电流型逆变电路设计与优化

电流型逆变电路是指直流侧采用电流源的逆变电路。电流源是指能提供稳定电流的电源。理想的直流电流源较为少见,一般在逆变电路的直流侧串联一个大电感可视为电流源。图7-23中就是两种典型的电流源(点画线框内部分)。

图7-23a中的直流电源E能往后级电路提供电流,当电源E大小突然变化时,电感L会产生电动势形成电流来弥补电源的电流,如E突然变小,流过L的电流也会变小,L马上产生左负右正电动势而形成往右的电流,补充电源E减小的电流,电流I基本不变,故电源与电感串联可视为电流源。

图7-23b中的桥式整流电路后面串联有一个大电感,交流电压经变压器降压和二极管整流后得到电压U_d,当U_d大小变化时,电感L会产生相应电动势来弥补U_d形成的电流的不足,故点画线框内的整个电路也可视为电流源。

图7-23 两种典型的电流源

1.单相桥式电流型逆变电路

单相桥式电流型逆变电路如图7-24所示,晶闸管VTH₁~VTH₄为4个桥臂,其中VTH₁、VTH₄为一对,VTH₂、VTH₃为另一对,R、L为感性负载,C为补偿电容,C、R、L还组成并联谐振电路,所以该电路又称为并联谐振式逆变电路。RLC电路的谐振频率为1000~2500Hz,它略低于晶闸管导通频率(即控制脉冲的频率),对通过的信号呈容性。

图7-24 单相桥式电流型逆变电路

a)电路 b)波形

电路工作过程说明如下:

1)在t₁~t₂期间,VTH₁、VTH₄门极的控制脉冲为高电平,VTH₁、VTH₄导通,有电流I_o经VTH₁、VTH₄流过RLC电路,该电流分作两路,一路流经R、L元件,另一路对C充电,在C上充得左正右负电压,随着充电的进行,C上的电压逐渐上升,也即R、L两端的电压U_o逐渐上升。由于t₁~t₂期间VTH₃、VTH₂处于关断状态,I_o与I_d相等,并且大小不变(I_d是稳定电流,I_o也是稳定电流)。

2)在t₂~t₄期间,VTH₂、VTH₃门极的控制脉冲为高电平,VTH₂、VTH₃导通,由于C上充有左正右负电压,该电压一方面通过VTH₃加到VTH₁两端(C左正加到VTH₁的阴极,C右负经VTH₃加到VTH₁阳极),另一方面通过VTH₂加到VTH₄两端(C左正经VTH₂加到VTH₄阴极,C右负加到VTH₄阳极),C上的电压经VTH₁、VTH₄加上反向电压,VTH₁、VTH₄马上关断,这种利用负载两端电压来关断开关器件的方式称为负载换流方式。VTH₁、VTH₄关断后,I_d电流开始经VTH₃、VTH₂对电容C反向充电(同时也会分一部分流过L、R),C上的电压慢慢被中和,两端电压U_o也慢慢下降,t₃时刻C上电压为0。t₃~t₄期间,I_d电流(即I_o)对C充电,充得左负右正电压并且逐渐上升。

3)在t₄~t₅期间,VTH₁、VTH₄门极的控制脉冲为高电平,VTH₁、VTH₄导通,C上的左负右正电压对VTH₃、VTH₂为反向电压,使VTH₃、VTH₂关断。VTH₃、VTH₂关断后,I_d电流开始经VTH₁、VTH₄对电容C充电,将C上的左负右正电压慢慢中和,两端电压U_o也慢慢下降,t₅时刻C上电压为0。

以后电路重复上述工作过程,从而在RLC电路两端得到正弦波电压U_o,流过RLC电路的电流I_o为矩形电流。(www.xing528.com)

2.三相电流型逆变电路

三相电流型逆变电路如图7-25所示,VTH₁~VTH₆为GTO晶闸管,门极加正脉冲时导通,加负脉冲时关断,C₁、C₂、C₃为补偿电容,用于吸收在换流时感性负载产生的电动势,减少对晶闸管的冲击。

图7-25 三相电流型逆变电路

a)电路 b)波形

电路工作过程说明如下:

1)在0~t₁期间,VTH₁、VTH₆导通,有电流Id流过负载,电流途径是U_d+→L→VTH₁→R₁、L₁→L₂、R₂→VTH₆→U_d-。

2)在t₁~t₂期间,VTH₁、VTH₂导通,有电流I_d流过负载,电流途径是U_d+→L→VTH₁→R₁、L₁→L₃、R₃→VTH₂→U_d-。

3)在t₂~t₃期间,VTH₃、VTH₂导通,有电流I_d流过负载,电流途径是U_d+→L→VTH₃→R₂、L₂→L₃、R₃→VTH₂→U_d-。

4)在t₃~t₄期间,VTH₃、VTH₄导通,有电流I_d流过负载,电流途径是U_d+→L→VTH₃→R₂、L₂→L₁、R₁→VTH₄→U_d-。

5)在t₄~t₅期间,VTH₅、VTH₄导通,有电流I_d流过负载,电流途径是U_d+→L→VTH₅→R₃、L₃→L₁、R₁→VTH₄→U_d-。

6)在t₅~t₆期间,VTH₅、VTH₆导通,有电流I_d流过负载,电流途径是U_d+→L→VTH₅→R₃、L₃→L₂、R₂→VTH₆→U_d-。

以后电路重复上述工作过程。