电压型逆变器与电流型逆变电路的定义及特点

1、比较电压型逆变器和电流型逆变器的特点先两者都属于交-直-交变频器，由整流器和逆变器两部分组成。由于负载一般都是感性的，它和电源之间必有无功功率传 送，因此在中间的直流环节中，需要有缓冲无功功率的元件。如果采用大电容器来缓冲无功功率，则构成电压源型变频器；如采用大电抗器来缓冲无功功率，则构成电流源型变频器。电压型变频器和电流型变频器的区别仅在于中间直流环节滤波器的形式不同，但是这样一来，却造成两类变频器在性能上相 当大的差异，主要表现列表比较如下：电压型变频器与电流型变频器的性能比较1、储能元件：电压型变频器 电容器； 电流型 电抗器2、输出波形的特点：电压形电压波形为矩形波电流波形近似正 弦波

2、；电流型变频器则为电流波形为矩形波电压波形为近似正 弦波3、回路构成上的特点，电压型有反馈二极管直流电源并联大容 虽电容（低阻抗电压源）；电流型无反馈二极管直流电源串联大 电感（高阻抗电流源）电动机四象限运转容易。4、特性上的特点，电压型为负载短路时产生过电流，开环电动机也可能稳定运转；电流型为负载短路时能抑制过电流，电动 机运转不稳定需要反馈控制电流型逆变器采用自然换流的晶闸管作为功率开关，其直流侧 电感比较昂贵，而且应用于双馈调速中，在过同步速时需要换 流电路，在低转差频率的条件下性能也比较差；高压变频器的结构特征1.1电流型变频器变频器的直流环节采用了电感元件而得名， 其优点是具有四象限

3、运行能力，能很方便地实现电机的制动功 能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流，装置结构复杂，调整 较为困难。另外，由于电网侧采用可控硅移相整流，故输入电 流谐波较大，容虽大时对电网会有一定的影响。1.2电压型变频器由于在变频器的直流环节采用了电容元件而 得名，其特点是不能进行四象限运行，当负载电动机需要制动 时，需要另行安装制动电路。功率较大时，输出还需要增设正 弦波滤波器。1.3高低高变频器；采用升降压的办法，将低压或通用变频器应 用在中、高压环境中而得名。原理是通过降压变压器，将电网电压降到低压变频器额定或允许的电压输入范围内，经变频器 的变换形成频率和幅度都可变的交流电，再经过升压变压器变

4、换成电机所需要的电压等级。这种方式，由于采用标准的低压 变频器，配合降压，升压变压器，故可以任意匹配电网及电动 机的电压等级，容虽小的时侯（<500KW ）改造成本较直接高压变频器低。缺点是升降压变压器体积大，比较笨重，频率范 围易受变压器的影响。一般高低高变频器可分为电流型和电压 型两种。1.3.1高低高电流型变频器在低压变频器的直流环节由于采用 了电感兀件而得名。输入侧米用可控硅移相控制整流，控制电 动机的电流，输出侧为强迫换流方式，控制电动机的频率和相 位。能够实现电机的四象限运行。1.3.2高低高电压型变频器在低压变频器的直流环节由于采用 了电容元件而得名。输入侧可采用可控硅移相

5、控制整流，也可 以采用二极管三相桥直接整流，电容的作用是滤波和储能。逆 变或变 流电 路可采用 GTO,IGBT,IGCT ,或,SCR元件，通过 SPWM变换，即可得到频率和幅度都可变的交流电，再经升压 变压器变换成电机所需要的电压等级。需要指出的是，在变流 电路至升压变压器之间还需要置入正弦波滤波器（F）,否则升压变压器会因输入谐波或dv/dt过大而发热，或破坏绕组的绝缘。该正弦波滤波器成本很高，一般相当于低压变频器的1/3到1/2的价格。1.4高高变频器高高变频器无需升降压变压器，功率器件在电 网与电动机之间直接构建变换器。由于功率器件耐压问题难于 解决，目前国际通用做法是采用器件串联的

6、办法来提高电压等 级，其缺点是需要解决器件均压和缓冲难题，技术复杂，难度 大。但这种变频器由于没有升降压变压器，故其效率较高低高 方式的高，而且结构比较紧凑。高高变频器也可分为电流型和 电压型两种。1.4.1高高电流型变频器它采用 GTO , SCR或IGCT元件串联 的办法实现直接的高压变频，目前电压可达10KV。由于直流环节使用了电感元件，其对电流不够敏感，因此不容易发生过 流故障，逆变器工作也很可靠，保护性能良好。其输入侧采用 可控硅相控整流，输入电流谐波较大。变频装置容虽大时要考 虑对电网的污染和对通信电子设备的干扰问题。均压和缓冲电 路，技术复杂，成本高。由于器件较多，装置体积大，调

7、整和 维修都比较困难。逆变桥采用强迫换流，发热虽也比较大，需 要解决器件的散热问题。其优点在于具有四象限运行能力，可 以制动。需要特别说明的是，该类变频器由于较低的输入功率 因数和较高的输入输出谐波，故需要在其输入输出侧安装高压 自愈电容。1.4.2高高电压型变频器电路结构采用IGBT直接串联技术，也叫直接器件串联型高压变频器。其在直流环节使用高压电容 进行滤波和储能，输出电压可达 6KV ,其优点是可以采用较低耐压的功率器件，串联桥臂上的所有IGBT作用相同，能够实现互为备用，或者进行冗余设计。缺点是电平数较低，仅为两 电平，输出电压 dV/dt也较大，需要采用特种电动机或整加高 压正弦波滤

8、波器，其成本会增加许多。它不具有四象限运行功 能，制动时需另行安装制动单元。这种变频器同样需要解决器 件的均压问题，一般需特殊设计驱动电路和缓冲电路。对于IGBT驱动电路的延时也有极其苛刻的要求。一旦 IGBT的开 通、关闭的时间不一致， 或者上升、下降沿的斜率相差太悬殊， 均会造成功率器件的损坏.1.5嵌位型变频器钳位型变频器一般可分为二极管钳位型和电 容钳位型。1.5.1二极管嵌位型变频器它既可以实现二极管中点嵌位，也 可以实现三电平或更多电平的输出，其技术难度较直接器件串 联型变频器低。由于直流环节采用了电容元件，因此它仍属于 电压型变频器。这种变频器需要设置输入变压器，它的作用是 隔离

9、与星角变换，能够实现12脉冲整流，并提供中间嵌位零电 平。通过辅助二极管将IGBT等功率器件强行嵌位于中间零电平上，从而使IGBT两端不会因过压而烧毁，乂实现了多电平 的输出。这种变频器结构，输出可以不安装正弦波滤波器。1.5.2电容嵌位型变频器它采用同桥臂增设悬浮电容的办法实 现了功率器件的嵌位，目前这种变频器应用的比较少。1.6单元串联型变频器这是近几年才发展起来的一种电路拓扑结构，它主要由输入变压器、功率单元和控制单元三大部分组 成。采用模块化设计，由于采用功率单元相互串联的办法解决 了高压的难题而得名，可直接驱动交流电动机，无需输出变压器，更不需要任何形式的滤波器。以6单元串联为例。整

10、套变频器共有18个功率单元，每相由6台功率单元相串联，并组成 Y形连接，直接驱动电机。每台功率单元电路、 结构完全相同， 可以互换，也可以互为备用。变频器的输入部分是一台移相变 压器，原边Y形连接，副边采用沿边三角形连接，共 18副三 相绕组，分别为每台功率单元供电。它们被平均分成I、H、 用三大部分，每部分具有 6副三相小绕组，之间均匀相位移 10 度 该变频器的特点如下： 采用多重化PWM方式控制，输出 电压波形接近正弦波。整流电路的多重化，脉冲数多达36,功率因数高，输入谐波小。模块化设计，结构紧凑，维护方 便，增强了产品的互换性。 直接高压输出，无需输出变压器。 极低的dv/dt输出，

11、无需任何形式的滤波器。采用光纤通讯技术，提高了产品的抗干扰能力和可靠性。功率单元自动旁通电路，能够实现故障不停机功能。电压型逆变器与电流型逆变电路的定义及特点文章来源：网络什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点？答:按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电 路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电 路电压型逆变电路的主要持点是： 直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本 无脉动，直流回路呈现低阻抗。 由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与 负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗

12、情况的不同而不同。 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率 ，直流侧电容起缓冲无功 能量的作用。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 臂都并联了反馈二极管。电流型逆变电路的主要特点是： 直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流 回路呈现高阻抗。 电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径 ，因此交流侧 输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相 位则因负载阻抗情况的不同而不同。 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率 ，直流测电惑起缓冲无功 能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型 逆变电路那样要给开关器件反并

13、联二极管。逆变器的两种电流型控制方式摘要：研究分析了逆变器的两种双环瞬时反馈控制方式一一电流型准 PWM控制方式和三态DPM电流滞环跟踪控制方式，介绍其工作原理， 分析比较其动态和静态性能，并给出具体实现电路及系统仿真结果。关键词：PWM逆变器功率变换器控制电流型双环控制技术在 DC/DC变换器中广泛应用，较单电压环控 制可以获得更优良的动态和静态性能3。其基本思路是以外环电压调节 器的输出作为内环电流给定，检测电感 （或开关）电流与之比较，再由比 较器的输出控制功率开关，使电感和功率开关的峰值电流直接跟随电压 调节器的输出而变化。如此构成的电流、电压双闭环变换器系统瞬态性 能好、稳态精度高，

14、特别是具有内在的对功率开关电流的限流能力。逆 变器（DC/AC变换器）由于交流输出，其控制较DC/DC变换器复杂得多， 早期采用开关点预置的开环控制方式1,近年来瞬时反馈控制方式被广 泛研究，多种各具特色的实现方案被提出，其中三态DPM（离散脉冲调制）电流滞环跟踪控制方式性能优良， 易于实现。本文将电流型PWM控 制方式成功用于逆变器控制，介绍其工作原理，与电流滞环跟踪控制方 式比较动态和静态性能，并给出仿真结果。1三态DPM电流滞环跟踪控制方式电流滞环跟踪控制方式有多种实现形式1 , 2, 4, 5,其中三态DPM电 流滞环跟踪控制性能较好且易于实现1。参照图1,它的基本工作原理 是：检测滤

15、波电感电流iL,产生电流反馈信号if。if与给定电流ig相比 较，根据两个电流瞬时值之差来决定单相逆变桥的4个开关在下一个开关周期中的导通情况：ig- if>h时（h见图1,为电流滞环宽度，可按参 考文献1P64 式 5?2选取）S1、S4 导通，UAB= + E, + 1 状态；ig- if 一h 时 S2、S3 导通，UAB=" "E, 1 状态；|ig if|h 时 S1、S3或 S2、 S4导通，UAB="0 , "0状态。两个D触发器使S1S4的开关状态变化 只能发生在周期性脉冲信号 CLK（频率2f）的上升沿，也就是说开关点在 时间轴上

16、是离散的，且最高开关频率为 f。仿真和实验表明，iL正半周，逆变器基本上在+ 1和0状态间切换, 而iL负半周，逆变器基本上在1和0状态间切换，只有U0过零点附 近才有少量的+ 1和-1之间的状态跳变，从而使输出脉动减小。2电流型准PWM控制方式图1三态DPM电流滞环跟踪控制方式综合常规PWM单、双极性工作方式的优缺点，并借鉴滞环控制技术, 得到改进的电流环控制电路如图 2。S3、S4基本上以低频互补，S1、S2 以高频互补方式工作。其基本工作原理：(1) ig正半周，即ig>0时比较器CMP1输出高电平，S3 一直关断。时钟信号CLK的上升沿将触发器RS1置1, S1、S4导通，S2关

17、断，UAB为+ E, iL按式(1)上升M1=diL/dt=(E U0)/L (1)当iL升至if>ig时RS1翻转，S1关断、S2导通，UAB为0, iL按式变化M2=diL/dt= U0/L(2)若U0>0,则iL下降，至开关周期结束；而若 U00，则iL继续上升，此时可能出现三种情况： if上升率小于ig,则if相对于ig下降至开关周期结束； if上升率略大于ig,开关周期结束时if大于ig而小于ig+ h,则下一个开关周期仍保持该状态(UAB为0)； 若if升至ig+ h,则CMP3翻转为1、将RS3清零，S4关断，负 载通过D2、D3续流，UAB为E, iL按式(3)下降

18、至开关周期结束。if 的峰值不大于ig+ hM2=diL/dt= (E+ U0)/L (3)(2) ig负半周，即ig 比较器CMP1输出彳氐电平，S4 一直关断。时钟信号CLK的上升沿将触发器RS2清0, S2、S3导通，S1关断， UAB为E, iL按式下降。当iL降至if时RS2翻转，S2关断、S1导通，UAB为0, iL按式 变化：若U0,则iL上升至开关周期结束；而若 U0>0,则iL继续下 降，此时也可能出现三种情况： if下降率小于ig,则if相对于ig上升至开关周期结束； if下降率略大于ig,开关周期结束时if小于ig而大于ig h,则 下一个开关周期仍保持该状态(UA

19、B为0)； 若if降至ig-h,则CMP4翻转为1, RS3清零，S3关断，负载 通过D1、D4续流，UAB为+ E, iL按式(1)上升至开关周期结束。|if| 的峰值不大于|ig h|,即|ig|+ h。可见，这也是一种三态工作方式：iL与U0同相时，逆变器工作在 PWM方式，在1状态和0状态(或1状态和0状态)间转换；二者反相 时，滞环才起作用，它使逆变器在 1, 0和-1三种状态间转换。图2电流型准PWM3静态性能的比较以某逆变器为例，分析和比较上述两种控制方式下的动态和静态性能。电路参数： E=180VDC , L=1mH,C=20 F ;调制频率为 f;输出： U0=115VAC、

20、fo=400Hz;额定负载：1kVA电流和电压反馈系数分别为 0?4167和0?25;电压调节器为PI型：放大倍数Ap=13?5,时间常数t 1=0?27ms;表1为不同负载和不同调制频率下 U0与基准电压Ur的静态误差和U0 的 THD表1不同控制方式下的稳态性能的比较1.f=20kHz静差(%) THD(%)PWM滞环 PWM滞环空载 1.021.02 3.8 2.8阻性满载 0.97 0.97 2.6 2.0感性满载(cos§ =0.7) 0.9 0.94 11.2 3.5整流性负载1.02 1.013.2 3.72. f=30kHz 静差(%) THD (%)PWM滞环 PW

21、M滞环空载 1.021.02 0.73 0.7阻性满载 0.98 0.98 1.1 0.77感性满载(cos§ =0.7) 0.94 0.95 2.0 1.4整流性负载1.02 1.02 2.8 3.03. f=30kHz 静差(%) THD (%)PWM滞环 PWM滞环空载 1.031.02 0.5 0.24阻性满载 0.98 0.98 0.33 0.26感性满载(cos§ =0.7) 0.95 0.95 0.68 0.41整流性负载1.02 1.03 1.9 2.2图3起动及突加突降负载动态响应过程(a)三态DPM电流滞环跟踪控制方式(b)电流型准PWM控制方式静差定义

22、为:，式中U01是U0基波份量有效值，Uon为输出电压额定 值。分析表1及仿真波形(略)，发现：(1) 调制频率f较低时，电流型准PWM波形失真较严重，但其THD 随f升高而迅速减小。(2) 功率开关管在电流型 PWM方式时的平均开关频率高于滞环方 式，这意味着前者的开关损耗较大。(3) 电流型PWM方式下，谐波分量集中在调制频率及其整倍数附近，而电流滞环跟踪控制方式下 UAB的谐波比较平均地分布在较宽的范围 内，调制频率较低时容易产生较大的噪音。(4) 输出电压静差基本上不受电流跟踪方式、 调制频率的影响，而主 要取决于电压调节器参数，也受主电路参数影响。4动态性能的比较由于开关点的离散性，DPM电流跟踪控制方式在控制电路中引入了一 个时间常