复合型逆变电路的实现及应用

电压型逆变电路输出的是矩形波电压，电流型逆变电路输出的是矩形波电流，而矩形波信号中含有较多的谐波成分(如二次谐波、三次谐波等),这些谐波对负载会产生很多不利影响。为了减小矩形波中的谐波,可以将多个逆变电路组合起来,将它们产生的相位不同的矩形波进行叠加,以形成近似正弦波的信号,再提供给负载。多重逆变电路和多电平逆变电路可以实现上述功能。

1.多重逆变电路

多重逆变电路是指由多个电压型逆变电路或电流型逆变电路组合成的复合型逆变电路。图7-26所示是二重三相电压型逆变电路,T₁、T₂为三相交流变压器,一次绕组为△联结,T₁、T₂的二次绕组串联起来并接成星形,同一水平的绕组绕在同一铁心上,同一铁心的一次绕组电压可以感应到二次绕组上。

图7-26 二重三相电压型逆变电路

a)电路 b)波形

电路工作过程说明如下(以U相负载电压U_UN获得为例):

1)在0~t₁期间,VT_3b、VT_4c导通,绕组B₂两端电压大小为U_d(忽略晶体管导通压降),极性为上正下负,该电压感应到同一铁心的B₂₂、B₂₁绕组上,B₂₂上得到上正下负电压U_B22。在0~t₁期间绕组A₁、A₂₁上的电压都为0,三绕组叠加得到的U_UN电压为正电压(上正下负),0~t₁段U_UN电压如图7-26b所示。

2)在t₁~t₂期间,VT_1a、VT_2b和VT_3b、VT_4c都导通,绕组A₀和绕组B₂两端都得到大小为U_d的电压,极性都为上正下负,A₀绕组电压感应到A₁绕组上,A₁绕组得到上正下负的电压U_A1,B₂绕组电压感应到B₂₂、B₂₁绕组上,B₂₂上得到上正下负电压U_B22。在t₁~t₂期间绕组A₂₁上的电压为0,三绕组电压叠加得到的U_UN电压为正电压,电压大小较0~t₁期间上升一个台阶。

3)在t₂~t₃期间,VT_1a、VT_2b和VT_3a、VT_4b及VT_3b、VT_4c都导通,绕组A₀、A₂、B₂两端都得到大小为U_d的电压,极性都为上正下负,A₀绕组电压感应到A₁绕组上,A₁绕组得到上正下负的电压U_A1,A₂绕组电压感应到A₂₁绕组上,A₂₁绕组得到上正下负的电压U_A21,B₂绕组电压感应到B₂₂、B₂₁绕组上,B₂₂上得到上正下负电压U_B22。在t₂~t₃期间绕组A₂、A₂₁、B₂₂三个绕组上的电压为正压,三绕组叠加得到的U_UN电压也为正电压,电压大小较t₁~t₂期间上升一个台阶。

4)在t₃~t₄期间,VT_1a、VT_2b和VT_3a、VT_4b导通,绕组A₀、A₂两端都得到大小为U_d的电压,极性都为上正下负,A₀绕组电压感应到A₁绕组上,A₁绕组得到上正下负的电压U_A1,A₂绕组电压感应到A₂₁绕组上,A₂₁绕组得到上正下负的电压U_A21。在t₃~t₄期间绕组A₂、A₂₁绕组上的电压为正压,它们叠加得到的U_UN电压为正电压,电压大小较t₂~t₃期间下降一个台阶。(www.xing528.com)

以后电路工作过程与上述过程类似,结果在U相R、L负载两端得到近似正弦波的电压U_UN。同样地,V、W相R、L负载两端也能得到近似正弦波的电压U_VN和U_WN。这种近似正弦波的电压中包含谐振成分较矩形波电压大大减少,可使感性负载较稳定地工作。

2.多电平逆变电路

多电平逆变电路是一种可以输出多种电平的复合型逆变电路。矩形波只有正负两种电平,在正、负转换时电压会产生突变,从而形成大量的谐波,而多电平逆变电路可输出多种电平,会使加到负载两端的电压变化减小,相应的谐波成分也大大减小。

多电平逆变电路可分为三电平、五电平和七电平逆变电路等,图7-27所示是一种常见的三电平逆变电路。

图7-27 一种常见的三电平逆变电路

图7-27中的C₁、C₂是两个容量相同的电容,它将U_d分作相等的两个电压,即U_C1=U_C2=U_d/2,如果将E点电压当作0V,那么A、B点电压分别是+U_d/2、-U_d/2。下面以U点电压变化为例来说明电平变化原理。

当可关断晶闸管VTH₁₁、VTH₁₂导通,VTH₄₁、VTH₄₂关断时,U点通过VTH₁₁、VTH₁₂与A点连通,U、E点之间电压等于U_d/2。当VTH₄₁、VTH₄₂导通,VTH₁₁、VTH₁₂关断时,U点通过VTH₄₁、VTH₄₂与B点连通,U、E点之间电压等于-U_d/2。当VTH₁₁、VTH₄₂关断时,VTH₁₂、VTH₄₁门极的脉冲为高电平,如果先前流过L₁的电流是由左往右,VTH₁₁关断后L₁会左负右正电动势,L₁左负电压经R₁使VTH₁₂、VD₁导通,U点电压与E点电压相等,即U、E点之间的电压为0;在VTH₁₁、VTH₄₂关断时,如果先前流过L₁的电流是由右往左,VTH₄₂关断后L₁会左正右负电动势,L₁左正电压经R₁使VTH₄₁、VD₄导通,U点电压与E点电压相等,即U、E点之间的电压为0。

综上所述,U点有三种电平(即U点与E点之间的电压大小):+U_d/2、0和-U_d/2。同样地,V、W点也分别有这三种电平,那么U、V点(或U、W点,或V、W点)之间的电压就有+U_d、+U_d/2、0、-U_d/2和-U_d五种。如U点电平为+U_d/2、V点为-U_d/2时,U、V点之间的电压变为+U_d。这样加到任意两相负载两端的电压(U_UV、U_UW、U_VW)变化就接近正弦波,这种变化的电压中谐波成分大大减少,有利于负载稳定工作。