第四章 DC-AC变换器(无源逆变电路)1

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电 力 电 子 技 术Power Electronic Technology

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第4章 DC-AC变换器 (无源逆变电路)

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4.1 概述 DC-AC变换器是指能将一定幅值的直流输入电压(或电流) 变换成一定幅值、一定频率的交流输出电压(或电流)的 电力电子装置。

向无源负载(如电机、电炉、或其它用电器等)供电的 DC-AC 变 换 器 又 称 为 无 源 逆 变 电 路 ， 常 简 称 作 逆 变 器 (Inverter)。 能把一定幅值的直流输入电压(或电流)变换成一定幅值、 一定频率的交流输出电压(或电流),并向电网供电的电 力电子装置称为有源逆变电路,习惯作为整流器电路的馈能 运行来讨论

本章将只讨论无源逆变电路——逆变器。

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4.1 概述 许多场合下，电网提供的50Hz工频电源不能满足负载的 特殊需要，要用交直交变频电路进行电能变换。如感应加 热，根据加热工艺和对象的不同，所需感应加热电源的频 率范围从几百Hz到几千Hz。 交流电机为了获得良好的调速特性需要频率可变的电源， 这些电源的核心就是逆变电路。

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4.1 概述 有些负载虽然也用工频电源供电，但对电源的频率稳定性、 波形畸变等有严格要求，且绝不允许瞬时停电。比如对于 计算机一类的负载，特别是银行、证券公司、医院以及大 型计算机中心的计算机，瞬时的停电会带来严重后果。因 此，需要不间断电源(Uninterruptable Power Supply—— UPS),其核心就是逆变电路。 除了工业应用之外，逆变器在空调、冰箱等家用电器中也 有广泛应用。

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4.1 概述 UPS基本工作原理 市电正常时，由市电供电，市电经整流器整流为直流，再 逆变为50Hz恒频恒压的交流电向负载供电。同时，整流 器输出给蓄电池充电，保证蓄电池的电量充足。 此时负载可得到高质量的交流电压，具有稳压、稳频性能， 也称为稳压稳频电源。整流器 市电 蓄 电 池 逆变器 负载

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4.1 概述 重点学习内容: 1. 逆变器的电路结构、分类及主要性能指标。 2. 逆变器的三种基本变换方式——方波变换、阶梯波变 换、正弦波变换。 3. 方波逆变器的基本电路及其特点。 4. 阶梯波逆变器的基本电路及其特点。 5. 正弦波逆变器及其SPWM控制。 6. 空间矢量PWM控制的基本问题——原理、矢量分布、 矢量合成。

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4.1.1 逆变器的基本原理 如何完成直流-交流这一变换呢？VT1 ui VT2 VD1 A VD2 L iAB VT3 VD3 B

uAB R

+ EMVT4

VD4

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4.1.1 逆变器的基本原理 如何完成直流-交流这一变换呢？ 考虑采用开关切换的方式将 直流量变换成交流量 完成直流电压变换的逆变器 称为电压型逆变器 完成直流电流变换的逆变器 则称为电流型逆变器。 左图所示

电压型逆变器直流 侧采用足够容量的电容滤波， 因此直流侧电压基本不变

Vd

Cd +-

Sa

Sb

负载

逆变器的原理拓扑

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4.1.1 逆变器的基本原理VdCd+ -

Sa

Sb

负载

逆变器的原理拓扑VT1 ui VT2 VD1 A VD2 L iAB uAB R VT3 VD3 B

+ EMVT4

VD4

逆变器的输出电压为幅 值与直流电压幅值相等 的方波电压，其输出电 流波形取决于负载对方 波电压的响应 若考虑到负载的无功缓 冲，则所用开关管必须 具有电流双向流通的能 力，为此可采用单向功 率管反向并联续流二极 管的组合来实现开关管 的电流双向流通特性

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4.1.1 逆变器的基本原理 左图所示电流型逆变器直流侧采用 足够容量的电感滤波，因此直流侧 电流基本不变 逆变器的输出电流为幅值与直流电 流幅值相等的方波电流，其输出电 压波形取决于负载对方波电流的响 应

LdSa

Id

负载

Sb

逆变器的原理拓扑

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4.1.1 逆变器的基本原理若考虑到直流电流的单向性以及负 载的无功缓冲，则左图中的开关管 必须具有电流反相阻断的能力，考 虑到常规功率管弱的反向阻断特性， 为此可采用单向功率管顺向串联二 极管的组合来实现开关管的反相电 流阻断特性。 为什么？

LdSa

Id

负载

Sb

逆变器的原理拓扑

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4.1.1 逆变器的基本原理VT1ui

图中，当功率管VT1 (VD1)和VT4(VD4) 导通而VT2(VD2)和VT3(VD3 )关断时， VT2 VD2 VT4 VD4 输出电压为正的方波电压；当功率管VT2 (VD2 )和VT3 (VD3 )导通而VT1 (VD1 ) 实现DC-AC变换功能的逆变器有那些 a)逆变器原理电路 和VT4 (VD4 )关断时，输出电压为负的 变换方式呢？ 方波电压。VT1 VT4 VD1 VD4 VT2 VT3 t VD2 VD3

VD1 uo

VT3

以左a)图所示的单相电压型全桥逆变器原 理电路来讨论逆变器的基本原理。VD3

uo ui

单相全桥电路的输出波形如左b图所示， 显然，输出的正、负方波电压幅值相等 若使输出的正、负方波电压宽度相等，则 输出电压的正、负半周的面积相等，从而 实现了直流电压到交流电压的变换，这就 是实现逆变器的基本思路。

ui

b)输出波形

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4.1.1 逆变器的基本原理1. 方波变换方式 方波变换方式是实现DC-AC最简单 的变换方式，一般而言，方 …… 此处隐藏：891字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……