一種電壓型三相橋式逆變電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

湯澤容

【摘要】電壓型逆變電路在交流傳動(dòng)、不間斷電源、有源無(wú)功補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域占著一種主導(dǎo)地位，本文闡述一種電壓型三相橋式逆變電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】電壓型 三相橋式 逆變電路 設(shè)計(jì)與應(yīng)用

一、電路結(jié)構(gòu)

圖1為電壓型三相橋式逆變電路。電路由三個(gè)半橋電路組成。電路中的電容器為了分析方便畫成兩個(gè)，并有一個(gè)假想的中性點(diǎn)N，在實(shí)際中可用一個(gè)。由于輸入端施加的是直流電壓源，電力晶體管V1~V6始終保持正向偏置，VD1~VD6是與V1~V6反并聯(lián)的二極管，其作用是為感性負(fù)載提供續(xù)流回路。同一半橋，上下兩個(gè)橋臂以180°為間隔交替開通和關(guān)斷，V1~V6以60°的相位差依次開通和關(guān)斷,所以任一瞬間將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，在逆變器輸出端形成U、V、W三相電壓。

二、工作原理

圖2為三相橋式逆變電路的波形圖。設(shè)N與N連接，負(fù)載為星形聯(lián)結(jié)。在0＜ωt≤π/3之間，V1、V5和V6導(dǎo)通。負(fù)載電流經(jīng)V1和V5被送到U相和W相繞組，經(jīng)V相負(fù)載和V6流回電源。在ωt=π/3時(shí)刻，V5的觸發(fā)脈沖下降到零，V5迅速關(guān)斷，由于感性負(fù)載電流不能立即改變方向，VD2導(dǎo)通續(xù)流，C相負(fù)載電壓被鉗位到零電位。其他兩相電流通路不變。當(dāng)VD2中續(xù)流結(jié)束時(shí)（續(xù)流時(shí)間取決于負(fù)載電感和電阻的大小），W相電流反向經(jīng)V2流回電源。

三相橋式逆變電路輸出線電壓UUV的有效值為

(1)

其中基波分量有效值UUV1為

(2)

負(fù)載相電壓有效值UUN為

(3)

其中基波分量有效值UUN1為

(4)

此時(shí)負(fù)載電流由電源經(jīng)V1和U相負(fù)載，分流到V相和W相負(fù)載，分別經(jīng)V6和V2流回電源。

在ωt=2π/3時(shí)刻，V6的觸發(fā)脈沖下降到零，V6關(guān)斷，B相電流由VD3續(xù)流。當(dāng)續(xù)流結(jié)束時(shí)，VD3截止，VT3導(dǎo)通。負(fù)載電流由電源經(jīng)V1、V3、U相和V相負(fù)載，然后匯流到W相。一個(gè)周期內(nèi)其他各管的工作情況與上述分析相同。

圖1中負(fù)載為星形聯(lián)結(jié)，負(fù)載的中點(diǎn)N不與直流電源中點(diǎn)連接。假設(shè)負(fù)載為阻性負(fù)載且三相負(fù)載對(duì)稱，在0＜ωt ≤π/3之間，V1、V5和V6導(dǎo)通，逆變橋的等效電路如圖3所示。由圖可知，U相和W相負(fù)載上電壓為Ud/3，B相負(fù)載上電壓為2Ud/3。同理，在π/3＜ωt ≤2π/3之間，U相負(fù)載上電壓為2Ud/3，V相和W相負(fù)載上電壓為Ud/3。在2π/3＜ωt ≤π之間，U相和V相負(fù)載電壓為Ud/3，W相負(fù)載上電壓為2Ud/3。U相電壓UUN波形如圖4所示。V相和W相電壓波形與UUN相似，只是相位依次相差120°。線電壓波形與圖2相同。

注意為了防止同一相上下橋臂同時(shí)導(dǎo)通造成直流側(cè)電源短路，在換流時(shí)，須采取“先斷后通”的方法。