自换流式逆变电路

概述

设有专门换流电路的半控型逆变电路。当负载为非容性时，逆变电路便不可能利用负载电压来关断退出导通的晶闸管,而必须在主电路中设置独立的换流电路,由电路自身提供换流电压。由于换流电路（见自换流式电压型逆变电路）的存在，使逆变电路的损耗、体积、重量和成本都相应增加。因此换流电路的形式和性能对这类逆变电路的技术经济指标有较大的影响。

由于自关断元件的开关容量还比较小，而工业上大容量的非容性负载又应用十分广泛(如交流电动机)，因而自换流式逆变电路仍有很大的发展。利用这种电路可构成各种工业用特殊交流电源，如变频调速电源（负载为异步电动机）和恒频恒压电源(如不停电电源等)。这两类电源对其输出电参数（如电压和频率等）的变化范围或稳定度有严格要求，无法采用公共电网供电方式。

根据逆变电路直流电源性质不同，自换流式逆变电路可分为自换流式电压型逆变电路和自换流式电流型逆变电路两种。

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。