逆變電路

■逆變的概念

    ◆與整流相對應，直流電變成交流電。

    ◆交流側接電網，爲有源逆變。

    ◆交流側接負載，爲無源逆變，本章主要講述無源逆變。

■逆變與變頻

    ◆變頻電路：分爲交交變頻和交直交變頻兩種。

    ◆交直交變頻由交直變換（整流）和直交變換兩部分組成，後一部分就是逆變。

■逆變電路的主要應用

    ◆各種直流電源，如蓄電池、乾電池、太陽能電池等。

   ◆交流電機調速用變頻器、不間斷電源、感應加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。

 

逆變電路的基本工作原理

■基本的工作原理

    ◆ S1~S4是橋式電路的4個臂，由電力電子器件及輔助電路組成。

   

逆變電路及其波形舉例

    ◆當開關S1、S4閉合，S2、S3斷開時，負載電壓uo爲正；當開關S1、S4斷開，S2、S3閉合時，uo爲負，這樣就把直流電變成了交流電。

    ◆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io和uo的波形相同，相位也相同。

    ◆阻感負載時，io相位滯後於uo，波形也不同。

 

換流方式分類

■換流

  ◆電流從一個支路向另一個支路轉移的過程，也稱爲換相。

  ◆研究換流方式主要是研究如何使器件關斷。

■換流方式分爲以下幾種

  ◆器件換流（Device Commutation）

       ☞利用全控型器件的自關斷能力進行換流。

       ☞在採用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。

  ◆電網換流（Line Commutation）

       ☞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，但不適用於沒有交流電網的無源逆變電路。

◆負載換流（Load Commutation）

    ☞由負載提供換流電壓的換流方式。

    ☞負載電流的相位超前於負載電壓的場合，都可實現負載換流，如電容性負載和同步電動機。

    ☞圖是基本的負載換流逆變電路，整個負載工作在接近並聯諧振狀態而略呈容性，直流側串大電感，工作過程可認爲id基本沒有脈動。

       √負載對基波的阻抗大而對諧波的阻抗小，所以uo接近正弦波。

       √注意觸發VT2、VT3的時刻t1必須在uo過零前並留有足夠的裕量，才能使換流順利完成。

◆強迫換流（Forced Commutation）

    ☞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爲強迫換流。

    ☞通常利用附加電容上所儲存的能量來實現，因此也稱爲電容換流。

    ☞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。

    ☞直接耦合式強迫換流

       √如圖4-3，當晶閘管VT處於通態時，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。

☞電感耦合式強迫換流

   √圖4-4a中晶閘管在LC振盪第一個半週期內關斷，圖4-4b中晶閘管在LC振盪第二個半週期內關斷，注意兩圖中電容所充的電壓極性不同。

   √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。

■換流方式總結

    ◆器件換流只適用於全控型器件，其餘三種方式主要是針對晶閘管而言的。

    ◆器件換流和強迫換流屬於自換流，電網換流和負載換流屬於外部換流。

    ◆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爲零，則稱爲熄滅。