電流型逆變電路

1、電流型逆變電路電力電子技術(shù)的基本概況 逆變電路電流型逆變電路使用反向?qū)щ娦虶TO，須給每個GTO串聯(lián)二極管以承受反向電壓。電流型逆變電路 直流電源為電流源的逆變電路 。 idVT6VT4WVVT5UdUVT3VT2VT1交流側(cè)電容器是為吸收換流時負(fù)載電感中存儲的能量而設(shè)置的，是電流型逆變電路的必要組成部分。 逆變電路電流型逆變電路的特點 直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，交流側(cè)輸出電流為矩形波，與負(fù)載阻抗角無關(guān)。交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。 逆變電路當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無

2、功功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。因為反饋無功能量時直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。電壓型逆變電路全控型器件電流型逆變電路強(qiáng)迫換流器件換流半控型器件負(fù)載換流 逆變電路1.1 單相電流型逆變電路 i0RLdLVT3VT4VT2BAVT1CIdLT3LT2LT1LT限制晶閘管開通時的di/dt，各橋臂的LT之間不存在互感。使橋臂1、4和橋臂2、3以10002500Hz的中頻輪流導(dǎo)通，可在負(fù)載上得到中頻交流電。 單相電流型逆變電路采用負(fù)載換相方式工作，要求負(fù)載電流略超前于負(fù)載電壓，負(fù)載略呈容性。 逆變電路i0RLdLVT3VT4VT2BAVT1CIdLT

3、3LT2LT1圖中R和L串聯(lián)為感應(yīng)線圈的等效電路。因功率因數(shù)很低，故并聯(lián)補(bǔ)償電容器C。并聯(lián)諧振式逆變電路電容C和L、R構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。 逆變電路負(fù)載換流方式要求負(fù)載電流超前于電壓，因此補(bǔ)償電容應(yīng)使負(fù)載過補(bǔ)償，使負(fù)載電路總體上工作在容性小失諧的情況下。 i0RLdLVT3VT4VT2BAVT1CIdLT3LT2LT1 逆變電路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7交流輸出電流波形接近矩形波，其中包含基波和各奇次諧波，諧波幅值遠(yuǎn)小于基波。負(fù)載電路對基波呈現(xiàn)高阻抗，對

4、諧波呈現(xiàn)低阻抗，負(fù)載電壓的波形接近正弦波。 逆變電路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7 t1t2之間為晶閘管VT1、VT4穩(wěn)定導(dǎo)通階段，負(fù)載電流io = Id t2時刻前，在負(fù)載電容C上建立左正右負(fù)的電壓。 t2時刻觸發(fā)VT2、VT3使之開通，開始進(jìn)入換流階段。 逆變電路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7每個晶閘管串有換流電抗

5、器LT，VT2和VT4在t2時刻不能立刻關(guān)斷，其電流有一個減小過程， VT2和VT3的電流有一個增大過程。t2時刻后，4個晶閘管全部導(dǎo)通，負(fù)載電容電壓經(jīng)兩個并聯(lián)的放電回路同時放電。 逆變電路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7其中一個回路經(jīng)LT1、VTl、VT3、LT3回到電容C；另一個回路是經(jīng)LT2、VT2、VT3電流逐漸增大。 逆變電路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4

6、t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7t4時刻，VTl、VT4電流減至零而關(guān)斷，直流側(cè)電流Id全部從VT4、LT4回到電容C，在此過程中，VT2、VT4電流逐漸減小，VTl、VT4轉(zhuǎn)移到VT2、VT3，換流階段結(jié)束。 逆變電路t4t2=ty為換流時間。負(fù)載電流i0=iVT1iVT2，i0在t3時刻，iVT1= iVT2時刻過零，t3時刻大體位于t2和t4的中點。晶閘管在電流減小到零后，尚需一段時間才能恢復(fù)正向阻斷能力。 tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t

7、7 逆變電路在t4時刻換流結(jié)束后，還要使VTl、VT4承受一段反壓時間tb才能保證其可靠關(guān)斷。tb=t5t4大于晶閘管的關(guān)斷時間tq。 tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7 逆變電路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7為了保證可靠換流，在負(fù)載電壓u0過零前tdt5t2時刻觸發(fā)VT2、VT3 ，觸發(fā)引前時間為: td=tg+tb負(fù)載

8、電流超前于負(fù)載電壓的時間tj為: 逆變電路 將tj表示為電角度j可得：w: 電路工作角頻率g : tg對應(yīng)的電角度 b: tb對應(yīng)的電角度 j:負(fù)載的功率因數(shù)角 tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7 逆變電路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7 t4t6之間是VT2、VT3的穩(wěn)定導(dǎo)通階段。 t6時刻后，又進(jìn)入從VT2、VT3導(dǎo)通向

9、VTl、VT4導(dǎo)通的換流階段，其過程和前面類似。 逆變電路tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7 換流過程中，LT上的電壓極性相反，如果不考慮晶閘管壓降，則uAB=0。 uAB的脈動頻率為交流輸出電壓頻率的兩倍。 -uAB時，逆變電路從直流電源吸收的能量為負(fù)，補(bǔ)償電容C的能量向直流電源反饋。 直流側(cè)，Ld起緩沖無功能量的作用。 反映了負(fù)載和直流電源之間無功能量的交換。 逆變電路如忽略換流過程，i0可近似看成矩形波。展開成傅里葉級數(shù)可得: i0的基波電流有效值為:

10、如忽略電抗器Ld的損耗，uAB平均值等于Ud。 逆變電路忽略晶閘管壓降，從圖中uAB的波形可得:tjU0iTV2,3IdiTtgtttttttt00000000UABUVT2,3UG1,4iTV1,4i0Idt6t5t4t2t1UVT1,4tbtdUG2,3t3t7 逆變電路或：一般情況下g值較小，可近似認(rèn)為cos (g/2)1，根據(jù)式 可得: 自勵方式為了保證電路正常工作，必須使工作頻率適應(yīng)負(fù)載的變化而自動調(diào)整。 逆變電路他勵方式固定工作頻率的控制方式。自勵方式存在著啟動的問題，因在系統(tǒng)未投入運行時，負(fù)載端沒有輸出，無法取出信號。先用他勵方式，系統(tǒng)開始工作后再轉(zhuǎn)入自勵方式。預(yù)先給電容器充電，

11、啟動時將電容能量釋放到負(fù)載上，形成衰減振蕩，檢測出振蕩信號實現(xiàn)自勵。 解決方法 逆變電路1.2 三相電流型逆變電路 idVT6VT4WVVT5UdUVT3VT2VT1電流型三相橋式逆變電路是120導(dǎo)電方式。每個時刻上橋臂組的三個臂和下橋臂組的三個臂都各有一個臂導(dǎo)通。換流時，在上橋臂組或下橋臂組的組內(nèi)依次換流。 逆變電路iWtIduUVttt0000iUiV 輸出交流電流波形和負(fù)載性質(zhì)無關(guān)，是正、負(fù)脈沖寬度各為120的矩形波。 輸出電流型逆變電路的電流波形和三相橋式可控整流電路在大電感負(fù)載下的交流輸入電流波形形狀相同。 逆變電路iWtIduUVttt0000iUiV 輸出線電壓波形和負(fù)載性質(zhì)有關(guān)

12、，約為正弦波，但疊加了一些脈沖。 輸出交流電流的基波有效值IU1和直流電流Id的關(guān)系為： 逆變電路與電壓型三相橋式逆變電路中求輸出線電壓有效值的式相比，因兩者波形形狀相同，所以兩個公式的系數(shù)相同。 iWtIduUVttt0000iUiVUU1 (UA1)UB22UU2UA21UUn00000Edttttt 逆變電路M三相交流電動機(jī)LdVC6idUdVT3VD3VT5VD1VT1VD5VD6VD4VD2VT6VT2VT4C2C4C5C3C1UW 串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路主要用于中、大功率交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。 120導(dǎo)電工作方式，各橋臂之間采用強(qiáng)迫換流方式，C1C6為換流電容。 逆變電路M三相交

13、流電動機(jī)LdVC6idUdVT3VD3VT5VD1VT1VD5VD6VD4VD2VT6VT2VT4C2C4C5C3C1UW電容器充電壓的規(guī)律：電容器與共陽極導(dǎo)通晶閘管連接端極性為正，另一端為負(fù)，與導(dǎo)通晶閘管不相連接的電容器電壓為零。 逆變電路M三相交流電動機(jī)LdVC6idUdVT3VD3VT5VD1VT1VD5VD6VD4VD2VT6VT2VT4C2C4C5C3C1UW共陰極晶閘管與共陽極晶閘管情況類似，但電容器電壓極性相反。 逆變電路M三相交流電動機(jī)LdVC6idUdVT3VD3VT5VD1VT1VD5VD6VD4VD2VT6VT2VT4C2C4C5C3C1UW 分析從晶閘 管VT2向VT3

14、換流時，換流電容C13就是C3與C5串聯(lián)后再與Cl并聯(lián)的等效電容。設(shè)C1C6的電容量均為C，則C13=3C/2。 例 逆變電路換流過程各階段的電流路徑iU =Id - iVVT3W+ -iVIdVT3VD3VD2VD1VT1C13VUVT3W+ -IdVT3VD3VD2VD1VT1C13VU- +VT3VT1C13VD3VD1VUWVT3VD2IdVT3VT1C13- +VD3VD1VWUVT3VD2Id 逆變電路VT2向VT3換流過程設(shè)換流前VTl和VT2導(dǎo)通，C13電壓Uco左正右負(fù)。t1時刻,VT3導(dǎo)通，VTl關(guān)斷。直流電流Id從VT1換到VT3上，C13通過VD1，U、W相負(fù)載、VD2

15、、VT2、直流電源和VT3放電，放電電流恒為Id。恒流放電階段 VT3W+ -IdVT3VD3VD2VD1VT1C13VUVT3W+ -IdVT3VD3VD2VD1VT1C13VU 逆變電路 t2時刻，uC13降到零后，對Cl3反向充電。忽略負(fù)載中電阻的壓降，在uC130后，VD3受到正向偏置而導(dǎo)通，開始流過電流iV ，VDl流過充電電流iU =Id - iV,兩個二極管同時導(dǎo)通，進(jìn)入二極管換流階段。充電電流iU減到零，iVId，VDl承受反壓而關(guān)斷，二極管換流階段結(jié)束。隨著C13充電電壓不斷增高，充電電流逐漸減小， iV逐漸增大，到t3時刻VT3VD2iU =Id - iViV- +VT3V

16、T1C13VD3VD1VUWId 逆變電路 t3時刻以后，進(jìn)入VT2、VT3穩(wěn)定導(dǎo)通階段。如果負(fù)載為交流電動機(jī)，則在t2時刻uC13降至零時，如電動機(jī)反電動勢eVU0，則VD3仍承受反向電壓而不能導(dǎo)通，直到uC13升高到與eVU相等后，VD3才承受正向電壓而導(dǎo)通，進(jìn)入VD3和VDl同時導(dǎo)通的二極管換流階段。VT3VT1C13- +VD3VD1VWUVT3VD2Id 逆變電路ut3iUiuC13UC0Id uC5 uC3 iVt2t1tt-UC0 換流過程中,uC1從uC0降為-uC0 ， C3和C5的充、放電電流均為Cl的一半，故換相過程電壓變化的幅度也是C1的一半。 uC3從零變到-uC0 , uC5從uC0變?yōu)榱?，這些電壓符合相隔120后從VT3到VT5換流的要求。 逆變電路 電流型三相橋式逆變器驅(qū)動同步電動機(jī)，利用滯后電流相位的反電動勢實現(xiàn)換流，屬負(fù)載換流。無換相器電動機(jī)逆變器驅(qū)動同步電動機(jī)時，其工作特性和調(diào)速方式都和直流電動機(jī)相似，但沒有換相器。 逆變電路VUdUWVT3VT5VT1VT6VT2VT4UdmM三相交流電動機(jī)脈沖分配器VT3VT5VT1VT6VT2VT4同步信號BQ 無換相器電動機(jī)由三相可控整流電路為逆變