第4章 逆變電路

第4章逆變電路

4.1換流方式

4.2電壓型逆變電路

4.3電流型逆變電路

4.4多重逆變電路和多電平逆變電路

與整流相對應，將直流電變換為交流電稱為逆變。當交流側接在電網上，即交流側接有電源時，稱為有源逆變；當交流側直接和負載相連時，稱為無源逆變。通常所說的逆變一般多指無源逆變電路。逆變電路的應用非常廣泛，在已有的各種電源中，蓄電池、干電池、太陽能電池等都是直流電源，當需要這些電源向交流負載供電時，就需要逆變電路。第4章逆變電路4.1換流方式■逆變電路的基本工作原理◆單相橋式逆變電路：4.1換流方式■逆變電路的基本工作原理電路中4個臂由電力電子器件S1～S4及其輔助電路組成。當開關S1、S4閉合，而S2、S3斷開時，負載電壓uo為正；當開關S2、S3閉合，而S1、S4斷開時，負載電壓uo為負。這樣就把直流電變成了交流電。改變兩組開關的切換頻率，就可以改變輸出交流電的頻率。

◆當負載為電阻時，負載電流io和電壓uo的波形形狀相同，相位也相同。

4.1換流方式■逆變電路的基本工作原理

◆當負載為阻感時，電流io的基波電位滯后于電壓uo的基波，兩波形形狀也不同。設t1時刻以前開關S1、S4閉合，S2、S3斷開，uo和io均為正。在t1時刻斷開S1、S4，閉合S2、S3，則uo極性立即為負，但由于負載中有電感，其電流方向仍維持原方向。這時負載電流從直流電源負極流出，經S2、負載、S3流回正極，負載電感中儲存的能量向直流電源反饋，負載電流逐漸減小，至t2時刻降為零。之后io才反向并逐漸增大。開關S2、S3斷開，S1、S4閉合的情況與此類似。4.1換流方式■換流方式的分類變流電路在工作過程中不斷地發(fā)生電流從一個支路向另一個支路的轉移，這就是換流。換流方式在逆變電路中占有突出的地位。逆變電路可以從不同的角度進行分類。如按換流方式分類、按輸出相數(shù)分類，也可按直流電源的性質分類。按直流電源的性質分類，可分為電壓型和電流型兩大類。4.1換流方式■換流方式的分類換流過程是指電流從一個支路向另一個支路轉移的過程，也稱為換相。在換流過程中，有的支路由通態(tài)轉為斷態(tài)，有的由斷態(tài)轉為通態(tài)。從斷態(tài)向通態(tài)轉移時，無論支路是由全控型還是半控型電力電子器件組成，只要給門極適當?shù)尿寗有盘枺涂墒蛊溟_通。但從通態(tài)向斷態(tài)轉移時情況有所不同。全控型器件可以通過對門極的控制使其關斷，而對于半控型的晶閘管來說，就不能通過對門極的控制使其關斷，必須利用外部條件或采取其他措施才能使其關斷。所以對于晶閘管器件，其換流方式主要是研究如何使其關斷。4.1換流方式■換流方式的分類◆器件換流。利用全控型器件的自關斷能力進行換流稱為器件換流（DeviceCommutation）。在采用IGBT、電力MOSFET、GTO、GTR等全控型器件的電路中，其換流方式即為器件換流?！綦娋W換流。由電網提供換流電壓稱為電網換流（LineCommutation）。在換流時，只要把負的電網電壓施加在欲關斷的晶閘管上即可使其關斷。如前面講述的可控整流電路，三相交流調壓電路和采用相控方式的交-交變頻電路也都是電網換流方式。4.1換流方式■換流方式的分類◆負載換流。由負載提供換流電壓的方式稱為負載換流（LoadCommutation）。凡是負載電流超前于負載電壓的場合，均可實現(xiàn)負載換流。當負載為電容性負載時，即可實現(xiàn)負載換流。另外，當負載為同步電動機時，由于可以控制勵磁電流使負載呈現(xiàn)容性，所以也可以實現(xiàn)負載換流。4.1換流方式■換流方式的分類◆負載換流。下圖為基本的負載換流逆變電路，其4個橋臂均由晶閘管組成。負載由電阻電感串聯(lián)后再和電容并聯(lián)，整個負載工作在接近并聯(lián)諧振狀態(tài)而略呈容性。4.1換流方式■換流方式的分類◆負載換流。實際電路中，電容往往是為了改善負載功率因數(shù)，使其略呈容性而接入的。在直流側串入了一個很大的電感Ld，因而在工作過程中可以認為id基本沒有脈動，所以負載電流基本呈現(xiàn)為矩形波。又由于負載是工作在對基波電流接近并聯(lián)諧振的狀態(tài)，故對基波的阻抗很大而對諧波的阻抗很小，因此負載電壓uo的波形接近于正弦波。4.1換流方式■換流方式的分類◆負載換流。設在t1時刻前VT1、VT4為通態(tài)，VT2、VT3為斷態(tài)，uo、io均為正，VT2、VT3上施加電壓為uo。在t1時刻觸發(fā)VT2、VT3，負載電壓uo通過VT2、VT3分別加在VT4、VT1上，使其承受反壓而關斷，電流也從VT1、VT4上轉移至VT2、VT3上。觸發(fā)VT2、VT3的時刻必須在uo過零點之前并留有一定的裕量，才能保證換流順利完成。從VT2、VT3到VT1、VT4的換流過程和上述情況類似。4.1換流方式■換流方式的分類◆強迫換流。設置附加的換流電路，給欲關斷的晶閘管強迫施加反向電壓或反向電流的換流方式稱為強迫換流（ForcedCommutation）。強迫換流通常利用附加電容上所儲存的能量來實現(xiàn)，因此也稱為電容換流。在強迫換流方式中，由換流電路內電容直接提供換流電壓的方式稱為直接耦合式強迫換流，其工作原理圖見下頁圖（a）。當晶閘管VT處于通態(tài)時，預先給電容C按圖示極性充電。如果合上開關S，就可以使晶閘管由于施加反壓而關斷。4.1換流方式■換流方式的分類◆強迫換流工作原理圖如果通過換流電路內的電容和電感的耦合來提供換流電壓或換流電容，則稱為電感耦合式強迫換流，如圖中（b）、（c）所示。4.1換流方式■換流方式的分類—強迫換流

◆在圖（b）中，接通開關S后，LC振蕩電流將反向流過晶閘管VT，與VT的負載電流相減，直到VT的合成正向電流減至零后，再流過二極管VD。◆在圖（c）中，接通開關S后，LC振蕩電流先正向流過VT并和VT中原有負載電流疊加，經半個振蕩周期后，振蕩電流反向流過晶閘管VT，直到VT的合成正向電流減至零后再流過二極管VD。在這兩種情況下，晶閘管都是在正向電流減至零且二極管開始流過電流時關斷。二極管上的管壓降就是加在晶閘管上的反向電壓。4.1換流方式■換流方式的分類

圖(a)中，給晶閘管加反向電壓使其關斷的換流方法稱為電壓換流；圖(b)、(c)中，先使晶閘管電流減為零，然后通過反并聯(lián)二極管使其加上反向電壓實現(xiàn)換流的方法稱為電流換流。四種換流方式中，只有器件換流適合于全控型器件，其余三種方式主要是針對晶閘管的。器件換流和強迫換流都是因為器件或變流器本身的原因而實現(xiàn)換流的，二者屬于自換流；電網換流和負載換流不是依靠變流器自身原因，而是借助于外部手段（電網電壓或負載電壓）來實現(xiàn)換流的，它們屬于外部換流。4.2電壓型逆變電路逆變電路根據(jù)直流側電源性質的不同分為兩種：直流側是電壓源的稱為電壓源型逆變電路(VSI，VoltageSourceInverter)；直流側是電流源的稱為電流源型逆變電路(CSI，CurrentSourceInverter)。例：全橋逆變電路4.2電壓型逆變電路■電壓型逆變電路主要有以下特點：◆直流側為電壓源，或并有大電容器，相當于電壓源。此時直流側電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。◆由于直流電壓源的鉗位作用，交流側輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關。但交流側輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同?！舢斀涣鱾葹樽韪胸撦d時需要提供無功功率，直流側電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋無功功率提供通道，在每個逆變橋臂上均并聯(lián)有反饋二極管。4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆半橋逆變電路。4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆半橋逆變電路。它有兩個橋臂，每個橋臂由一個可控器件和一個反并聯(lián)的二極管組成。在直流側接有兩個串聯(lián)的足夠大的電容，兩個電容的聯(lián)結點便成為直流電源的中點。負載聯(lián)接在直流電源中點和兩個橋臂聯(lián)結點之間。4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆半橋逆變電路。

設開關器件V1和V2的柵極信號在一個周期內各有半周正偏、半周反偏，且二者互補。當負載為感性時，其工作波形如圖（b）所示。輸出電壓uo為矩形波，其幅值為Um=Ud/2。輸出電流io的波形隨負載情況而異。設t2時刻前V1為通態(tài)，V2為斷態(tài)。在t2時刻給V1關斷信號，給V2導通信號，則V1關斷，但負載電流io不能立即改變方向，于是VD2導通續(xù)流。到t3時刻io降為零，VD2截止，V2才導通，io開始反向。4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆半橋逆變電路。同樣，在t4時刻給V2關斷信號、V1導通信號，則V2關斷，負載電流io不能立即反向，所以VD1先導通續(xù)流，t5時刻io降為零，VD1截止，V1才導通。當V1或V2為通態(tài)時，負載電流和電壓同方向，直流側向負載提供能量；當VD1或VD2為通態(tài)時，負載電流和電壓反方向，負載中存儲的能量向直流側反饋，即負載電感將其吸收的無功能量反饋回直流側。4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆半橋逆變電路。反饋回的能量暫時儲存在直流側電容器中，直流側電容器起著緩沖這些無功能量的作用。由于二極管VD1、VD2是負載向直流側反饋能量的通道，故稱為反饋二極管；同時它又起著使負載電流連續(xù)的作用，又稱續(xù)流二極管。

電路的優(yōu)點是簡單，使用的器件少；其缺點是輸出交流電壓的幅值Um僅為Ud/2，且直流側需要兩個電容器串聯(lián)，工作時還要控制兩個電容器電壓的均衡，所以常用于幾kW以下的小功率逆變電源。4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆全橋逆變電路。全橋逆變電路共有四個臂，可以看成是由兩個半橋電路組合而成的。橋臂1和橋臂4為一對，橋臂2和橋臂3為另一對，成對的兩個橋臂同時導通，兩對橋臂各交替導通180。輸出電壓uo波形與半橋電路的電壓波形形狀相同，也是矩形波，但其幅值高出一倍，Um=Ud。在直流電壓和負載都相同的情況下，其輸出電流io波形與半橋電路的電流波形形狀也相同，僅幅值增加一倍。4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆全橋逆變電路4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆全橋逆變電路。半橋電路中VD1、V1、VD2、V2相繼導通的區(qū)間對應于全橋電路中VD1和VD4、V1和V4、VD2和VD3、V2和V3相繼導通的區(qū)間。關于無功能量的交換，對于半橋電路的分析也完全適用于全橋逆變電路。4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆全橋逆變電路—參數(shù)計算將幅值為Ud的矩形波uo進行傅里葉變換，可得其中基波幅值和基波有效值為4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆全橋逆變電路—參數(shù)計算上述公式對于半橋逆變電路也是適用的，只是式中的Ud應更換為Ud/2。同時，前面分析的都是uo為正負電壓各為180的脈沖時的情況。在這種情況下，要改變輸出交流電壓的有效值，只能通過改變直流電壓Ud來實現(xiàn)。4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆全橋逆變電路的移相調壓方式（阻感式負載）4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆全橋逆變電路的移相調壓方式在阻感負載時，還可采用移相的方式來調節(jié)逆變電路的輸出電壓，稱為移相調壓。其實質是調節(jié)輸出電壓脈沖的寬度。在全橋逆變電路中，各IGBT的柵極信號仍為180正偏、180反偏，并且V1和V2的柵極信號互補，V3和V4的柵極信號互補，但V3的柵極信號與V1的柵極信號相差不是180，而是落后，。也就是說，V3、V4的柵極信號不是分別和V2、V1的柵極信號同相位，而是前移了。4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆全橋逆變電路的移相調壓方式這樣，輸出電壓uo不再是正負各為180的脈沖，而是正負各為的脈沖，各IGBT柵極信號～及輸出電壓uo、輸出電流io波形如圖（b）所示。設在t1時刻前V1和V4導通，輸出電壓uo為Ud。在t1時刻V3、V4柵極信號反向，V4截止，但因負載電感中電流io不能突變，所以V3不能立即導通，VD3導通續(xù)流。因為V1和VD3同時導通，所以輸出電壓為零。4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆全橋逆變電路的移相調壓方式到t2時刻V1、V2柵極信號反向，V1截止，但V2不能立刻導通，VD2導通續(xù)流，和VD3構成電流通道，輸出電壓為－Ud。到負載電流過零并開始反向時，VD2和VD3截止，V2和V3開始導通，uo仍為－Ud。在t3時刻V3、V4的柵極信號再次反向，V3截止，而V4不能立刻導通，VD4續(xù)流，uo再次為0。之后的過程和前述的類似。這樣，輸出電壓的正負脈沖寬度就各為。改變就可以調節(jié)輸出電壓。4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆全橋逆變電路的移相調壓方式在純電阻負載時，采用上述移相方法也可以得到相同的結果，只是VD1～VD4不再導通，不起續(xù)流作用。在uo為零的期間，四個橋臂均不導通，負載中也無電流。顯然，上述移相調壓方法并不適用于半橋逆變電路。不過在純電阻負載時，仍可采用改變正負脈沖寬度的方法來調節(jié)半橋逆變電路的輸出電壓。這時，上下兩橋臂的柵極信號不再是各180正偏、180反偏并且互補，而是正偏的寬度為，反偏的寬度為，兩者相位差為180。這時輸出電壓uo也是正負脈沖寬度為的矩形波。4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆帶中心抽頭變壓器的逆變電路

4.2電壓型逆變電路■單相電壓型逆變電路◆帶中心抽頭變壓器的逆變電路電路工作時交替驅動兩個IGBT，通過變壓器的耦合給負載加上矩形波交流電壓。兩個二極管的作用也是給負載電感中儲存的無功能量提供反饋通道。在Ud和負載參數(shù)相同、且變壓器一次側兩個繞組和二次繞組的匝數(shù)比為1:1:1的情況下，該電路的輸出電壓uo和輸出電流io的波形及幅值與全橋逆變電路的完全相同，所以參數(shù)計算與全橋電路相同。4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路應用最廣的是三相橋式逆變電路。采用IGBT作為開關器件的三相電壓型橋式逆變電路如下圖所示，該電路可視為由三個半橋逆變電路組成。（180°導通型）4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路電路中直流側通常只用一個電容器就可以了，但為分析方便，還是畫出了串聯(lián)的兩個電容器并標出了假想的中點。三相電壓型橋式逆變電路的基本工作方式仍采用180導電方式，即每個橋臂的導電角度為180，同一相（即同一半橋）上下兩個臂交替導電，各相開始導電的角度依次相差120。這樣，在任一瞬間，將有三個橋臂同時導通。因此，每次換流都是在同一相上下兩個橋臂之間進行，所以也稱為縱向換流。4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路

◆工作波形分析

4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路

◆工作波形分析對于U相輸出來說，當橋臂1導通時，；當橋臂4導通時，。因此的波形是幅值為的矩形波。V相、W相的情況和U相類似，、的波形形狀和相同，只是在相位上依次相差120。相應波形見圖（a）、（b）、（c）所示。4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路

◆工作波形分析負載線電壓、、可由下式求出圖（d）是依上式畫出的的波形。4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路

◆工作波形分析設負載中點N與直流電源假想中點之間的電壓為，則負載各相的相電壓分別為將上述各式相加并整理可得：4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路

◆工作波形分析設負載為三相對稱負載，則有所以可得：由此可得的波形如圖（e）所示，它也是矩形波，但其頻率是頻率的3倍，幅值為幅值的1/3，即。

4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路

◆工作波形分析圖（f）給出了的波形，它由和相減得到。、的波形與相同，僅是相位上依次相差120。當負載參數(shù)已知時，可以由的波形求出U相電流iU的波形。負載的阻抗角不同，iU的波形形狀和相位都有所不同。圖（g）給出的是阻感負載下小于30時iU的波形。橋臂1和橋臂4之間的換流過程和半橋電路相似。4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路

◆工作波形分析上橋臂1中的V1從通態(tài)轉換到斷態(tài)時，因負載電感中電流不能突變，下橋臂4中的VD4先導通續(xù)流，待負載電流降到零，橋臂4中電流反向時，V4才開始導通。負載阻抗角越大，VD4導通的時間就越長。即為橋臂1導電的區(qū)間，其中時為VD1導通，時為V1導通；即為橋臂4導電的區(qū)間，其中時為VD4導通，時為V4導通。4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路

◆工作波形分析

iV、iW的波形與iU形狀相同，相位依次相差120。把橋臂1、3、5的電流相加，就可得到直流側電流的波形id，如圖（h）所示?？梢钥闯觯琲d每隔60脈動一次，而直流側電壓基本上無脈動，因此逆變器從交流側向直流側傳送的功率是脈動的，且脈動的情況和id的脈動情況大體相同。4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路

◆電路參數(shù)計算對三相橋式逆變電路的輸出電壓作定量分析，把輸出線電壓展開成付里葉級數(shù)可得式中，，k為自然數(shù)。4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路

◆電路參數(shù)計算輸出線電壓有效值為基波幅值和基波有效值分別為4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路

◆電路參數(shù)計算對負載相電壓進行分析。把展開成付里葉級數(shù)可得

式中，，k為自然數(shù)。4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路

◆電路參數(shù)計算負載相電壓有效值為

基波幅值和基波有效值分別為4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路在上述180導電方式逆變器中，為防止同一相上下兩個橋臂的開關器件同時導通而引起直流側電源的短路，應采取“先斷后通”的方法。即：先給應關斷的器件關斷信號，待其關斷后留有一定的時間裕量，然后再給應導通的器件發(fā)出開通信號，即在兩者之間留一個短暫的死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短要視器件的開關速度而定，器件的開關速度越快，所留的死區(qū)時間就可以越短。該方法也適用于上、下橋臂采用通斷互補方式的電路。4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路例：三相橋式電壓型逆變電路，180導電方式，，試求輸出相電壓的基波幅值和有效值、輸出線電壓的基波幅值和有效值、輸出線電壓中7次諧波的有效值。解：4.2電壓型逆變電路■三相電壓型逆變電路例：三相橋式電壓型逆變電路，180導電方式，，試求輸出相電壓的基波幅值和有效值、輸出線電壓的基波幅值和有效值、輸出線電壓中7次諧波的有效值。解：4.3電流型逆變電路在逆變電路中，直流電源為電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路。實際上理想直流電流源并不多見，一般是在逆變電路直流側串聯(lián)一個大電感，因為大電感中的電流脈動很小，因此可近似看成直流電流源。如下圖：4.3電流型逆變電路■電流型逆變電路的主要特點◆直流側串聯(lián)有大電感，相當于電流源。直流側電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗?！綦娐分虚_關器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側輸出電流為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電壓波形和相位則因負載阻抗情況的不同而不同?！舢斀涣鱾葹樽韪胸撦d時需要提供無功功率，直流側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器件反并聯(lián)二極管。4.3電流型逆變電路■單相電流型逆變電路下圖是一種單相橋式電流型逆變電路的原理圖。4.3電流型逆變電路■單相電流型逆變電路

電路由4個橋臂構成，每個橋臂的晶閘管各串聯(lián)一個電抗器LT。LT用來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1000～2500Hz的中頻輪流導通，就可以在負載上得到中頻交流電。該電路是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。實際負載一般是電磁感應線圈，用來加熱置于線圈內的鋼料。4.3電流型逆變電路■單相電流型逆變電路因為是電流型逆變電路，故其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，且諧波幅值遠小于基波。因基波頻率接近負載電路諧振頻率，故負載電路對電流基波呈現(xiàn)高阻抗，而對諧波呈現(xiàn)低阻抗，諧波在負載電路上產生的壓降很小，因此負載電壓的波形接近于正弦波。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。4.3電流型逆變電路■單相電流型逆變電路◆波形分析

設t1～t2之間為晶閘管VTl和VT4穩(wěn)定導通階段，負載電流io=Id，近似為恒值，t2時刻之前在電容C上（即負載上）建立了左正右負的電壓。4.3電流型逆變電路■單相電流型逆變電路

◆波形分析在t2時刻觸發(fā)晶閘管VT2和VT3，因在t2前VT2和VT3的陽極電壓等于負載電壓uo，為正值，故VT2和VT3開通，開始進入換流階段。由于每個晶閘管都串有換流電抗器LT，故VT1和VT4在t2時刻不能立刻關斷，其電流有一個逐漸減小的過程。同樣VT2和VT3的電流也有一個逐漸增大的過程。t2時刻后，4個晶閘管全部導通，負載電容電壓經兩個并聯(lián)的放電回路同時放電（如圖中的虛線所示）。4.3電流型逆變電路■單相電流型逆變電路

◆波形分析在這個過程中，VTl、VT4電流逐漸減小，VT2、VT3電流逐漸增大。當t

=

t4

時，VT1、VT4電流減至零而關斷，直流側電流全部從VTl、VT4轉移到VT2、VT3，換流階段結束。稱為換流時間。因為負載電流，所以在t3時刻（即時刻）過零，t3時刻大體位于t2和t4時刻的中點。4.3電流型逆變電路■單相電流型逆變電路

◆波形分析晶閘管在電流減小到零后，尚需一段時間才能恢復正向阻斷能力。因此，在t4時刻換流結束后，還應使VT1、VT4繼續(xù)承受一段反壓時間才能保證其可靠關斷。應大于晶閘管的關斷時間。如果VTl、VT4尚未恢復阻斷能力就被加上正向電壓，將可能重新導通，致使逆變失敗。4.3電流型逆變電路■單相電流型逆變電路

◆波形分析為保證可靠換流，應在負載電壓uo過零前時刻（）去觸發(fā)VT2、VT3，稱為觸發(fā)引前時間，從波形圖中可得。從圖中還可以看出，負載電流io超前于負載電壓uo的時間為，則。把表示為電角度（弧度）可得4.3電流型逆變電路■單相電流型逆變電路

◆波形分析圖中t4～t6之間是VT2、VT3的穩(wěn)定導通階段。t6時刻以后又進入從VT2、VT3導通向VT1、VT4導通的換流階段，其過程和前面的分析類似。晶閘管的觸發(fā)脈沖uG1～uG4、晶閘管承受的電壓uVT1～uVT4以及A、B間的電壓uAB也都示于圖中。4.3電流型逆變電路■單相電流型逆變電路

◆波形分析在換流過程中，上下橋臂的LT上的電壓極性相反，如果不考慮晶閘管壓降，則uAB=0?？梢钥闯觯瑄AB的脈動頻率為交流輸出電壓頻率的兩倍。在uAB為負的部分，逆變電路從直流電源吸收的能量為負，即補償電容C的能量向直流電源反饋。這實際上反映了負載和直流電源之間無功能量的交換。在直流側，Ld起到緩沖這種無功能量的作用。4.3電流型逆變電路■單相電流型逆變電路

◆電路參數(shù)計算如果忽略換流過程，io可近似看成矩形波。展開成傅里葉級數(shù)可得其基波電流有效值為4.3電流型逆變電路■單相電流型逆變電路

◆電路參數(shù)計算如果忽略電抗器Ld的損耗，則uAB的平均值應等于Ud。若再忽略晶閘管壓降，則從圖中uAB的波形可得4.3電流型逆變電路■單相電流型逆變電路

◆電路參數(shù)計算一般情況下值較小，可近似認為所以可得或者4.3電流型逆變電路■單相電流型逆變電路上述討論中，認為負載參數(shù)不變，逆變電路的工作頻率也是固定的。但實際中在中頻加熱和鋼料熔化過程中，感應線圈的參數(shù)是隨時間而變化的，所以固定的工作頻率無法保證晶閘管的反壓時間大于關斷時間，可能導致逆變失敗。為了保證電路正常工作，必須使工作頻率能適應負載的變化而自動調整。這種控制方式稱為自勵方式，即逆變電路的觸發(fā)信號取自負載端，其工作頻率受負載諧振頻率的控制。4.3電流型逆變電路■單相電流型逆變電路與自勵式相對應，固定工作頻率的控制方式稱為他勵方式。自勵方式存在著起動的問題，因為在系統(tǒng)未投入運行時，負載端沒有輸出，無法取出信號。解決這一問題的方法之一是先用他勵方式，系統(tǒng)開始工作后再轉入自勵方式。另一種方法是附加預充電起動電路，即預先給電容器充電，起動時將電容能量釋放到負載上，形成衰減振蕩，檢測出振蕩信號后實現(xiàn)自勵。4.3電流型逆變電路■三相電流型逆變電路

◆電路原理圖（120°導通型）

4.3電流型逆變電路■三相電流型逆變電路

◆電路原理圖上頁中電流型三相橋式逆變電路的基本工作方式是120導電方式。即每個臂一周期內導電120，按VT1到VT6的順序每隔60依次導通。這樣，在每個時刻，上橋臂組的三個臂和下橋臂組的三個臂中都各有一個臂導通。換流時，是在上橋臂組或下橋臂組的組內依次換流，故稱為橫向換流。4.3電流型逆變電路■三相電流型逆變電路

◆電路波形分析

4.3電流型逆變電路■三相電流型逆變電路

◆電路波形分析輸出交流電流波形和負載性質無關，是正負脈沖寬度各為120的矩形波，如圖所示。輸出電流波形和三相橋式可控整流電路在大電感負載下的交流輸入電流波形形狀相同。因此，它們的諧波分析表達式也相同。輸出線電壓波形和負載性質有關，圖中給出的波形大體為正弦波，但疊加了一些脈沖，這是由于逆變器中的換流過程而產生的。4.3電流型逆變電路■三相電流型逆變電路

◆電路參數(shù)計算輸出交流電流的基波有效值IU1和直流電流Id的關系為和電壓型三相橋式逆變電路中求輸出線電壓有效值相比（4-11式），因兩者波形形狀相同，所以兩個公式的系數(shù)相同。基波幅值為4.3電流型逆變電路■串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路

◆電路原理圖主要用于中大功率交流電動機調速系統(tǒng)。4.3電流型逆變電路■串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路

◆電路原理圖可以看出，這是一個電流型三相橋式逆變電路，因為各橋臂的晶閘管和二極管串聯(lián)使用而得名。電路仍采用前述的120導電方式，輸出電流波形與前述的三相橋式逆變輸出波形大體相同。各橋臂之間換流采用的是強迫換流方式，連接于各橋臂之間的電容C1～C6即為換流電容。換流電容C13，是C3與C5串聯(lián)后再與C1并聯(lián)的等效電容。設C1～C6的電容值均為C，則C13=3C/2。4.3電流型逆變電路■串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路

◆工作原理–VT1到VT3的換流過程

4.3電流型逆變電路■串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路

◆工作原理–VT1到VT3的換流過程設換流前逆變電路已