《電力電子技術》課件-4.3 電流型逆變電路

4.3電流型逆變電路2/154.3電流型逆變電路

4.3.1單相電流型逆變電路

4.3.2三相電流型逆變電路3/154.3電流型逆變電路·引言■直流電源為電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路?！鲭娏餍湍孀冸娐分饕攸c◆直流側串大電感，電流基本無脈動，相當于電流源。

◆交流輸出電流為矩形波，與負載阻抗角無關，輸出電壓波形和相位因負載不同而不同。

◆直流側電感起緩沖無功能量的作用，不必給開關器件反并聯二極管。■電流型逆變電路中，采用半控型器件的電路仍應用較多，換流方式有負載換流、強迫換流。圖4-11電流型三相橋式逆變電路

4/154.3.1單相電流型逆變電路■電路分析

◆由四個橋臂構成，每個橋臂的晶閘管各串聯一個電抗器，用來限制晶閘管開通時的di/dt。

◆采用負載換相方式工作的，要求負載電流略超前于負載電壓，即負載略呈容性?！綦娙軨和L、R構成并聯諧振電路。

◆輸出電流波形接近矩形波，含基波和各奇次諧波，且諧波幅值遠小于基波。圖4-12單相橋式電流型（并聯諧振式）逆變電路

5/154.3.1單相電流型逆變電路■工作波形分析

◆在交流電流的一個周期內，有兩個穩(wěn)定導通階段和兩個換流階段。

◆t1~t2：VT1和VT4穩(wěn)定導通階段，io=Id，t2時刻前在C上建立了左正右負的電壓。

◆在t2時刻觸發(fā)VT2和VT3開通，開始進入換流階段。?由于換流電抗器LT的作用，VT1

和VT4不能立刻關斷，其電流有一個減小過程，VT2和VT3的電流也有一個增大過程。

圖4-13并聯諧振式逆變電路工作波形

6/154.3.1單相電流型逆變電路

?4個晶閘管全部導通，負載電容電壓經兩個并聯的放電回路同時放電。

√一個回路是經LT1、

VT1、VT3、LT3回到電容C。

√另一個回路是經LT2、

VT2、VT4、LT4回到電容C?！舢攖=t4時，VT1、VT4電流減至零而關斷，直流側電流Id全部從VT1、VT4轉移到VT2、VT3，換流階段結束。圖4-13并聯諧振式逆變電路工作波形

7/154.3.1單相電流型逆變電路圖4-13并聯諧振式逆變電路工作波形

◆晶閘管需一段時間才能恢復正向阻斷能力，t4時刻換流結束后還要使VT1、VT4承受一段反壓時間t

，tβ=t5-t4應大于晶閘管的關斷時間tq?！魹楸ＷC可靠換流應在uo過零前t

=t5-t2時刻觸發(fā)VT2、VT3，t

為觸發(fā)引前時間

io超前于uo的時間

（負載的功率因數角）

把t

表示為電角度

（弧度）可得(4-16)(4-17)(4-18)8/154.3.1單相電流型逆變電路■基本的數量關系

◆io展開成傅里葉級數可得

◆負載電壓有效值Uo和直流電壓Ud的關系

其基波電流有效值Io1為

(4-19)(4-20)9/154.3.1單相電流型逆變電路一般情況下

值較小，可近似認為cos(

/2)≈1，再考慮到式(4-18)可得或■實際工作過程中，感應線圈參數隨時間變化，必須使工作頻率適應負載的變化而自動調整，這種控制方式稱為自勵方式。

◆固定工作頻率的控制方式稱為他勵方式。

◆自勵方式存在起動問題，解決方法：

?先用他勵方式，系統(tǒng)開始工作后再轉入自勵方式。

?附加預充電起動電路。(4-21)10/154.3.2三相電流型逆變電路tOtOtOtOIdiViWuUVU圖5-14電流型三相橋式逆變電路的輸出波形

圖5-11電流型三相橋式逆變電路■電路分析

◆基本工作方式是120°導電方式，每個臂一周期內導電120°，每個時刻上下橋臂組各有一個臂導通?！魮Q流方式為橫向換流。■波形分析

◆輸出電流波形和負載性質無關，正負脈沖各120°的矩形波?！糨敵鲭娏骱腿鄻蛘鲙Т箅姼胸撦d時的交流電流波形相同，諧波分析表達式也相同。

◆輸出線電壓波形和負載性質有關，大體為正弦波，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的關系為

(4-22)11/154.3.2三相電流型逆變電路圖4-15串聯二極管式晶閘管逆變電路

■串聯二極管式晶閘管逆變電路

◆主要用于中大功率交流電動機調速系統(tǒng)。

◆電路分析

?是電流型三相橋式逆變電路，各橋臂的晶閘管和二極管串聯使用。

?120°導電工作方式，輸出波形和圖4-14的波形大體相同。

?采用強迫換流方式，電容C1~C6為換流電容。

◆換流過程分析

?電容器所充電壓的規(guī)律：對于共陽極晶閘管，它與導通晶閘管相連一端極性為正，另一端為負，不與導通晶閘管相連的電容器電壓為零，共陰極的情況與此類似，只是電壓極性相反。12/154.3.2三相電流型逆變電路-+UVW+-UVWa)+-UVWb)-+UVWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU=Id-iV?等效換流電容概念：圖4-16中的換流電容C13就是圖4-14中的C3與C5串聯后再與C1并聯的等效電容。?分析從VT1向VT3換流的過程

√假設換流前VT1和VT2通，C13電壓UC0左正右負。

√換流階段分為恒流放電和二極管換流兩個階段。

√t1時刻觸發(fā)VT3導通，VT1被施以反壓而關斷，Id從VT1換到VT3，C13通過VD1、U相負載、W相負載、VD2、VT2、直流電源和VT3放電，放電電流恒為Id，故稱恒流放電階段，如圖4－16b。圖4-16換流過程各階段的電流路徑

13/154.3.2三相電流型逆變電路-+UVW+-UVWa)+-UVWb)-+UVWc)d)VT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdVT1VT2VT3VD1VD2VD3C13IdiViViU=Id-iV圖4-16換流過程各階段的電流路徑

√uC13下降到零之前，VT1承受反壓，反壓時間大于tq就能保證可靠關斷?！蘴2時刻uC13降到零，之后C13反向充電，忽略負載電阻壓降，則二極管VD3導通，電流為iV，VD1電流為iU=Id-iV，VD1和VD3同時導通，進入二極管換流階段?！屉S著C13電壓增高，充電電流漸小，iV漸大，t3時刻iU減到零，iV=Id，VD1承受反壓而關斷，二極管換流階段結束?！蘴3以后，進入VT2、VT3穩(wěn)定導通階段。14/154.3.2三相電流型逆變電路ttOuOiUCOuC13uC5uC3-UCOIdiUiVt1t2t3圖4-17串聯二極管晶閘管逆變電路換流過程波形

√從VT1向VT3換流的過程中，如果負載為交流電動機，則在t2時刻uC13降至零時，如電機反電動勢eVU>0，則VD3仍承受反向電壓而不能導通。直到uC13升高到與eVU相等后，VD3才承受正向電壓而導通，進入VD3和VD1同時導通的二極管換流階段?！舨ㄐ畏治?圖4-17給出了電感負載時uC13、iU和iV的波形圖。

?uC1的波形和uC13完全相同。

?uC3從零變到-UC0，uC5從UC0變到零，變化幅度是C1的一半。

?這些電壓恰好符合相隔120°后從VT3到VT5換流時的要求，為下次換流準備好了條件。15/154.3.2三相電流型逆變電路OOOOOwtwtwtOwtwtVT4導通UVWiViWiUudMVT1導通VT3