新能源變換技術

1.逆變電路基礎逆變電路基礎二、逆變電路的基本工作原理一、什么是逆變電路三、換流方式的分類一、什么是逆變電路逆變電路的概念逆變電路就是把直流電變成交流電，當交流側接在電網上，即交流側接入電源時，稱為有源逆變；一、什么是逆變電路逆變電路的概念當交流側直接和負載連接時，稱為無源逆變，在不加說明時，逆變電路一般多指無源逆變電路。蓄電池蓄電池、干電池、太陽能電池干電池太陽能電池蓄電池干電池太陽能電池負載供電逆變電路一、什么是逆變電路交流電機調速變頻器不間斷電源感應加熱電源逆變電路一、什么是逆變電路逆變電路直流電交流電二、逆變電路的基本工作原理電路組成圖中S1到S4是橋式電路的4個橋臂，它們由電力電子器件及輔助電路組成。基本工作原理分析（1）當開關S1、S4閉合，S2、S3斷開時，負載電壓u0為正；（2）當開關S1、S4斷開，S2、S3閉合時，負載電壓u0為負。一、三相半波可控整流電路大電感負載電路u0i0tb)基本工作原理分析一、三相半波可控整流電路大電感負載電路u0i0tb)改變兩組開關的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率。電阻負載時，負載電流i0和u0的波形相同，相位也相同。阻感負載時，i0相位滯后于u0，波形也不同。三、換流方式的分類門極控制關斷通態(tài)轉移到斷態(tài)全控型器件換流過程中給門極適當?shù)尿寗有盘栯娏鲝囊粋€支路向另一個支路轉移的過程稱為換流，也稱為換向。研究換流方式主要是研究如何使器件關斷。斷態(tài)轉移到通態(tài)半控型器件外部條件/其他措施三、換流方式的分類器件換流換流方式電流從一個支路向另一個支路轉移的過程稱為換流，也稱為換向。研究換流方式主要是研究如何使器件關斷。電網換流負載換流強迫換流器件換流(DeviceCommutation)利用全控型器件的自關斷能力進行換流。在采用IGBT、電力MOSFET、GTO、GTR等全控型器件的電路中的換流方式是器件換流。三、換流方式的分類電網換流(LineCommutation)電網提供換流電壓的換流方式。將負的電網電壓施加在欲關斷的晶閘管上即可使其關斷。不需要器件具有門極可關斷能力，但不適用于沒有交流電網的無源逆變電路。三、換流方式的分類負載換流(LoadCommutation)由負載提供換流電壓的換流方式。負載電流的相位超前于負載電壓的場合，都可實現(xiàn)負載換流，如電容性負載和同步電動機。a)三、換流方式的分類負載換流(LoadCommutation)圖a是基本的負載換流逆變電路，整個負載工作在接近并聯(lián)諧振狀態(tài)而略呈容性，直流側串大電感，工作過程可認為id基本沒有脈動。a)三、換流方式的分類負載換流(LoadCommutation)負載對基波的阻抗大而對諧波的阻抗小，所以u0接近正弦波。注意觸發(fā)VT2

、VT3的時刻t必須在u0過零前并留有足夠的裕量，才能使換流順利完成。三、換流方式的分類強迫換流(ForcedCommutation)設置附加的換流電路，給欲關斷的晶閘管強迫施加反壓或反電流的換流方式稱為強迫換流。通常利用附加電容上所儲存的能量來實現(xiàn)，因此也稱為電容換流。三、換流方式的分類直接耦合式強迫換流由換流電路內電容直接提供換流電壓。電感耦合式強迫換流通過換流電路內的電容和電感的耦合來提供換流電壓或換流電流。電感耦合式直接耦合式三、換流方式的分類直接耦合式強迫換流在此處添加您的文本內容在此處添加您的文本內容在此處添加您的文本內容如圖，當晶閘管VT處于通態(tài)時，預先給電容充電。當S合上，就可使VT被施加反壓而關斷。也叫電壓換流。三、換流方式的分類直接耦合式強迫換流原理圖電感耦合式強迫換流在此處添加您的文本內容在此處添加您的文本內容在此處添加您的文本內容圖a中晶閘管在LC振蕩第一個半周期內關斷。三、換流方式的分類a)

b)電感耦合式強迫換流原理圖圖b中晶閘管在LC振蕩第二個半周期內關斷，注意兩圖中電容所充的電壓極性不同。電感耦合式強迫換流在此處添加您的文本內容在此處添加您的文本內容在此處添加您的文本內容在這兩種情況下，晶閘管都是在正向電流減至零且二極管開始流過電流時關斷，二極管上的管壓降就是加在晶閘管上的反向電壓，也叫電流換流。三、換流方式的分類a)

b)電感耦合式強迫換流原理圖（1）器件換流只適用于全控型器件，其余三種方式主要是針對晶閘管而言的。三、換流方式的分類-換流方式總結（2）器件換流和強迫換流屬于自換流，電網換流和負載換流屬于外部換流。（3）當電流不是從一個支路向另一個支路轉移，而是在支路內部終止流通而變?yōu)榱悖瑒t稱為熄滅。

2.1單相全橋逆變電路單相全橋逆變電路一、全橋逆變電路單相全橋逆變電路的原理圖電路帶阻感負載。共四個橋臂，可看成兩個半橋電路組合而成。兩對橋臂交替導通180°一對橋臂另一對橋臂單相全橋逆變電路的工作分析等效電路總結兩對橋臂交替導通180°。二、單相全橋逆變電路的工作分析輸出電壓和電流波形與半橋電路形狀相同，但幅值高出一倍。在這種情況下，要改變輸出交流電壓的有效值只能通過改變直流電壓Ud來實現(xiàn)。電路分析（1）假設t2時刻以前V1和V4為通態(tài)。（2）t2時刻給V1和V4關斷信號，給V2

和V3開通信號，則V1和V4關斷，但感性負載中的電流i0不能立即改變方向，于是VD2和VD3導通續(xù)流。二、單相全橋逆變電路的工作分析電路分析（3）在t3時刻i0降為0時，VD2和VD3截止，V2和V3開通。i0開始反向。二、單相全橋逆變電路的工作分析（4）同樣t4時刻給V2和V3關斷信號。給V1和V4開通信號，則V2和V3開通。電路分析（5）當t5時刻i0降零時，VD1和VD4截止，V1和V4開通，i0開始正向。二、單相全橋逆變電路的工作分析

2.2單相全橋逆變電路（移相調壓）單相全橋逆變電路（移相調壓）單相全橋逆變電路兩對橋臂交替導通180度時，輸出電壓u0為正負各為180度的脈沖，幅值等于ud。上節(jié)回顧如果要改變輸出交流電壓的有效值u0，只能通過改變直流電壓ud來實現(xiàn)。單相全橋逆變電路能否通過其他方式調節(jié)逆變電路的輸出電壓?上節(jié)回顧答案：移相調壓移相調壓方式移相調壓實際上就是調節(jié)輸出電壓脈沖的寬度。一、什么是移項調壓方式在單相全橋逆變電路中，各IGBT的柵極信號仍為180°正偏，180°反偏，并且V1和V2的柵極信號互補，V3和V4的柵極信號互補。移相調壓方式但是V3的基極信號比V1落后θ(0<θ<180°)。V3

、V4的柵極信號分別比V2、V1的前移180°-θ。輸出電壓是正負各為θ的脈沖。一、什么是移項調壓方式t2時刻前V1和V4導通，U0=Ud。（1）

t1時刻V4截止，而因負載電感中的電流i0不能突變，V3不能立刻導通，VD?導通續(xù)流，u。=0。二、工作過程進行具體分析電路分析（1）t2時刻前V1和V4導通，U0=Ud。（2）t2時刻V4截止，而因負載電感中的電流i0不能突變，V3不能立刻導通，VD3導通續(xù)流，u0=0。二、工作過程進行具體分析電路分析（2）t2時刻V4截止，而因負載電感中的電流i0不能突變，V3不能立刻導通，VD3導通續(xù)流，u0=0。二、工作過程進行具體分析電路分析（3）t3時刻，V1截止，而V2不能立刻導通，VD2導通續(xù)流，和VD3構成電流通道，u0=-Ud。二、工作過程進行具體分析（4）到t4時刻，負載電流過零并開始反向時，VD2和VD3截止，V2和V3開始導通，u0仍為-Ud電路分析（5）t5時刻V3截止，而V4不能立刻導通，VD4導通續(xù)流，u0再次為零。二、工作過程進行具體分析（6）t6時刻，V2截止，而V1不能立刻導通，VD1導通續(xù)流，和VD4構成電流通道，U0=Ud電路分析（7）到t7時刻，負載電流過零并開始正向時，VD1和VD4截止，V1和V4開始導通，u0仍為Ud。二、工作過程進行具體分析改變θ就可調節(jié)輸出電壓。三、課后思考單相全橋逆變電路帶純電阻負載時，采用移相調壓方式，電路的輸出電壓和電流的波形。嘗試畫出

2.3單相半橋電壓型逆變電路單相半橋電壓型逆變電路一、電壓型逆變電路的特點二、單相半橋電壓型逆變電路分析一、電壓型逆變電路的特點直流側是電壓源電壓型逆變電路直流側電源性質直流側是電流源電流型逆變電路單相全橋逆變電路(1)直流側為電壓源或并列有大電容，相當于電壓源，直流側電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。一、電壓型逆變電路的特點單相全橋逆變電路一、電壓型逆變電路的特點(2)由于直流電壓源的鉗位作用，交流側輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關，而交流側輸出電流波形和相位，因負載阻抗情況的不同而不同。單相全橋逆變電路一、電壓型逆變電路的特點(3)當交流側為阻感負載時，需要提供無功功率，直流側電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。半橋逆變電路它有兩個橋臂，每個橋臂有一個可控器件和一個反并聯(lián)二極管組成。二、單相半橋電壓型逆變電路的分析在直流側接有兩個相互串聯(lián)的足夠大的電容，兩個電容的聯(lián)結點便成為直流電源的中點，負載聯(lián)接在直流電源中點和兩個橋臂聯(lián)結點之間。半橋逆變電路二、單相半橋電壓型逆變電路的分析工作原理設開關器件V1和V2的柵極信號在一個周期內各有半周正偏，半周反偏，且二者互補。輸出電壓u0為矩形波，其幅值為Um=Ud/2

。電路帶阻感負載。電路分析（1）假設t2時刻以前V1為通態(tài)。（2）t2時刻給V1關斷信號，給V2開通信號，則V1關斷，但感性負載中的電流i0不能立即改變方向，于是VD2導通續(xù)流。二、工作過程進行具體分析電路分析（3）當t3時刻i0降零時，VD2截止，V2開通，i0開始反向。二、工作過程進行具體分析（4）同樣，t4時刻給V2關斷信號，給V1開通信號，則V2關斷，但感性負載中的電流i0不能立即改變方向，于是VD1導通續(xù)流。電路分析（5）當t5時刻i0降零時，VD1截止，V1開通，i0開始正向。二、工作過程進行具體分析電路分析V1或V2通時，i0和u0同方向，直流側向負載提供能量；VD1或VD2通時，i0和u0反向，電感中貯能向直流側反饋。VD1、VD2稱為反饋二極管，它又起著使負載電流連續(xù)的作用，又稱續(xù)流二極管。二、工作過程進行具體分析循環(huán)工作V1或V2通時，i0和u0同方向，直流側向負載提供能量；VD1或VD2通時，i0和u0反向，電感中貯能向直流側反饋。VD1、VD2稱為反饋二極管，它又起著使負載電流連續(xù)的作用，又稱續(xù)流二極管。二、工作原理三、課程總結優(yōu)點是簡單，使用器件少。單相半橋電壓型逆變電路的優(yōu)缺點缺點是輸出交流電壓的幅值U,僅為Ud/2,且直流側需要兩個電容器串聯(lián)，工作時還要控制兩個電容器電壓的均衡；因此，半橋電路常用于幾kW以下的小功率逆變電源。

2.4單相電流型逆變電路單相電流型逆變電路一、電流型逆變電路的特點二、單相電流型逆變電路的分析單相橋式電流型(并聯(lián)諧振式)逆變電路(1)直流側串聯(lián)大電感，相當于電流源，直流側電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。一、電流型逆變電路的特點單相橋式電流型(并聯(lián)諧振式)逆變電路(2)電路中開關器件，僅改變直流電流的流通路徑，直流側輸出電流為矩形波，并且與負載阻抗角無關。輸出電壓波形和相位，因負載不同而不同。一、電流型逆變電路的特點單相橋式電流型(并聯(lián)諧振式)逆變電路(3)交流側為阻感負載時，需提供無功功率，直流側電感起緩沖無功能量的作用，反饋無功能量時，直流電流并不反向，不必給開關器件并聯(lián)二極管。一、電流型逆變電路的特點一、電流型逆變電路的特點直流側串大電感直流側電流基本無脈動單向橋式、電流型逆變電路相當于電流源電流型逆變電路單相全橋逆變電路一、電壓型逆變電路的特點(2)由于直流電壓源的鉗位作用，交流側輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關，而交流側輸出電流波形和相位，因負載阻抗情況的不同而不同。單相全橋逆變電路一、電壓型逆變電路的特點(3)當交流側為阻感負載時，需要提供無功功率，直流側電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。單相橋式、電流型逆變電路由四個橋臂構成，每個橋臂的晶閘管各串聯(lián)一個電抗器，用來限制晶閘管開通時的di/dt。二、單相電流型逆變電路的分析二、單相電流型逆變電路的分析單相橋式、電流型逆變電路要求負載電流略超前于負載電壓，即負載略呈容性。電容C和L、R構成并聯(lián)諧振電路。輸出電流波形接近矩形波，含基波和各奇次諧波，且諧波幅值遠小于基波。工作波形分析在交流電流的一個周期內，有兩個穩(wěn)定導通階段和兩個換流階段。t1~t2:VT1和VT4穩(wěn)定導通階段，i0=Id，t2時刻前在C上建立了左正右負的電壓。二、單相電流型逆變電路的分析電路工作波形單相橋式電流型(并聯(lián)諧振式)逆變電路工作波形分析在t2時刻觸發(fā)VT2和VT3開通，開始進入換流階段。二、單相電流型逆變電路的分析電路工作波形單相橋式電流型(并聯(lián)諧振式)逆變電路由于換流電抗器L7的作用，VT1和VT4不能立刻關斷，其電流有一個減小過程，VT2和VT3的電流也有一個增大過程。工作波形分析二、單相電流型逆變電路的分析電路工作波形單相橋式電流型(并聯(lián)諧振式)逆變電路4個晶閘管全部導通，負載電容電壓經兩個并聯(lián)的放電回路同時放電。一個回路是經LT1、VT1、VT3、LT3回到電容C。另一個回路是經LT2、VT2、VT4、LT4回到電容C。工作波形分析二、單相電流型逆變電路的分析電路工作波形單相橋式電流型(并聯(lián)諧振式)逆變電路當t=t4時，VT1、VT4電流減至零而關斷，直流側電流Id全部從VT1、VT4轉移到VT2、VT3，換流階段結束。晶閘管需一段時間才能恢復正向阻斷能力，t4時刻換流結束后還要使VT1、VT4承受一段反壓時間tβ，tβ=t5-t4應大于晶閘管的關斷時間tq。三、課程總結實際工作過程中，感應線圈參數(shù)隨時間變化，必須使工作頻率適應負載的變化而自動調整，這種控制方式稱為自勵方式。與自立相對應固定工作頻率的控制方式，稱為他勵方式。自勵方式存在起動問題他勵方式解決方法自勵方式系統(tǒng)工作后附加預充電啟動電路

3.變頻器逆變電路變頻器逆變電路一、二、變頻器是利用電力電子器件的通斷作用將工頻交流電變換為另一頻率的交流電的裝置。任務一認識變頻器變頻器的應用和基本結構自上世紀80年代以來，其應用已逐步成為當代電機調速的主流。這種裝置有什么用途？有哪些類型？它的基本結構又是怎樣的？任務一認識變頻器體積小變頻調速器主要用于交流電動機（異步電機或同步電機）轉速的調節(jié)重量輕精度高功能豐富保護齊全可靠性高操作簡便通用性強公認的交流電動機最理想、最有前途的調速方案，除了卓越的調速性能外，還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術改造和產品更新?lián)Q代的理想調速方式。任務一認識變頻器1.變頻調速的節(jié)能變頻器產生的最初用途是速度控制，據(jù)分析，在中國帶變動負載、具有節(jié)能潛力的電機通過變頻調速技術。可以大大提高電機轉速的控制精度，使電機在最節(jié)能的轉速下運