电力电子技术：第4节 4-3电流型逆变电路

4.3电流型逆变电路当直流侧的电源为电流源时，所组成的逆变电路为电流型逆变电路★

在直流侧串联大电感，相当于电流源，电流脉动很小，可近似看成直流电流源；★

交流侧电容用于换流时吸收负载电感中存贮的能量；图4-11电流型三相桥式逆变电路电流型逆变电路主要特点1．交流输出电流为矩形波，输出电压波形和相位因负载不同而不同；2．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；3．电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多；4．换流方式有负载换流、强迫换流；图4-11电流型三相桥式逆变电路4.3.1单相电流型逆变电路一．电路的组成●4个桥臂，每桥臂使用晶闸管并且串联一个电抗LT，用来限制晶闸管开通时的电流上升率di/dt；●

1、4和2、3臂以1000~2500Hz的中频轮流导通，可得到中频交流电；●采用负载换流方式，要求负载电流略超前于负载电压；●负载一般为电磁感应加热线圈，线圈内置放钢料用于加热，R和L串联为其等效电路；为得到超前的功率因数，需要并联电容C；C

、L、R构成并联谐振电路因此称此电路为并联谐振式逆变电路二．单相电流型逆变电路特征图4-12单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路1．输出电流波形接近矩形波，含有基波和各奇次谐波，谐波幅值远小于基波幅值；2．因逆变的频率（基波频率）接近负载电路（并联）谐振频率；故负载对基波呈高阻抗，对谐波呈低阻抗，谐波在负载上产生的压降很小，因此负载电压波形接近正弦。三．工作波形分析★

一周期内有两个稳定导通阶段和两个换流阶段；●

t1~t2

VT1、4

稳定导通阶段，iO=Id

t2前C上的电压为左正右负；●t2~t4

换流阶段，

4个VT全部导通；

t2时VT2、3开通，由于LT的作用，

VT1、4电流逐步减小不能立刻关断，

VT2、3电流增大逐步；t0t0图5-13t0t0t0t0t0t0uG1,4uG2,3iTiOIdt1t2t3t4t5t6t7tfuOtguABtdtbIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4＋－12三．工作波形分析★

换流阶段，电容电压经两个并联回路同时放电，在VT1、4上施加反向压；●

LT1、VT1、VT3、LT3

到C●

LT2、VT2、VT4、LT4到C★

t4时，VT1、4的电流减至零而关断，换流阶段结束，仅VT2、3导通；

●

t4～t2=tg

称为换流时间●

t3时：iO＝0，即iVT1＝iVT2t0t0图5-13t0t0t0t0t0t0uG1,4uG2,3iTiOIdt1t2t3t4t5t6t7tfuOtguABtdtbIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4＋－12★

为保证晶闸管的可靠关断

在换流结束后还要使VT1、4

承受一段时间为tb的反压，以保证晶闸管恢复正向阻断能力；●

tb＝t5－t4

，晶闸管承受反压的时间应大于晶闸管的关断时间tq

●为保证可靠换流，应在uO过零前的

td＝

t5－t2

时刻触发VT2、VT3；

td

称为：触发引前时间●

iO超前于uO

的时间为t0t0图5-13t0t0t0t0t0t0uG1,4uG2,3iTiOIdt1t2t3t4t5t6t7tfuOtguABtdtbIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4把t表示为电角度（弧度）可得:其中，就是负载的功率因数角。ｗ是电路工作角频率，β、γ是相对应的电角度。三．工作波形分析★

桥臂两端电压uAB

的脉动频率为交流输出频率的两倍；★在uAB

为负的时候，逆变电路从直流电源吸收的能量为负，即电容C

的能量反馈给直流电源；★直流侧的电感Ld起到了缓冲无功能量的作用；t0t0图5-13t0t0t0t0t0t0uG1,4uG2,3iTiOIdt1t2t3t4t5t6t7tfuOtguABtdtbIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4uAB

四．单相电流型逆变电路数量分析1．忽略换流过程，i0可近似成矩形波，展开成傅里叶级数2．基波电流有效值3．负载电压有效值Uo（忽略Ld的损耗，忽略晶闸管压降）（4-19）（4-20）（4-21）4.3.1单相电流型逆变电路五．并联谐振式逆变电路的频率控制★

实际工作过程中，感应线圈参数随时间变化，固定的工作频率可能导致逆变失败，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，采用如下方法来解决:●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；4.3.2三相电流型逆变电路一．电流型三相桥式逆变电路——采用全控型器件★基本工作方式采用120°导电方式，每个臂一周期内导电120°★每时刻上下桥臂组各有一个臂导通，为横向换流方式；图4-11电流型三相桥式逆变电路原理图及120°控制方式电流型三相桥式逆变电路波形分析★

输出电流波形和负载性质无关，为正负各120°宽的矩形波；★电流波形和三相桥整流带大电感负载时的交流侧电流波形相同，谐波也相同；★输出线电压波形和负载性质有关，基本上为正弦波；★

输出交流电流的基波有效值图4-14电流型三相桥式逆变电路的输出波形二．串联二极管式三相电流型逆变电路（晶闸管）★

各桥臂的晶闸管和二极管串联使用；★

120°导电的工作方式，输出电流波形和图4-14

的波形大体相同；★采用强迫换流方式，电容C1~C6为换流电容；图4-15串联二极管式晶闸管逆变电路

★

电流型三相桥式逆变电路主要用于中大功率交流电动机调速系统；三．串联二极管式晶闸管逆变电路换流过程分析

举例：从VT1向VT3换流的过程★

电容充电规律：对共阳极组，与导通器件相连一端极性为正，另一端为负；不与导通的晶闸管相连的电容电压为零；图5-16-+UVW+-UVWa)+-UVWb)-+UVWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU=Id-iV图4-16换流过程各阶段的电流路径★

等效换流电容：分析从VT1向VT3

换流时的等效电容为C13

，

C13

是C3与C5串联后再与C1并联的等效电容；从VT1向VT3换流的过程-+UVW+-UVWa)+-UVWb)-+UVWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU=Id-iV

换流前VT1和VT2通，C13电压UC0左正右负（图4－16a）所示1．恒流放电阶段（图4－16b）所示

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；●

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；从VT1向VT3换流的过程2．二极管换流阶段（图4－16c）所示●

到t2

时刻uC13

降到零后C13反向充电。随uC13

反向增高，VD3导通电流为

iV，VD1

的电流为iU＝Id－iV

，VD1、3同时导通，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，到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；-+UVW+-UVWa)+-UVWb)-+UVWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU=Id-iV从VT1向VT3换流的过程3．稳定导通阶段（图4－16d）所示●

t3

以后，二极管换流阶段结束；VT2、VT3稳定导通，完成从VT1向VT3

换流的过程；-+UVW+-UVWa)+-UVWb)-+UVWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU=Id-iV从VT1向VT3换流的过程图4-17串联二极管晶闸管逆变电路换流过程波形ttOuOiUCOuC13uC5uC3-UCOIdiUiVt1t2t34．换流过程的波形分析●电感负载时，uC13、iU、iV

及uC1、

uC3、uC5

波形如图4－17所示；●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；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4-18无换相器电动机的基本电路图4-19无换相器电动机电路工作波形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.5.4多重逆变电路和多电平逆变电路★

电压型或电流型逆变电路输出的电压或电流波形为矩形波，除基波为正弦波外，含有大量的谐波；★多重逆变电路把几个矩形波组合起来，使输出波形接近正弦；★多电平逆变电路是