5-1
第 5章 逆变电路
引言
5.1 换流方式
5.2 电压型逆变电路
5.3 电流型逆变电路
5.4 多重逆变电路和多电平逆变电路
本章小节
5-2
第 5章 逆 变电路 ? 引言
逆变的概念
逆变 —— 与整流相对应, 直流电变成交流电 。
交流侧接电网, 为 有源逆变 。
交流侧接负载, 为 无源逆变 。
逆变与变频
变频电路：分为交交变频和交直交变频两种 。
交直交变频由交直变换 （ 整流 ） 和直交变换两部分组
成, 后一部分就是逆变 。
主要应用
各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。
交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源
等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。
本章讲述无源逆变
5-3
5.1 换流方式
5.1.1 逆变电路的基本工作原理
5.1.2 换流方式分类
5-4
以 单相桥式逆变电路 为例说明最基本的工作原理
5.1.1 逆变电路的基本工作原理
图 5-1 逆变电路及其波形举例
负载
a)
b)
t
S 1
S 2
S 3
S 4
i o
u o
U d
u o
i o
t 1 t 2
S1~S4是桥式电路的 4个臂, 由电力电子器件及辅
助电路组成 。
5-5
5.1.1 逆变电路的基本工作原理
S1,S4闭合, S2,S3断开 时，负载 电压 uo为 正 。
S1,S4断开, S2,S3闭合 时，负载电压 uo为 负 。
直流电
交流电
5-6
5.1.1 逆变电路的基本工作原理
逆变电路最基本的工作
原理 —— 改变两组开关
切换频率, 可改变输出
交流电频率 。
图 5-1 逆变电路及其波形举例
a)
b)
t
u o
i o
t 1 t 2
电阻负载 时, 负载电流 io
和 uo的波形相同, 相位也
相同 。
阻感负载 时, io相位滞后
于 uo,波形也不同 。
5-7
5.1.2 换流方式分类
换流 —— 电流从一个支路向另一个支路转移的过程,
也称为 换相 。
开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通 。
关断,
全控型器件可通过门极关断 。
半控型器件晶闸管, 必须利用外部条件才能关断 。
一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压, 才能
关断 。
研究换流方式主要是研究如何使器件关断 。
本章换流及换流方式问题最为全面集中,因此安排在
本章集中讲述 。
5-8
5.1.2 换流方式分类
1) 器件换流 （ Device Commutation）
利用全控型器件的自关断能力进行换流。
在 采用 IGBT,电力 MOSFET, GTO, GTR等全控型器
件的电路中的换流方式是器件换流。
2) 电网换流 （ Line Commutation）
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即可使其关断。
不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流
电网的无源逆变电路。
3) 负载换流 （ Load Commutation）
4) 强迫换流 （ Forced Commutation）
5-9
5.1.2 换流方式分类
图 5-2 负载换流
电路及其工作波形
由负载提供换流电压的换流方式。
负载电流的相位超前于负载电压
的场合，都可实现负载换流。
如图是基本的 负载换流 电路,4个
桥臂均由晶闸管组成。
整个负载工作在接近并联谐振状
态而略呈容性。
直流侧串电感，工作过程可认为 id
基本没有脉动。
负载对基波的阻抗大而对谐波的
阻抗小。所以 uo接近正弦波 。
注意 触发 VT2,VT3的时刻 t1必须
在 uo过零前并留有足够的裕量，
才能使换流顺利完成。
t
t
t
t
O
O
O
O
i
i
t 1
b)
a)
u o u
o i
o
i o
u VT
i VT 1 i VT 4
i VT 2 i VT 3
u VT 1 u VT 4
5-10
4)强迫换流 （ Forced Commutation）
5.1.2 换流方式分类
由换流电路内电容
直接提供换流电压
直接耦合式
强迫换流
通过换流电路内的
电容和电感的耦合
来提供换流电压或
换流电流
电感耦合式
强迫换流
设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫
施加反压或反电流的换流方式称为 强迫换流 。
通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因
此也称为 电容换流 。
分类
5-11
5.1.2 换流方式分类
直接耦合式 强迫换流
当晶闸管 VT处于通态时，
预先给电容充电。当 S合上，
就可使 VT被施加反压而关断。
也叫 电压换流 。 图 5-3直接耦合式
强迫换流原理图
图 5-4 电感耦合式
强迫换流原理图
电感耦合式 强迫换流
先使晶闸管电流减为零，
然后通过反并联二极管使其
加上反向电压。
也叫 电流换流 。
5-12
5.1.2 换流方式分类
换流方式总结,
器件换流 —— 适用于全控型器件 。
其余三种方式 —— 针对晶闸管 。
器件换流和强迫换流 —— 属于自换流 。
电网换流和负载换流 —— 属于外部换流 。
当电流不是从一个支路向另一个支路转移, 而是在支路
内部终止流通而变为零, 则称为 熄灭 。
5-13
5.2 电压型逆变电路
1） 逆变电路的分类 —— 根据直流侧电源性质的不同
电压型逆变电路 —— 又称为电压源
型逆变电路
Voltage Source Type Inverter-VSTI
直流侧是 电压源
电流型逆变电路 —— 又称为电流源
型逆变电路
Current Source Type Inverter-VSTI
直流侧是 电流源
5-14
5.2 电压型逆变电路
2） 电压型逆变电路的特点
图 5-5 电压型全桥逆变电路
(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)阻感负载时需提供
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。
5-15
5.2 电压型逆变电路
5.2.1 单相电压型逆变电路
5.2.2 三相电压型逆变电路
5-16
5.2.1 单相电压型逆变电路
1） 半桥逆变电路
u
图 5－ 6 单相半桥电压型逆变
电路及其工作波形
a)
t
t O
O
ON
b)
o U
m
- U m
i o
t 1 t 2
t 3 t 4
t 5 t 6
V 1 V 2 V 1 V 2
VD 1 VD 2 VD 1 VD 2
工作原理
V1和 V2栅极信号在一周期内
各半周正偏、半周反偏，两
者互补，输出电压 uo为矩形
波，幅值为 Um=Ud/2。
V1或 V2通时,io和 uo同方向，
直流侧向负载提供能量；
VD1或 VD2通时,io和 uo反向，
电感中贮能向直流侧反馈。
VD1,VD2称为 反馈二极管,
它又起着使负载电流连续的
作用，又称 续流二极管 。
5-17
5.2.1 单相电压型逆变电路
优点, 电路简单, 使用器件少 。
缺点, 输出交流电压幅值为 Ud/2,且直流侧需两
电容器串联, 要控制两者电压均衡 。
应用,
用于几 kW以下的小功率逆变电源 。
单相全桥, 三相桥式都可看成若干个半桥逆变电
路的组合 。
5-18
5.2.1 单相电压型逆变电路
2) 全 桥逆变电路
共四个桥臂，可看成两个半
桥电路组合而成。
两对桥臂交替导通 180° 。
输出电压合电流波形与半桥
电路形状相同，幅值高出一
倍。
改变输出交流电压的有效值
只能通过改变直流电压 Ud来
实现。
图 5-7 单相全桥逆变
电路的移相调压方式
t O
t O
t O
t O
t O
b)
u G1
u G2
u G3
u G4
u o i
o
t 1 t 2
t 3 i o
u o
5-19
5.2.1 单相电压型逆变电路
阻感负载时，还可采用移
相得方式来调节输出电压
－ 移相调压 。
a)
图 5-7 单相全桥逆变
电路的移相调压方式
t O
t O
t O
t O
t O
b)
u G1
u G2
u G3
u G4
u o i
o
t 1 t 2
t 3 i o
u o
V3的基极信号比 V1落后 q
（ 0＜ q ＜ 180 ° ）。 V3、
V4的栅极信号分别比 V2、
V1的前移 180° － q。 输
出电压是正负各为 q的脉
冲。
改变 q就可调节输出电压。
5-20
5.2.1 单相电压型逆变电路
3） 带中心抽头变压器的逆变电路
图 5-8 带中心抽头变压器的逆变电路
Ud和负载参数相同, 变压器匝比为 1,1,时, uo和 io波
形及幅值与全桥逆变电路完全相同 。
与全桥电路的比较,
比全桥电路少用一半开关器件。
器件承受的电压为 2Ud，比全桥电路高 一倍。
必须有一个变压器 。
交替驱动两个 IGBT,经变压
器耦合给负载加上矩形波交
流电压 。
两个二极管的作用也是提供
无功能量的反馈通道 。
5-21
5.2.2 三相电压型逆变电路
三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路
应用最广的是 三相桥式逆变电路
图 5-9 三相电压型桥式逆变电路
5-22
5.2.2 三相电压型逆变电路
基本工作方式 ——
180° 导电方式
图 5-10电压型三相桥式逆
变电路的工作波形
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
u UN'
u UN
u UV
i U
i d
u VN'
u WN'
u NN'
U d
U d
2
U d
3
U d
6
2 U d
3
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。
每次换流都是在同一
相上下两臂之间进行，
也称为 纵向换流 。
5-23
5.2.2 三相电压型逆变电路
波形分析
负载各相到电源中点 N'
的电压,U相,1通，
uUN'=Ud/2,4通,uUN'=-
Ud/2。
负载线电压
负载相电压
?
?
?
?
?
??
??
??
U N 'W N 'WU
W N 'V N 'VW
V N 'U N 'UV
uuu
uuu
uuu
?
?
?
?
?
??
??
??
' NN W N 'WN
NN' VN'VN
NN' UN'UN
uuu
uuu
uuu
图 5-10电压型三相桥式逆
变电路的工作波形
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
u UN'
u UN
u UV
i U
i d
u VN'
u WN'
u NN'
U d
U d
2
U d
3
U d
6
2 U d
3
5-24
5.2.2 三相电压型逆变电路
负载中点和电源中点间电压
(5-6)
负载三相对称时有 uUN+uVN+uWN=0，于是
(5-7)
负载已知时, 可由 uUN波形求出 iU波形 。
一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似 。
桥臂 1,3,5的电流相加可得直流侧电流 id的波形, id每 60° 脉动
一次, 直流电压基本无脉动, 因此逆变器从交流侧向直流侧传
送的功率是脉动的, 电压型逆变电路的一个特点 。
防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源
短路, 应采取, 先断后通,
数量分析见教材 。
)(31)(31 WNVNUN W N ' VN' UN' NN' uuuuuuu ??????
)(31 W N ' VN' UN'NN' uuuu ???
5-25
电流型逆变电路主要 特 点
(1) 直流侧串大电感, 电流基
本无脉动, 相当于电流源 。
5.3 电流型逆变电路
直流电源为电流源的逆
变电路称为 电流型逆变
电路 。
图 5-11 电流型三相桥式逆变电路
(2) 交流输出电流为矩形波, 与负载阻抗角无关 。 输出电压波形和相位
因负载不同而不同 。
(3)直流侧电感起缓冲无功能量的作用, 不必给开关器件反并联二极管 。
电流型逆变电路中, 采用半控型器件的电路仍应用较多 。
换流方式有负载换流, 强迫换流 。
5-26
5.3 电流型逆变电路
5.3.1 单相电流型逆变电路
5.3.2 单相电流型逆变电路
5-27
5.3.1 单相电流型逆变电路
1) 电路原理
图 5－ 12 单相桥式电流型
（并联谐振式）逆变电路
由四个桥臂构成，每
个桥臂的晶闸管各串
联一个电抗器，用来
限制晶闸管开通时的
di/dt。
工作方式为 负载换相 。
电容 C和 L, R构成并
联谐振电路。
输出电流波形接近矩
形波，含基波和各奇
次谐波，且谐波幅值
远小于基波。
5-28
5.3.1 单相电流型逆变电路
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
u G1,4
u G2,3
i T
i o
I d
t 1 t 2
t 3
t 4
t 5
t 6
t 7 t f
u o
t g
u AB
t d
t b
I d
i VT
1,4
i VT
2,3
u VT
2,3
u VT
1,4
图 5－ 13并联谐振式逆变
电路工作波形
2) 工作分析
一个周期内有两个
导通阶段和两个换
流阶段。
t1~t2,VT1和 VT4稳定导通阶段, iｏ =Id，
t2时刻前在 C上建立了左正右负的电压。
t2~t4,t2时触发 VT2和 VT3开通，进入
换流阶段 。
LT使 VT1,VT4不能立刻关断, 电流有一
个减小过程 。 VT2,VT3电流有一个增大
过程 。
4个晶闸管全部导通, 负载电容电压经两
个并联的放电回路同时放电 。
LT1,VT1,VT3,LT3到 C；另一个经 LT2、
VT2,VT4,LT4到 C。
5-29
5.3.1 单相电流型逆变电路
t=t4时, VT1,VT4电流减至零而关断,
换流阶段结束 。
t4－ t2= tg 称为 换流时间 。
保证晶闸管的可靠关断
晶闸管需一段时间才能恢复正向
阻断能力, 换 流 结 束后 还 要 使
VT1,VT4承受一段反压时间 tb。
tb= t5- t4应大于晶闸管的关断时间
tq。 。
io在 t3时刻，即
iVT1=iVT2时刻过零，
t3时刻大体位于 t2和
t4的中点。
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
u G1,4
u G2,3
i T
i o
I d
t 1 t 2
t 3
t 4
t 5
t 6
t 7 t f
u o
t g
u AB
t d
t b
I d
i VT
1,4
i VT
2,3
u VT
2,3
u VT
1,4
图 5－ 13并联谐振式逆变
电路工作波形
5-30
为保证可靠换流应在 uo过零前 td= t5- t2时刻触发 VT2,VT3 。,
td 为 触发引前时间 (5-16)
io超前于 uo的时间 (5-17)
表示为电角度 (5-18)
w为电路工作角频率； g,b分别是 tg,tb对应的电角度。
忽略换流过程, io可近似成矩形波, 展开成傅里叶级数
(5-19)
基波电流有效值 (5-20)
负载电压有效值 Uo和直流电压 Ud的关系 （ 忽略 Ld的损
耗, 忽略晶闸管压降 ） (5-21)
5.3.1 单相电流型逆变电路
βγδ ttt ??
b
g
? t
tt ??
2
bgw? bg ????
?
?
???
? ??
22 t
t
?????? ???? ?tttIi www? 5s i n513s i n31s i n4 do
dd1o 9.02
4 III ??
?
??
?
c o s11.1c o s22
dd
o
UUU ??
5-31
5.3.1 单相电流型逆变电路
实际工作过程中, 感应线圈参数随时间变化, 必须使
工作频率适应负载的变化而自动调整, 这种控制方式
称为 自励方式 。
固定工作频率的控制方式称为 他励方式 。
自励方式存在起动问题, 解决方法,
先用他励方式, 系统开始工作后再转入自励方式 。
附加预充电起动电路 。
5-32
5.3.2 三相电流型逆变电路
1) 电路分析
? 基本工作方式是 120° 导电方式
－ 每个臂一周期内导电 120°,每
个时刻上下桥臂组各有一个臂导通，
换流方式为 横向换流 。
i
t O
t O
t O
t O
I d
i V
i W
u UV
U
图 5-14 电流型三相桥
式逆变电路的输出波形
图 5-11 电流型三相桥式逆变电路
2) 波形分析
输出电流波形和负载性质无关，正
负脉冲各 120° 的矩形波。
输出电流和三相桥整流带大电感负
载时的交流电流波形相同，谐波分
析表达式也相同。
输出线电压波形和负载性质有关，
大体为正弦波。
输出交流电流的基波有效值。
5-33
5.3.2 三相电流型逆变电路
串联二极管式晶闸管逆变电路
图 5-15 串联二极管式
晶闸管逆变电路
主要用于中大功率交流电动
机调速系统 。
是 电流型 三相桥式逆变电路 。
各桥臂的晶闸管和二极管串
联使用 。
120° 导电工作方式, 输出
波形和图 5-14的波形大体相
同 。
强迫换流 方式, 电容 C1~C6
为换流电容 。
5-34
5.3.2 三相电流型逆变电路
- +
U V
W
+ -
U V
W
a)
+ -
U V
W
b)
- +
U V
W
c)
d)
VT 1
VT 2
VT 3
VD 1
VD 2
VD 3
C 13
I d
VT 1
VT 2
VT 3
VD 1
VD 2
VD 3
C 13
I d
VT 1
VT 2
VT 3
VD 1
VD 2
VD 3
C 13
I d
VT 1
VT 2
VT 3
VD 1
VD 2
VD 3
C 13
I d
i V
i V i U = I d - i V
图 5-16 换流过程各阶段的电流路径
换流过程分析
电容器所充电压的规律,
对于共阳极晶闸管，它与导通晶闸管相连一端极性为正，另一端为
负，不与导通晶闸管相连的电容器电压为零。
等效换流电容概念,
分析从 VT1向 VT3换流时, 图 5－ 16中的 C13就是图 5－ 14中的 C3与
C5串联后再与 C1并联的等效电容 。
图 5-15 串联二极管
式晶闸管逆变电路
5-35
5.3.2 三相电流型逆变电路
分析 从 VT1向 VT3换流 的过程,
假设换流前 VT1和 VT2通,C13电压
UC0左正右负。如图 5－ 16a。
换流阶段分为 恒流放电 和 二极管换
流 两个阶段。
t1时刻触发 VT3导通, VT1被施以
反压而 关断 。
Id从 VT1换到 VT3,C13通过 VD1、
U相负载,W相负载,VD2,VT2、
直流电源和 VT3放电，放电电流
恒为 Id，故称 恒流放电阶段 。如
图 5－ 16b。
uC13下降到零之前,VT1承受反
压，反压时间大于 tq就能保证关
断。
图 5-16 换流过程各阶段
的电流路径
a) b）
+ -
U V
W
+ -
U V
W
VT
1
VT
2
VT
3
VD
1
VD
2
VD
3
C
13
I
d
VT
1
VT
2
VT
3
VD
1
VD
2
VD
3
C
13
I
d
5-36
5.3.2 三相电流型逆变电路
- +
U V
W
- +
U V
W
VT
1
VT
2
VT
3
VD
1
VD
2
VD
3
C
13
I
d
VT
1
VT
2
VT
3
VD
1
VD
2
VD
3
C
13
i
V
i
V
i
U
= I
d -
i
V
图 5-16 换流过程各阶段
的电流路径
c) d）
t2时刻 uC13降到零, 之后 C13
反向充电 。 忽略负载电阻压
降, 则二极管 VD3导通, 电
流为 iV,VD1电流为 iU=Id-iV，
VD1和 VD3同时通, 进入 二极
管换流阶段 。
随着 C13电压增高, 充电电流
渐小, iV渐大, t3时刻 iU减到
零, iV=Id,VD1 承受 反压 而
关断, 二极管换流阶段 结束 。
t3以后,VT2,VT3稳定导通
阶段 。
5-37
5.3.2 三相电流型逆变电路
波形分析
电感负载时, uC13,iU,iV
及 uC1,uC3,uC5波形 。
uC1的波形和 uC13完全相同,
从 UC0降为－ UC0 。
C3和 C5是串联后再和 C1并
联的, 电压变化的幅度是 C1
的一半 。
uC3 从零变到 -UC0, uC5 从
UC0变到零 。
这 些 电 压 恰 好 符 合 相 隔
120° 后从 VT3 到 VT5 换流
时的要求 。
t
t
O
u
O
i
U CO
u C13
u C5
u C3
- U
CO I
d i U i V
t
1
t
2
t
3
图 5-17 串联二极管晶闸
管逆变电路换流过程波形
5-38
5.3.2 三相电流型逆变电路
实例,
无换向器电动机
电流型三相桥式逆变器驱动同步电动机, 负载换流 。
工作特性和调速方式和直流电动机相似，但无换向器，
因此称为 无换向器电动机 。
图 5－ 18 无换相器电动机的基本电路
5-39
5.3.2 三相电流型逆变电路
w t
u u u u
O
O
O
O
O
w t
w t
w t
O w t
w t
VT 4 导通
U V W
i V
i W
i U
u dM
VT 1 导通
VT 3 导通
VT 6 导通 VT 5 导通
VT 2 导通 u VT 1
BQ—— 转子位置检测器,
检测磁极位置以决定什么
时候给哪个晶闸管发出触
发脉冲。
图 5-19 无换相器电动机电路工作波形
图 5－ 18 无换相器电动机的基本电路
5-40
5.4 多重逆变电路和多电平逆变电路
电压型 逆变电路 —— 输出电压是矩形波,
电流型 逆变电路 —— 输出电流是矩形波, 含有较
多谐波 。
多重逆变电路 把几个矩形波组合起来, 接近正弦 。
多电平逆变电路 输出较多电平, 使输出接近正弦 。
5-41
5.4 多重逆变电路和多电平逆变电路
5.4.1 多重逆变电路
5.4.2 多电平逆变电路
5-42
5.4.1 多重逆变电路
多重逆变电路
电压型、电流型都可多重
化，以 电压型 为例。
单相电压型二重逆变电路
两个单相全桥逆变电路组
成，输出通过变压器 T1和
T2串联起来。
输出波形：两个单相的输
出 u1和 u2是 180° 矩形波。
图 5-21 二重逆变电路的工作波形
120°
60°
180°
t O
t O
t O
三次谐波
三次谐波
u 1
u 2
u o
图 5-20 二重单相逆变电路
5-43
5.4.1 多重逆变电路
u1和 u2相位错开 ? =60°,其中的 3
次谐波就错开了 3× 60° =180。
变压器串联合成后,3次谐波互相
抵消，总输出电压中不含 3次谐波。
uo波形是 120° 矩形波，含 6k± 1
次谐波,3k次谐波都被抵消。
多重逆变电路有串联多重和并联
多重两种
串联多重 —— 把几个逆变电
路的输出串联起来, 多用于
电压型 。
并联多重 —— 把几个逆变电
路的输出并联起来, 多用于
电流型 。
120°
60°
180°
t O
t O
t O
三次谐波
三次谐波
u 1
u 2
u o
图 5-21 二重逆变电路的工作波形
图 5-20 二重单相逆变电路
5-44
5.4.1 多重逆变电路
三相电压型二重逆变电路 的工作原理
图 5-22 三相电压型二重逆变电路
由两个三相桥式逆变电路构成，
输出通过变压器串联合成。
两个逆变电路均为 180° 导通方
式。
逆变桥 II的相位逆变桥 I滞后 30° 。
T1为 Δ/ Y联结，线电压变比为
（一次和二次绕组匝数相等 )。
T2一次侧 Δ联结，二次侧两绕组
曲折星形接法，其二次电压相对
于一次电压而言，比 T1的接法超
前 30°,以抵消逆变桥 II比逆变
桥 I滞后的 30° 。这样,uU2和 uU1
的基波相位就相同。
5-45
5.4.1 多重逆变电路
由图 5－ 24可看出 uUN比 uU1接
近正弦波。
具体数量关系见教材 P147。
直流侧电流每周期脉动 12次,
称为 12脉波逆变电路 。
使 m个三相桥逆变电路的相
位依次错开 ?/(3m),连同合
成输出电压并抵消上述相位
差的变压器, 就可构成 6m的
脉波逆变电路 。
U
A21 U UN
U U2
-U B22
U U1 ( U A1 )
t O
t O
t O
t O
t O
3
1
3
1 )
( 1 + )
U U1
U A21
-U B22
U U2
U UN
( U A1 ) U
d
U d
3
2 U
d
3
1 U
d
3
2 U
d
( 1 + U d
3
1 U
d
图 5-23 二次侧基波电压合成相量图
图 5-24 三相电压型二重逆变电路波形图
5-46
5.4.2 多电平逆变电路
回顾图 5-9三相电压型桥式逆变
电路和图 5-10的波形。
以 N’为参考点, 输出相电压有
Ud/2和 -Ud/2两种电平, 称为
两电平逆变电路 。
图 5-10 电压型三相桥式逆
变电路的工作波形
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
u UN'
u UN
u UV
i U
i d
u VN'
u WN'
u NN'
U d
U d
2
U d
3
U d
6
2 U d
3
5-47
5.4.2 多电平逆变电路
三电平逆变电路
也称 中点钳位型
（ Neutral Point Clamped）
逆变电路
每桥臂由两个全控器件串联
构成，两者中点通过钳位二
极管和直流侧中点相连 。
图 5-25 三电平逆变电路
5-48
5.4.2 多电平逆变电路
以 U相 为例分析工作情况
V11和 V12（ 或 VD11和 VD12）
通, V41和 V42断, UO'间电
位差为 Ud/2。
V41和 V42（ 或 VD41和 VD42）
通, V11和 V12断, UO’间电
位差为 -Ud/2。
V12和 V41导通, V11和 V42关
断时, UO‘间电位差为 0。
V12和 V41不能同时导通 。
iU>0时, V12和 VD1导通 。
iU<0时, V41和 VD4导通 。
图 5-25 三电平逆变电路
5-49
5.4.2 多电平逆变电路
线电压的电平
相电压相减得到线电压。
两电平逆变电路的输出线电压有 ± Ud和 0三种电平。
三电平逆变电路的输出线电压有 ± Ud,± Ud/2和 0五
种电平。
三电平逆变电路输出电压谐波可大大少于两电平逆变
电路。
三电平逆变电路另一突出优点：每个主开关器件承受
电压为直流侧电压的一半。
5-50
第 5章 逆 变电路 ? 小结
讲述基本的逆变电路的结构及其工作原理
四大类基本变流电路中, AC/DC和 DC/AC两类电路
更为基本, 更为重要
换流方式
分为外部换流和自换流两大类, 外部换流包括电网
换流和负载换流两种, 自换流包括器件换流和强迫
换流两种 。
晶闸管时代十分重要, 全控型器件时代其重要性有
所下降 。
5-51
第 5章 逆 变电路 ? 小结
逆变电路分类方法
可按换流方式、输出相数、直流电源的性质或用途等分
类。
本章主要采用按直流侧电源性质分类的方法，分为电压
型和电流型两类。
电压型和电流型的概念用于其他电路，会对这些电路有
更深刻的认识。
负载为大电感的整流电路可看为电流型整流电路。
电容滤波的整流电路可看成为电压型整流电路。
5-52
第 5章 逆 变电路 ? 小结
与其它章的关系
本章对逆变电路的讲述是很基本的, 还远不完整 。
下一章的 PWM控制技术在逆变电路中应用最多, 绝大
部分逆变电路都是 PWM控制的, 学完下一章才能对逆
变电路有一个较为完整的认识 。
逆变电路的直流电源往往由整流电路而来, 二都结合
构成间接交流变流电路 。
此外, 间接直流变流电路大量用于开关电源, 其中的
核心电路仍是逆变电路 。
将在第 8章介绍, 学完第 8章后, 对逆变电路及其应用
将有更完整的认识 。
第 5章 逆变电路
引言
5.1 换流方式
5.2 电压型逆变电路
5.3 电流型逆变电路
5.4 多重逆变电路和多电平逆变电路
本章小节
5-2
第 5章 逆 变电路 ? 引言
逆变的概念
逆变 —— 与整流相对应, 直流电变成交流电 。
交流侧接电网, 为 有源逆变 。
交流侧接负载, 为 无源逆变 。
逆变与变频
变频电路：分为交交变频和交直交变频两种 。
交直交变频由交直变换 （ 整流 ） 和直交变换两部分组
成, 后一部分就是逆变 。
主要应用
各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。
交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源
等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。
本章讲述无源逆变
5-3
5.1 换流方式
5.1.1 逆变电路的基本工作原理
5.1.2 换流方式分类
5-4
以 单相桥式逆变电路 为例说明最基本的工作原理
5.1.1 逆变电路的基本工作原理
图 5-1 逆变电路及其波形举例
负载
a)
b)
t
S 1
S 2
S 3
S 4
i o
u o
U d
u o
i o
t 1 t 2
S1~S4是桥式电路的 4个臂, 由电力电子器件及辅
助电路组成 。
5-5
5.1.1 逆变电路的基本工作原理
S1,S4闭合, S2,S3断开 时，负载 电压 uo为 正 。
S1,S4断开, S2,S3闭合 时，负载电压 uo为 负 。
直流电
交流电
5-6
5.1.1 逆变电路的基本工作原理
逆变电路最基本的工作
原理 —— 改变两组开关
切换频率, 可改变输出
交流电频率 。
图 5-1 逆变电路及其波形举例
a)
b)
t
u o
i o
t 1 t 2
电阻负载 时, 负载电流 io
和 uo的波形相同, 相位也
相同 。
阻感负载 时, io相位滞后
于 uo,波形也不同 。
5-7
5.1.2 换流方式分类
换流 —— 电流从一个支路向另一个支路转移的过程,
也称为 换相 。
开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通 。
关断,
全控型器件可通过门极关断 。
半控型器件晶闸管, 必须利用外部条件才能关断 。
一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压, 才能
关断 。
研究换流方式主要是研究如何使器件关断 。
本章换流及换流方式问题最为全面集中,因此安排在
本章集中讲述 。
5-8
5.1.2 换流方式分类
1) 器件换流 （ Device Commutation）
利用全控型器件的自关断能力进行换流。
在 采用 IGBT,电力 MOSFET, GTO, GTR等全控型器
件的电路中的换流方式是器件换流。
2) 电网换流 （ Line Commutation）
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即可使其关断。
不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流
电网的无源逆变电路。
3) 负载换流 （ Load Commutation）
4) 强迫换流 （ Forced Commutation）
5-9
5.1.2 换流方式分类
图 5-2 负载换流
电路及其工作波形
由负载提供换流电压的换流方式。
负载电流的相位超前于负载电压
的场合，都可实现负载换流。
如图是基本的 负载换流 电路,4个
桥臂均由晶闸管组成。
整个负载工作在接近并联谐振状
态而略呈容性。
直流侧串电感，工作过程可认为 id
基本没有脉动。
负载对基波的阻抗大而对谐波的
阻抗小。所以 uo接近正弦波 。
注意 触发 VT2,VT3的时刻 t1必须
在 uo过零前并留有足够的裕量，
才能使换流顺利完成。
t
t
t
t
O
O
O
O
i
i
t 1
b)
a)
u o u
o i
o
i o
u VT
i VT 1 i VT 4
i VT 2 i VT 3
u VT 1 u VT 4
5-10
4)强迫换流 （ Forced Commutation）
5.1.2 换流方式分类
由换流电路内电容
直接提供换流电压
直接耦合式
强迫换流
通过换流电路内的
电容和电感的耦合
来提供换流电压或
换流电流
电感耦合式
强迫换流
设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫
施加反压或反电流的换流方式称为 强迫换流 。
通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因
此也称为 电容换流 。
分类
5-11
5.1.2 换流方式分类
直接耦合式 强迫换流
当晶闸管 VT处于通态时，
预先给电容充电。当 S合上，
就可使 VT被施加反压而关断。
也叫 电压换流 。 图 5-3直接耦合式
强迫换流原理图
图 5-4 电感耦合式
强迫换流原理图
电感耦合式 强迫换流
先使晶闸管电流减为零，
然后通过反并联二极管使其
加上反向电压。
也叫 电流换流 。
5-12
5.1.2 换流方式分类
换流方式总结,
器件换流 —— 适用于全控型器件 。
其余三种方式 —— 针对晶闸管 。
器件换流和强迫换流 —— 属于自换流 。
电网换流和负载换流 —— 属于外部换流 。
当电流不是从一个支路向另一个支路转移, 而是在支路
内部终止流通而变为零, 则称为 熄灭 。
5-13
5.2 电压型逆变电路
1） 逆变电路的分类 —— 根据直流侧电源性质的不同
电压型逆变电路 —— 又称为电压源
型逆变电路
Voltage Source Type Inverter-VSTI
直流侧是 电压源
电流型逆变电路 —— 又称为电流源
型逆变电路
Current Source Type Inverter-VSTI
直流侧是 电流源
5-14
5.2 电压型逆变电路
2） 电压型逆变电路的特点
图 5-5 电压型全桥逆变电路
(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)阻感负载时需提供
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。
5-15
5.2 电压型逆变电路
5.2.1 单相电压型逆变电路
5.2.2 三相电压型逆变电路
5-16
5.2.1 单相电压型逆变电路
1） 半桥逆变电路
u
图 5－ 6 单相半桥电压型逆变
电路及其工作波形
a)
t
t O
O
ON
b)
o U
m
- U m
i o
t 1 t 2
t 3 t 4
t 5 t 6
V 1 V 2 V 1 V 2
VD 1 VD 2 VD 1 VD 2
工作原理
V1和 V2栅极信号在一周期内
各半周正偏、半周反偏，两
者互补，输出电压 uo为矩形
波，幅值为 Um=Ud/2。
V1或 V2通时,io和 uo同方向，
直流侧向负载提供能量；
VD1或 VD2通时,io和 uo反向，
电感中贮能向直流侧反馈。
VD1,VD2称为 反馈二极管,
它又起着使负载电流连续的
作用，又称 续流二极管 。
5-17
5.2.1 单相电压型逆变电路
优点, 电路简单, 使用器件少 。
缺点, 输出交流电压幅值为 Ud/2,且直流侧需两
电容器串联, 要控制两者电压均衡 。
应用,
用于几 kW以下的小功率逆变电源 。
单相全桥, 三相桥式都可看成若干个半桥逆变电
路的组合 。
5-18
5.2.1 单相电压型逆变电路
2) 全 桥逆变电路
共四个桥臂，可看成两个半
桥电路组合而成。
两对桥臂交替导通 180° 。
输出电压合电流波形与半桥
电路形状相同，幅值高出一
倍。
改变输出交流电压的有效值
只能通过改变直流电压 Ud来
实现。
图 5-7 单相全桥逆变
电路的移相调压方式
t O
t O
t O
t O
t O
b)
u G1
u G2
u G3
u G4
u o i
o
t 1 t 2
t 3 i o
u o
5-19
5.2.1 单相电压型逆变电路
阻感负载时，还可采用移
相得方式来调节输出电压
－ 移相调压 。
a)
图 5-7 单相全桥逆变
电路的移相调压方式
t O
t O
t O
t O
t O
b)
u G1
u G2
u G3
u G4
u o i
o
t 1 t 2
t 3 i o
u o
V3的基极信号比 V1落后 q
（ 0＜ q ＜ 180 ° ）。 V3、
V4的栅极信号分别比 V2、
V1的前移 180° － q。 输
出电压是正负各为 q的脉
冲。
改变 q就可调节输出电压。
5-20
5.2.1 单相电压型逆变电路
3） 带中心抽头变压器的逆变电路
图 5-8 带中心抽头变压器的逆变电路
Ud和负载参数相同, 变压器匝比为 1,1,时, uo和 io波
形及幅值与全桥逆变电路完全相同 。
与全桥电路的比较,
比全桥电路少用一半开关器件。
器件承受的电压为 2Ud，比全桥电路高 一倍。
必须有一个变压器 。
交替驱动两个 IGBT,经变压
器耦合给负载加上矩形波交
流电压 。
两个二极管的作用也是提供
无功能量的反馈通道 。
5-21
5.2.2 三相电压型逆变电路
三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路
应用最广的是 三相桥式逆变电路
图 5-9 三相电压型桥式逆变电路
5-22
5.2.2 三相电压型逆变电路
基本工作方式 ——
180° 导电方式
图 5-10电压型三相桥式逆
变电路的工作波形
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
u UN'
u UN
u UV
i U
i d
u VN'
u WN'
u NN'
U d
U d
2
U d
3
U d
6
2 U d
3
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。
每次换流都是在同一
相上下两臂之间进行，
也称为 纵向换流 。
5-23
5.2.2 三相电压型逆变电路
波形分析
负载各相到电源中点 N'
的电压,U相,1通，
uUN'=Ud/2,4通,uUN'=-
Ud/2。
负载线电压
负载相电压
?
?
?
?
?
??
??
??
U N 'W N 'WU
W N 'V N 'VW
V N 'U N 'UV
uuu
uuu
uuu
?
?
?
?
?
??
??
??
' NN W N 'WN
NN' VN'VN
NN' UN'UN
uuu
uuu
uuu
图 5-10电压型三相桥式逆
变电路的工作波形
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
u UN'
u UN
u UV
i U
i d
u VN'
u WN'
u NN'
U d
U d
2
U d
3
U d
6
2 U d
3
5-24
5.2.2 三相电压型逆变电路
负载中点和电源中点间电压
(5-6)
负载三相对称时有 uUN+uVN+uWN=0，于是
(5-7)
负载已知时, 可由 uUN波形求出 iU波形 。
一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似 。
桥臂 1,3,5的电流相加可得直流侧电流 id的波形, id每 60° 脉动
一次, 直流电压基本无脉动, 因此逆变器从交流侧向直流侧传
送的功率是脉动的, 电压型逆变电路的一个特点 。
防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源
短路, 应采取, 先断后通,
数量分析见教材 。
)(31)(31 WNVNUN W N ' VN' UN' NN' uuuuuuu ??????
)(31 W N ' VN' UN'NN' uuuu ???
5-25
电流型逆变电路主要 特 点
(1) 直流侧串大电感, 电流基
本无脉动, 相当于电流源 。
5.3 电流型逆变电路
直流电源为电流源的逆
变电路称为 电流型逆变
电路 。
图 5-11 电流型三相桥式逆变电路
(2) 交流输出电流为矩形波, 与负载阻抗角无关 。 输出电压波形和相位
因负载不同而不同 。
(3)直流侧电感起缓冲无功能量的作用, 不必给开关器件反并联二极管 。
电流型逆变电路中, 采用半控型器件的电路仍应用较多 。
换流方式有负载换流, 强迫换流 。
5-26
5.3 电流型逆变电路
5.3.1 单相电流型逆变电路
5.3.2 单相电流型逆变电路
5-27
5.3.1 单相电流型逆变电路
1) 电路原理
图 5－ 12 单相桥式电流型
（并联谐振式）逆变电路
由四个桥臂构成，每
个桥臂的晶闸管各串
联一个电抗器，用来
限制晶闸管开通时的
di/dt。
工作方式为 负载换相 。
电容 C和 L, R构成并
联谐振电路。
输出电流波形接近矩
形波，含基波和各奇
次谐波，且谐波幅值
远小于基波。
5-28
5.3.1 单相电流型逆变电路
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
u G1,4
u G2,3
i T
i o
I d
t 1 t 2
t 3
t 4
t 5
t 6
t 7 t f
u o
t g
u AB
t d
t b
I d
i VT
1,4
i VT
2,3
u VT
2,3
u VT
1,4
图 5－ 13并联谐振式逆变
电路工作波形
2) 工作分析
一个周期内有两个
导通阶段和两个换
流阶段。
t1~t2,VT1和 VT4稳定导通阶段, iｏ =Id，
t2时刻前在 C上建立了左正右负的电压。
t2~t4,t2时触发 VT2和 VT3开通，进入
换流阶段 。
LT使 VT1,VT4不能立刻关断, 电流有一
个减小过程 。 VT2,VT3电流有一个增大
过程 。
4个晶闸管全部导通, 负载电容电压经两
个并联的放电回路同时放电 。
LT1,VT1,VT3,LT3到 C；另一个经 LT2、
VT2,VT4,LT4到 C。
5-29
5.3.1 单相电流型逆变电路
t=t4时, VT1,VT4电流减至零而关断,
换流阶段结束 。
t4－ t2= tg 称为 换流时间 。
保证晶闸管的可靠关断
晶闸管需一段时间才能恢复正向
阻断能力, 换 流 结 束后 还 要 使
VT1,VT4承受一段反压时间 tb。
tb= t5- t4应大于晶闸管的关断时间
tq。 。
io在 t3时刻，即
iVT1=iVT2时刻过零，
t3时刻大体位于 t2和
t4的中点。
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
u G1,4
u G2,3
i T
i o
I d
t 1 t 2
t 3
t 4
t 5
t 6
t 7 t f
u o
t g
u AB
t d
t b
I d
i VT
1,4
i VT
2,3
u VT
2,3
u VT
1,4
图 5－ 13并联谐振式逆变
电路工作波形
5-30
为保证可靠换流应在 uo过零前 td= t5- t2时刻触发 VT2,VT3 。,
td 为 触发引前时间 (5-16)
io超前于 uo的时间 (5-17)
表示为电角度 (5-18)
w为电路工作角频率； g,b分别是 tg,tb对应的电角度。
忽略换流过程, io可近似成矩形波, 展开成傅里叶级数
(5-19)
基波电流有效值 (5-20)
负载电压有效值 Uo和直流电压 Ud的关系 （ 忽略 Ld的损
耗, 忽略晶闸管压降 ） (5-21)
5.3.1 单相电流型逆变电路
βγδ ttt ??
b
g
? t
tt ??
2
bgw? bg ????
?
?
???
? ??
22 t
t
?????? ???? ?tttIi www? 5s i n513s i n31s i n4 do
dd1o 9.02
4 III ??
?
??
?
c o s11.1c o s22
dd
o
UUU ??
5-31
5.3.1 单相电流型逆变电路
实际工作过程中, 感应线圈参数随时间变化, 必须使
工作频率适应负载的变化而自动调整, 这种控制方式
称为 自励方式 。
固定工作频率的控制方式称为 他励方式 。
自励方式存在起动问题, 解决方法,
先用他励方式, 系统开始工作后再转入自励方式 。
附加预充电起动电路 。
5-32
5.3.2 三相电流型逆变电路
1) 电路分析
? 基本工作方式是 120° 导电方式
－ 每个臂一周期内导电 120°,每
个时刻上下桥臂组各有一个臂导通，
换流方式为 横向换流 。
i
t O
t O
t O
t O
I d
i V
i W
u UV
U
图 5-14 电流型三相桥
式逆变电路的输出波形
图 5-11 电流型三相桥式逆变电路
2) 波形分析
输出电流波形和负载性质无关，正
负脉冲各 120° 的矩形波。
输出电流和三相桥整流带大电感负
载时的交流电流波形相同，谐波分
析表达式也相同。
输出线电压波形和负载性质有关，
大体为正弦波。
输出交流电流的基波有效值。
5-33
5.3.2 三相电流型逆变电路
串联二极管式晶闸管逆变电路
图 5-15 串联二极管式
晶闸管逆变电路
主要用于中大功率交流电动
机调速系统 。
是 电流型 三相桥式逆变电路 。
各桥臂的晶闸管和二极管串
联使用 。
120° 导电工作方式, 输出
波形和图 5-14的波形大体相
同 。
强迫换流 方式, 电容 C1~C6
为换流电容 。
5-34
5.3.2 三相电流型逆变电路
- +
U V
W
+ -
U V
W
a)
+ -
U V
W
b)
- +
U V
W
c)
d)
VT 1
VT 2
VT 3
VD 1
VD 2
VD 3
C 13
I d
VT 1
VT 2
VT 3
VD 1
VD 2
VD 3
C 13
I d
VT 1
VT 2
VT 3
VD 1
VD 2
VD 3
C 13
I d
VT 1
VT 2
VT 3
VD 1
VD 2
VD 3
C 13
I d
i V
i V i U = I d - i V
图 5-16 换流过程各阶段的电流路径
换流过程分析
电容器所充电压的规律,
对于共阳极晶闸管，它与导通晶闸管相连一端极性为正，另一端为
负，不与导通晶闸管相连的电容器电压为零。
等效换流电容概念,
分析从 VT1向 VT3换流时, 图 5－ 16中的 C13就是图 5－ 14中的 C3与
C5串联后再与 C1并联的等效电容 。
图 5-15 串联二极管
式晶闸管逆变电路
5-35
5.3.2 三相电流型逆变电路
分析 从 VT1向 VT3换流 的过程,
假设换流前 VT1和 VT2通,C13电压
UC0左正右负。如图 5－ 16a。
换流阶段分为 恒流放电 和 二极管换
流 两个阶段。
t1时刻触发 VT3导通, VT1被施以
反压而 关断 。
Id从 VT1换到 VT3,C13通过 VD1、
U相负载,W相负载,VD2,VT2、
直流电源和 VT3放电，放电电流
恒为 Id，故称 恒流放电阶段 。如
图 5－ 16b。
uC13下降到零之前,VT1承受反
压，反压时间大于 tq就能保证关
断。
图 5-16 换流过程各阶段
的电流路径
a) b）
+ -
U V
W
+ -
U V
W
VT
1
VT
2
VT
3
VD
1
VD
2
VD
3
C
13
I
d
VT
1
VT
2
VT
3
VD
1
VD
2
VD
3
C
13
I
d
5-36
5.3.2 三相电流型逆变电路
- +
U V
W
- +
U V
W
VT
1
VT
2
VT
3
VD
1
VD
2
VD
3
C
13
I
d
VT
1
VT
2
VT
3
VD
1
VD
2
VD
3
C
13
i
V
i
V
i
U
= I
d -
i
V
图 5-16 换流过程各阶段
的电流路径
c) d）
t2时刻 uC13降到零, 之后 C13
反向充电 。 忽略负载电阻压
降, 则二极管 VD3导通, 电
流为 iV,VD1电流为 iU=Id-iV，
VD1和 VD3同时通, 进入 二极
管换流阶段 。
随着 C13电压增高, 充电电流
渐小, iV渐大, t3时刻 iU减到
零, iV=Id,VD1 承受 反压 而
关断, 二极管换流阶段 结束 。
t3以后,VT2,VT3稳定导通
阶段 。
5-37
5.3.2 三相电流型逆变电路
波形分析
电感负载时, uC13,iU,iV
及 uC1,uC3,uC5波形 。
uC1的波形和 uC13完全相同,
从 UC0降为－ UC0 。
C3和 C5是串联后再和 C1并
联的, 电压变化的幅度是 C1
的一半 。
uC3 从零变到 -UC0, uC5 从
UC0变到零 。
这 些 电 压 恰 好 符 合 相 隔
120° 后从 VT3 到 VT5 换流
时的要求 。
t
t
O
u
O
i
U CO
u C13
u C5
u C3
- U
CO I
d i U i V
t
1
t
2
t
3
图 5-17 串联二极管晶闸
管逆变电路换流过程波形
5-38
5.3.2 三相电流型逆变电路
实例,
无换向器电动机
电流型三相桥式逆变器驱动同步电动机, 负载换流 。
工作特性和调速方式和直流电动机相似，但无换向器，
因此称为 无换向器电动机 。
图 5－ 18 无换相器电动机的基本电路
5-39
5.3.2 三相电流型逆变电路
w t
u u u u
O
O
O
O
O
w t
w t
w t
O w t
w t
VT 4 导通
U V W
i V
i W
i U
u dM
VT 1 导通
VT 3 导通
VT 6 导通 VT 5 导通
VT 2 导通 u VT 1
BQ—— 转子位置检测器,
检测磁极位置以决定什么
时候给哪个晶闸管发出触
发脉冲。
图 5-19 无换相器电动机电路工作波形
图 5－ 18 无换相器电动机的基本电路
5-40
5.4 多重逆变电路和多电平逆变电路
电压型 逆变电路 —— 输出电压是矩形波,
电流型 逆变电路 —— 输出电流是矩形波, 含有较
多谐波 。
多重逆变电路 把几个矩形波组合起来, 接近正弦 。
多电平逆变电路 输出较多电平, 使输出接近正弦 。
5-41
5.4 多重逆变电路和多电平逆变电路
5.4.1 多重逆变电路
5.4.2 多电平逆变电路
5-42
5.4.1 多重逆变电路
多重逆变电路
电压型、电流型都可多重
化，以 电压型 为例。
单相电压型二重逆变电路
两个单相全桥逆变电路组
成，输出通过变压器 T1和
T2串联起来。
输出波形：两个单相的输
出 u1和 u2是 180° 矩形波。
图 5-21 二重逆变电路的工作波形
120°
60°
180°
t O
t O
t O
三次谐波
三次谐波
u 1
u 2
u o
图 5-20 二重单相逆变电路
5-43
5.4.1 多重逆变电路
u1和 u2相位错开 ? =60°,其中的 3
次谐波就错开了 3× 60° =180。
变压器串联合成后,3次谐波互相
抵消，总输出电压中不含 3次谐波。
uo波形是 120° 矩形波，含 6k± 1
次谐波,3k次谐波都被抵消。
多重逆变电路有串联多重和并联
多重两种
串联多重 —— 把几个逆变电
路的输出串联起来, 多用于
电压型 。
并联多重 —— 把几个逆变电
路的输出并联起来, 多用于
电流型 。
120°
60°
180°
t O
t O
t O
三次谐波
三次谐波
u 1
u 2
u o
图 5-21 二重逆变电路的工作波形
图 5-20 二重单相逆变电路
5-44
5.4.1 多重逆变电路
三相电压型二重逆变电路 的工作原理
图 5-22 三相电压型二重逆变电路
由两个三相桥式逆变电路构成，
输出通过变压器串联合成。
两个逆变电路均为 180° 导通方
式。
逆变桥 II的相位逆变桥 I滞后 30° 。
T1为 Δ/ Y联结，线电压变比为
（一次和二次绕组匝数相等 )。
T2一次侧 Δ联结，二次侧两绕组
曲折星形接法，其二次电压相对
于一次电压而言，比 T1的接法超
前 30°,以抵消逆变桥 II比逆变
桥 I滞后的 30° 。这样,uU2和 uU1
的基波相位就相同。
5-45
5.4.1 多重逆变电路
由图 5－ 24可看出 uUN比 uU1接
近正弦波。
具体数量关系见教材 P147。
直流侧电流每周期脉动 12次,
称为 12脉波逆变电路 。
使 m个三相桥逆变电路的相
位依次错开 ?/(3m),连同合
成输出电压并抵消上述相位
差的变压器, 就可构成 6m的
脉波逆变电路 。
U
A21 U UN
U U2
-U B22
U U1 ( U A1 )
t O
t O
t O
t O
t O
3
1
3
1 )
( 1 + )
U U1
U A21
-U B22
U U2
U UN
( U A1 ) U
d
U d
3
2 U
d
3
1 U
d
3
2 U
d
( 1 + U d
3
1 U
d
图 5-23 二次侧基波电压合成相量图
图 5-24 三相电压型二重逆变电路波形图
5-46
5.4.2 多电平逆变电路
回顾图 5-9三相电压型桥式逆变
电路和图 5-10的波形。
以 N’为参考点, 输出相电压有
Ud/2和 -Ud/2两种电平, 称为
两电平逆变电路 。
图 5-10 电压型三相桥式逆
变电路的工作波形
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
t O
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
u UN'
u UN
u UV
i U
i d
u VN'
u WN'
u NN'
U d
U d
2
U d
3
U d
6
2 U d
3
5-47
5.4.2 多电平逆变电路
三电平逆变电路
也称 中点钳位型
（ Neutral Point Clamped）
逆变电路
每桥臂由两个全控器件串联
构成，两者中点通过钳位二
极管和直流侧中点相连 。
图 5-25 三电平逆变电路
5-48
5.4.2 多电平逆变电路
以 U相 为例分析工作情况
V11和 V12（ 或 VD11和 VD12）
通, V41和 V42断, UO'间电
位差为 Ud/2。
V41和 V42（ 或 VD41和 VD42）
通, V11和 V12断, UO’间电
位差为 -Ud/2。
V12和 V41导通, V11和 V42关
断时, UO‘间电位差为 0。
V12和 V41不能同时导通 。
iU>0时, V12和 VD1导通 。
iU<0时, V41和 VD4导通 。
图 5-25 三电平逆变电路
5-49
5.4.2 多电平逆变电路
线电压的电平
相电压相减得到线电压。
两电平逆变电路的输出线电压有 ± Ud和 0三种电平。
三电平逆变电路的输出线电压有 ± Ud,± Ud/2和 0五
种电平。
三电平逆变电路输出电压谐波可大大少于两电平逆变
电路。
三电平逆变电路另一突出优点：每个主开关器件承受
电压为直流侧电压的一半。
5-50
第 5章 逆 变电路 ? 小结
讲述基本的逆变电路的结构及其工作原理
四大类基本变流电路中, AC/DC和 DC/AC两类电路
更为基本, 更为重要
换流方式
分为外部换流和自换流两大类, 外部换流包括电网
换流和负载换流两种, 自换流包括器件换流和强迫
换流两种 。
晶闸管时代十分重要, 全控型器件时代其重要性有
所下降 。
5-51
第 5章 逆 变电路 ? 小结
逆变电路分类方法
可按换流方式、输出相数、直流电源的性质或用途等分
类。
本章主要采用按直流侧电源性质分类的方法，分为电压
型和电流型两类。
电压型和电流型的概念用于其他电路，会对这些电路有
更深刻的认识。
负载为大电感的整流电路可看为电流型整流电路。
电容滤波的整流电路可看成为电压型整流电路。
5-52
第 5章 逆 变电路 ? 小结
与其它章的关系
本章对逆变电路的讲述是很基本的, 还远不完整 。
下一章的 PWM控制技术在逆变电路中应用最多, 绝大
部分逆变电路都是 PWM控制的, 学完下一章才能对逆
变电路有一个较为完整的认识 。
逆变电路的直流电源往往由整流电路而来, 二都结合
构成间接交流变流电路 。
此外, 间接直流变流电路大量用于开关电源, 其中的
核心电路仍是逆变电路 。
将在第 8章介绍, 学完第 8章后, 对逆变电路及其应用
将有更完整的认识 。
