DC AC变换器

电力电子学——电力电子变换和控制技术电力电子变换和控制技术直流直流//交流变换器交流变换器（逆变器）（逆变器）4.1逆变器的类型和性能指标4.2电压型单相方波逆变电路工作原理4.3电压型单相逆变器电压和波形控制4.4三相逆变电路工作原理4.5三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制4.6大容量逆变器的复合结构小结4直流/交流变换器（逆变器）4.1逆变器的类型和性能指标4.1.1逆变器的类型4.1.2逆变器输出波形性能指标4.1.3其他指标4.1.1逆变器的类型电压型逆变器VSI单相半桥单相全桥推挽逆变三相桥电流型逆变器CSI依据直流电源的特性不同可分为：按输出电压不同分为CVCF、VVVF、脉冲型按逆变器电路结构不同分为：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。Z3T4T3D4Db1T2T1D2DaaiCDVDiZ3T4T3D4Db1T2T1D2DaaiLDVDi电压型逆变器VSI电流型逆变器CSI4.1.1逆变器的类型(续1)Z1oC2oCDV1T2T1D2Daian单相半桥单相全桥4.1.1逆变器的类型（续2）**abABODV1T2T1D2D负载*推挽式单相逆变电路4.1.1逆变器的类型（续3）2dV2dV1T1D3D3T5T5D4D4T6T6D2D2TaibiciabcPQ0电压型三相桥式逆变电路4.1.1逆变器的类型（续3）p1/)1(VVHFnn=谐波系数×××+++=-÷÷øöççèæ=÷÷øöççèæ-=÷÷øöççèæ=åå¥=¥=232221221212,12121214,3,2211VV)11)2(VVVVVVVTHDVVTHDnnnn（总谐波系数DV180方波15131513122VVVVVVD===p33.0/133==VVHF2.05=HF48.021212=-=VVVTHDDX-Axis0ptwt方波2To180DV)(1tv4.1.2逆变器输出波形性能指标ABCDRLVDS1S2S3S4C(a)基本逆变电路0v1vX-Axis1vDovVD0ptwtCov2T畸变系数DF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-=´-×=LCnVcncnLnVVnnLnwwww2020222)(wwwwwnVnVLCnVVnnnLn=÷÷øöççèæ=×=21224,3,212n12)(1::n÷÷øöççèæ==×=å¥=nVVDFnHFVnVDFnnnnnn总畸变系数次谐波的畸变系数第4.1.2逆变器输出波形性能指标（续）pn220()nww次谐波衰减了倍q逆变器的性能指标除输出波形性能指标外，还应包括：q逆变效率q单位重量（或单位体积）输出功率q可靠性指标q逆变器输入直流电流中交流分量的数值和脉动频率q电磁干扰EMI及电磁兼容性EMCp4.1.3其他指标4.2.1电压型单相全桥逆变电路4.2.2电压型单相半桥逆变电路4.2.3变压器中心抽头推挽式(Push-Pull)单相逆变电路4.2电压型单相方波逆电路工作原理ttt(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qpp2twDi2D3D1D4DT1、T4与T2、T3交替通、断4.2.1电压型单相全桥逆变电路Ø不同负载时，D、T导电情况不同ØT导电供电，D导电续流（返回）1T4T1T4T2T3T()D202D0,5,3,102)sin(4VdtVTVtnnVtvTabDnab=÷÷øöççèæ==òå¥=总有效值wpDDD19.02224VVVV===pp基波有效值电阻负载电感负载阻感负载4.2.1电压型单相全桥逆变电路（续）图4.2单相半桥逆变电路及电压电流波形t0ai1D2D1T2TR-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20T0T230T4.2.2电压型单相半桥逆变电路Ø电容分压，半桥电路ØT1、T2交替通、断Ø二级管D的功用ØR、L负载时，T、D交替导电Z1oC2oCDV1T2T1D2Daian1D2Dt0DV21anv(b)电压波形2T驱动驱动20T0T230TtnnVvDnanwpsin2,5,3,1å¥==DD1D145.022sin2VVVtVva===pwp基波)sin()(2)(221fww-×+=tLRVtiaZ1oC2oCDV1T2T1D2Daian4.2.2电压型单相半桥逆变电路（续）1T4.2.3变压器中心抽头推挽式单相逆变电路q仅二个开关T1、T2轮流导电180度q开关管断态电压高一倍2VDq要输出变压器q适用于低压小功率、须隔离的应用**abABODV1T2T1D2D负载*推挽式单相逆变电路p4.3.0概述4.3.1单脉冲宽度调制PWM逆变器4.3.2正脉冲宽度调制SPWM基本原理4.3.3单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器4.3.4双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器4.3.5基波移相控制4.3单相逆变器输出电压和波形控制LCnVVnLn22w×=控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 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q控制输出电压基波V1的大小q控制输出电压波形，要求谐波系数小，谐波频率高4.3.0概述可控整流方案可控直流电源逆变器负载+-交流电源直流环节滤波器斩波调压方案DC/DC斩波器逆变器负载二极管整流器滤波器4.3.0概述（续1）ABCDRLS1S2S3S4C基本逆变电路0v1vDV逆变器自身控制方案4.3.0概述（续2）pX-Axis1vDovE0ptwtX-Axis1vov0ptwCTonTonTwq=(b)方波(c)宽度方波twT/2TPWM输出电压波形0ov2Ttov2Tp2tovo180o180<qDVDVtwtwtwp2p22qp+22qp-p241,ggVV32,ggVVp2p2ppp223pqqqabv22qp-22qp+DVDV-正半周中，T1、T4导通q角负半周中，T2、T3导通q角开关频率决定输出频率脉宽q决定输出电压大小4.3.1单脉冲宽度调制PWM逆变器qpdmVV41pdmVV43pdmVV45pdmVV472ppp20qdV1d2d次谐波电压相对值、、基波、的矩形波的脉宽为753q()()[]tnnnVvVtdVVndntabddabwqppqwpqpqpsin)1(2sin4)(2221,7,5,3,1)(21222´--´==÷øöçèæ=+¥=+-åò14sin24sin2mDDnmVVVnVnqpqp=×=ddmVVVVpppq22411===时，4.3.1单脉冲宽度调制PWM逆变器（续）p0oDoDovVvVv=+=-=逆变电路只能直接输出X-Axis1vDov0ptwtX-Axis1vov0ptwCTonTonTwq=twT/2T0ov2Ttov2Tp2tovDVDVDVABCDRLS1S2S3S4C基本逆变电路0v1vDV4.3.2正脉冲宽度调制SPWM基本原理iitVmwsin1△t期间△tdVwq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。4.3.2正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续1）tVtvmwsin)(1=0tw4q5qpp21q2q3q7q8q9qpp210ptwdVdV-)(tvab(b))(tv103p1245109876105p107p109p1q=2q=0(a)(b)SPWM等效电压(a)正弦电压3123454.3.2正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续2）vab(t)i(t)111sin1sin1sinDDmmmmDmmmDVdtVtVtdttVtdtVtVtdtVwwqwww×=×D=D==×D=×òòòò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。4.3.2正脉冲宽度调制SPWM基本原理（续3）p单极性SPWM电压波形j2ppjp+twdVabvO11q2q3q4q5q6qip2T1（D1）、T4（D4）导通T3（D3）、T2（D2）导通T1（D1）、T3（D3）导通或T2（D2）、T4（D4）导通4.3.3单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器Vab＝0Vab＝－VdVab＝Vd三种电平1d2d3d4d11d10dpp2tw6,14===PffNrc(d)SPWM电压j2ppjp+twrrfv,dVMI¢ccfv,abvOO12d11q2q3q4q5q6q（b）由相交确定开关点rcvv,i相当的高次谐波。与开关频率和＝，仅含基波各段脉宽按正弦变化，等幅多脉冲电压的交点所确定的与三角波由正弦波cr11ababccrr,)()(fffvvvfvfv0crccmrmDcmrmm1cmrm::ffffNvvMVvvvvv＝载波比调制比＝，则若==×<4.3.3单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器（续1）单极性SPWM（续2）1d2d3d4d11d10dpp2tw6,14===PffNrc单极性SPWM电压波形2 ppt 关于艾滋病ppt课件精益管理ppt下载地图下载ppt可编辑假如ppt教学课件下载triz基础知识ppt wrrfv,dVccfv,abvOO12d11q2q3q4q5q6q（b）由相交确定开关点rcvv,dab32crab31crrdab41crab42crr432100VvTTvvvTTvvvVvTTvvvTTvvvTTTT-=>=<=>=<通，通、，通，通、，负半周正弦通，通、，通，通、，正半周正弦互补通、断与互补通、断与单极性SPWM（续3）DDcmrm1m11DD21809.022MVVVVVVVVV=×===×当脉波数很多时，宽方波的基波有效值是p[][]121143211112114321coscoscoscoscoscos21222coscoscoscoscoscos222:6ddddddpddddddp-+-+-´==-+-+-===dmdnmnnVVVnnnnnnnVVBV个脉波时，有效值pdnnVVV22=¢M2132)(奢nV1V¢1513VV¢=¢1711VV¢=¢3125VV¢=¢2927VV¢=¢cmrmVVM=时基波和谐波值6,14==PN00.20.40.60.81.00.20.40.60.8[]21Dnmnm12121coscos2ddpddqddnnnVVVn-×=-=次谐波幅值为产生，脉宽，，终点单脉波起点单极性倍频驱动信号生成方式rVcV,1,21,2,1,2rcrcVVTONTOFFTTVVTOFFTON>ì®í<î,0,4,33,40,4,3rcrcVVTONTOFFTTVVTOFFTON+>ì®í+<î单极性倍频驱动信号生成电路-1+--cv三角波rv正弦波-1+-+-AB11,TVg22,TVg44,TVg33,TVgAVAVBVBV+pdnnVVV22=¢M2132)(奢nV1V¢1513VV¢=¢1711VV¢=¢3125VV¢=¢2927VV¢=¢cmrmVVM=时基波和谐波值6,14==PN2pptwdVabv1q2q3q4q5q6q(1)P=6,2P-1=11,最低谐波为11次(3)11次谐波大于1/11=9%DDDDVVVMVMVVVVV707.02121cmrm1m1===×===时，%46.217854.04222'1电压利用率少了===ppDDVVV(2)pd1d22180VVV为的基波电压有效值方波°p单极性SPWM（续4）双极性三角波Vc、Vr交点确定开关通、断点。输出电压正、负半周中，Vab既有正电压也有负电压，没有零电压9==rcffNcmVrmVtwtw1d2d3dp22p23p4dDVDV-abvp2cmrmVVM=2p4.3.4双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器cvrvgV),(,4141TTVVgg),(,3232TTVVggDab32crDab41crDab32crDab41cr4321VvTTvvVvTTvvVvTTvvVvTTvvTTTT-=<=>-=<=>通，、，通，、，正弦负半周通，、，通，、，正弦正半周互补通、断与互补通、断与9==rcffNcmVrmVtwtw1d2d3dp22p23p4dDVDV-abvp2cmrmVVM=2p4.3.4双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器（续1）次最低次谐波为调制比载波比132/15/cmrmrc=-===NVVMffN相同的开关频率时单极SPWM：开关动作次数相对少些，谐波情况好些，多用于单相逆变。双极性SPWM：谐波情况差些，用于三相逆变。15V1V19V3129VV=1713VV=3327VV=dnVVp229==rcffNcmVrmVtwtw1d2d3dp22p23p4dDVDV-abvp2cmrmVVM=2p4.3.4双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器（续2）pAVES1S40vS1'S4'BVBAovvv+=S2S3S2'S3'1AV1BV1j1V11121211cos2j××++=BABAVVVVV121cos2j××=V又可消除某次谐波波电压大小，基波移相，既可调节基°°===×=1803n60311njjjj，，次谐波相差nn0,3B3A3=-=VVV°°===1805n3651jj，，0,5B55A＝VVV-=4.3.5基波移相控制p4.4.1电压型三相逆变工作原理4.4.2电流型三相逆变工作原理4.4三相逆变电路工作原理逆变器1逆变器2逆变器3+-ADBECFCFVcnVbnVBEVanVADVabcn（a）框图三个相差120度的单相逆变器组成一个三相逆变器4.4.1电压型三相逆变工作原理2dV2dVABCFED1T1D3D3T5T5D2D2T6T6D4D4T5D¢5T¢3T¢3D¢1D¢1T¢4T¢4D¢6T¢6D¢2D¢2T¢（b）电路4.4.1电压型三相逆变工作原理（续1）A相：T1、T4、T1’、T4’B相：T3、T6、T3’、T6’C相：T5、T2、T5’、T2’三个相差120度的单相逆变器组成一个三相逆变器逆变器1逆变器2逆变器3+-ADBECFCFVcnVbnVBEVanVADVabcn（a）框图2dV2dV1T1D3D3T5T5D4D4T6T6D2D2TaibiciabcPQ0（a）电路tw0abvp2ptw0bcvp2ppp2twcav06Ttw06gVdV3p32p34p35ptw0p2p1gV1Ttw02gV2Ttw03gV3Ttw04gV4TIⅢⅡtw05gV5T3Ty（b）导电波形o180方波为方波为°°120,180abaovv4.4.1电压型三相逆变工作原理（续2）123612561456345234123180®®®®®®°开关导电顺序为：上、下开关互补导电，时导电。任何时候有三个开关同，每个开关导电三相桥式逆变器aibiciabibcicaiabccaaibiciabibcicai三角形负载abcaVaincibiccaV.abV.bcV.anV.abbnV.cnV.n1.51.531caV.-星形负载)(31)(31)(31)(2....................bccacnabbcbncaabancaabcnbnancaancnabbnanVVVVVVVVVVVVVVVVVVVV-=-=-=\-=+-\=-=-2dV2dV1T1D3D3T5T5D4D4T6T6D2D2TaibiciabcPQ0电路4.4.1电压型三相逆变工作原理（续3）)(31)(31)(31.........bccacnabbcbncaabanVVVVVVVVV-=-=-=负载星形连接时：tw0abvp2ptw0bcvp2ppp2twcav0twanv0tw0twbnv0cnvdVMdV32dV313p32p34p35p4.4.1电压型三相逆变工作原理（续4）负载相电压阶梯波方波线电压三开关同时导电导电°°120)(1804.4.1电压型三相逆变工作原理（续5）tw0abvp2ptwanv0dVMdV32dV31þýüîíì+++++=tttttVtvdanwwwwwp13sin13111sin1117sin715sin51sin2)(ddmVVV636.021==pþýüîíì++--+=tttttVtvdanwwwwwp13cos13111cos1117cos715cos51cos2)(þýüîíì+++--=tttttVtvdabwwwwwp13sin13111sin1117sin715sin51sin32)(ddmVVV1.1321==pþýüîíì++-+-=tttttVtvdabwwwwwp13cos13111cos1117cos715cos51cos32)(p(a)电路:星型负载RUdLdiT1T3T5T2T6T4abcRRnaibicipp2pp2pp2pp2pp2pp2pp2pp2pp2pp2T1tvtvtvtvtvtvtvtvtvtvVg1T2T3T4T5T6T6Vg2Vg3Vg4Vg5Vg6000000aibici0000abidIT1T2T3T4T50120(b)波形（导电类型）L大，iD恒定120度导电模式，仅两个开关同时导电12，23，34，45，56，61，12L大，iD恒定120度导电模式，仅两个开关同时导电12，23，34，45，56，61，124.4.2电流型三相逆变工作原理pp2pp2pp2pp2tvtvtvtvaibici0000abidI0120(b)波形（导电类型）梯形波负载三角形联接时)(31)(2baabbabccaabbabbcacaabiiiiiiiiiiiiii-=-=+-=-=-cabbiabiaicicaibci三角形负载(a)电路:星型负载RUdLdiT1T3T5T2T6T4abcRRnaibici4.4.2电流型三相逆变工作原理（续）pACAT1T4T6T3BT5T2DV21DV210(a)电路BC2/DcrVvvv+=>驱动上管2/DcrVvvv-=<驱动下管tsinrrmraccwVvfv=三相正弦调制波、双极性三角载波1rrrrmrcrrmrb22)240-tsin()120-tsin(ffVvVvppwww====°°4.5三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制(c)电压波形图twtwtwtw00000Cv0Bv0Avcrvbrvarvcv4.5三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制4.5三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制（续）：）载波频率（c3f即可调节输出基波电压）改变（rm1V的相位决定压输出电压相位由参考电r)4(vr1cmcffVf=，、固定rfff=1r2调频，）改变（DDDAom_maxDDcmrmAom866.023212121VVVVVMVVVV==×=×=线电压最大值为率高则脉波多，最低谐波频大，载波比r/ffNc=+--1+-+--1+-Vg1T1Vg4T4Vg6T6Vg3T3cV+--1+-Vg2T2Vg5T5参考波形成VR+rfcf*oVoVrmV)(tVar)(tVbr)(tVcr(b)驱动信号-（1）驱动信号可由硬件电路实现，亦可由软件MicroProcessor或DSP实现。（2）提高电压利用率，可改变vr或采用空间矢量控制。4.5三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制4.6.0概述4.6.112阶梯波逆变器4.6.224阶梯波逆变器4.6大容量逆变器的复合结构q开关器件电压6－7KV，3KA－6KA、8KAq一个三相桥容量难于达到10MVAq器件串联提高电压q器件并联增大电流q几个三相桥电路通过变压器组合成复合型逆变器是扩大容量的有效途径4.6.0概述p1A1B1CPN2A2B2CPN***1a1b1c***2c2a2b(a)电路dVⅡⅠⅠⅡSNsN21aaAVVV···+=21bbBVVV···+=21ccCVVV···+=******1aV2aV2bV1bV2cV1cV(b）输出电压合成AVBVCV4.6.112阶梯波逆变器qqnvv次谐波滞后，滞后比方波n120a12a°þýüîíì-+-+-´=tttttNNVvpsdawwwwwp13cos13111cos1117cos715cos51cos321þýüîíì+---+---´=)(11cos111)(7cos71)(5cos51)cos(321qwqwqwqwpttttNNVvpsda01805365a215a5a=+===°°vvv，，qq018077.25a2717aa7=+==»°°vvv，，qq4.6.112阶梯波逆变器（续1）221baaAVVVV····-+=221cbbBVVVV····-+=221accCVVVV····-+=*********1aV2aV2bV2cV2bV1bV2aV2cV1cV(b）输出电压合成AVBVCV1A1B1CPN2A2B2CPN***1a1b1c******2c2c2b2a2b2a(a)电路dVⅡⅠⅠⅡSN3SN°°°303030c12cb12ba12avvvvvv滞后滞后滞后a2c2c1Cc2b2b1Bb2a2a1Asp3/vvvvvvvvvvvvNN-+=-+=-+=副方绕组变压器原方绕组4.6.112阶梯波逆变器（续2）1cVAVBVCV·2cV2aV·-·-2cV2bV·-1aV·2aV·1bV2bV·(c)矢量图302bV·-°°-3030a12ba12avvvv超前，滞后4.6.112阶梯波逆变器（续3）}13cos13111cos111{cos34tttNNVpsdwwwp+-´=(d)电压波形合成2bv-1av2avpsdNNV×psdNNV×31psdNNV×31)321(+psdNNV×)311(+psdNNV×31psdNNV×Avb2a2a1Avvvv-+=4.6.112阶梯波逆变器（续4）po151aV1aV-2aV2aV-3aV4aV4bV3bV2bV1bV1cV2cV3cV4cV(b)绕组电压矢量逆变器Ⅰ+-dVAEI1AV1BV1CV逆变器Ⅱ+-dVBFJ2BV2CV逆变器Ⅲ+-dVCGK3AV3BV3CV逆变器Ⅳ+-dVDHL4AV4BV4CVⅠⅡⅢⅣiaieea1aV1cV1bVjbjffb2aV2cV2bVkckggc3aV3cV3bVldlhhd4aV4cV4bV2AVABC2,CfjVe1,CeiVe4,aldVe3,akcVe3CgkgkVee-4ChlVe2,bbfVe1,baeVe3,bcgVe4,bdhVe1,aiaVe2,ajbVe(c)输出电压合成432211bbababABVVVVVVV++-+-=四个逆变器依序相差15度各绕组电压均为120度方波4.6.224阶梯波逆变器mmmmm2mm2mmmm2mnn2m2m+n2m+2n3m+2n4m+2n01Vb1Va－11VbaV+－2Vb2Va－22VbaV+－2m3bVn4bVnABV432211bbababABVVVVVVV++-+-=输出电压波形合成2cos2cos2111112221jjVVVVVV=++=合成的基波电压：阶梯波的两个相差241j4.6.224阶梯波逆变器（续）pq逆变器应用非常广泛：变频变压、变速传动的交流电动机、恒频恒压交流负载、直流电源变换系统、新能源系统以及直流输电系统等.q逆变器的开关器件现在都采用全控型开关器件。q功率：GTO（高）®IGCT、IGBT、MCT、SIT（中）®P-MOSFET（小）q频率：P-MOSFET、SIT（高）®IGBT、IGCT、MCT（中）®GTO（低）q逆变器输出电压大小可调和输出电压波形质量好。小结