浙大电力电子技术课件05直流-交流（DC-AC）变换

-电力电子技术-第21学时第5章第1节DC-AC变换电路（1）1一、概述DC-AC变换器（无源逆变器)V1、V4和V2、V3轮流切换导通，uo为交变电压第五章直流-交流（DC-AC）变换-电力电子技术-第21学时第5章第1节DC-AC变换电路（1）2（1）电网换流利用电网电压换流，只适合可控整流、有源逆变电路、交—交变频器（2）负载谐振式换流利用负载回路中形成的振荡特性，使电流自动过零，只要负载电流超前于电压时间大于tq，即能实现换流，分串，并联。VT2、VT3通后，u0经VT2、VT3反向加在VT1、VT4上1.晶闸管逆变电路的换流方式换流概念：直流供电时，如何使已通元件关断-电力电子技术-第21学时第5章第1节DC-AC变换电路（1）3VT1导通，C充电左（-）右（+），为换流做准备；VT2导通，C上电压反向加至VT1，换流，C反向充电。（3）强迫换流附加换流环节，任何时刻都能换流直接耦合式强迫换流-电力电子技术-第21学时第5章第1节DC-AC变换电路（1）42.逆变电路的类型（1）电压源型逆变器-电力电子技术-第21学时第5章第1节DC-AC变换电路（1）5电流源型逆变器电流源型逆变器功率流向控制-电力电子技术-第21学时第5章第1节DC-AC变换电路（1）6（3）两类逆变器的比较比较点电流型电压型直流回路滤波环节电抗器电容器输出电压波形决定于负载，当负载为异步电动机时，近似为正弦波矩形输出电流波形矩形近似正弦波，有较大谐波分量输出动态阻抗大小续流二极管不需要需要过流及短路保护容易困难线路结构较简单较复杂适用范围适用于单机拖动，频繁加减速下运行，需经常反向的场合适用于多机供电不可逆拖动，稳速工作，快速性不高的场合-电力电子技术-第21学时第5章第1节DC-AC变换电路（1）7二、强迫换流式逆变电路VT1～VT6为晶闸管C1～C6为换流电容VD1～VD6为隔离二极管1.串联二极管式电流源型逆变器结构-电力电子技术-第21学时第5章第1节DC-AC变换电路（1）82.工作过程（换流机理）（1）换流前运行阶段（2）晶闸管换流与恒流充、放电阶段（3）二极管换流阶段（4）换流后运行阶段结束diLdt引起-电力电子技术-第22学时第5章第2节DC-AC变换电路（2）9三、逆变器的多重化技术及多电平化改善方波逆变的输出波形：中小容量：SPWM大容量：多重化技术思路：用阶梯波逼近正弦波1.多重化技术-电力电子技术-第22学时第5章第2节DC-AC变换电路（2）10（1）串联多重化特点：适合于电压源型逆变器二重化三相电压源逆变器-电力电子技术-第22学时第5章第2节DC-AC变换电路（2）11单个三相逆变电路输出电压波形桥Ⅱ输出电压相位比桥Ⅰ滞后30º桥Ⅰ输出变压器△/Y,桥Ⅱ输出变压器△/Z变比为1变比为13-电力电子技术-第22学时第5章第2节DC-AC变换电路（2）12二重化逆变电路输出电压比单个逆变电路输出电压台阶更多、更接近正弦。uU0中已不包含5、7次低次谐波12脉波的逆变电路-电力电子技术-第22学时第5章第2节DC-AC变换电路（2）13（2）并联多重化特点：适合于电流源型逆变器-电力电子技术-第22学时第5章第2节DC-AC变换电路（2）14多电平逆变器：由几个电平台阶合成阶梯波以逼近正弦波输出2.多电平化三电平逆变器(中点箝位式)-电力电子技术-第22学时第5章第2节DC-AC变换电路（2）15特点：（1）可降低功率器件的电压定额（2）改善了输出特性，减少了输出电压中的谐波含量（3）在高电压、大容量场合应用-电力电子技术-161.基本原理四、脉宽调制型（PWM）逆变电路λ变化=脉宽也变化，λ=180º，uAB为单脉冲调制(1)单脉冲调制和多脉冲调制将V1—V2和V4—V3切换时间错开，第23学时第5章第3节DC-AC变换电路（3）-电力电子技术-17uT—三角载波信号电压uR—控制参考信号电压uD—调制脉冲信号，脉宽取决于uRuT区间大小多脉冲调制第23学时第5章第3节DC-AC变换电路（3）-电力电子技术-18选择正弦波电压作为参考控制信号电压在半周内区间大小不一，故调制波宽度也不同，符合正弦变化规律。(2)正弦波脉宽调制(SPWM)第23学时第5章第3节DC-AC变换电路（3）-电力电子技术-19单极性调制(3)单极性与双极性调制第23学时第5章第3节DC-AC变换电路（3）-电力电子技术-20双极性调制第23学时第5章第3节DC-AC变换电路（3）-电力电子技术-21三角波频率fT与正弦波频率fR（相当于逆变器输出频率）同步：fT/fR=Const.特点：正负半周对称，无偶次谐波低频时：高次谐波↑，脉冲转矩、附加损耗、噪声↑高频时：三角波频率↑，元件开关次数↑，开关损耗↑(4)同步调制和异步调制同步调制：第23学时第5章第3节DC-AC变换电路（3）-电力电子技术-22fT/fR=变数通常使三角波频率恒定特点：正负半周不对称，出现偶次谐波；输出电压半周内脉冲次数与输出频率成反比分级调制：取同步，异步调制之长处载波比N=fT/fR异步调制：fN为额定频率50Hz第23学时第5章第3节DC-AC变换电路（3）-电力电子技术-231)多重化技术①串联多重化②并联多重化2)多电平化3)脉宽调制型（PWM）逆变电路①单脉冲调制和多脉冲调制②正弦波脉宽调制(SPWM)③单极性与双极性调制④同步调制和异步调制第23学时第5章第3节DC-AC变换电路（3）-电力电子技术-DC-AC242.正弦脉宽调制方法（1）采样法产生正弦电压源，以三相电压源型逆变电路为例采样法自然采样法规则采样法对称规则采样法不对称规则采样法以一个正弦波为基准波(称为调制波)，用一列等幅的三角波(称为载波)与基准正弦波相交，由它们的交点确定逆变器的开关模式。结束-电力电子技术-25正弦波脉宽调制(SPWM)第24学时第5章第4节DC-AC变换电路（4）-电力电子技术-262.正弦脉宽调制方法（1）采样法以三相电压源型逆变电路为例采样法自然采样法规则采样法对称规则采样法不对称规则采样法以一个正弦波为基准波(称为调制波)，用一列等幅的三角波(称为载波)与基准正弦波相交，由它们的交点确定逆变器的开关模式。第24学时第5章第4节DC-AC变换电路（4）-电力电子技术-27自然采样法：三角载波的幅值Utm为1单位正弦调制波可以写为：正弦调制波的幅值Urm即为调制度M1sinruMtω'''22211[1(sinsin)]22cABTMtttttωω其中tA、tB与载波比N和调制度M都有关系相关实验验证第24学时第5章第4节DC-AC变换电路（4）-电力电子技术-28消除5、7次谐波（2）指定谐波消去法11()coskmkutUkt第24学时第5章第4节DC-AC变换电路（4）-电力电子技术-2911123022()cos()[sinsinsin]kmEUutktdtkkkk第k次谐波电压幅值12311123112321()[sinsinsin]cos22(sinsinsin)cos(sin5sin5sin5)5kEutkkkktkEEt112312cos5(sin7sin7sin7)cos77Ett第24学时第5章第4节DC-AC变换电路（4）-电力电子技术-301123512371232(sinsinsin)2(sin5sin5sin5)052(sin7sin7sin7)07mmmEUEUEU可消除5、7次谐波求解出α1，α2，α3第24学时第5章第4节DC-AC变换电路（4）-电力电子技术-313.电流滞环控制PWM4.电压空间矢量控制SVPWM尽可能形成圆形磁场（磁链轨迹）尽可能形成正弦电流源第24学时第5章第4节DC-AC变换电路（4）-电力电子技术-32直流电压利用率的提高直流电压利用率：逆变器输出交流电压基波最大幅值和直流电压E之比值三相SPWM逆变电路M=1时，直流电压利用率=0.866如何提高直流电压利用率？梯形调制波马鞍形调制波第24学时第5章第4节DC-AC变换电路（4）-电力电子技术-33梯形调制波马鞍形调制波第24学时第5章第4节DC-AC变换电路（4）