三相逆变器工作方式分析

三相逆变器工作方式分析新闻出处：王建元 赵般多 纪延超 发布时间： 2007 年 06 月 21 日摘 要 本文详尽分析了基于不可控三相整流逆变器的工作方式，为提出一种仅通过 PW M来消除输出电压中的谐波的新型 PWM而不用或仅用一很小的直流连接电容的新型逆变电源奠定了基础。关键词 逆变器 滤波电容1 引言在 AC／ DC／ AC变换中，一般应用 PWM［ 1～ 5］ 方式进行调制控制， 为了逆变电源最终输出电压中谐波的尽可能消除，一般在三相整流桥后并联一个大的电解直流滤波电容，它的存在不仅影响了系统的响应速度、 增大了系统的体积、 降低了系统的可靠性且增加了系统的成本。 此直流电容除了滤除直流电压的纹波外， 还与负载有关吗？本文详尽分析了三相逆变电源的工作方式， 为提出一种仅通过 PWM来消除输出电压中的谐波的新型重构 PWM（此部分另有文章给出），而不用或仅用一很小的直流连接电容的新型逆变电源奠定了基础。2 三相逆变电源工作模式详细分析下面从物理的角度详细分析三相逆变电路在感性负载和纯阻性负载两种不同的状况下其开关器件的工作规律， 通过电路中电流的流通状况， 确定逆变器的输出电压。 同时， 在这一部分的分析中， 三相 PWM逆变电源的三相输出桥臂的控制信号由三角载波和调制波相比较给出， 每个桥臂上下两个开关管触发脉冲时间互补， 并且对于三个逆变桥臂采用相同的三角载波与之进行比较。 为了使分析更加清楚明了，可以将主电路形式简化为如图 1 所示的电路结构。其中直流电源 Ud相当于整流桥输出的直流电压，选取其电压中点为零电位参考点。 Ddc 则代表三相整流桥的电流流向， T1～ T6 为开关管， D1～ D6为每个桥臂的续流二极管。三相负载分别用 LOADa， LOADb，和 LOADc表示。生成控制脉冲的调制波为三个相位互差 120°的正弦波。2． 1 负载为感性的情况图 2 给出了感性负载情况下，三相逆变电源的工作情况。下面，以 a 相为例分析三相逆变器的工作方式，其它两相与 a 相类似。模式 1： 0～ t 1 时间段内，开关管 T1的控制信号为高电平， T4 为低电平，但是由于此时 a 相电流为负值，所以在开关管 T1 内并没有电流流过， a 相的电流通过反并联二极管 D1，同时， T5 的控制信号处于高电平状态，而且 c 相电流为正值，所以 a 相的电流通过续流二极管 D1，开关管 T5与 b 相负载形成环流。并且， b 相电流为负值，因此， a 相的电流不流过 b 相桥臂。在这一时间段中， a点电压为 Ud／ 2， uab＝ 0。在这一时间段内 a 相电流的流通回路如图 3 所示。模式 2： t 1～ t 2时间段内，开关管 T1 的控制信号为低电平， T4 为高电平， a相电流为负值，同时， T5 的控制信号处于高电平状态，而且 c 相电流为正值，所以 a 相的电流通过 T4、直流侧、开关管 T5与 c 相负载形成回路。同 0～ t 1时间段内一样的原因， a 相的电流也不流经 b 相桥臂。此时 a 点电压为－ Ud／ 2， uab＝－ Ud。在这一时间段内 a 相电流的流通回路如图 4 所示。模式 3： t 2～ t 3时间段内，开关管 T4， T6， T2 的控制信号均为高电平， a， b相电流为负值。此时， a 相的电流经过 T4，续流二极管 D2与 c 相形成环流，不流经 b 相桥臂。此时 a 点电压为 0， uab＝ 0。在这一时间段内 a 相电流的流通回路如图 5 所示。t 3～ t 4时间段内， a 相电流为正值，一共有以下几种工作模式，模式 4 至模式 12，分别如图 6 至图 14 所示。通过分析可以看出， 当 T1 的触发脉冲为高电平的时候， a 点的电压总是为 Ud／ 2，反之，当 T4 的触发脉冲为高电平的时候， a 点的电压为－ Ud／ 2。在 t 4～ t5时间段内也有同样的结论。由此可以看出，当三相逆变电路带感性负载时其输出电压不受负载的影响。 因此， 同样可以通过改变其调制波波形来消除直流侧电压谐波对逆变器输出电压的影响，仅需要一很小的电容为负载续流。2． 2 负载为纯阻性的情况在纯阻性负载的情况下， 逆变电源三相输出的电流与电压相位相同， 在任何时刻桥中各臂只有可控元件导通， 反并联二极管中没有电流流过， 负载通过逆变桥从直流电源吸取能量， 逆变器的三相输出电压的大小只与直流侧电压的大小有关， 而与负载的大小无关。 因此， 如果通过改变其调制波波形来消除直流侧电压谐波对逆变器输出电压的影响，就可以去掉直流侧的滤波电容。3 结论本文详尽分析了三相逆变电源在感性及纯阻性负载下的各种工作方式， 得出逆变器的三相输出电压的大小只与直流侧电压的大小有关，而与负载的大小无关。 为提出一种仅通过 PWM来消除输出电压中的谐波的新型重构 PWM而不用或仅用一很小的直流连接电容的新型逆变电源奠定了基础。参考文献1 Thomas G． Habetler ． A Space vector － based rectifierregulator for AC／ DC／ AC converters ． IEEE Transac － tions on power electronics ， 1999，8（ 5）： 30～ 36 2 张明岩．交流调速 PWM调制谐波消除技术．电机电器技术， 1997（ 1）： 30～34 3 J． F． A． Martins ， A． J． Pires ， J． F． Silva ． A Novel andSimple Current Controller for Three － Phase PWMPower Inverters ． Industrial Electronics ． IEEE Transac － tions ， 1998， 45（ 5）： 802～ 804 4 黄瀚，纪延超，张辉，胡永桓，柳焯．优化特定消谐 PWM技术．中国电机工程学报， 1997， 17（ 5）： 344～ 347 5 HirokiIshikawa ， Yoshihiro Murai ． A New Series Reso － nant DC－ Link AC／ DC PWM Converter． Industry Ap － plications ． IEEE Transactions ， 1999， 35（ 6）： 1433～ 1439