电压型三相桥式逆变器详解

电压型三相桥式逆变电路如图5－7所示。电路由3 个半桥组成，开关管采用全控型器件，如GTO、IGBT、GTR 等，VD1～VD6为续流二极管。这是最基本的逆变电路，通常大、中功率的应用均要求采用三相逆变电路，当对波形有较高要求时，则采用此基本线路进行多重叠加或采用PWM 控制方法，以抑制高次谐波。

图5－7　电压型三相桥式逆变电路

根据各开关管导通时间的长短，该电路可分180°导电型和120°导电型，其中常用的为180°导电型。下面就180°导电型进行分析。

在180°导电型中，每个开关管的驱动信号持续180°，同一相上下两个开关管交替导通，在任何时刻都有3 个开关管导通。在一个周期内，6 个管子触发导通的次序为VT1～VT6，依次相隔60°，导通的组合顺序为VT1 VT2 VT3、VT2 VT3 VT4、VT3 VT4 VT5、VT4 VT5 VT6、VT5VT6VT1、VT6VT1VT2，每种组合工作60°电角度。

180°导电型三相桥式逆变电路的工作波形如图5－8所示。为分析方便，将一个工作周期分为6 个区间，每区间占60°。每隔60°的各阶段等值电路图形及相电压和线电压的数值如表5－1所示。其中，负载为三相星形对称负载：

图5－8　180°导电型三相桥式逆变电路的工作波形

表5－1　180°导电型三相桥式逆变电路各阶段等值电路图形及相电压和线电压的数值

Za＝Zb＝Zc

下面以0°～60°为例加以分析。(https://www.xing528.com)

在0°～60°时，VT1VT2VT3同时导通，A 相和B 相负载Za、Zb与电源正极连接，C 相负载Zc与电源负极连接。若取负载中心点N 为基准点，则线电压为

uab＝0

ubc＝Ud

uca＝－Ud

式中，Ud为逆变器输入侧直流电压。输出电压为

用同样的方法，可以推得其余5 个工作区间的相电压与线电压值。

从图5－8所示的波形图可看出，负载线电压为120°正负对称的矩形波，而相电压为180°正负对称的阶梯波，与正弦波接近，三相负载电压相位差为120°。

对于180°导电型逆变电路，为了防止同一相上下桥臂同时导通而引起直流电源的短路，要采取“先断后通” 的方法。即先给应关断的器件关断信号，待其关断后留一定时间裕量，然后再给应导通的器件发开通信号，即在两者之间留一个短暂的死区时间。

除180°导电型外，三相桥式逆变电路还有120°导电型的控制方式，即每个桥臂120°，同一相上下两臂的导通有60°间隔，各相依次相差120°。与180°导电型相反，120°导电型的相电压为矩形波，而线电压为阶梯波。采用120°导通方式时，由于同一桥臂上下两管有60°的导通间隙，对换流安全有利，但管子的利用率较低，并且若电机采用星形接法，则始终有一相绕组断开，在换流时该相绕组中会引起较高的感应电势，需要采用过电压保护措施。

180°与120°两种导电类型的比较：在同样直流电压时，180°导电的逆变电压比120°的高，可见180°导电时晶闸管的利用率较高，故应用较多。但从换流安全角度来看，120°导电较有利。由于180°导电是同一桥臂相互换流，若逻辑切换控制不准确可靠，则容易造成直流电源瞬间短路，导致换流失败。

改变逆变桥开关管的触发频率或者触发顺序，则能改变输出电压的频率及相序，从而可实现电动机的变频调速与正、反转。