一種電壓型三相橋式逆變電路的設計與應用

湯澤容

【摘要】電壓型逆變電路在交流傳動、不間斷電源、有源無功補償等領域占著一種主導地位，本文闡述一種電壓型三相橋式逆變電路的設計與應用。

【關鍵詞】電壓型 三相橋式 逆變電路 設計與應用

一、電路結構

圖1為電壓型三相橋式逆變電路。電路由三個半橋電路組成。電路中的電容器為了分析方便畫成兩個，并有一個假想的中性點N，在實際中可用一個。由于輸入端施加的是直流電壓源，電力晶體管V1~V6始終保持正向偏置，VD1~VD6是與V1~V6反并聯的二極管，其作用是為感性負載提供續流回路。同一半橋，上下兩個橋臂以180°為間隔交替開通和關斷，V1~V6以60°的相位差依次開通和關斷,所以任一瞬間將有三個橋臂同時導通，在逆變器輸出端形成U、V、W三相電壓。

二、工作原理

圖2為三相橋式逆變電路的波形圖。設N與N連接，負載為星形聯結。在0＜ωt≤π/3之間，V1、V5和V6導通。負載電流經V1和V5被送到U相和W相繞組，經V相負載和V6流回電源。在ωt=π/3時刻，V5的觸發脈沖下降到零，V5迅速關斷，由于感性負載電流不能立即改變方向，VD2導通續流，C相負載電壓被鉗位到零電位。其他兩相電流通路不變。當VD2中續流結束時（續流時間取決于負載電感和電阻的大小），W相電流反向經V2流回電源。

三相橋式逆變電路輸出線電壓UUV的有效值為

(1)

其中基波分量有效值UUV1為

(2)

負載相電壓有效值UUN為

(3)

其中基波分量有效值UUN1為

(4)

此時負載電流由電源經V1和U相負載，分流到V相和W相負載，分別經V6和V2流回電源。

在ωt=2π/3時刻，V6的觸發脈沖下降到零，V6關斷，B相電流由VD3續流。當續流結束時，VD3截止，VT3導通。負載電流由電源經V1、V3、U相和V相負載，然后匯流到W相。一個周期內其他各管的工作情況與上述分析相同。

圖1中負載為星形聯結，負載的中點N不與直流電源中點連接。假設負載為阻性負載且三相負載對稱，在0＜ωt ≤π/3之間，V1、V5和V6導通，逆變橋的等效電路如圖3所示。由圖可知，U相和W相負載上電壓為Ud/3，B相負載上電壓為2Ud/3。同理，在π/3＜ωt ≤2π/3之間，U相負載上電壓為2Ud/3，V相和W相負載上電壓為Ud/3。在2π/3＜ωt ≤π之間，U相和V相負載電壓為Ud/3，W相負載上電壓為2Ud/3。U相電壓UUN波形如圖4所示。V相和W相電壓波形與UUN相似，只是相位依次相差120°。線電壓波形與圖2相同。

注意為了防止同一相上下橋臂同時導通造成直流側電源短路，在換流時，須采取“先斷后通”的方法。