4直流-交流

第3章直流—交流(DC—AC)变换

3.1 逆变电路概述

3.2 逆变电路的基本工作原理及分类

3.3 方波逆变电路

3.4 PWM逆变电路

3.5 多电平逆变电路

3.6 软开关技术

2/793.1 逆变电路概述

■逆变的概念

逆变：整流的逆向变化过程，将直流电→交流电。(DC →AC)

交流侧接电网

——有源逆变

交流侧接负载——无源逆变▲■逆变与变频的关系：

由AC → DC 和DC → AC

两部分组成

无源逆变

故变频电源常称为逆变电源

变频电路交交变频

交直交变频

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3.1 逆变电路概述

■逆变技术的发展过程

◆1956~1980年为传统发展阶段：开关器件以低速器件为主

◆1981~2000年为高频化新技术阶段：开关器件以高速器件为主

◆2000年至今为高效低污染阶段：以逆变电路的综合性能为主，低速与高速开关器件并用

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3.2 逆变电路的基本工作原理及分类

3.2.1逆变电路的基本工作原理

3.2.2换流方式

3.2.3逆变电路的分类

3.2.4 电压型逆变与电流型逆变

直流

侧

交流侧图4-1

电路及其波形举例

直流电变成了交流电！

输出交流电

u o的频率，取决于两组开关切换频率；

■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。

◆研究换流方式主要是研究如何使器件关断。

3.2.2 换流方式

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换流过程中，

有的器件开通，

有的器件关断▲

3.2.2 换流方式

■4 种换流方式

◆器件换流（Device Commutation）

?利用全控型器件的自关断能力进行换流。

?在采用IGBT 、电力MOSFET 、GTO 等全控型器件的电路中的换流方式即为器件换流。

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■4 种换流方式

◆电网换流（Line Commutation ）

?由电网提供换流电压的换流方式。

?应用：可控整流电路、交流调压电路、

采用相控方式的交交变频电路

?不需器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附

加元件

3.2.2 换流方式

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10/793.2.2

换流方式■

4

种换流方式◆

负载换流（Load Commutation ）

?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。

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◆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。

3.2.2 换流方式

■4 种换流方式

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■根据直流侧电源性质的不同，可以分为两类◆电压型逆变电路：直流侧是电压源。

◆电流型逆变电路：直流侧是电流源。

器件换流

3.2.4 电压型逆变与电流型逆变图3-2 电压型单相全桥式逆变电路

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图3-2 电压型单相全桥式逆变电路

■电压型逆变电路的特点

◆直流侧为电压源或并联大电容，

相当于电压源，直流侧电压基本

无脉动，直流回路呈现低阻抗。

◆由于直流电压源的钳位作用，输

出电压为矩形波，并且与负载阻

抗角无关。

◆当交流侧为阻感负载时需提供无

功功率，直流侧电容起缓冲无功

能量的作用，为了给交流侧向直

流侧反馈的无功能量提供通道，

逆变桥各臂并联反馈二极管。3.2.4

电压型逆变与电流型逆变

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图3-3 电流型三相桥式逆变电路

3.2.4 电压型逆变与电流型逆变■电流型逆变电路主要特点

◆直流侧串大电感，电流基本无

脉动，相当于电流源。

◆交流输出电流为矩形波，与负

载阻抗角无关，输出电压波形

和相位因负载不同而不同。

◆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

器件的电路仍应用较多，换流方

式有负载换流、强迫换流。

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3.3

方波逆变电路

3.3.1单相半桥方波逆变电路

3.3.2单相全桥方波逆变电路

3.3.3 三相全桥方波逆变电路

3.3.4 方波逆变电路输出的谐波情况

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■半桥逆变电路

◆工作原理

V 1和V 2的栅极信号:

输出电压u o 为矩形波，

U m =U d /2。

输出电流i o 波形与负

载有关。

图3-4 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形3.3.1

单相半桥方波逆变电路