWN的波形形狀相同，均為6拍階梯波，幅度為2Ud/3，相位上依次相差1200 防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源短路，應(yīng)采取“先斷后通”1、120導(dǎo)電方式導(dǎo)電方式 每

7、橋臂導(dǎo)電120 任一瞬間有兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，一個(gè)在上橋臂，另一個(gè)在下橋臂 每次換流都是在從一相橋臂向相鄰橋臂轉(zhuǎn)換，也稱為橫向換流橫向換流NN+-UVW圖5-9V1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD6Ud2Ud27.2 交直交電流型逆變電路 直流電源為電流源的逆變電路電流型逆變電路 一般在直流側(cè)串聯(lián)大電感，電流脈動(dòng)很小，可近似看成直流電流源 實(shí)例之一：右圖為電流型三相橋式逆變電路 交流側(cè)電容用于吸收換流時(shí)負(fù)載電感中存貯的能量UVW圖5-11idUdVT1VT2VT3VT4VT5VT6電流型逆變器電流型逆變器單相電流型逆變器單相電流型逆變器 4橋臂，每橋臂晶閘管各串聯(lián)一個(gè)電抗器

8、LT，用來限制晶閘管開通時(shí)的di/dt 1、4和2、3以10002500Hz的中頻輪流導(dǎo)通，可得到中頻交流電 采用負(fù)載換相方式，要求負(fù)載電流略超前于負(fù)載電壓負(fù)載一般是電磁感應(yīng)線圈，R和L串聯(lián)為其等效電路因功率因數(shù)很低，故并聯(lián)CC和L、R構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，故此電路稱為并聯(lián)諧振式逆變并聯(lián)諧振式逆變電路電路ABCRL圖5-12LdIdVT1VT2VT3VT4LT1LT2LT3LT4uoio 輸出電流波形接近矩形波，含基波和各奇次諧波，且諧波幅值遠(yuǎn)小于基波單相電流型逆變器單相電流型逆變器ABCRL圖5-12LdIdVT1VT2VT3VT4LT1LT2LT3LT4uoio 工作波形分析工作波形分析 一周

9、期內(nèi)，兩個(gè)穩(wěn)定導(dǎo)通階段和兩個(gè)換流階段 t1t2：VT1和VT4穩(wěn)定導(dǎo)通階段穩(wěn)定導(dǎo)通階段，i=Id，t2時(shí)刻前在C上建立了左正右負(fù)的電壓 t2t4：t2時(shí)觸發(fā)VT2和VT3開通，進(jìn)入換流階段換流階段 LT使VT1、VT4不能立刻關(guān)斷，電流有一個(gè)減小過程 VT2、VT3電流有一個(gè)增大過程 4個(gè)晶閘管全部導(dǎo)通，負(fù)載電容電壓經(jīng)兩個(gè)并聯(lián)的放電回路同時(shí)放電： LT1、VT1、VT3、LT3到C；另一個(gè)經(jīng)LT2、VT2、VT4、LT4到C t=t4時(shí)，VT1、VT4電流減至零而關(guān)斷，換流階段結(jié)束 t4t2= tg g 稱為換流時(shí)間換流時(shí)間 io在t3時(shí)刻，即iVT1=iVT2時(shí)刻過零，t3時(shí)刻大體位于t2和

10、t4的中點(diǎn)單相電流型逆變器單相電流型逆變器tOtO圖5-13tOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tuotguABttIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4單相單相電流電流型逆型逆變器變器波形波形分析分析保證晶閘管的可靠保證晶閘管的可靠關(guān)斷關(guān)斷晶閘管需一段時(shí)間才能恢復(fù)正向阻斷能力，換流結(jié)束后還要使VT1、VT4承受一段反壓時(shí)間tt = t5- t4應(yīng)大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq單相電流型逆變器單相電流型逆變器保證晶閘管的可靠保證晶閘管的可靠關(guān)斷關(guān)斷晶閘管需一段時(shí)間才能恢復(fù)正向阻斷能力，換流結(jié)束后還要使VT1、VT4承受一段反壓時(shí)間tt = t5- t4應(yīng)