变频器中的六脉波方波逆变器

    交-直-交变频器中的逆变器一般接成三相桥式电路，组成三相交流变频电源。图2-20所示为由电力电子开关S1～S6组成的三相桥式逆变器主电路，电力电子开关可以是晶闸管．也可以是其他类型的全控器件，如MOSFET、IGBT等。在一个周期中，以一定的顺序控制各个开关管的导通和关断，使输出端A、B、C获得三相交流电压，在这个过程中如果改变开关管的导通和关断时间，即改变开关管的占空比，则可以得到不同的输出频率和电压。三相桥式逆变器有180°导通型和120°导通型两种工作方式。

    图2-20    三相桥式逆变器主电路

   1. 180°导通型逆变器

    逆变桥的同一桥臂上下两个开关管间互相换相的逆变器称为180°导通型逆变器。例如，A相当S4导通时，S1应关断，而当S1导通时又关断S4，这时每个开关管在一个周期中的导通区间是180°，其他各相均如此。设计逆变器时应保证六个开关管的导通顺序为S1→S2→S3→…→S6，为使输出三相交流电压的相序、相位正确，S1、S3、S5间相位差120°，S1、S4及S3、S6间相位差180°，依此类推。图2-21(a)绘出180°导通型逆变器的开关管导通波形和输出电压波形。设负载为星形连接，若以中性点O点为参考电位，则开关S1、S2、S3…顺次导通的区间为①②③……⑥。其在不同导通区的相电压可通过图2-22 (a)所示的等效电路求得。

    例如，在区间①中，S1、S6、S5导通，uAO→uCO→1/3Ud，uBO=2/3Ud；在区间②中，S1、S6、S2导通，uAO=2/3Ud，uBO=uCO=1/3Ud；在区间③中，S1、S3、S2导通，uAO→uBO→1/3Ud，uCO=2/3Ud；区间④～⑥与上面区间情况基本相同，只是电源极性相反，从而可画出相电压波形uAO、uBO、uCO为梯形波。线电压波形可按uAB=uAO-uBO，uBC=uBO-uCO，uCA=uCO-uAO求得，为一矩形波。从图2-22 (a)的波形图，可以容易地求出电压有效值。

   (2-13)

   (2-14)

    图2-21    三相桥式逆变器电压波形

    这种类型的逆变器通常用于电压型逆变器中，它的优点是输出电压比较高，缺点是上下桥臂的开关器件换流时，可能会发生直通现象，解决方法是加入死区时间。

    图2-22    三相桥式逆变器中各区间的等效电路

   2. 120°导通型逆变器

    图2-21 (b)所示的是120°导通型逆变器，其开关管导通顺序仍是S1→S2→S3→…→S6，导通间隔为60°，但每只开关管的导通时间为120°，任意瞬间只有两个开关管同时导通，它们的换流在相邻相桥臂中进行。这种120°导通型逆变器的优点是换流安全，因为在同一桥臂上两只开关管的导通间隔有固定的60°；缺点是输出电压较低。这可从图2-22 (b)所示的等效电路分析中得到证明，其相电压波形为矩形波，幅值为1/2Ud；线电压为梯形波，幅值为Ud。

    从电压波形图可求出电压有效值为

   (2-15)

   (2-16)

    由上面给出180°或120°六脉波方式下输出电压波形来看，其谐波成分较大，会使电动机发热速度加快且转矩脉动大，特别是低速时，会影响电动机转速的平稳。

    改善波形的办法有两种：一种是由几台方波逆变器以一定相位差进行多重化连接；另一种是采用PWM控制方式。目前通用变频器无一例外地采用后一种方式。