现代电力电子技术原理与应用

现代电力电子技术原理与应用第五章开关型直－交逆变器50120021现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日2阅读报告第五章开关型直－交逆变器“多电平逆变器”或“电力电子技术在电力系统中的应用”现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日3直－交换流器的基本概念第五章开关型直－交逆变器•直流－可控交流的变换装置•通常称为逆变器•无源逆变器：开关切换不依赖于交流侧电源•交－直－交变频器的主要单元•功率传输方向的要求（运行象限）•电压源型与电流源型逆变器现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日4电压源型逆变器的用途第五章开关型直－交逆变器•交流电机（调速）驱动•交流不停电电源（UPS）•用于电力系统的多种电力电子装置•特殊用途电源•……现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日5电压源型逆变器的分类第五章开关型直－交逆变器•脉宽调制（PWM）逆变器•方波逆变器•单相电压对消型逆变器•多电平逆变器•……现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日6开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日7开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器“H”桥现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日8开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器逆变器基本单元－桥臂（半桥逆变器）A点电位为正两开关互斥动作TA+闭合，输出电流为正时现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日9开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器逆变器基本单元－桥臂（半桥逆变器）A点电位为正两开关互斥动作TA+闭合，输出电流为负时现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日10开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器逆变器基本单元－桥臂（半桥逆变器）A点电位为负两开关互斥动作TA-闭合，输出电流为正时现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日11开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器逆变器基本单元－桥臂（半桥逆变器）A点电位为负两开关互斥动作TA-闭合，输出电流为负时现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日12开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器逆变器基本单元－桥臂（半桥逆变器）“引导”与“强迫”现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日13开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器PWM基本原理三角波载波控制电压输出电压基波分量输出电压现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日14开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器PWM基本术语•开关频率fs•基波频率f1•幅值调制率ma•频率调制率mftriˆˆcaVmV1sffmf现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日15开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器控制波形局部放大现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日16开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器PWM波形的基波分量tritriˆˆ2cdAocvVVvVV局部平均值1ˆsinccvVt控制电压11tri1ˆ()sinˆ2sin(1.0)2cdAodaaVVvtVVmtm输出电压基波分量（线性调制）现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日17第五章开关型直－交逆变器PWM控制：线性调制与过调制开关型逆变器的基本原理现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日18开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器PWM波形频谱（基本桥臂单元：线性调制）开关频率分量基波分量二倍开关频率附近分量现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日19开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器PWM波形频谱（基本桥臂单元：过调制）低频谐波分量基波分量低频谐波分量开关频率分量现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日20开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器PWM逆变器输出电压基波分量：线性调制与过调制14ˆ()22ddAoVVV输出电压基波分量（过调制）现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日21开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器PWM控制的特点与控制准则•谐波集中在开关频率及其倍频附近（线性调制）•开关频率应为基频的奇数倍（双电压极性切换）•同步调制与非同步调制•线性调制与过调制现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日22开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器为什么用PWM？•“调制”：来自通信的概念与思路•“冲量”：来自力学的概念•电压源与电流（作用于负载）的效应•感性负载•可能的、实用的实现方法现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日23开关型逆变器的基本原理第五章开关型直－交逆变器方波控制方式：波形与频谱现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日24单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器电路图现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日25单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器双电压极性切换PWM：输出电压基波分量()()()()()2()BoAooAoBoAovtvtvtvtvtvt--输出电压11()sin(1.0)oadavmVtm输出电压基波分量幅值（线性调制）14ˆ()dodVVV输出电压基波分量幅值（过调制）现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日26单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器双电压极性切换PWM：输出电压频谱线性调制过调制现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日27单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器双电压极性切换PWM：直流侧电流具有“虚构”滤波器的PWM逆变器现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日28单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器11()2sin()2sin()oooovtVtitIt-输出电压与输出电流*11()()2sin2sin()ddooooVivtitVtIt-功率平衡关系双电压极性切换PWM：直流侧电流cosoodVIV*212()cos(2)dddiIIt--直流侧电流（理想情况）12oodVIV现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日29单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器双电压极性切换PWM：直流侧电流输出电压输出电压基波分量输出电流直流侧电流直流侧电流直流分量直流侧电流二倍频分量现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日30单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器单电压极性切换PWM：控制方式B桥臂控制电压A桥臂控制电压TA＋导通tricvvTB＋导通tricvv-现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日31单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器单电压极性切换PWM：输出电压波形（线性调制）现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日32单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器单电压极性切换PWM：线性调制与过调制现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日33单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器单电压极性切换PWM：输出电压基波分量1ˆ()oadVmV输出电压基波分量幅值（线性调制）14ˆ()dodVVV输出电压基波分量幅值（过调制）现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日34单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器单电压极性切换PWM：输出电压频谱基波分量二倍开关频率附近分量现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日35单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器单电压极性切换PWM：直流侧电流现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日36单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器电压对消型控制：输出电压波形单脉冲脉宽调制现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日37单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器电压对消型控制：输出电压各分量幅值4ˆ()sin()ohdVVhh现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日38单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器输出电压、电流中的纹波电路图相量图现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日39单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器ripple1()()()oovtvtvt-纹波电压rippleripple01()()dtitvttkL纹波电流输出电压、电流中的纹波现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日40单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器输出电压、电流中的纹波：方波控制方式现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日41单相全桥逆变器第五章开关型直－交逆变器输出电压、电流中的纹波：PWM控制方式现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日42单相推挽式逆变器第五章开关型直－交逆变器电路图-现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日43单相推挽式逆变器第五章开关型直－交逆变器电路图-现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日44单相推挽式逆变器第五章开关型直－交逆变器各种单相逆变器的开关利用率0.16•方波控制方式的最大开关利用率：0.125ma•PWM控制方式（线性调制）的最大开关利用率：现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日45三相逆变器第五章开关型直－交逆变器电路图现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日46三相逆变器第五章开关型直－交逆变器PWM控制方式：输出电压波形现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日47三相逆变器第五章开关型直－交逆变器PWM控制方式：输出电压频谱现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日48三相逆变器第五章开关型直－交逆变器PWM控制方式：输出电压（线性调制）1ˆ()2dANaVVm桥臂输出电压基波分量1133ˆ()()222LLANadVVmV输出线电压基波分量有效值0.612现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日49三相逆变器第五章开关型直－交逆变器PWM控制方式：输出电压（过调制）现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日50三相逆变器第五章开关型直－交逆变器方波控制方式：输出电压现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日51三相逆变器第五章开关型直－交逆变器方波控制方式：输出电压频谱现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日52三相逆变器第五章开关型直－交逆变器输出电流中的纹波等值电路基波相量图现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日53三相逆变器第五章开关型直－交逆变器输出电流中的纹波（方波逆变器）现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日54三相逆变器第五章开关型直－交逆变器输出电流中的纹波（PWM逆变器）现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日55*3cosoodddVIiIV三相逆变器第五章开关型直－交逆变器直流侧电流现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日56三相逆变器第五章开关型直－交逆变器交接时间对输出电压的影响2odstVVTio02odstVVT-io0现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日57三相逆变器第五章开关型直－交逆变器交接时间对输出电压的影响现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日58三相逆变器第五章开关型直－交逆变器方波缺口控制方式（消除指定谐波）现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日59三相逆变器第五章开关型直－交逆变器电流型控制方式现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日60三相逆变器第五章开关型直－交逆变器整流工作方式现代电力电子技术原理与应用2020年3月24日61三相逆变器第五章开关型直－交逆变器吸收（产生）任意幅值、任意相位的电流