第4章 直流-交流变换器1-16

第4章直流－交流变换器直流－交流功率变换称为逆变介绍：•单相半桥、全桥、三相桥逆变基本原理•PWM控制输出电压大小和波形的基本原理•高压、大容量逆变器复合结构ABCDRLES1S2S3S4C(a)基本逆变电路0v1v图1.6EEX-Axis1vDovE0ttX-Axis1vov0tCTonTonT(b)方波(c)宽度方波tT/2T(d)PWM输出电压波形0ov2Ttov2T2tovovo180o1804-2电压型单相方波逆变电路工作原理4-2-1电压型单相方波半桥逆变电路•电容分压，半桥电路•T1、T2交替通、断•二级管D的功用•R、L负载时，T、D交替导电图4.2单相半桥逆变电路及电压电流波形(a)电路Z1oC2oCdV1T2T1D2Daiant0ai1D2D1T2TR-L(e)R-L负载电流波形t0ai1D2D1T2TamiLfVidam081(d)电感负载电流波形t0aiON1T2TON0T043T041T(c)电阻负载电流波形t0dV21anv(b)电压波形1T2T驱动驱动20T0T230T(a)电路Z1oC2oCdV1T2T1D2Daiant0dV21anv(b)电压波形1T2T驱动驱动20T0T230TtnnVvDnansin2,5,3,1DD1D145.022sin2VVVtVva基波)sin()(2)(221tLRVtia4-2-2电压型单相全桥逆变电路T1、T4与T2、T3交替通、断(a)电路ZdV3T4T3D4Db1T2T1D2Dadiaittt(b)负载电压(c)电阻负载电流波形(d)电感负载电流波形t(e)R-L负载电流波形(f)输入电流波形1T驱动4T1T驱动4T2T驱动3TabVaiai000000T40T430T20T1T4T2T3T2D3D4D1D1T4T2T3T2T3T1T4TR负载L负载aiRL负载2tdi2D3D1D4D观看flash演示(a)电路ZdV3T4T3D4Db1T2T1D2Dadiait(b)负载电压1T驱动4T1T驱动4T2T驱动3T0vab图4.3D202D0,5,3,102)sin(4VdtVTVtnnVtvTabDnab总有效值DDD19.02224VVVV基波有效值不同负载时，D、T导电情况不同T导电供电，D导电续流（反回）变压器中心抽头推挽式单相逆变电路仅二个开关T1、T2轮流导电180度开关管断态电压高一倍2Vd要输出变压器适用于低压小功率、须隔离的应用**abABOdV1T2T1D2D负载*变压器中心抽头推挽式单相逆变电路4-1逆变器类型和性能指标4-1-1逆变器的类型(1)依据直流电源的特性不同可分为:1.电压型逆变器VSI2.电流型逆变器CSIZdV3T4T3D4Db1T2T1D2DadiaiCt负载电压1T驱动4T1T驱动4T2T驱动3TabV0dVdVdIZdV3T4T3D4Db1T2T1D2DaaiLt负载电流1T驱动4T1T驱动4T2T驱动3Tabi0dIdI4-1逆变器类型和性能指标(续1)4-1-1逆变器的类型(1)依据直流电源的特性不同可分为:电压型逆变器VSI、电流型逆变器CSI(2)按输出电压不同分为CVCF、VVVF、脉冲型(3)按逆变器电路结构不同分为：单相半桥单相全桥推挽逆变三相桥(4)按开关器件不同及换流关断方式不同分类:自关断、强迫关断、有源逆变、负载反电动势、负载谐振换流逆变器。4-1-2逆变器输出电压波形性能指标1/)1(VVHFnn谐波系数232221221212,12121214,3,2211VV)11)2(VVVVVVVTHDVVTHDnnnn（总谐波系数DV180方波15131513122VVVVVVD33.0/133VVHF2.05HF48.021212VVVTHDDX-Axis0tt方波2To180DV)(1tv畸变系数DFABCDRLVDS1S2S3S4C(a)基本逆变电路0v1vX-Axis1vDovVD0ttCov2T逆变电路输出的n次谐波有效值Vn经LC滤波后在负载上的n次谐波电压VLn为:11122LCnVcncnLnVVnnLn2020222)(nVnVLCnVVnnnLn21224,3,212n122)(1::nnVVDFnHFVnVDFnnnnnn总畸变系数次谐波的畸变系数第倍，次谐波衰减了4-3单相逆变器输出电压和波形控制控制输出电压基波V1的大小控制输出电压波形，要求谐波系数小，谐波频率高LCnVVnLn22控制方案1:控制方案2:控制方案3:可控整流方案斩波调压方案逆变器自身控制方案4-3-1单脉冲脉宽调制决定输出电压大小脉宽开关频率决定输出频率角导通、负半周中，角导通、正半周中，T3T2T4T12dV3T4T3D4Db1T2T1D2Daai2dV电路负载t0t0t0驱动信号输出电压22222241,ggVV32,ggVV22223dVdVabvT1T4导通T2T3导通22224-3-1单脉冲脉宽调制(续1)tnnnVvVtdVVndntabddabsin)1(2sin4)(2221,7,5,3,1)(21222ddmVVVV22411时，211coscos22sin42sin4nnnVnnVVVVddnmdm度00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0020804060100120140160180dmVV41dmVV43dmVV45dmVV47220dV12次谐波电压相对值、、基波、的矩形波的脉宽为7534-3-2正弦脉冲宽度调制SPWM基本原理EABCDRLS1S2S3S4C基本逆变电路0v1vEEX-Axis1vDovE0ttX-Axis1vov0tCTonTonT(b)方波(c)宽度方波tT/2TPWM输出电压波形0ov2Ttov2T2tovo180o1800ooovEvEv逆变电路只能直接输出观看flash演示4-3-2正弦脉冲宽度调制SPWM基本原理(续1)冲量等效原理:大小、波形不相同的窄脉冲变量作用于惯性系统时，只要它们的冲量即变量对时间的积分相等，其作用效果基本相同。tdtVVttdtVVtdttVtVdtVmdmmmdmmmddsin1sin1sin111)(sin11tdtVVmdtVtvmsin)(10t452123789210tdVdV)(tvab(b))(tv1031245109876105107109120(a)(b)SPWM等效电压(a)正弦电压312345图4.8用SPWM电压等效正弦电压vab(t)i(t)4-3-2正弦脉冲宽度调制SPWM基本原理(续2)在某一很短的时间段期间，正弦电压与同一时间段中等幅脉冲电压作用于L、R电路时，只要两个窄脉冲电压的冲量相等，则它们所形成的电流响应就相同。因此要使图4.8(b)的PWM电压波在每一时间段都与该时段中正弦电压等效，除每一时间段的面积相等外，每个时间段的电压脉冲还必须很窄，这就要求脉波数量P很多。脉波数越多，不连续的按正弦规律改变宽度的多脉波电压就越等效于正弦电压。iitVmsin1△t期间△tdV