电压型三相桥式方波逆变器

图2-11 电压型三相桥式方波逆变电路

在三相逆变器中，应用最多的是三相桥式逆变器。为了分析方便，在逆变器主电路的直流侧画出串联的两个电容器并标出假想中性点N′，如图2-11所示。和单相半桥、全桥逆变电路相同，电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式也是180°，同一相（同一半桥）上下两个臂交替导通，各相开始导通的角度依次相差120°。这样，在任一瞬间，将有三个桥臂同时导通。可能是上面一个臂下面两个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。因为每次换相都是在同一相上下桥臂之间进行，因此也被称为纵向换相。

下面来分析电压型三相桥式方波逆变电路的工作波形。对于U相输出来说，当桥臂1导通时，u_UN′=±U_d/2。因此，u_UN′的波形是幅值为U_d/2的矩形波。V、W两相的情况和U相类似，u_VN′、u_WN′的波形形状和u_UN′相同，只是相位依次差120°。u_UN′、u_VN′、u_WN′的波形如图2-12a、b、c所示。

负载线电压u_UV、u_VW、u_UW分别为

图2-12d是依照式（2-18）画出的u_UV波形。

设负载中性点N与直流电源假想中性点N′之间的电压为u_NN′，则负载各相的相电压分别为

把各式相加并整理可求得

设负载为三相对称负载，则有u_UN+u_VN+u_WN=0，故可得

u_NN′的波形如图2-12e所示，它也是矩形波，但其频率为u_UN′频率的3倍，幅值为其1/3，即为U_d/6。

图2-12f所示为利用式（2-18）和式（2-19）绘出的u_UN的波形，u_VN、u_WN的波形形状和u_UN相同，仅相位依次相差120°。

图2-12 电压型三相桥式方波逆变器工作波形

负载参数已知时，可由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2-12g给出的是阻感负载下φ＜π/3时i_U的波形。桥臂1和桥臂4之间的换相过程和半桥电路相似。上桥臂1中的VT₁从通态转换到断态时，因负载电感中的电流不能突变，下桥臂4中的VD₄先导通续流，待负载电流降到零，桥臂4中电流反向时，VT₄才开始导通。负载阻抗角φ越大，VD₄导通时间越长。i_UN′＞0即为桥臂4导电的区间，其中i_U＞0时为VD₄导通，i_U＜0时为VT₄导通。(www.xing528.com)

i_V、i_W的波形和i_U形状相同，相位依次相差120°。把桥臂1、3、5的电流加起来，就可得到直流侧电流i_d的波形，如图2-12h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，因此逆变器从交流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。这也是电压型逆变电路的一个特点。

下面对电压型三相桥式方波逆变电路的输出电压进行定量分析。把输出线电压u_UV展开成傅里叶级数得

式中，n=6k±1；k为自然数。

输出线电压有效值U_UV为

其中基波幅值U_UV1m和基波有效值U_UV1分别为

下面再来对负载相电压u_UN进行分析。把u_UN展开成傅里叶级数得

式中，n=6k±1；k为自然数。

负载相电压有效值U_UN为

其中基波幅值U_UN1m和基波有效值U_UN1分别为

通过上述分析可以看出，电压型三相桥式方波逆变电路由于电容的钳位作用，在开关管的控制下，输出给负载的电压为一系列矩形波，波形仅与控制脉冲相关而与负载性质无关，但输出的电流波形与负载的阻抗角相关。不管是半桥还是全桥电路，采用方波控制时，在直流母线电压U_d一定时，输出电压的基波大小不可控，且输出电压中谐波频率低、幅值大，对负载性能影响较大。因此，上述逆变电路的输出通常要接LC滤波器，LC滤波器滤除逆变电路输出电压中的谐波而使负载电压、电流接近于正弦波。改善逆变电路输出特性的更佳途径是采用PWM控制模式，通过提高开关控制频率和调节占空比，可获得输出谐波含量更少的交流电压，具体方式将在第2.3节予以介绍。