电流型逆变电路

电流型逆变电路电流型逆变电路直流电源为电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。实际上理想直流电流源并不多见，一般是在逆变电路直流侧串联一个大电感，因为大电感中的电流脉动很小，因此可近似看成直流电流源。电流型逆变电路有以下主要特点： 1) 直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。 2) 电路中开关器件的作用仅是改变直流甩流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。 3) 当交流侧为阻感负载时需要提...

电流型逆变电路直流电源为电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。实际上理想直流电流源并不多见，一般是在逆变电路直流侧串联一个大电感，因为大电感中的电流脉动很小，因此可近似看成直流电流源。电流型逆变电路有以下主要特点： 1) 直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。 2) 电路中开关器件的作用仅是改变直流甩流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。 3) 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向。电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多，就其换流方式而言，有的采用负载换流，有的采用强迫换流 1. 单相电流型逆变电路图1 是一种单相桥式电流型逆变电路的原理图。电路由4个桥臂构成，每个桥臂的晶闸管各串联一个电抗器L T。LT 用来限制晶闸管开通时的 di/dt，各桥臂的 LT 之间不存在互感。使桥臂1、4和桥臂2、3以1000～2500Hz的中频轮流导通，就可以在负载上得到中频交流电。该电路是采用负载换相方式工作的，要求负载电流略超前于负载电压，即负载略呈容性。实际负载一般是电磁感应线圈，用来加热置于线圈内的钢料。图1 中 R 和 L 串联即为感应线圈的等效电路。因为功率因数很低，故并联补偿电容器 C。电容 C 和 L、R 构成并联谐振电路，故这种逆变电路也被称为并联谐振式逆变电路。负载换流方式要求负载电流超前于电压，因此补偿电容应使负载过补偿，使负载电路总体上工作在容性小失谐的情况下。因为是电流型逆变电路，故其交流输出电流波形接近矩形波，其中包含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波。因基波频率接近负载电路谐振频率，故负载电路对基波呈现高阻抗，而对谐波呈现低阻抗，谐波在负载电路上产生的压降很小，因此负载电压的波形接近正弦波。图2 是该逆变电路的工作波形。在交流电流的一个周期内，有两个稳定导通l～t2 之间为晶闸管 VTl 和 VT4 稳定导通阶段，负载电流 io =Id，近似为阶段和两个换流阶段。恒值，t2 时刻之前在电容 C上，即负载上建立了左正右负的电压。 t 在 t2 时刻触发晶闸管 VT2 和 VT3，因在 t2 前 VT2 和 VT3 的阳极电压等于负载电压，为正值，故 VT2 和 VT3 开通，开始进入换流阶段。由于每个晶闸管都串有换流电抗器 LT，故 VTl 和 VT4 在 t2 时刻不能立刻关断，其电流有一个减小过程。同样， VT2 和 VT3 的电流也有一个增大过程。t2 时刻后，4个晶闸管全部导通，负载电容电压经两个并联的放电回路同时放电。其中一个回路是经 LTl、VTl、VT3、 LT3回到电容C；另一个回路是经 LT2、VT2、VT4、LT4回到电容C，如图2 中虚线所示。在这个过程中， VTl、VT4 电流逐渐减小，VT2、VT3 电流逐渐增大。当t=t4时，VTl、VT4 电流减至零而关断，直流侧电流 Id 全部从 VTl、VT4 转移到 VT2、VT3，换流阶段结束。称为换流时间。因为负载电流 io=iVT1-iVT2，所以 io 在 t3 时刻，即 iVTl=iVT2 时刻过零，t3 时刻大体位于 t2 和 t4 的中点。晶闸管在电流减小到零后，尚需一段时间才能恢复正向阻断能力。因此，在 t4 时刻换流结束后，还要使 VTl，VT4 承受一段反压时间才能保证其可靠关断。应大于晶闸管的关断时间 tq。如果 VT1、VT4 尚未恢复阻断能力就被加上正向电压，将会重新导通，使逆变失败。为了保证可靠换流，应在负载电压 uo 过零前时刻去触发 VT2、 VT3。称为触发引前时间，，从图2 可得从图2 还可以看出，负载电流 io 超前于负载电压 uo 的时间为把表示为电角度 (弧度)可得式中，为电路工作角频率；、分别是、对应的电角度。也就是 4～t6 之间是 VT2、VT3 的稳定导通阶段。t6 以后又进入从 VT2、负载的功率因数角。 VT3 导通向 VT2、VT4 导通的换流阶段，其过程和前面的分析类似。图2 中 t 晶闸管的触发脉冲 u Gl～u G4，晶闸管承受的电压 uVTl～uVT4 以及 A、B 间的电压 uAB 也都示于图2 中。在换流过程中,上下桥臂的 LT 上的电压极性相反，如果不考虑晶闸管压降，则 uAB=0。可以看出，uAB 的脉动频率为交流输出电压频率的两倍。在 uAB 为负的部分，逆变电路从直流电源吸收的能量为负，即补偿电容 C 的能量向直流电源反馈。这实际上反映了负载和直流电源之间无功能量的交换。在直流侧，Ld 起到缓冲这种无功能量的作用。如果忽略换流过程，io 可近似看成矩形波。展开成傅里叶级数可得其基波电流有效值 Io1 为下面再来看负载电压有效值 U。和直流电压 Ud 的关系。如果忽略电抗器 Ld 的损耗，则 uAB 的平均值应等于Ud。再忽略晶闸管压降，则从图 2 的 uAB 波形可得一般情况下值较小，可近似认为，再考虑到式可得或在上述讨论中，为简化分析，认为负载参数不变，逆变电路的工作频率也是固定的。实际上在中频加热和钢料熔化过程中，感应线圈的参举是随时间而变化的，固定的工作频率无法保证晶闸管的反压时间大于关断时间t q ，可能导致逆变失败。为了保证电路早常工作，必须使工作频率能适应负载的变化而自动调整。这种控制方式称为自励方式，即逆变电路的触发信号取自负载端，其工作频率受负载谐振频率的控制而比后者高一个适当的值。与自励式相对应，固定工作频率的控制方声称为他励方式。自励方式存在着起动的问题，因为在系统未投入运行时，负载端没有输出，无法取出信号。解决这一问题的方法之一是先用他励方式，系统开始工作后再转入自励方式。另一种方法是附加预充电起动电路，即预先给电容器充电，起动时将电容能量释放到负载上，形成衰减振荡，检测出振荡信号实现自励。

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