【正文】 電路及應(yīng)用 為保證換流可靠 ， 晶閘管 VT VT3必須在輸出電壓 uo過零前 tf時(shí)間觸發(fā) ， tf稱為觸發(fā)引前時(shí)間 。 按上述分析 ， 可得 ?? kttt f ??（ 38） 式中 ， k為大于 1的安全系數(shù) ， 一般取 2～ 3。 負(fù)載的功率因數(shù)角 φ 由負(fù)載電流和電壓的相位差決定 ， 由圖 337可見： ??? ttt ??2（ 39） 或者 ?????????? ???? tt2（ 310） 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 串聯(lián)諧振逆變電路 1． 主電路 如圖 338所示 ， 直流側(cè)采用大電容濾波 ， 使逆變輸出電壓為正負(fù)矩形波 ， 屬于電壓型逆變器 。 電路為了續(xù)流 ， 設(shè)置了反饋二極管 VD1～ VD4。 逆變器的輸出可采用改變逆變角的方法進(jìn)行調(diào)節(jié) 。 為了實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流 ， 要求補(bǔ)償以后的總負(fù)載呈容性 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 338 串聯(lián)諧振逆變電路 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 2． 工作原理 當(dāng)負(fù)載滿足 ， 觸發(fā) VT VT4， 電路產(chǎn)生振蕩 ,負(fù)載兩端電壓左正右負(fù) 。 由于電流超前于電壓 ， 當(dāng) t=t1時(shí) ， 電流為零 。 當(dāng) t＞ t1時(shí) ， 電流反向 。 由于 VT VT3未導(dǎo)通 ， 反向電流通過 VD VD4續(xù)流 ， VT VT4承受反壓而關(guān)斷 ， 負(fù)載兩端得到正向矩形電壓 。 當(dāng) t=t2時(shí) ， 觸發(fā) VT VT3， 負(fù)載兩端電壓極性反向 ， 即左負(fù)右正 ， VD VD4關(guān)斷 ， 電流從 VT VT3流過 。 當(dāng) tt3時(shí) ， 電流又反向 ， VD VD3續(xù)流 ， VT VT3承受反壓而關(guān)斷 ， 負(fù)載兩端得到負(fù)向矩形電壓 。 當(dāng) t=t4時(shí) ， 再觸發(fā) VT VT4。 通常 , 串聯(lián)諧振逆變電路工作在負(fù)載諧振頻率附近 ， 負(fù)載電路處于串聯(lián)諧振狀態(tài) 。 電路對(duì)負(fù)載電流的基波分量呈現(xiàn)低阻抗 ， 對(duì)其它高次諧波呈現(xiàn)高阻抗 。 因此 ， 負(fù)載電流可看成由基波分量組成 ， 波形為正弦波 ， 如圖 339所示 。 CLR 2?第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 339 串聯(lián)諧振逆變工作波形 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 應(yīng)用 并聯(lián)變頻電路對(duì)負(fù)載的適應(yīng)能力特別強(qiáng) ， 是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一種電路 ， 主要用作中頻熔煉和透熱的電源 ， 一般都基于感應(yīng)加熱的原理 。 當(dāng)逆變橋?qū)蔷чl管以一定頻率交替觸發(fā)導(dǎo)通時(shí) ， 負(fù)載感應(yīng)線圈通入中頻電流 ， 線圈中產(chǎn)生中頻交變磁通 。 如將金屬（ 鋼鐵 、 銅 、 鋁 ） 放入線圈中 ， 在交變磁場(chǎng)的作用下 ， 金屬中將產(chǎn)生渦流與磁滯 （ 鋼鐵 ） 效應(yīng) ， 使金屬熔化 。 晶閘管交替觸發(fā)的頻率與負(fù)載回路的諧振頻率相接近 ， 負(fù)載電路工作在諧振狀態(tài) ， 這樣不僅可得到較高的功率因數(shù)與效率 ， 而且電路對(duì)外加矩形波電壓的基波分量呈現(xiàn)高阻抗 ， 對(duì)其它高次諧波電壓可以看成是短路 ， 所以負(fù)載兩端的 uo是很好的中頻正弦波 。 而負(fù)載電流 io在大電感的作用下為近似交變的矩形波 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 感應(yīng)加熱中 ， 主要是利用渦流對(duì)工件進(jìn)行加熱 。 其工作原理如圖 340所示 。 讓線圈 A中流過頻率為 f的交流電流 i1,從而產(chǎn)生交變的磁通 Φ。 磁通 Φ在工件 B )2s i n ( ???? ?? tE m感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值為 mm2 ???E式中 :φm—— 交變磁通最大值 。 ω—— 角頻率 ， ω=2πf 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 340 負(fù)載電路 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 不同的電勢(shì)在工件閉合回路中產(chǎn)生渦流 i2, 使工件發(fā)熱 ， 這就是感應(yīng)加熱原理 。 感應(yīng)加熱是由感應(yīng)線圈 （ 即爐圈 ） 把電能傳遞給工件 ， 電能則在金屬工件內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。 能量是靠感應(yīng)傳遞的 ， 感應(yīng)圈與工件不直接接觸 （ 即加爐襯 ） 。 為了提高感應(yīng)熱效率 ， 要求工件的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E盡可能的大 ， 這可以通過增大磁通或提高感應(yīng)線圈中的電流頻率 f來(lái)達(dá)到 。 中頻電源用于熔煉時(shí) ， 負(fù)載是感應(yīng)爐 ， 從電路看是一只電磁感應(yīng)線圈 L， 它相當(dāng)于一臺(tái)副邊短路的變壓器 。 感應(yīng)爐與中頻電熱電容器 C構(gòu)成并聯(lián)諧振電路如圖 341所示 。 感應(yīng)線圈由矩形空心銅管繞制 ， 它比圓形銅管繞制的效率高 。 由于感應(yīng)線圈的功率因數(shù)很低 ， 因此要并聯(lián)電熱電容 C用以補(bǔ)償無(wú)功功率 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 341 并聯(lián)諧振電路 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 L與 C產(chǎn)生并聯(lián)諧振時(shí) ， 輸入電流 io與輸入電壓 uo同相位 ， 并且電抗相等 ， 電路呈純電阻狀態(tài) 。 LC1??電路諧振頻率為 LCf?21?品質(zhì)因數(shù)為 LRQ??式中 ， R—— 感應(yīng)線圈電阻 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 現(xiàn)代逆變技術(shù)簡(jiǎn)介 逆變是對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的一種基本形式 。 現(xiàn)代逆變技術(shù)是綜合了現(xiàn)代電力電子開關(guān)器件的應(yīng)用 、 現(xiàn)代功率變換 、 PWM技術(shù) 、 頻率及相位調(diào)制技術(shù) 、 開關(guān)電源技術(shù)和控制技術(shù)等的一門實(shí)用設(shè)計(jì)技術(shù) 。 現(xiàn)代逆變技術(shù)按照不同的形式可分為以下幾類： （ 1） 按逆變器輸出交流的頻率可以分為工頻逆變 、 中頻逆變和高頻逆變 。 工頻逆變一般指頻率為 50～ 60 Hz的逆變器； 中頻逆變的頻率一般為 400 Hz～十幾 kHz；高頻逆變的頻率一般為十幾 kHz～ MHz。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 （ 2） 按逆變器輸出的相數(shù)可分為單相逆變 、 三相逆變和多相逆變 。 （ 3） 按逆變器輸出能量的方向可分為有源逆變和無(wú)源逆變 。 （ 4） 按逆變主電路的形式可分為單端式 、 推挽式 、 半橋式和全橋式逆變 。 （ 5） 按逆變主開關(guān)器件的類型可分為晶閘管逆變 、 晶體管逆變 、 場(chǎng)效應(yīng)管逆變 、 IGBT逆變等 。 （ 6） 按輸出穩(wěn)定參量可分為電壓型逆變和電流型逆變 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 （ 7） 按輸出電壓和電流的波形可分為正弦波輸出逆變和非正弦波輸出逆變 。 （ 8） 按控制方式可分為調(diào)頻式 （ PFM） 逆變和脈寬式（ PWM） 逆變 。 （ 9） 按逆變開關(guān)電路的工作方式可分為諧振式逆變 、 定頻硬開關(guān)式逆變和定頻軟開關(guān)式逆變 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 通過前面逆變及逆變電路的介紹我們知道 ， 逆變指的是將直流電變成交流電 ， 而變換的過程是通過電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ， 因此逆變系統(tǒng)的核心是由電力電子器件組成的逆變電路 。 另外 ， 要順利的實(shí)現(xiàn)逆變 ， 還需要輸入電路 、 輸出電路 、 控制電路 、 輔助電源和保護(hù)電路 。 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖如圖 342所示 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 342 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 1． 輸入電路 逆變電路的輸入為直流電 。 若是直流電網(wǎng)供電 、 蓄電池供電或直流發(fā)電機(jī)供電 ， 則輸入電路必須加上濾波電路；若為交流電網(wǎng)供電 ， 則首先必須進(jìn)行整流 ， 將交流電變成直流電 ， 再加上濾波電路 。 2． 輸出電路 輸出電路一般包括輸出濾波電路 。 對(duì)隔離式逆變器 ， 輸出電路的前面要加逆變變壓器；對(duì)開環(huán)控制的逆變系統(tǒng) ， 輸出量不用反饋到控制電路；對(duì)閉環(huán)控制的逆變系統(tǒng) ， 輸出量要反饋到控制電路 （ 見圖中的虛線 ） 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 3． 控制電路 控制電路的功能是按要求產(chǎn)生和調(diào)節(jié)一系列的控制脈沖來(lái)控制逆變開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷 。 也就是說 ， 沒有控制電路 ， 逆變電路的開關(guān)器件就不能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通與關(guān)斷 ， 逆變電路就不可能完成逆變功能 。 因此 ， 控制電路和逆變電路同等重要 ， 二者缺一不可 。 4． 輔助電源和保護(hù)電路 輔助電源的功能是將逆變器的輸入電壓變換成適合控制電路工作的直流電壓 。 若是直流輸入 ， 則是一個(gè)或幾個(gè) DC/DC變換器； 若是交流輸入 ， 則采用工頻降壓 、 整流 、 線性穩(wěn)壓的方式 。 保護(hù)電路主要起到保護(hù)作用 ， 一般指的是輸入過壓 、 欠壓保護(hù) ， 輸出過壓 、 欠壓保護(hù) ， 過載 、 過流和短路保護(hù) ， 過熱保護(hù)等 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)的應(yīng)用 1． 交流電機(jī)的變頻調(diào)速 變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用幾乎擴(kuò)展到了工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域 ， 并且在空調(diào) 、 洗衣機(jī) 、 電冰箱等家電產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用 ， 得到了人們的認(rèn)可 。 而變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心是變頻電路 ， 通過變頻電路將交流電網(wǎng)電壓變換成頻率可調(diào)的交流電壓 ， 供給交流電動(dòng)機(jī) ， 通過改變頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 。 常見的變頻調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)圖如圖 343所示 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 343 間接變頻裝置的三種結(jié)構(gòu)形式 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 2． 不間斷電源 （ UPS） 系統(tǒng) 不間斷電源 （ Uninterrupitable Power System， UPS）主要由充電器和逆變器組成 。 在電網(wǎng)有電時(shí) ， 充電器為蓄電池充電；在電網(wǎng)停電時(shí) ， 逆變器將蓄電池中的直流電逆變成交流電供給用電設(shè)備 。 同時(shí) ， UPS還能提供穩(wěn)壓 、 穩(wěn)頻和波形失真度極小的高質(zhì)量正弦波電源 ， 應(yīng)用廣泛 。 3． 感應(yīng)加熱 中頻爐 、 高頻爐等設(shè)備利用逆變技術(shù)產(chǎn)生交流電 ， 從而產(chǎn)生交變磁場(chǎng) ， 金屬在磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦流而發(fā)熱 ， 達(dá)到加熱的目的 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 4． 弧焊電源 逆變技術(shù)可用于直流弧焊機(jī) 、 交流弧焊機(jī)的電源 。 5． 磁懸浮列車 為減小列車輪子與鐵軌之間的摩擦來(lái)提高牽引效率而發(fā)展的磁懸浮列車 ， 其中的磁懸浮就是采用逆變等技術(shù)產(chǎn)生的一種磁場(chǎng) ， 可使列車與鐵軌不完全接觸 。 6． 家用電器 逆變技術(shù)應(yīng)用到家用電器中 ， 主要起到節(jié)能 、 改善使用性能的目的 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 逆變系統(tǒng)中的控制電路 １ ． 目前 ， 方波輸出的逆變電源多采用脈寬調(diào)制集成電路 ， 如SG3525， TL494等 。 實(shí)踐證明 ， 采用 SG3525集成電路 ， 并采用功率場(chǎng)效應(yīng)管作為開關(guān)功率元件 ， 能實(shí)現(xiàn)性能價(jià)格比較高的逆變電源 。 由于 SG3525具有直接驅(qū)動(dòng)功率場(chǎng)效應(yīng)管的能力 ， 并具有內(nèi)部基準(zhǔn)源 、 運(yùn)算放大器和欠壓保護(hù)功能 ， 因此其外圍電路很簡(jiǎn)單 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 ２ ． 正弦波輸出的逆變電源控制集成電路 正弦波輸出的逆變電源 ， 其控制電路可采用微處理器控制 ， 如 INTEL公司生產(chǎn)的 80C196MC， 摩托羅拉公司生產(chǎn)的 MP16以及MICROCHIP公司生產(chǎn)的 PIC16C73等 。 這些單片機(jī)均具有多路PWM發(fā)生器 ， 并可設(shè)定上 、 下橋臂之間的死區(qū)時(shí)間 。 例如 ，INTEL 公司生產(chǎn)的 80C196MC在完成正弦波信號(hào)發(fā)生的同時(shí) ， 能檢測(cè)交流輸出電壓 ， 從而可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 習(xí)題與思考題 1． 什么是有源逆變 ？ 有源逆變的條件是什么 ？ 2． 無(wú)源逆變電路和有源逆變電路有何區(qū)別 ？ 3． 有源逆變最小逆變角如何限制 ？ 為什么 ？ 4． 接反電動(dòng)勢(shì)的橋式可控整流電路在什么情況下工作在以下狀態(tài)： （ 1） 整流與待整流； （ 2） 逆變與待逆變 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 5． 三相半波晶閘管電路工作在有源逆變狀態(tài) ， 試畫出 β＝30176。 ， VT1管的脈沖丟失時(shí) ， 輸出電壓 ud的波形 。 6． 在單相橋式全控整流電路中 ， 若 U2＝ 220 V， ED＝ 120 V， R＝ 2 Ω， 當(dāng) β＝ 30176。 和 β＝ 60176。 時(shí)能否實(shí)現(xiàn)有源逆變 ？ 如能實(shí)現(xiàn) ， 則電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電流有多大 ？ 并畫出有源逆變情況下的輸出電壓 、 輸出電流的波形 。 7． 單相全控橋反電動(dòng)勢(shì)阻感性負(fù)載 ， R＝ 1 Ω， L＝ ∞， U2＝ 100 V， LB＝ mH。 當(dāng) E＝ 99 V， β＝ 60176。 時(shí) ， 求 Ud、 Id和γ的值 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 8． 無(wú)源逆變電路中 , 電壓型逆變器與電流型逆變器各有何特點(diǎn) ？ 9． 并聯(lián)諧振型逆變電路利用負(fù)載電壓進(jìn)行換流 ， 為了保證換流成功 ， 應(yīng)滿足什么條件 ？ 10． 電壓型逆變電路中的反饋二極管的作用是什么 ？