三相桥式电压逆变电路

三相桥式电压型逆变器的主电路结构如图3-2所示，因为直流侧有滤波电容器，所以逆变电路电源成为低阻抗的电压源，电动机可以稳定地运行。通常，直流侧只有一个电容器就可以了，但是为了分析方便，画成两个相等的电容器串联在一起，并在中间标出了假想中点N′。每相由两个功率开关器件构成，上面的称为上桥臂，下面的称为下桥臂，上下桥臂的开关器件交替导通工作。工作时，每相的导电角为180°，而各相间开始导电的角度依次相差120°。这样，在任一时刻，三相都会同时导通，可能是一个上桥臂两个下桥臂，或者也可能是两个上桥臂一个下桥臂。因为换相每次都是在同一相上下两个桥臂之间进行的，因此也称为纵向换相。

图3-2 三相桥式电压型逆变电路

下面来分析该逆变电路的工作波形。对于U相输出来说，当V₁导通时，u′_UN=U_d/2，当V₄导通时，u′_UN=-U_d/2。因此，u′_UN的波形是幅值为U_d/2的方形波。V、W两相的情况和U相类似，u′_VN、u′_WN的波形和u′_UN相同，只是相位依次差120°。u′_UN、u′_VN、u′_WN的波形如图3-3a、b、c所示。负载线电压u_UV、u_VW、u_WU可由下式求出：

图d依照上式画出u_UV波形，它由±U_d和0三种电平构成。设负载中点N与直流电源假想中点N′之间的电压为u′_NN，则负载各相电压分别为

把式（3-2）各式相加，并整理可求得

通常电动机三相对称，则有u_UN+u_VN+u_WN=0，故可得(www.xing528.com)

u′_NN的波形如图e所示，它也是方形波，但其频率为u′_UN的3倍，幅值为其1/3，即U_d/6。

由式（3-2）和式（3-4）得到u_UN它的波形如图f所示，它由±2U_d/3、±U_d/3四种电平构成，u_VN、u_WN的波形和u_UN相同，仅相位依次差120°。从u_UN、u_VN、u_WN的波形可以看出，在一个周期内，波形有六种变化，每种变化时间间隔相等，并且在每一种变化中，电压幅值恒定，像音乐中打的“拍子”一样，因此，通常把上述这种控制方式又形象的称为“六拍”控制法。

当负载参数确定时，可以由u_UN的波形求出U相电流i_U的波形。负载的阻抗角φ不同，i_U的波形形状和相位都有所不同。图g给出的是阻抗负载下φ＜π/3时i_U的波形。V₁从导通到关断时，因电动机绕组电感中的电流不能突变，下桥臂中的二极管VD₄导通续流，待负载电流降到零，然后开始反向时，V₄才开始导通。阻抗角φ越大，VD₄导通时间就越长。因此，i_U的上升段，即为上桥臂导通的区间，其中i_U＜0时为VD₁继流，i_U＞0时为V₁导通；在i_U的下降段，即为下桥臂导通的区间，其中i_U＞0时为VD₄继流，i_U＜0时为V₄导通。

图3-3 电压型三相桥式逆变电路的工作波形

i_V、iW的波形和i_U相同，相位相差120°。把i_U、i_V和i_W加起来，就可得到直流侧电流i_d的波形，如图h所示。可以看出，i_d每隔60°脉动一次，而直流侧电压是基本无脉动的。因此，逆变器从电网侧向直流侧传送的功率是脉动的，且脉动的情况和i_d脉动情况大体相同，这是电压型逆变电路的一个特点。

在上述180°导电方式的逆变器中，为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路，要采取“先断后通”的方法。即先给应关断的器件关断信号，待其关断后留一定的时间裕量，然后再给应导通的器件发出导通信号，即在两者之间留一个短暂的死区时间。死区时间的长短要视器件的开关速度而定，器件的开关速度越快，所留的死区时间就可以越短。