一種三相橋式PWM逆變電路的應(yīng)用

熊小剛

（重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

【摘要】對大功率負(fù)載設(shè)備或供電要求較高的負(fù)載，通常選擇三相橋式電路。本文將闡述一種三相橋式PWM逆變電路的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】三相橋式 PWM 逆變電路 應(yīng)用

一、工作原理分析

圖1所示為三相橋式逆變器的主回路，逆變器的導(dǎo)通規(guī)律V1→V2→V3→V4→V5→V6→V1對功率開關(guān)器件進(jìn)行控制，則對稱三相負(fù)載上將分別得到在+1/2Ed到-1/2Ed之間變化的脈沖電壓。由于三相正弦參考波與三角載波通過調(diào)制電路分別進(jìn)行比較后對脈沖的寬度比進(jìn)行調(diào)節(jié)（如圖2中各相正弦波與三角波的交點(diǎn)，以垂直虛線標(biāo)示），負(fù)載上將得到一個(gè)與參考波成一定比例的電壓脈沖序列，如圖2中陰影部分。該脈沖序列的包絡(luò)線為可調(diào)正弦波，如其負(fù)載為感性負(fù)載，則負(fù)載電流波形趨近于正弦波。

圖3為晶體管通用型三相PWM變頻器的逆變環(huán)節(jié)的主電路原理圖。其整流環(huán)節(jié)采用二極管橋式整流電路，在此不再贅述。濾波電容器Gd起著平波和中間儲(chǔ)能的作用，為電感性負(fù)載提供無功功率。

PWM逆變器主要由6個(gè)大功率晶體管V1～V6、6個(gè)續(xù)流二極管VD1～VD6、泵升電壓限制電路（R7，V7）組成，V1～V6工作于開關(guān)狀態(tài)，其開關(guān)模式取決于供給基極的PWM控制信號，輸出交流電壓的幅值和頻率通過控制開關(guān)開通時(shí)間和切換點(diǎn)時(shí)間來調(diào)節(jié)。VD1～VD6用來提供續(xù)流回路，以A相負(fù)載為例：當(dāng)V1突然關(guān)斷時(shí)，A相負(fù)載電流靠VD2續(xù)流，而當(dāng)V2突然關(guān)斷時(shí)，A相負(fù)載又靠VD1續(xù)流，B、C兩相續(xù)流原理同上。由于整流電源是二極管整流器，能量不能向電網(wǎng)回饋，因此當(dāng)電動(dòng)機(jī)突然停車時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上的機(jī)械能將轉(zhuǎn)化為電能通過VD1～VD6的整流向電容Cd充電，造成直流電壓Ud的升高，因此，該電壓稱為泵升電壓。轉(zhuǎn)速越高，停車時(shí)的泵升電壓就越高，會(huì)瞬間擊穿開關(guān)器件。因此，逆變器主回路中設(shè)置了泵升電壓限制電路R7和V7，當(dāng)泵升電壓高于Ud的最高電壓限制時(shí)，V7導(dǎo)通，使電容Cd上的儲(chǔ)能通過R7消耗掉，以保證Ud小于等于所限制的最高電壓。圖中V1～V6右側(cè)并聯(lián)的電阻、電容和二極管為阻容吸收裝置，用于限制功率開關(guān)器件的dUce/dt保護(hù)器件。

二、主電路的檢測與保護(hù)

在通用變頻器中，功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，其最關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)是反向封鎖電壓Uceo和正向?qū)娏鱅cm，此外還須計(jì)算、校核集電極功率耗散Pc是否在限定值之內(nèi)，因此，變頻器工作中需要進(jìn)行電壓、電流檢測。

功率開關(guān)管的結(jié)溫不但與集電極功耗有關(guān)，也與散熱器熱阻有關(guān)，一般在散熱器上加裝溫度傳感器進(jìn)行結(jié)溫檢測，如圖4所示。

由于逆變器的最高工作電壓也就是直流母線電壓Ud，所以應(yīng)對Ud進(jìn)行電壓監(jiān)測。電壓信號的采樣方式很多，電阻分壓、霍爾傳感器等均可用于對Ud進(jìn)行電壓采樣，如圖4所示。

變頻器中的過電流信號主要分為內(nèi)部直通電流和外部故障電流兩大類。內(nèi)部直通電流只在變頻器內(nèi)部逆變電路的同橋臂開關(guān)器件間形成環(huán)流，由于電流不經(jīng)過負(fù)載，回路電阻較小，可能導(dǎo)致較大的過電流。外部故障電流主要是由負(fù)載過重或外電路短路等故障造成的，電流通路相對較復(fù)雜，通常情況會(huì)同時(shí)影響到變頻器的交流側(cè)和直流側(cè)，所以，對變頻器中電流的檢測較為復(fù)雜，常用的電流檢測原理如圖4所示。對直流母線電流檢測時(shí)，應(yīng)注意以下問題：如果只采用其中的一點(diǎn)進(jìn)行檢測，可以檢測到內(nèi)部直通電流和輸出的線間故障電流，但卻無法檢測到因輸出對地造成的短路電流。因此在實(shí)際應(yīng)用中，需要采用如圖4中所標(biāo)的兩點(diǎn)同時(shí)檢測或者將其中之一與零序電流檢測配合使用；另外可采用輸出側(cè)電流檢測，即同時(shí)對三路輸出電流進(jìn)行檢測，但該法檢測不到內(nèi)部直通電流，也需配以直流側(cè)母線電流檢測方法。

對電流進(jìn)行檢測的傳感器類型很多，如無感電阻、霍爾電流傳感器、電流互感器、零序電流檢測器等。

電流保護(hù)過程中需要特別注意的是檢測器件的快速性問題。例如GTR器件要求在50μs之內(nèi)進(jìn)行短路保護(hù)，而保護(hù)電路從檢測、比較、隔離到執(zhí)行對GTR的封鎖有一定的時(shí)間間隔，所以保護(hù)通道每一環(huán)節(jié)的滯后時(shí)間和動(dòng)作點(diǎn)都需要進(jìn)行周密的計(jì)算和實(shí)際測量，以確保在變頻器損壞之前完成保護(hù)動(dòng)作。