三相全桥式逆变器应用原理 电路图

作者：微叶科技 时间：2015-05-20 15:43

1)电压型三相全桥式逆变器

电压型三相全桥式逆变器 电路及其波形如图1所示，图1 (a)为电路结构，图1(b)为输出电压波形。在图1 (a)中的N是负载的中点，O为直流输入电源的中点，它是一个为讨论方便而虚设的点。每个桥臂的上下开关管轮流导通180。，这样，流经每相负载的电流是连续的。我们称其为180。导通型三相全桥式逆变器。六个功率开关管的导通次序为Vl、V2，V3、V4，V5、V6。分析时，假设三相负载是对称的，ZA=ZB=ZC=Z。下面以阻性负载和感性负载两种情况进行讨论。

图1  电压型三相全桥式逆变器电路及其波形

(1)阻性负载

从图3-16( b)可知，线电压UAB、UBC和UCA为矩形波，其宽度为120。，幅值为土Vcc，各电压之间的相位差为120°；相电压UAN、UBN和UCN为6 阶梯波，幅值为±2Vcc/3，每一阶的宽度为60。，各电压间的相位差为120°；N点与O点之间的电压UNO为方波，其频率为基波频率的3倍，幅值为Vcc/6。各相的负载电流与其相电压同相，也是6 阶梯波。

输出线电压和输出相电压的傅里叶级数表达式分别为

输出相电压的峰值UAN(P)＝o．666Vcc。

从式(3-2)和式(3-3)可知，输出线电压UAB的基波峰值UABI(P)＝1.lV cc，基波有效值

UABI(E)=0.78Vcc；输出相电压UAN的基波峰值UANI(P)=0. 636Vcc，基波有效值UANI(P)=0.45Vcc。

(1)感性负载

逆变器的负载为

　　，则负载角

　　，根据负载

　　的不同，可以将逆变器的换流过程分为

　　两种情况。

　　的情况

假设原始状态为Vl、V6、V5导通，如图2(a)所示。图中的IA、IB和lC分别为A相、B相和C相的电流，I为输入电源的电流。各个电流的方向如图中的箭头所示。

当开关管V5关断，此时lC不会立即中断，只能通过二极管V8续流，从而完成C相桥臂上下功率开关管的换流过程。V1、V6、V8导通时的状态如图2 (b)所示。续流时，电流lc逐渐下降，过零后向反方向增长。因负载

　　，\\V8的续流时间小于π/3，I的方向不变。逆变器输出电压波形与阻性负载时相同，见图1(b)。

图2  180°导通电压型三相全桥式逆变器在

　　时的换流过程

综上所述，在感性负载

　　时，180°导通型三相全桥式逆变器有两种工作模式：三个功率开关管导通和两个功率开关管导通、一个二极管续流，如图3(a)和(b)所示。

图3  180°导通电压型三相全桥式逆变器在

　　时的工作模式

　　情况下

假设原始状态为V7、V6、V5导通，电流 IA、IB、IC和I的方向如图4 (a)所示。当功率开关管V5关断时，电流 Ic不会突变，由二极管V8续流。V7和V8同时续流，使电流 I 改变方向，负载侧向直流输入电源传输能量，如图4(b)所示。当 V7完成续流关断时，Vl导通，电流 IA改变方向，再次出现两个功率开关管导通、一个二极管续流的工作模式。

图4 180°导通电压型三相全桥式逆变器在情况二时的换流过程

综上所述，在感性负载

　　时，180°导通电压型三相全桥式逆变器有两种工作模式：一个功率开关管导通、两个二极管续流和两个功率开关管导通、一个二极管续流，如图3(c)和(b)所示。

2)电流型三相全桥式逆变器

图5给出了120°导通电流型三相全桥式逆变器的原理图。在电流型逆变器中，采用电感L为储能元件，当 L很大时，由于L中的电流不能发生突变，输入电流IL近似恒定。各功率开关管的驱动信号的时序依次相差60°，功率开关管按Vl、V2、V3、V4、V5、V6的次序各自导通120°，这样，在任意时间上，只有两只功率开关管导通。

若负载采用△接法，负载与电流型三相逆变器的连接如图5所示。阻性负载时，流经各功率开关管的电流iVl～iV6为宽为120°，高为IL的矩形波，而负载电流 iAB、iBC和iCA的波形为前后沿陡峭的梯形波，如图6所示。

图5 120°导通电流型三相全桥式逆变器的原理图

若阻性负载为Y（星形）接法时，120°导通电流型三相全桥式逆变器电路和相电流的波形如图6(b)所示。负载相电流 iA、iB和iC的波形为宽为120°，高为IL的矩形波。

图6 阻性负载为Y(星形)接法时，120°导通电流型三相全桥式逆变器电路

图4 和图5中的负载电流的均方根值可按下式计算（以A相为例）

电流型三相全桥式逆变器常用于电动机调速，此时的负载为感性负载。假设电动机的绕组为△连接，与阻性负载相比较，负载电流 i AB、i BC和iCA的波形虽然为梯形波，但由于感性负载的存在，电流不可能发生突变，电流的变化需要一定的时间。具有电动机负载的电流型三相逆变器电路和工作波形如图8所示。

图8中，电动机的各相绕组可以等效于一个基波电压与电感串联，各基波电压为

从图8(b)可以看出，电流 iAB、iBc、iCA虽然与阻性负载一样，仍然是六阶梯波（图中仅给出了i AB的波形），但 由于电动机的电感的原因，各电流将按一定规律变化。从式(3-9)知，线电压uAB、uBC、uCA因di AB/dt、diBC /dt、diCA/dt的缘故，将在换相时产生电压过冲，如图8 (b)所示。

图8  具有电动机感性负载三角形接法的电流型三相逆变器电路和工作波形

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