三相逆變器工作方式分析

1、三相逆變器工作方式分析新聞出處：王建元 趙般多 紀(jì)延超發(fā)布時間：2007年06月21日摘 要 本文詳盡分析了基于 不可控三相整流逆變器的工作方 式，為提出一種僅通過PW M來消除 輸出電壓中的諧波的新型PWM而不 用或僅用一很小的直流連接電容的 新型逆變電源奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞逆變器濾波電容1引言在AC / DC / AC變換中，一般應(yīng) 用PWMi5方式進(jìn)行調(diào)制控制，為了 逆變電源最終輸出電壓中諧波的盡 可能消除，一般在三相整流橋后并 聯(lián)一個大的電解直流濾波電容，它 的存在不僅影響了系統(tǒng)的響應(yīng)速度、增大了系統(tǒng)的體積、降低了系統(tǒng)的可靠性且 增加了系統(tǒng)的成本。此直流電容除了濾除直流電壓的紋波外，還與

2、負(fù)載有關(guān)嗎？本文詳盡分析了三相逆變電源的工作方式，為提出一種僅通過PWM來消除輸 出電壓中的諧波的新型重構(gòu)PWM （此部分另有文章給出），而不用或僅用一很小 的直流連接電容的新型逆變電源奠定了基礎(chǔ)。2三相逆變電源工作模式詳細(xì)分析下面從物理的角度詳細(xì)分析三相逆變電路在感性負(fù)載和純阻性負(fù)載兩種不 同的狀況下其開關(guān)器件的工作規(guī)律，通過電路中電流的流通狀況，確定逆變器的 輸出電壓。同時，在這一部分的分析中，三相PWM逆變電源的三相輸出橋臂的控 制信號由三角載波和調(diào)制波相比較給出，每個橋臂上下兩個開關(guān)管觸發(fā)脈沖時間 互補，并且對于三個逆變橋臂采用相同的三角載波與之進(jìn)行比較。為了使分析更 加清楚明了，可以

3、將主電路形式簡化為如圖1所示的電路結(jié)構(gòu)。其中直流電源U相當(dāng)于整流橋輸出的直流電壓，選取其電壓中點為零電位 參考點。Dd則代表三相整流橋的電流流向，T1T6為開關(guān)管，D1D6為每個橋臂 的續(xù)流二根管。三相負(fù)載分別用LOAD , LOAD；和LOAD。表示。1 生成控制脈沖的 調(diào)制波為三個相位互差120的正弦波。卜2. 1負(fù)載為感性的情況圖2給出了感性負(fù)載情況下，三相逆變電源的工作情況。5烷技與誡居推號fit形觸#障熱暴岷表球特沈晤衣丁5魅發(fā)昧申波形5,坦登尊出蘭帆電整 S 2感性切的探下三棺遂噓噂主羿電壓龜無誠瞎EE下面，以a相為例分析三相逆變器的工作方式，其它兩相與a相類似。模式1： 0t時間

4、段內(nèi)，開關(guān)管T1的控制信號為高電平，T4為低電平，但 是由于此時a相電流為負(fù)值，所以在開關(guān)管T1內(nèi)并沒有電流流過，a相的電流 通過反并聯(lián)二極管D1，同時，T5的控制信號處于高電平狀態(tài)，而且c相電流為 正值，所以a相的電流通過續(xù)流二極管D1，開關(guān)管T5與b相負(fù)載形成環(huán)流。并 且，b相電流為負(fù)值，因此，a相的電流不流過b相橋臂。在這一時間段中，a 點電壓為U /2, u =0。在這一時間段內(nèi)a相電流的流通回路如圖3所示。EB 3 夷式1模式2：匕匕時間段內(nèi)，開關(guān)管T1的控制信號為低電平，T4為高電平，a 相電流為負(fù)值，同時，T5的控制信號處于高電平狀態(tài)，而且c相電流為正值， 所以a相的電流通過T4

5、、直流側(cè)、開關(guān)管T5與c相負(fù)載形成回路。同0t時 間段內(nèi)一樣的原因，a相的電流也不流經(jīng)b相橋臂。此時a點電壓為一U /2； u =一U。在這一時間段內(nèi)a相電流的流通回路如圖4所示。d abd模式3：匕t3時間段內(nèi)，開關(guān)管T4, T6, T2的控制信號均為高電平，a，b 相電流為負(fù)值；此此時，a相的電流經(jīng)過T4,續(xù)流二極管D2與c相形成環(huán)流，不 流經(jīng)b相橋臂。此時a點電壓為0，ub = 0。在這一時間段內(nèi)a相電流的流通回 路如圖5所示。abtt時間段內(nèi)，a相電流為正值，一共有以下幾種工作模式，模式4至模 式12,3分別如圖6至圖14所示。圖6 模式y(tǒng)EL 2心圖13橫式11通過分析可以看出，當(dāng)T

6、1的觸發(fā)脈沖為高電平的時候，a點的電壓總是為U /2,反之，當(dāng)T4的觸發(fā)脈沖為高電平的時候，a點的電壓為一U /2。在tt d時間段內(nèi)也有同樣的結(jié)論。由此可以看出，當(dāng)三相逆變電路帶感性負(fù)載時其輸 5出電壓不受負(fù)載的影響。因此，同樣可以通過改變其調(diào)制波波形來消除直流側(cè)電 壓諧波對逆變器輸出電壓的影響，僅需要一很小的電容為負(fù)載續(xù)流。2. 2負(fù)載為純阻性的情況在純阻性負(fù)載的情況下，逆變電源三相輸出的電流與電壓相位相同，在任何 時刻橋中各臂只有可控元件導(dǎo)通，反并聯(lián)二極管中沒有電流流過，負(fù)載通過逆變 橋從直流電源吸取能量，逆變器的三相輸出電壓的大小只與直流側(cè)電壓的大小有 關(guān)，而與負(fù)載的大小無關(guān)。因此，如

7、果通過改變其調(diào)制波波形來消除直流側(cè)電壓 諧波對逆變器輸出電壓的影響，就可以去掉直流側(cè)的濾波電容。3結(jié)論本文詳盡分析了三相逆變電源在感性及純阻性負(fù)載下的各種工作方式，得出 逆變器的三相輸出電壓的大小只與直流側(cè)電壓的大小有關(guān)，而與負(fù)載的大小無 關(guān)。為提出一種僅通過PWM來消除輸出電壓中的諧波的新型重構(gòu)PWM而不用或僅 用一很小的直流連接電容的新型逆變電源奠定了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 Thomas G. Habetler. A Space vectorbased rectifierregulator for A C / DC / AC converters. IEEE Transac tions on p

8、ower electronics, 1999, 8 (5)： 30362張明巖.交流調(diào)速PWM調(diào)制諧波消除技術(shù).電機電器技術(shù)，1997 (1)： 30 343 J. F. A. Martins， A. J. Pires， J. F. Silva. A Novel andSimple Curr ent Controller for ThreePhase PWMPower Inverters. Industrial Electr onics. IEEE Transac tions，1998，45 (5)： 8028044黃瀚，紀(jì)延超，張輝，胡永桓，柳焯.優(yōu)化特定消諧PWM技術(shù).中國電機工 程學(xué)報，1997，17 (5)： 3443475 HirokiIshikawa， Yoshih