串联电感式电压型变频器

    按照逆变器的工作原理，功率开关的导通规律是：逆变器中的电流必须从一只功率开关准确地转移到另一只功率开关中去，这个过程称为换相。当图3-2中的功率开关采用全控型器件时，由于器件本身具有自关断能力，主电路原理图完全与图3-2所示的基本电路相同。如果采用晶闸管，由于这种半控型器件不具备自关断能力，用于异步电动机变频调速系统这种感性负载时，必须增加专门的换相电路进行强迫换相，即通过换相电路对晶闸管施加反压使其关断。采用的换相电路不同，逆变器的主电路也不同，图3-7示出三相串联电感式电压型变频器的主电路。
    图3-7    三相串联电感式电压型变频器的主电路    图中Cd、Ld构成中间滤波环节，通常Ld很小，Cd很大，晶闸管VT1~VT6作为功率开关取代了图3-2中的S1~S6。L1~L6为换相电感，位于同一桥臂上的两个换相电感是紧密耦合的，串联在两个主晶闸管之间，因而称之为串联电感式。C1~ C6为换相电容，RA~Rc为环流衰减电阻。该电路属于180°导电型，换相是在同一桥臂的两个晶闸管之间进行，采用互补换相方式，即触发一个晶闸管去关断同一桥臂上的另一个晶闸管。    现假设换相时间远小于逆变周期，换相过程中负载电流iL保持不变，并且L、C皆为理想元件，不计晶闸管触发导通时间及管压降。各元件上电压、电流正方向如图3-8a所示，以A相为例，分析由VT1换相到VT4的过程。    (1)换相前的状态    如图3-8a所示，VT1稳定导通，负载电流iL流经路线如图中虚线箭头所示。换相电容C4充电至直流电源电压Ud，同时导通的晶闸管为VT1、VT3、VT2（见图3-7）。    (2)换相阶段    如图3-8b所示，触发VT4，则C4经L4和VT4组成的电路放电，将在L4上感应出电动势，两端电压为Ud，极性上正(+)下负（-）。由于L1和L4为紧密耦合，且L1=L4，必然同时在L1上感应出相同大小的电动势，使VT1承受反向电压Ud而关断。C4在经L4放电的同时，还通过A相、C相负载放电，维持负载电流iL。因VT1关断，C1开始充电，C4继续放电，当X点电位降至Ud，VT1不再承受反压。只要使VT1承受反压时间t0大于晶闸管的关断时间toff，就能保证可靠换相。
    图3-8    三相串联电感式电压型逆变器的换相过程    a)换相前的状态b）换相阶段c）环流及反馈阶段d）负载电流反向阶段    (3)环流及反馈阶段    如图3-8c所示，C4放电结束时，通过VT4的电流达到最大值，然后开始下降，便在L4感应出电动势，其方向为上负（-）下正(+)，则VT4因承受正向电压而导通，换相电感L4的储能经VT4、VD4形成环流消耗在RA上。与此同时，感性负载中的滞后电流仍维持原来方向，经由VD4和VD5反馈回电源。因而在一段时期中，环流与负载反馈电流在VD4中并存。当环流衰减至零时，VT4将随之关断，VD4中仍继续流过负载反馈电流iL，直至iL下降至零时，VD4关断。    (4)负载电流反向阶段    如图3-8d所示，VD4关断，负载电流iL为零，只要触发脉冲足够宽（大于90°电角度），一度关断的VT4将再度导通。一旦VT4导通，负载电流立即反向，流经路线见图中虚线，同时导通的晶闸管为VT3、VT4、VT2。整个换相过程结束。    各个阶段中主要元器件上的电压、电流波形如图3-9所示。
    图3-9    换相过程中的电压、电流波形