电流型逆变电路

1、电流型逆变电路电力电子技术的基本概况 逆变电路电流型逆变电路使用反向导电型GTO，须给每个GTO串联二极管以承受反向电压。电流型逆变电路 直流电源为电流源的逆变电路 。 idVT6VT4WVVT5UdUVT3VT2VT1交流侧电容器是为吸收换流时负载电感中存储的能量而设置的，是电流型逆变电路的必要组成部分。 逆变电路电流型逆变电路的特点 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，交流侧输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关。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。 逆变电路当交流侧为阻感负载时需要提供无

2、功功率，直流侧电感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联二极管。电压型逆变电路全控型器件电流型逆变电路强迫换流器件换流半控型器件负载换流 逆变电路1.1 单相电流型逆变电路 i0RLdLVT3VT4VT2BAVT1CIdLT3LT2LT1LT限制晶闸管开通时的di/dt，各桥臂的LT之间不存在互感。使桥臂1、4和桥臂2、3以10002500Hz的中频轮流导通，可在负载上得到中频交流电。 单相电流型逆变电路采用负载换相方式工作，要求负载电流略超前于负载电压，负载略呈容性。 逆变电路i0RLdLVT3VT4VT2BAVT1CIdLT

3、3LT2LT1图中R和L串联为感应线圈的等效电路。因功率因数很低，故并联补偿电容器C。并联谐振式逆变电路电容C和L、R构成并联谐振电路。 逆变电路负载换流方式要求负载电流超前于电压，因此补偿电容应使负载过补偿，使负载电路总体上工作在容性小失谐的情况下。 i0RLdLVT3VT4VT2BAVT1CIdLT3LT2LT1 逆变电路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7交流输出电流波形接近矩形波，其中包含基波和各奇次谐波，谐波幅值远小于基波。负载电路对基波呈现高阻抗，对

4、谐波呈现低阻抗，负载电压的波形接近正弦波。 逆变电路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7 t1t2之间为晶闸管VT1、VT4稳定导通阶段，负载电流io = Id t2时刻前，在负载电容C上建立左正右负的电压。 t2时刻触发VT2、VT3使之开通，开始进入换流阶段。 逆变电路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7每个晶闸管串有换流电抗

5、器LT，VT2和VT4在t2时刻不能立刻关断，其电流有一个减小过程， VT2和VT3的电流有一个增大过程。t2时刻后，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。 逆变电路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7其中一个回路经LT1、VTl、VT3、LT3回到电容C；另一个回路是经LT2、VT2、VT3电流逐渐增大。 逆变电路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4

6、t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7t4时刻，VTl、VT4电流减至零而关断，直流侧电流Id全部从VT4、LT4回到电容C，在此过程中，VT2、VT4电流逐渐减小，VTl、VT4转移到VT2、VT3，换流阶段结束。 逆变电路t4t2=ty为换流时间。负载电流i0=iVT1iVT2，i0在t3时刻，iVT1= iVT2时刻过零，t3时刻大体位于t2和t4的中点。晶闸管在电流减小到零后，尚需一段时间才能恢复正向阻断能力。 tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t

7、7 逆变电路在t4时刻换流结束后，还要使VTl、VT4承受一段反压时间tb才能保证其可靠关断。tb=t5t4大于晶闸管的关断时间tq。 tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7 逆变电路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7为了保证可靠换流，在负载电压u0过零前tdt5t2时刻触发VT2、VT3 ，触发引前时间为: td=tg+tb负载

8、电流超前于负载电压的时间tj为: 逆变电路 将tj表示为电角度j可得：w: 电路工作角频率g : tg对应的电角度 b: tb对应的电角度 j:负载的功率因数角 tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7 逆变电路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7 t4t6之间是VT2、VT3的稳定导通阶段。 t6时刻后，又进入从VT2、VT3导通向

9、VTl、VT4导通的换流阶段，其过程和前面类似。 逆变电路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7 换流过程中，LT上的电压极性相反，如果不考虑晶闸管压降，则uAB=0。 uAB的脉动频率为交流输出电压频率的两倍。 -uAB时，逆变电路从直流电源吸收的能量为负，补偿电容C的能量向直流电源反馈。 直流侧，Ld起缓冲无功能量的作用。 反映了负载和直流电源之间无功能量的交换。 逆变电路如忽略换流过程，i0可近似看成矩形波。展开成傅里叶级数可得: i0的基波电流有效值为:

10、如忽略电抗器Ld的损耗，uAB平均值等于Ud。 逆变电路忽略晶闸管压降，从图中uAB的波形可得:tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7 逆变电路或：一般情况下g值较小，可近似认为cos (g/2)1，根据式 可得: 自励方式为了保证电路正常工作，必须使工作频率适应负载的变化而自动调整。 逆变电路他励方式固定工作频率的控制方式。自励方式存在着启动的问题，因在系统未投入运行时，负载端没有输出，无法取出信号。先用他励方式，系统开始工作后再转入自励方式。预先给电容器充电，

11、启动时将电容能量释放到负载上，形成衰减振荡，检测出振荡信号实现自励。 解决方法 逆变电路1.2 三相电流型逆变电路 idVT6VT4WVVT5UdUVT3VT2VT1电流型三相桥式逆变电路是120导电方式。每个时刻上桥臂组的三个臂和下桥臂组的三个臂都各有一个臂导通。换流时，在上桥臂组或下桥臂组的组内依次换流。 逆变电路iWtIduUVttt0000iUiV 输出交流电流波形和负载性质无关，是正、负脉冲宽度各为120的矩形波。 输出电流型逆变电路的电流波形和三相桥式可控整流电路在大电感负载下的交流输入电流波形形状相同。 逆变电路iWtIduUVttt0000iUiV 输出线电压波形和负载性质有关

12、，约为正弦波，但叠加了一些脉冲。 输出交流电流的基波有效值IU1和直流电流Id的关系为： 逆变电路与电压型三相桥式逆变电路中求输出线电压有效值的式相比，因两者波形形状相同，所以两个公式的系数相同。 iWtIduUVttt0000iUiVUU1 (UA1)UB22UU2UA21UUn00000Edttttt 逆变电路M三相交流电动机LdVC6idUdVT3VD3VT5VD1VT1VD5VD6VD4VD2VT6VT2VT4C2C4C5C3C1UW 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。 120导电工作方式，各桥臂之间采用强迫换流方式，C1C6为换流电容。 逆变电路M三相交

13、流电动机LdVC6idUdVT3VD3VT5VD1VT1VD5VD6VD4VD2VT6VT2VT4C2C4C5C3C1UW电容器充电压的规律：电容器与共阳极导通晶闸管连接端极性为正，另一端为负，与导通晶闸管不相连接的电容器电压为零。 逆变电路M三相交流电动机LdVC6idUdVT3VD3VT5VD1VT1VD5VD6VD4VD2VT6VT2VT4C2C4C5C3C1UW共阴极晶闸管与共阳极晶闸管情况类似，但电容器电压极性相反。 逆变电路M三相交流电动机LdVC6idUdVT3VD3VT5VD1VT1VD5VD6VD4VD2VT6VT2VT4C2C4C5C3C1UW 分析从晶闸 管VT2向VT3

14、换流时，换流电容C13就是C3与C5串联后再与Cl并联的等效电容。设C1C6的电容量均为C，则C13=3C/2。 例 逆变电路换流过程各阶段的电流路径iU =Id - iVVT3W+ -iVIdVT3VD3VD2VD1VT1C13VUVT3W+ -IdVT3VD3VD2VD1VT1C13VU- +VT3VT1C13VD3VD1VUWVT3VD2IdVT3VT1C13- +VD3VD1VWUVT3VD2Id 逆变电路VT2向VT3换流过程设换流前VTl和VT2导通，C13电压Uco左正右负。t1时刻,VT3导通，VTl关断。直流电流Id从VT1换到VT3上，C13通过VD1，U、W相负载、VD2

15、、VT2、直流电源和VT3放电，放电电流恒为Id。恒流放电阶段 VT3W+ -IdVT3VD3VD2VD1VT1C13VUVT3W+ -IdVT3VD3VD2VD1VT1C13VU 逆变电路 t2时刻，uC13降到零后，对Cl3反向充电。忽略负载中电阻的压降，在uC130后，VD3受到正向偏置而导通，开始流过电流iV ，VDl流过充电电流iU =Id - iV,两个二极管同时导通，进入二极管换流阶段。充电电流iU减到零，iVId，VDl承受反压而关断，二极管换流阶段结束。随着C13充电电压不断增高，充电电流逐渐减小， iV逐渐增大，到t3时刻VT3VD2iU =Id - iViV- +VT3V

16、T1C13VD3VD1VUWId 逆变电路 t3时刻以后，进入VT2、VT3稳定导通阶段。如果负载为交流电动机，则在t2时刻uC13降至零时，如电动机反电动势eVU0，则VD3仍承受反向电压而不能导通，直到uC13升高到与eVU相等后，VD3才承受正向电压而导通，进入VD3和VDl同时导通的二极管换流阶段。VT3VT1C13- +VD3VD1VWUVT3VD2Id 逆变电路ut3iUiuC13UC0Id uC5 uC3 iVt2t1tt-UC0 换流过程中,uC1从uC0降为-uC0 ， C3和C5的充、放电电流均为Cl的一半，故换相过程电压变化的幅度也是C1的一半。 uC3从零变到-uC0 , uC5从uC0变为零，这些电压符合相隔120后从VT3到VT5换流的要求。 逆变电路 电流型三相桥式逆变器驱动同步电动机，利用滞后电流相位的反电动势实现换流，属负载换流。无换相器电动机逆变器驱动同步电动机时，其工作特性和调速方式都和直流电动机相似，但没有换相器。 逆变电路VUdUWVT3VT5VT1VT6VT2VT4UdmM三相交流电动机脉冲分配器VT3VT5VT1VT6VT2VT4同步信号BQ 无换相器电动机由三相可控整流电路为逆变