第五章直流交流变换中学教育中学实验_中学教育-中学课件.pdf

第五章 直流一交流（DC A。变换 5.1 逆变电路概述 5.1.1 晶闸管逆变电路的换流问题 DC-AC变换原理可用图 5-1所示单相逆变电路来说明，其中晶闸管元件 VT1、VT4,VT2、VT3 成对导通。当 VT1、VT4 导通时，直流电源 E 通过 VT1、VT4 向负载送出电流，形成输出电压 1-左（+）、右（-）,如图 5-1（a）所示。当 VT2、VT3 导通时，设法将 VT1、VT4 关断，实现负载电流从 VT1、VT4 向 VT2、VT3 的转移，即换流。换流完成后，由 VT2、VT3 向负载输出电流，形成左（-）、右（+）的输出电压，如图 5-1（b）所示。这两对晶闸管轮流切换导通，则负载上便可得到交流电压，如图 5-1（c）波形所示。控制两对晶闸 管的切换导通频率就可调节输岀交流频率，改变直流电压 E 的大小就可调节输岀电压幅值。输岀电流的波形、相位则决定于交流负载的性质。图 5-1 DC AC 变换原理 要使逆变电路稳定工作，必须解决导通晶闸管的关断问题，即换流问题。晶闸管为半控器件，在承受正向电压 条件下只要门极施加正向触发脉冲即可导通。但导通后门极失去控制作用，只有使阳极电流衰减至维持电流以 下才能关断。常用的晶闸管换流方法有：（1）电网换流（2）负载谐振式换流（3）强迫换流 5.1.2 逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感、电容等无源元件，它们与外电路间必然有能量的交换，这就是无功。由于逆 变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动，所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求。在 交一直一交变频电路中，直流环节的储能元件往往被当作滤波元件来看待，但它更有向交流负载提供无功功率 的重要作用。根据直流输入储能元件类型的不同，逆变电路可分为两种类型：图 5-4电压源型逆变器图 5-5无功二极管的作用 1电压源型逆变器 电压源型逆变器是采用电容作储能元件，图 5-4为一单相桥式电压源型逆变器原理图。电压源型逆变器有如下 特点：1）直流输入侧并联大电容 C用作无功功率缓冲环节（滤波环节），构成逆变器低 阻抗的电源内阻特性（电压源特性），即输出电压确定，其波形接近矩形，电流 波形与负载有关，接近正弦。2）由于直流侧电压极性不允许改变，无功从交流向直流回馈时只能改变电流方向 来实现，为此在各功率开关兀件旁反并联续流二极管，为感性负载电流提供反馈 能量至直流的无功通路。图 5-5绘出了一个周期内负载电压、负载电流；的理 想波形，按 极性分区内导通的元件及功率的流向（P0,功率从直流流向交 流；P0,从交流流向直流），用以说明 VD对无功传递的重要作用。2 电流源型逆变器 电流源型逆变器采用电感作储能元件，图 5-6为一单相桥式电流源型逆变器原理 图，图中未绘出晶闸管换流电路。电流源型逆变器有如下特点：1）直流回路串以大电感Ld作无功元件（滤波元件）储存无功功率，也就构成了逆 变器高阻抗的电源内阻特性（电流源特性），即输出电流确定，波形接近矩形；电压波形与负载有闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在关，在正弦波基础上迭加换流电压尖峰。2）由于直流环节电流Id不能反向，只有改变逆变器两端直流电压极性来改变能量 流动方向、反馈无功功率，无需设置反馈二极管。图 5-6电流源型逆变器 3 两类逆变器的比较 1）电压源型逆变器采用大电容作储能（滤波）元件，逆变器呈现低内阻特性，直 流电压大小和极性不能改变，能将负载电压箝在电源电压水平上，浪涌过电压 低，适合于稳频稳压电源，不可逆电力拖动系统、多台电机协同调速和快速性要 求不高的应用场合。电流源型逆变器电流方向不变，可通过逆变器和整流器的工作状态变化，实 现能量流向改变，实现电力拖动系统的电动、制动运行，故可应用于频繁加、减 速，正、反转的单机拖动系统。2）电流源型逆变器因用大电感储能（滤波），主电路抗电流冲击能力强，能有效 抑制电流突变、延缓故障电流上升速率，过电流保护容易。电压源型逆变器输出 电压稳定，一旦出现短路电流上升极快，难以获得保护处理所需时间，过电流保 护困难。3）采用晶闸管元件的电流源型逆变器依靠电容与负载电感的谐振来实现换流，负 载构成换流回路的一部分，不接入负载系统不能运行。4）电压源型逆变器必须设置反馈（无功）二极管来给负载提供感性无功电流通 路，主电路结构较电流源逆变器复杂。电流源型逆变器无功功率由滤波电感储 存，无需二极管续流，主电路结构简单。5.2 负载谐振式逆变电路闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在负载谐振式逆变电路根据换流电容与负载电感的连接方式可分为并联和串联两 种。换流电容与负载电感并联、利用电容与电感的并联谐振特性实现自然换流的 逆变电路称为并联谐振逆变器。同理，换流电容与负载串联、利用电容与负载电 感的串联谐振特性实现自然换流的逆变电路称为串联谐振逆变器；它们是构成中 频感应加热电源的主要电路形式。本节仅以并联谐振式负载换流逆变器为代表进 行介绍。图 5-8并联谐振式逆变器工作过程 并联谐振式逆变器原理电路如图 5-8所示，直流电源 E可由整流电源获得。由于 负载并联谐振时阻抗最大，必须采用电流源向逆变电路供电，故采用大电感 Ld滤 波，所以并联谐振逆变电路属电流源型，流过晶闸管的电流近似为矩形，负载电 流为交变矩形波。逆变器由四个桥臂构成，每个桥臂均由一只晶闸管和一限流电抗器串联而成。由 于工作频率为（12.5）kHz中频，采用快速晶闸管。限流电抗器 L1L4自感值 相等，互感为零，用于晶闸管导通时对流经的电流作 di/dt 限制。滤波电感 Ld不仅 使直流电流平直，而且还可限制中频电流进入直流电源，起交 一直流隔离作用。由于晶闸管交替触发的频率与负载回路谐振频率接近，负载电路工作在谐振状 态，这样可以得到较高的功率因数和效率。又由于谐振电路对所施加的矩形波电 压基波分量呈现高阻抗，而对高次谐波分量电压可近似看作短路，故负载两端电 压=接近正弦波。负载电流 i 在滤波电感 Ld作用下近似交变矩形波。换流电容 C 提供了负载所需无功功率，并使）超前亠一定相位，利用过零来关断已导通的 晶闸管，实现负载谐振换流。5.3 强迫换流式逆变电路 531串联二极管式电流源型逆变器结构 闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在串联二极管式电流源型逆变器主电路如图 5-10所示。图中VT1VT6为晶闸管，C1 C6为换流电容，VD1VD6为隔离二极管，用于使换流回路与负载隔离，防止电容上 的充电电压经负载泄放而影响晶闸管换流。由于隔离二极管与晶闸管串联，故称串 联二极管式换流电路。逆变器直流侧经大电感 Ld滤波，使输入直流平直，构成了 电流源内阻特性。图5-10串联二极管式电流源型逆变器 逆变器晶闸管为1200 导通型，除换流期间有三相通电外，其余时间均只有分属不 同相的桥臂上、下二晶闸管导通，负载两相轮流通电。晶闸管导通顺序为 VT1VT2 VT VT4 VT VTIVT1，各管触发脉冲相隔 60。，每管导通1200，元 件换流在VT1、VT3、VT5间及VT2、VT6 VT2间进行。电流源型逆变器理想输出波形如图5-13所示。当负载Y接时，每相电流如图5-13(日)所示；当负载接时，每相负载中电流波形如图 5-13(b)所示。图5-13电流源型逆变器输出相电流波形闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在5.4 逆变电路的多重化及多电平化 在大功率逆变电路中，电流源型逆变器常采用半控器件晶闸管作功率开关，存在较 长时间换流过程，限制开关频率，使输出电流为方波；高压、大功率电压源型逆变 器也多采用门极可关断晶闸管作功率元件，虽有自关断能力但器件开关频率仍低，输出电压也多为方波。方波电压、电流含有丰富的低次谐波，严重影响输出特性。如用于交流电机供电，会使电机附加损耗增加，效率降低，运行功率因数恶化，产 生谐波转矩，引起噪声与振动等。因此有必要对逆变器输出波形进行改善，使之尽 可能接近正弦形，以减少谐波含量。对此有二种处理方法：对于大容量逆变器，由 于电压、电流定额限制只能使用晶闸管（包括门极可关断晶闸管）作开关元件时，多采用多重化、多电平化技术，这是本节讨论内容；对于中、小容量逆变器，可以 使用高频自关断器件，多采用脉宽调制（PWM技术，这将是下节重点讨论的内 容。5.4.1 多重化技术 多重化就是将几个逆变器的输出矩形波在相位上错开一定角度进行迭加，使之获得 尽可能接近正弦波的多阶梯波形。从电路输出合成形式看，多重化逆变电路有串联 多重和并联多重两种形式。串联多重是将几个逆变器的输出串联起来，多用于电压 源型逆变电路；并联多重是将几个逆变器的输出并联起来，多用于电流源型逆变电 路。1 串联多重化 图 5-14给出了一个二重化的三相电压源逆变器主电路。，两个三相桥式逆变电路 公用同一直流电源 E,输出电压通过变压器 T1、T2串联合成。闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在 2 并联多重化 一种三相电流源型逆变器三重化的方案如图 5-18所示 从以上电压源型逆变器的串联多重化和电流源型逆变器的并联多重化可以看出，采 用多重化技术后，负载上得到了尽可能接近正弦的多台阶阶梯波，且多重化联接数 越多，波形改善效果越好。但是由于主回路换流的相互影响、控制电路及输出变压 器联接的复杂程度等原因，实用上多采用三重化。5.4.2 多电平化 p 图 5-22为一种中点钳位式三电平逆变电路。图 5-23为三电平逆变器的输出电压 图 5-15 三相逆变电路输出电压波形 图 5-17三相电压源型二重逆变电路波形 Lt适交聃I 图 5-18三相电流源型三重化逆变电路 闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在波形。图 5-22三电平电压源型逆变器 图 5-23三电平逆变器波形 5.5 脉宽调制型（PWM 逆变电路 在工业应用中许多负载对逆变器的输出特性有严格要求，除频率可变、电压大小可 调外，还要求输出电压基波尽可能大、谐波含量尽可能小。对于采用无自关断能力 晶闸管元件的方波输出逆变器，多采用多重化、多电平化措施使输出波形多台阶化 来接近正弦。这种措施电路结构较复杂，代价较高，效果却不尽人意。改善逆变器 输出特性另一种办法是使用自关断器件作高频通、断的开关控制，将方波电压输出 变为等幅不等宽的脉冲电压输出，并通过调制控制使输出电压消除低次谐波、只剩 幅值很小、易于抑制的高次谐波，从而极大地改善了逆变器的输出特性。这种逆变 电路就是脉宽调制（Pulse Width Modulated PWM）型逆变电路，它是目前直 流一交流（DC AC）变换中最重要的变换技术，是本章的重点内容。5.5.1 基本原理 按照输出交流电压半周期内的脉冲数，脉宽调制（PWM 可分为单脉冲调制和多脉 冲调制；按照输出电压脉冲宽度变化规律，PWM 可分为等脉宽调制和正弦脉宽调制（SPWM。按照输出半周期内脉冲电压极性单一还是变化，PWM 可分为单极性调制 和双极性调制。在输出电压频率变化中，输出电压半周期内的脉冲数固定还是变 化，PWM 又可分为同步调制、异步调制和分段同步调制等。对于这些有关调制技术 的基本原理和概念，准备通过单相脉宽调制电路来说明。1 单脉冲与多脉冲调制 图 5-24(a)为一单相桥式逆变电路。功率开关器件 VT1、VT2之间及 VT3 VT4之 间作互补通、断，则负载两端 A B点对电源 E负端的电压波形 均为 180。闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在的方波。若 VT1、VT2通断切换时间与 VT3 VT4通断切换时间错开入角，贝 U负载上 的输出电压 心得到调制，输出脉宽为 入的单脉冲方波电压，如图 5-24(b)所 示。入调节范围为0180。，从而使交流输出电压 应的大小可从零调至最大值，这就是电压的单脉冲脉宽调制控制。图5-24单相逆变电路及单脉冲调制 (a)单相逆变电路；(b)单脉冲PWM 如果对逆变电路各功率开关元件通断作适当控制，使半周期内的脉冲数增加，就 可实现多脉冲调制。图 5-25(a)为多脉冲调制电路原理图，(b)为输出的多脉 冲 PWM 波形，图中，心为三角波的载波信号电压，心为输出脉宽控制用调制信 号，为调制后输出 PWM&号。当=，比较器输出 r 为高电平；当%5，比较器输出为低电平。由于 为直流电压，输出叫为等脉宽 PWM改变三角载波频率，就可改变半周期内脉冲数。VWW Mv iinniL 111 tarn 闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在图5-25多脉冲调制电路及PWM波形 2.正弦脉宽调制（SPWM 等脉宽调制产生的电压波形中谐波含量仍然很高，为使输出电压波形中基波含量 增大，应选用正弦波作为调制信号。这是因为等腰三角形的载波&上、下宽 度线性变化，任何一条光滑曲线与三角波相交时，都会得到一组脉冲宽度正比于 该函数值的矩形脉冲。所以用三角波与正弦波相交，就可获得一组宽度按正弦规 律变化的脉冲波形，如图 5-26所示。而且在三角载波 一不变条件下，改变正弦 调制波 J 己的周期就可以改变输出脉冲宽度变化的周期；改变正弦调制波 心的幅 值，就可改变输出脉冲的宽度，进而改变 中基波 的大小。因此在直流电源 电压 E不变的条件下，通过对调制波频率、幅值的控制，就可使逆变器同时完成 变频和变压的双重功能，这就是正弦脉宽调制（Sine Pule Width Modulated SPWM。图 5-26正弦脉宽调制（单极性）3.单极性与双极性调制 从图 5-26中可以看出，半周期内调制波与载波均只有单一的极性：咎 ggO；输出 SPW 波也只有单一的极性：正半周内，勺沁；负半周内,-一；七极性的变化是通过倒相电路按半周期切换所得。这种半周期内具有单 一极性SPWM波形输出的调制方式称单极性调制。闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在图 5-27双极性 SPWM 逆变电路采用单极性调制时，在输出的半周期内每桥臂只有上或下一个开关元件作 通断控制，另一个开关元件关断。如任何时候每桥臂的上、下元件之间均作互补的 通、断，则可实现双极性调制，其原理如图 5-27所示。双极性调制时，任何半周 期内调制波、载波心及输出 SPW 波 r 均有正、负极性的电压交替出现。4.同步调制与异步调制 SPW 逆变器输出电压的频率可以通过改变正弦调制波 r 的频率来调节，此时对三 角形载波 的频率有两种处理方式：一是载波频率随调制波频率成比例变化，在 任何输出频率下保持每半周期内的输出脉冲数不变，称为同步调制。另一种是在 任何时候均保持载波频率不变，此时半周期内的输出脉冲数在不同输出频率下均 不同，称异步调制。闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在 E8 5P调制控制曲线 图5-28 SPWM调制控制曲线 同步调制时输出 SPWM波形稳定，正、负半周完全对称，只含奇次谐波。但由于每 半周的输出脉冲数在任何时刻均不变，故在低频时输出电压的谐波含量比高频时大 得多，低频输出特征不好。异步调制时可通过控制载波频率使低频时输出脉冲增 加，以利改善输出特性，但由于半周期内输出脉冲数及相位随输出频率变化，正、负半周的输出波形都不能完全对称，会出现偶次谐波，也影响输出特性。考虑到低频时异步调制有利、高频时同步调制较好，所以实用中采取了分段同步调 制的折衷方案，如图 5-28所示。即：将整个输出频率范围一 几分为几个频率 V=段，除在低频段采用异步调制外，其他各段均设置一适当载波比 几，即载 波频率与调制波频率 之比，实施同步调制。这样在某一确定频率段内，随着 输出频率增大载波频率增加，但始终保持确定的半周期输出脉冲数目不变。随着运 行频率厂的提高，减小载波比 N,以保持功率器件的开关频率在一个合理的范 围。当输出频率达到额定值后，将脉宽调制方式改为方波输出，以充分利用直 流电源电压 E。5.5.2 正弦脉宽调制方法 SPW 是以获得正弦电压输出为目标的一种脉宽调制方式。本小节将以应用最普遍 的三相电压源型逆变电路来讨论 SPW 具体实现方法，主要是采样法和指定谐波消 去法。闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在1.采样法 图 5-30为一三相电压源型 PWM 逆变器，VT1VT6为高频自关断器件，VD VD6为 与之反并联的快速恢复二极管，为负载感性无功电流提供通路。二个直流滤波电容 C串联接地，中点 0,可以认为与三相丫接负载中点 O等电位。逆变器输出 A、B、C三相 PWM 电压波形取决于开关器件 VT1VT6上的驱动信号波形，即 PW 啲调制方 图5-30三相电压源型PWI逆变器主电路结构 假设逆变电路采用双极性 SPW 控制，三相公用一个三角形载波 三相正弦调制 信号 互差 1200。这种由正弦调制波与三角载波相交、交点决定开关 器件导通时刻而形成 SPW 波形的方法称采样法。2.指定谐波消去法 指定谐波消去法是将逆变电路与负载作为一个整体进行分析，从消去对系统有害的 某些指定次数谐波出发来确定 SPW 波形的开关时刻，使逆变器输出电压接近正 弦。这对采用低开关频率器件的逆变器更具意义。闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在图5-32可以消除5、7次谐波的三脉冲SPWM 图 5-32为 1/4 周期内仅有三个开关角 的三脉冲、单极性 SPWI 波形，要 求调制时控制输出电压基波幅值为”，消除其中为害最大的 5、7 次谐波（由于 负载丫接、无中线，无 3 及其倍数次谐波）。为了确定开关时刻，将时间坐标原点 取在波形的 1/4 周期处，则该 PWM 波形的富氏级数展开为 盘(应)=I(5-17)式中第 k 次谐波电压幅值麗可展开成 k 为奇数。将上式代入式（5-17），得(5-19 根据要求，应有 2占-(sinsin E3+siaq)z 2E.U5jlt 二sin-sin 5+SLU 5a)二 0 U叶=(sin 7 2-sin la+win7cE3)=。1 L 7 i 求解以上谐波幅值方程，即可求得为消除 5、7次谐波所必需满足的开关角 。这样，就可以较少的开关次数，获得期望的 SPW 输出电压。当然，如若希望消除 2S(5-18)(5-20)：iui）氐-”込巧E:*sin 七卑si iL A;他+in 七旳|由于脉冲具有轴对称性，无偶次谐波,闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在更多的谐波含量，则需用更多谐波幅值方程求解更多的关开时刻。5.5.3 电流滞环控制 PWM 电流滞环控制 PWM 是将负载三相电流与三相正弦参考电流相比较，如果实际负载 电流大于给定参考电流，通过控制逆变器功率开关元件关断使之减小；如果实际 电流小于参考电流，控制功率开关器件导通使之增大。通过对电流的这种闭环控 制，强制负载电流的频率、幅值、相位按给定值变化，提高电压源型 PWM2 变器 对电流的响应速度。4 n rBd -u n u Jr 图5-33电流滞环控制PWM输出一相电流及电压 S 波形 图 5-33给出了电流控制 PWMK变器的一相输出电流、电压波形。图中 为给定正 弦电流参考信号，】为逆变器实际输出电流，-为设定的电流允许偏差。当=乩时，控制逆变器该相下桥臂开关元件导通，使 衰减；当 念 T：）业，控制逆变器该相上桥臂开关元件导通，使 L 增大；以此种方式迫使 该相负载电流-跟随指令电流变化并将跟随误差限定在允许的 范围内。这 样逆变器输出电流呈锯齿波，其包络线按指令规律变化；输出电压为双极性 PWM 波形。逆变器功率开关元件工作在高频开关状态，允许偏差 越小，电流跟踪 精度越高，但功率器件的开关频率也越高，必须注意所用器件的最高开关频率限 制。闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在5.6 PWM 整流电路 目前在交流一直流（AC DC变换中多采用晶闸管可控整流或二极管不控整流二 种电路。可控整流由于移相触发，致使整流电路输入电流滞后于电压一个触发延 迟角匚:，从而基波位移因数降低；同时输入电流波形畸变，低次谐波含量大，致 使畸变因数恶化变小，故输入功率因数很低。采用二极管整流电路虽使位移因数 可接近于 1,但由于多采用大电容滤波，只有输入交流电压瞬时值高于电容电压的 狭窄范围内才有电流流过，输入电流波形畸变严重，终因畸变因数恶化而使输入 功率因数低。此外二极管整流电路还有功率不可双向流动的缺陷。随着 SPW 调制 技术的发展，不仅成功地用于逆变电路，而且还可用于整流电路，形成 PWK 整流 的控制方式。此时通过对整流电路的 PWM 控制，可使输入电流正弦且和输入电压 同相位，获得非常接近于 1的输入功率因数，故亦称单位功率因数变流器。5.6.1 PWM整流电路工作原理 1.单相 PWM8 流电路 单相桥式 PWM8 流电路如图 5-46所示。按照自然采样法对功率开关器件 VT1 VT4 进行 SPWI控制，就可在全桥的交流输入端 AB间产生出 SPWI 波电压。中 含有和正弦调制波同频、幅值成比例的基波，以及载波频率的高次谐波，但不含低 次谐波。由于交流侧输入电感 Ls 的作用，高次谐波造成的电流脉动被滤除，控制 正弦调制波频率使之与电源同频，则输入电流-也可为与电源同频正弦波。单相桥式 PWM8 流电路按升压斩波原理工作。当交流电源电压 亠时，由 VT2 VD4 VD1 Ls 和 VT3 VD1 VD4 Ls 分别组成两个升压斩波电路。以 VT2 VD4 VD1 Ls构成的电路为例，当 VT2导通时，亠通过 VT2 VD4 向 Ls 储能；当 VT2 关断时，Ls 中的储能通过 VD1 VD4 向直流侧电容 C充电，致使直流电压 高于 色的峰值。当 4 时，则由 VT1、VD3 VD2 Ls 和 VT4 VD2 VD3 Ls 分别组 成两个升压斩波电路，工作原理与 宀时类似。由于电压型 PWM 整流电路是升 压型整流电路，其输出直流电压应从交流电压峰值向上调节，向低调节会恶化输入 特性，甚至不能工作。闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在 vr,vp,yff,输入电流-相对电源电压 的相位是通过对整流电路交流输入电压 的控制来 实现调节。图 5-47给出交流输入回路基波等效电路及各种运行状态下的相量图。图中 yg-分别为交流电源电压 r、电感上电压二、电阻-上 电压 r 及输入电流的基波相量，乞为去的相量。图 5-47 PWM 整流电路输入等效电路及运行状态相量图 图（b）为 PWM 整流状态，此时控制 二滞后*的一个角，以确保 孑与 同相位，功率因数为1,能量从交流侧送至直流侧。图（C）为 PWM 逆变状态，此时控制 超前 X 的一个 J 角，以确保 孑与 正好反相位，功率因数也为 1,但能量从直流侧返回至交流侧。从图（b）、（c）可以看出，PW 整流电路只要2*i 图 5-46 单相 PWM 整流电路 闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在控制 的相位，就可方便地实现能量的双向流 动，这对需要有再生制动功能、欲实现四象限运行的交流调速系统是一种必须的变 流电路方案。长沙通信职业技术学院教师课时授课计划 班次物流 111、营销 111、112 XXXXXXX商务 111课时4 课时 练习队形：教员吴楠 XXXXXXXX期B编号学法步骤：21、认真听、看、想；2、主动参与，积极练习 本次课的题目：、与教师动作，同学动作相比较，自我学习，自我改进 第十章、同学之间相互学习、相互纠正。（闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器件在承受正向电压条件下只要门极施加正向触脉冲即可导通但导通后门强迫换流逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感电容等无源元件它们与外电路间必然有能量的交换这就是无功由于逆变器的直流输入与交流输岀间有无功功率的流动所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求在本次课的目的和要求：通过本章的学习，IS 和 LM曲线的函数推导以 及图像推导，理解产品市场和货币市场均衡的基本含义，以及凯恩斯 的宏观经济学框架 2、达到活动身体调节身心的目的，导入课题；点：八、IS、LMspan 曲线 span投资理论 利率函数 难点：IS LM曲线的计算 p教学方法：讲授、案例教学法 教具：PPT多媒体教学 复习旧课：投资和消费 讲授新课内容：10.3 货币供给 10.p 一、练习队形：10.5 货币市场的均衡 x x x x x x x 6 产品市场和货币市场的同时均衡 1 2、自我小结，认真评价；长沙通信职业技术学院教师课时授课计划 3班次 物流111、营销111 要求：手腕控制好拍面；发力要短小、快速；根据击球点的高低灵活握拍 闸管元件成对导通当左右如图导通时直流电源通过向负载送出电流形成输出电压所示当导通时设法将关断实现负载电流从向的转移即换流换流完成后由向负载输出电流形成左右的输出电压如图所示这两对晶闸管轮流切换导通则负载可调节输岀电压幅值输岀电流的波形相位则决定于交流负载的性质图变换原理要使逆变电路稳定工作必须解决导通晶闸管的关断问题即换流问题晶闸管为半控器