大工20秋《电力电子技术》复习资料九
电力电子技术辅导资料九主 题：第三章无源逆变电路（第1-2节）学习时间：2020年5月25日--5月31日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
“我们既要绿水青山，也要金山银山。宁要绿水青山，不要金山银山，而且绿水青山就是金山银山。”要按照绿色发展理念，树立大局观、长远观、整体观，坚持保护优先，坚持节约资源和保护环境的基本国策，把生态文明建设融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，建设美丽中国，努力开创社会主义生态文明新时代。
摘选自《习近平总书记系列重要讲话读本》
内 容：一、本周知识点及重难点分布
表9-1 本周知识点要求掌握程度一览表
序号
学习知识点
要求掌握程度
本周难点
了解
熟悉理解
掌握
1
无源逆变电路概述
★
2
电压型逆变电路
★
☆
二、知识点详解
【知识点1】无源逆变电路概述
逆变：DC-AC。交流侧接电网，为有源逆变。交流侧接负载，为无源逆变。
应用：各种直流电源： 蓄电池、干电池、太阳能电池等。
电力电子装置的核心部分： 交流电机调速用变频器、UPS、感应加热电源
1、逆变电路分类
（1）按照输入直流电源
电压型逆变电路——输入端并接有大电容；
电流型逆变电路——输入端串接大电感。
（2）按照逆变电路主电路结构
半桥型逆变电路——半控型器件；全控型逆变电路——全控型器件。
（3）根据换流方式：负载换流、器件换流、电网换流、强迫换流
（4）按负载特点：非谐振式、谐振式逆变电路
（5）按电流波形：正弦逆变电路、非正弦逆变电路
（6）按照输出相数：单相逆变电路、三相逆变电路
2、逆变电路工作原理
以单相桥式逆变电路为例进行分析。
S1、S4闭合，S2、S3断开：；
S1、S4断开，S2、S3闭合：。
（a）电路图 （b）工作波形
图9-1 单相桥式逆变电路的电路图和工作波形
换流(换相)：电流从一个支路向另一个支路转移过程
3、换流方式
换流方式主要研究如何使器件关断。
（1）器件换流：利用全控型器件的自关断能力进行换流。
典型器件：IGBT 、电力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型器件。
（2）电网换流：电网提供换流电压的换流方式。
将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上使其关断。如：三相全控桥电路，不适用于没有交流电网的无源逆变电路。
（3）负载换流：由负载提供换流电压。
凡是负载电流的相位超前于负载电压，均可实现负载换流。 如：电容性负载、同步电动机。
（4）强迫换流：设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式。
分为直接耦合式和电感耦合式强迫换流。
（a）直接耦合式强波换流 （b）电感耦合式强波换流 （c）电感耦合式强波换流
图9-2 强波换流
直接耦合式强迫换流：由换流电路内电容直接提供换流电压。
电感耦合式强迫换流： 通过换流内的电容和电感的耦合来提供换流电压或换流电流。
（5）总结：
①器件换流：适用于全控型器件。其余三种方式：针对晶闸管。
②器件换流和强迫换流：属于自换流；器件或变流器自身原因。
③电网换流和负载换流：属于外部换流；电网电压或负载电压。【知识点2】电压型逆变电路
1、单相电压型逆变电路
（1）单相电压型半桥逆变电路
单相电压型半桥逆变电路换流方式为器件换流。
（a）电路图 （b）工作波形
图9-3 单相电压型半桥逆变电路的电路图和工作波形
负载大小：
输出电压：
基波幅值，即时：
基波有效值：
基波电流：
优点：电路简单、使用器件少。
缺点：幅值；需两电容器串联，要控制电压均衡。
应用： 几kW以下的小功率逆变电源。
（2）单相电压型全桥逆变电路
单相逆变电路中应用最多，幅值高出一倍。
（a）电路图 （b）工作波形
图9-4 单相电压型全桥逆变电路的电路图和工作波形
电感性负载时，可采用移相方式调节输出电压——移相调压。
输出电压：
基波幅值：
基波的有效值：
电感性负载，基波电流：
☆2、三相电压型逆变电路
三相电压型桥式逆变电路由三个单相逆变电路组合成，是应用最广的三相电压型逆变电路。
（a）电路图 （b）工作波形
图9-5 三相电压型桥式逆变电路的电路图和工作波形
（1）工作原理
基本工作方式：180(导电型。
每桥臂导电180°，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120 °。
任一瞬间有三个桥臂同时导通。
每次换流在同一相上下两臂之间进行——纵向换流
当时，
输出线电压为：；输出相电压为：。
图9-6 当时逆变 图9-7 三相电压型桥式逆变
电路的等效电路 电路的等效电路
（2）基本数量关系
输出线电压：
输出线电压有效值：
基波幅值：
基波有效值：
输出相电压：
输出相电压有效值：
基波幅值：
基波有效值：
（3）特点
①直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。
②输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。
③电感性负载时需提供无功功率。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。 三、重要理论
1、逆变：DC-AC。交流侧接电网，为有源逆变。交流侧接负载，为无源逆变。（知识点1）
2、换流(换相)：电流从一个支路向另一个支路转移过程（知识点1）
3、换流方式（知识点1）
（1）器件换流：利用全控型器件的自关断能力进行换流。
典型器件：IGBT 、电力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型器件。
（2）电网换流：电网提供换流电压的换流方式。
将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上使其关断。如：三相全控桥电路，不适用于没有交流电网的无源逆变电路。
（3）负载换流：由负载提供换流电压。
凡是负载电流的相位超前于负载电压，均可实现负载换流。 如：电容性负载、同步电动机。
（4）强迫换流：设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式。分为直接耦合式和电感耦合式强迫换流。
（5）总结：
①器件换流：适用于全控型器件。其余三种方式：针对晶闸管。
②器件换流和强迫换流：属于自换流；器件或变流器自身原因。
③电网换流和负载换流：属于外部换流；电网电压或负载电压。
4、单相电压型半桥逆变电路换流方式为器件换流。（知识点2）
优点：电路简单、使用器件少。
缺点：幅值；需两电容器串联，要控制电压均衡。
应用： 几kW以下的小功率逆变电源。
5、单相电压型全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最多的电路，幅值比单相电压型半桥逆变电路的高出一倍。（知识点2）
电感性负载时，可采用移相方式调节输出电压——移相调压。
6、三相电压型桥式逆变电路由三个单相逆变电路组合成，是应用最广的三相电压型逆变电路。（知识点2）
基本工作方式：180(导电型。
每桥臂导电180°，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120 °。
任一瞬间有三个桥臂同时导通。
每次换流在同一相上下两臂之间进行——纵向换流
7、三相电压型桥式逆变电路基本数量关系（知识点2）
输出线电压有效值：
基波幅值：；基波有效值：
输出相电压有效值：
基波幅值：；基波有效值：
8、三相电压型桥式逆变电路特点（知识点2）
①直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。
②输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。
③电感性负载时需提供无功功率。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。 四、重要例题
例题9.1 单相全桥逆变电路如图所示，已知，输出电压为矩形波，频率，负载，，求：
（1）输出基波电压和有效值；
（2）输出基波电流。
图9-8 例题9.1题图
解：（1）
令时，基波分量：
输出电压基波分量的有效值：
（2）负载阻抗模：
阻抗角：
例题9.2 三相电压型桥式逆变电路，180(导电方式，，求：
（1）输出线电压的基波幅值和有效值；
（2）输出相电压基波幅值和有效值；
（3）输出线电压的7次谐波的有效值。
解：（1）
（2）
（3）输出线电压的7次谐波的有效值：
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