电流型逆变电路

实际上理想直流电流源并不多见，一般是在逆变电路直流侧串联一个大电感，因为大电感中的电流脉动很小，因此可近似看成直流电流源。

电流型逆变电路有以下主要特点：

1) 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。

2) 电路中开关器件的作用仅是改变直流甩流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而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。

3) 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，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。

电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多，就其换流方式而言，有的采用负载换流，有的采用强迫换流。

1、

1) 电路分析

基本工作方式是120°导电方式－每个臂一周期内导电120°，每个时刻上下桥臂组各有一个臂导通，换流方式为横向换流

2) 波形分析

输出电流波形和负载性质无关，正负脉冲各120°的矩形波。

输出电流和三相桥整流带大电感负载时的交流电流波形相同，谐波分析表达式也相同。

输出线电压波形和负载性质有关，大体为正弦波。

输出交流电流的基波有效值。

2、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。

是电流型三相桥式逆变电路。

各桥臂的晶闸管和二极管串联使用。

120°导电工作方式，输出波形和图5-14的波形大体相同。

强迫换流方式，电容C1~C6为换流电容。

*换流过程分析

电容器所充电压的规律：

对于共阳极晶闸管，它与导通晶闸管相连一端极性为正，另一端为负，不与导通晶闸管相连的电容器电压为零。

等效换流电容概念：

* 分析从VT1向VT3换流时，图5－16中的C13就是图5－14中的C3与C5串联后再与C1并联的等效电容。

分析从VT1向VT3换流的过程:

假设换流前VT1和VT2通，C13电压UC0左正右负。如图5－16a。

换流阶段分为恒流放电和二极管换流两个阶段。

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。如图5－16b。

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

t2时刻uC13降到零，之后C13反向充电。忽略负载电阻压降，则二极管VD3导通，电流为iV，VD1电流为iU=Id-iV，VD1和VD3同时通，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，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。

t3以后，VT2、VT3稳定导通阶段。

*波形分析

电感负载时，uC13、iU、iV及uC1、uC3、uC5波形。

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

介绍

由电流型直流电源供电的自换流式逆变电路。它由普通晶闸管组成，向非容性负载供电，具有电流型逆变电路的一般特性。它与负载换流式电流型逆变电路（见串联逆变电路）的区别在于:①多使用于电动机负载,故为三相结构。②必须设置专门的换流电路。　结构特点 　自换流式电流型三相逆变电路的结构原理如图1所示。与电压型三相逆变电路（见自换流式电压型逆变电路）相比，图1所示电路具有以下特点：首先是直流端采用可控整流器和直流输出端串联大电抗器Ld,这样便构成电流源供电。为此,来自负载端的无功功率可由Ld吸收，即逆变侧的电压无功分量由Ld承担，因此逆变桥各导电臂便无需再反并联二极管。这不仅简化了主电路，也使直流侧电压极性反向成为可能，即当负载为吸取能量时（在电机负载时，即处于电动机运行状态），直流端工作于整流状态，将三相电网的能量输向负载；当负载反馈能量时（即电机处于制动运行状态时），直流端工作于有源逆变状态，直流电压反向。在直流电流id方向不变的条件下，负载端能量反馈回电网，实现功率双向传送。

图1所示电路与电压型三相逆变电路的其他差别还在于附加的换流电路的形式。

工作原理 　逆变桥各晶闸管T1～T6的门极脉冲如图2a所示，其分布状态是各脉冲依次互隔60°，其宽度为120°。因此任何时刻只有两只元件导通,上下组各一只（为简便T1、T3、T5称为上组,T2、T4、T6称为下组）。例如在0ωt6和T1导通，其他晶闸管阻断,于是电流Id经T1和T6流向负载，其等效电路如图2b所示。由图可见，此时电路中有

iΑ=Id　iB=-Id　iC=0

在60°ωt1和T2导通,等效电路如图2c所示。电路中有

iΑ=Id　 　iB=0　iC=-Id

相电流iA及其基波iA1的波形如图2d所示。根据图2b和2c可计出电流iAB的数值（图2e）。由图可见输出交变电流的重复频率取决于门极脉冲电压的重复频率f=1/T,改变f值即可改变输出频率,实现逆变目的。

与电压型三相逆变电路的区别 　图2f画出各时区中导通元件的时序。该时序表明：①每一元件导通120°。②每隔60°电路中导通元件的号码产生一次更迭。③导通元件的更迭是在上（下）组的相邻导电臂中进行。如ωt=60°时，有T6向T2换流；在ωt=120°时，有T1向T3换流等等。这种换流顺序显然有别于电压型三相逆变电路。这是由于后者元件的导通角度为180°,因而换流是在每相上下臂中进行。电流型三相逆变电路的这种换流顺序与三相桥式可控整流电路相同（见相控整流电路），这是由于两种电路中元件的导通期均为120°。不同之处是,整流电路具有交流电源,可利用电网电压作为换流电压；电流型逆变电路工作于直流电源,非容性负载,因此只能在电路中设立独立的换流电路,如图1中虚线框内的电容Ck即用于换流，称换流电容。由于换流次序的不同，使电流型逆变电路的换流电路在结构上与电压型逆变电路不同（见自换流式电压型逆变电路），但换流电路的功能却是相同的：关断退出导通的元件;将电流转移到进入导通的元件中;为下一次换流做好准备。

图 1虚线所示的附加换流电路是电流型逆变电路常用的一种。换流电容Ck被充电，当换流时作为负压加到退出导通元件。例如当T1导通时，uCk1>0(按图示正方向)；当T3导通时,uCk1即作为负压加到T1上，实现T1向T3换流，并关断T1,其他类推。电路中隔离二极管D1～D6是为了避免换流电容Ck中的电荷向负载泄放。

电流型逆变电路的局限性是换流时间取决于换流电容Ck和负载电感，换流时会产生瞬时过电压。适当增大Ck可抑制这种过电压，但要增加换流时间。为避免换流时间占有过大比例，电流型逆变电路工作频率范围较低。

参考书目

冯信康、杨兴瑶编译：《电力传动控制系统原理与应用》，水利电力出版社，北京，1985。

具有并联谐振式负载的逆变电路。生产中用以构成静止式中频加热电源。并联逆变电路有两个特点：①直流电源为电流源，逆变入端串联大电感Ld，因而入端电流id平滑连续（见电流型逆变电路）；②负载是处于高端失谐的并联谐振电路，呈容性，故可采用负载换流方式（见负载换流式逆变电路）。因此，并联逆变电路也是一种负载换流式电流型逆变电路。

工作原理

概述图中LH代表含有加热工件的感应线圈。为了提高负载端的功率因数，在LH两端并联补偿电容CH，组成并联谐振式负载电路。其固有谐振角频率ω0可近似表示为由并联谐振电路分析可知，若外加电源的角频率ω=ω0，则电路处于谐振状态，电路呈纯阻性；若ω>ω0,则电路处于高端失谐状态，呈容性。

概述图中逆变电路采用桥式结构，各导电臂均用普通晶闸管组成。当T1T3导通而T2T4阻断时，ia=Id；当T2T4导通而T1T3阻断时,ia=-Id；当T1～T4轮番通断时,ia即为交变方波，方波幅值为Id，重复角频率ω则取决于T1～T4门极控制脉冲。当ω>ω0时,负载将呈容性，可以利用负载电压ua作为换流电压关断退出导通的开关元件，因而即使采用普通晶闸管时也无需设置专门的换流电路。

尽管并联逆变电路的输出电流ia为交变方波，但这一电路的输出电压ua却近似为正弦波。这是由于ia中基波以外的电流谐波均从负载电容CH中旁路的缘故。

并联逆变电路的直流电源采用相控整流电路如概述图所示。该电路的作用有以下两个。

①调节逆变输出功率PH。若忽略逆变电路损耗，应有

PH=Pd=UdId

式中Pd为直流功率，Ud为直流电压平均值，Id为直流电流id平均值。由式可见，在相同的负载下，改变Ud就可实现PH的调节。由相控整流电路分析可知

Ud=2.35U2cosα

式中U2为电网相电压方均根值,α为滞后控制角。上两式表明，改变α 即可调节PH。

②抑制故障电流。当逆变电路产生故障时，如果T1、T4同时导通,则直流电源将沿电感Ld短路,如不加以控制，将流过很大的短路电流。由相控整流电路分析可知，在概述图所示电路的情况下,如果α>90°, 整流电路将转入逆变工作状态，负载端电能将反馈回交流电网。因此，采用这种方法，当逆变端产生短路电流时，使α>90°，则原先贮存在Ld中的能量将返回电网，从而抑制故障电流。

应用领域 　并联逆变电路的典型应用是构成静止式中频加热电源。它的技术经济指标均比旋转式中频机组优越，因而得到广泛应用。它的最高单台容量为2MW,多台并联达10MW。中国产并联逆变电路能输出频率从1kHz至10kHz不同规格的交流电能,单机最高容量为500kW,多台并联最高容量为2000kW，工业上被广泛应用于感应加热领域，对金属进行熔炼或对工件进行透热和淬火。在60年代以前，传统感应加热电源是旋转式中频机组。60年代末期，出现了由晶闸管组成的静止式中频加热电源。由于后者具有易于生产、控制方便、低噪声、无需基建投资、高效率、节约铜材等优点，正逐步取代了旋转式中频机组。截至1985年，中国已有近5000台静止式中频加热电源投入运行，分别应用于机械、冶金、交通、造船、军工、轻工等行业。2100433B