三相逆变电路实现直流电压转换成交流电压

1.逆变的基本原理

逆变电路的功能是将直流电转换成交流电。下面以图8-9所示电路来说明逆变的基本原理。

图8-9 逆变的基本原理说明图

在电路工作时,给晶体管VT₁、VT₄基极提供驱动脉冲U_b1/4,给VT₂、VT₃基极提供驱动脉冲U_b2/3。在0~t₁期间,VT₁、VT₄基极的驱动脉冲为高电平,而VT₂、VT₃基极的驱动脉冲为低电平,VT₁、VT₄导通,VT₂、VT₃关断,有电流经VT₁、VT₄流过负载R_L,电流途径是:电源E正极→VT₁→R_L→VT₄→电源E负极,R_L两端的电压极性为左正右负;在t₁~t₂期间,VT₂、VT₃基极的驱动脉冲为高电平,VT₁、VT₄基极的驱动脉冲为低电平,VT₂、VT₃导通,VT₁、VT₄关断,有电流经VT₂、VT₃流过负载R_L,电流途径是:电源E正极→VT₃→R_L→VT₂→电源E负极,R_L两端电压的极性是左负右正。

从上述过程可以看出,在直流电源供电的情况下,通过控制开关器件的通断可以改变流过负载的电流方向,负载两端电压的极性也会发生变化,该方向变化的电压即交流电压,从而实现直—交变换功能。另外,不难发现,当驱动脉冲的频率变化时,负载两端的交流电压频率也会发生变化,[例如驱动脉冲U_b1/4、U_b2/3频率升高时,负载两端得到的交流电压U_RL频率也会随之升高。]

2.三相逆变电路

图8-9所示的逆变电路为单相逆变电路,只能将直流电压转换成一相交流电压,而变频器需要为电动机提供三相交流电压,因此变频器采用三相逆变电路。图8-10所示是一种典型的三相逆变电路,L₁~L₃、R₁~R₃分别为三相异步电动机三个绕组及直流电阻。(www.xing528.com)

图8-10 一种典型的三相逆变电路

电路工作过程说明如下:

1)当VT₁、VT₅、VT₆基极的驱动脉冲均为高电平时,这3个IGBT都导通,有电流流过三相负载,电流途径是U_d+→VT₁→R₁、L₁,再分作两路,一路经L₂、R₂、VT₅流到U_d-,另一路经L₃、R₃、VT₆流到U_d-。

2)当VT₂、VT₄、VT₆基极的驱动脉冲均为高电平时,这3个IGBT不能马上导通,因为VT₁关断后流过三相负载的电流突然减小,L₁产生左负右正电动势,L₂、L₃均产生左正右负电动势,这些电动势叠加对直流侧电容C充电,充电途径是L₂左正→VD₂→C,L₃左正→VD₃→C,两路电流汇合对C充电后,再经VD₄、R₁→L₁左负。VD₂的导通使VT₂集射极电压相等,VT₂无法导通,VT₄、VT₆也无法导通。当L₁、L₂、L₃叠加电动势下降到U_d大小,VD₂、VD₃、VD₄截止,VT₂、VT₄、VT₆开始导通,有电流流过三相负载,电流途径是U_d+→VT₂→R₂、L₂,再分作两路,一路经L₁、R₁、VT₄流到U_d-,另一路经L₃、R₃、VT₆流到U_d-。

3)当VT₃、VT₄、VT₅基极的驱动脉冲均为高电平时,这3个IGBT不能马上导通,因为VT₂关断后流过三相负载的电流突然减小,L₂产生左负右正电动势,L₁、L₃均产生左正右负电动势,这些电动势叠加对直流侧电容C充电,充电途径是L₁左正→VD₁→C,L₃左正→VD₃→C,两路电流汇合对C充电后,再经VD₅、R₂→L₂左负。VD₃的导通使VT₃集射极电压相等,VT₃无法导通,VT₄、VT₅也无法导通。当L₁、L₂、L₃叠加电动势下降到U_d大小,VD₁、VD₃、VD₅截止,VT₃、VT₄、VT₅开始导通,有电流流过三相负载,电流途径是U_d+→VT₃→R₃、L₃,再分作两路,一路经L₁、R₁、VT₄流到U_d-,另一路经L₂、R₂、VT₅流到U_d-。

以后的工作过程与上述相同,这里不再叙述。通过控制开关器件的导通、关断,三相逆变电路实现了将直流电压转换成三相交流电压功能。