【正文】 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 ？ 。 當(dāng) E＝ 99 V， 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 。 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。 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。 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 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 。 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(kāi)關(guān)功率元件 ， 能實(shí)現(xiàn)性能價(jià)格比較高的逆變電源 。 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 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 。 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 。 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 。 而變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心是變頻電路 ， 通過(guò)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(guò)改變頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 。 保護(hù)電路主要起到保護(hù)作用 ， 一般指的是輸入過(guò)壓 、 欠壓保護(hù) ， 輸出過(guò)壓 、 欠壓保護(hù) ， 過(guò)載 、 過(guò)流和短路保護(hù) ， 過(guò)熱保護(hù)等 。 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 。 也就是說(shuō) ， 沒(méi)有控制電路 ， 逆變電路的開(kāi)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 。 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(kāi)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(jiàn)圖中的虛線 ） 。 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 。 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 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 通過(guò)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(guò)程是通過(guò)電力電子器件的開(kāi)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 。 （ 8） 按控制方式可分為調(diào)頻式 （ PFM） 逆變和脈寬式（ PWM） 逆變 。 （ 6） 按輸出穩(wěn)定參量可分為電壓型逆變和電流型逆變 。 （ 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 。 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 。 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 。 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 。 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) 。 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 。 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 。 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 ） 。 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 。 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 。 其工作原理如圖 340所示 。 而負(fù)載電流 io在大電感的作用下為近似交變的矩形波 。 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 。 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 。 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 。 當(dāng) t=t4時(shí) ， 再觸發(fā) VT VT4。 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(guò) 。 當(dāng) t＞ t1時(shí) ， 電流反向 。 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) 。 逆變器的輸出可采用改變逆變角的方法進(jìn)行調(diào)節(jié) 。 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(jiàn)： ??? 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 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 337 并聯(lián)諧振逆變電路工作波形 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 為保證換流可靠 ， 晶閘管 VT VT3必須在輸出電壓 uo過(guò)零前 tf時(shí)間觸發(fā) ， tf稱為觸發(fā)引前時(shí)間 。 流經(jīng) VT VT4的電流慢慢減小 ， 流經(jīng) VT VT3的電流慢慢增加 ， 隨著時(shí)間的推移 ， 流經(jīng) VT VT4的電流減小到零 ， 流經(jīng) VT VT3的電流增加到 Id， 此段時(shí)間稱為換流時(shí)間 ， 用 tγ表示 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 336 并聯(lián)諧振逆變電路的工作過(guò)程 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 如圖 337所示 ， 在 t2時(shí)刻觸發(fā)晶閘管 VT VT3， 使得 VT VT3導(dǎo)通 ， 從而將負(fù)載端的電壓加在 VT VT4兩端 。 晶閘管 VT VT4導(dǎo)通 ， 電流 io的路徑如圖 336（ a） 中的虛線所示 。 L1～ L4為電感量很小的電感 ， 用于限制晶閘管的電流上升率 di/dt。 直流側(cè)串有濾波大電感 Ld， 因此屬于電流型逆變器 。 負(fù)載電路中電容與爐圈（ L,R） 并聯(lián) ， 換流是基于并聯(lián)諧振的原理 ， 因此稱為并聯(lián)諧振逆變電路 。 圖 334為并聯(lián)式晶閘管中頻電源的主電路 ， 主要包括四部分：整流電路 、 濾波環(huán)節(jié) 、 逆變電路和負(fù)載電路 。 這種電路目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多 ， 主要用于感應(yīng)加熱及熔煉 ， 是一種較先進(jìn)的靜止變頻設(shè)備 。 常用的中頻電源采用的是交 直 交變頻電路 ， 這種變頻電路具有中間直流環(huán)節(jié) ， 先將工頻交流電通過(guò)整流電路變成直流電 ， 再通過(guò)逆變電路將直流電變成需要頻率的交流電 。 輸出波形如圖 3－ 33所示 。 當(dāng) urauc時(shí) ， 使 V1導(dǎo)通 ， V4關(guān)斷 ， 則 a相相對(duì)于直流電源假想中性點(diǎn) N′的輸出電壓為 uaN′=Ud/2；當(dāng) urauc時(shí) ， 使 V1關(guān)斷 ， V4導(dǎo)通 ， 則 V V4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終互補(bǔ) 。 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 4． 三相橋式逆變電路的 PWM控制 圖 332為電壓型三相橋式 PWM逆變電路 ， 其控制方式采用雙極性控制方式 。 （ 2） 死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短由開(kāi)關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間來(lái)決定 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 331 雙極性 PWM控制方式 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 注意： （ 1） 同一相上 、 下兩臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ) 。 調(diào)制信號(hào) ur采用正弦波 ， 在 ur的正負(fù)半周內(nèi) ， 當(dāng) uruc時(shí) ， 使 V V4導(dǎo)通 ， 負(fù)載端電壓為 uo=Ud；當(dāng) uruc時(shí) ， 使 V V3導(dǎo)通 ， 負(fù)載端電壓為 uo=Ud， 波形如圖 331所示 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 328 用 PWM電壓等效正弦電壓 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 2． 單極性 PWM控制方式 圖 329 單相橋式 PWM逆變電路 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 330 單極性 PWM控制方式 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 3． 雙極性 PWM控制方式 在載波信號(hào)的半周期內(nèi) ， 三角波的極性是雙向的 ， 所得到的 PWM波形也是雙極性的 ， 這種控制方式稱為雙極性控制方式 。 PWM控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ) ， 對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制 ， 使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖 ， 用這些脈沖來(lái)代替正弦波或其他所需要的波形 。 但在使用過(guò)程中 ， 這種控制方式存在以下不足： （ 1） 輸出電壓為矩形波 ， 其中含有較多的諧波 ， 對(duì)負(fù)載不利； （ 2） 采用相控方式調(diào)壓 ， 輸入電流諧波含量大 ， 輸入功率因數(shù)偏低； （ 3） 由于中間環(huán)節(jié)有大電容存在 ， 因此調(diào)壓慣性較大 ， 響應(yīng)較慢 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 327 電流型三相橋式逆變電路 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 表 34 電壓型與電流型逆變電路的比較 類型 比較項(xiàng)目 電壓型 電流型 直流回路濾波環(huán)節(jié) 電容器 電抗器 輸出電壓波形 矩形 取決于負(fù)載，當(dāng)負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，為近似正弦波 輸出電流波形 取決于逆變器電壓與電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)，有較大諧波分量。管子導(dǎo)通的順序?yàn)閂1→V 2→V 3→V 4→V 5→V 6，相鄰兩個(gè)管子的導(dǎo)通間隔 60176。 ，因此它屬于 120176。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 326 電流型單相橋式逆變電路 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 將圖 326（ b） 所示的電流波形展開(kāi)成傅利葉級(jí)數(shù)得 : ?????? ???? ?tttIi do ???? 5s i n513s i n31s i n4其中基波幅值 IoIm和基波有效值 IoI分別為： ddO III Im ?? ?ddOI III 24 ???（ 36） （ 37） 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 2． 電流型三相橋式逆變電路 圖 327（ a）所示為電流型三相橋式逆變電路。 不論電路負(fù)載性質(zhì)如何 ， 其輸出電流波形為矩形波 ， 而輸出電壓波形則由負(fù)載性質(zhì)決定 。 當(dāng) V V4導(dǎo)通 ， V V3關(guān)斷時(shí) ， Io=Id； 反之 ， Io=Id。 范圍內(nèi) ， V V V3導(dǎo)通 ， 此時(shí)逆變電路的等效電路如圖 3－ 25所示 。 T 6 、 T 1 、 T 2 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 324 電壓型三相橋式逆變電路波形圖 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 325 負(fù)載等效電路 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 在 0176。 T 5 、 T 6 、 T 1 300 176。 T 4 、 T 5