理论教育 三相电压型逆变器的工作原理详解

三相电压型逆变器的工作原理详解

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:三相电压型逆变器有多种工作方式,可以归结为两种基本方式,通常称为180°工作方式和120°工作方式。本文根据高频逆变器特别是PWM逆变器的工作特点,将三相电压型逆变器的工作方式仍分为两种,分别称为二逻辑方式和三逻辑方式。而采用二逻辑方式时,无论电动机星形联结或三角形联结,正常工作时不会引起过电压;因此对于电压型逆变器,二逻辑方式应用较为普遍。图4-3 三逻辑方式方波逆变器工作波形

三相电压型逆变器的工作原理详解

相电压逆变器有多种工作方式,可以归结为两种基本方式,通常称为180°工作方式和120°工作方式。实际上这种分类方式是相控式逆变器的分类方式;而对于高频逆变器特别是PWM逆变器而言,这种分类方式就有些不伦不类了。本文根据高频逆变器特别是PWM逆变器的工作特点,将三相电压型逆变器的工作方式仍分为两种,分别称为二逻辑方式和三逻辑方式。

1.二逻辑方式

二逻辑方式下工作的三相电压型逆变器,在任意时刻各相均有一个开关导通,也就是说任意时刻需有分属三相的三个开关同时导通;这样,每一相均只有两种逻辑状态,或者上桥臂导通,或者下桥臂导通,因而称为二逻辑方式。二逻辑方式下,同一相上下两个器件交替导通,每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行的,因此称为纵向换流,也可以称为相内换流。为了防止同一相上下两个器件同时导通而造成直流侧电源短路,应在上下两个器件的驱动信号中加入死区。

图4-2所示是逆变器输出电压为方波时二逻辑方式的工作波形图。在方波工作状态,每个开关器件的导电角度为180°,因此传统上称为180°工作方式。逆变器输出线电压有3个电平,即±Ud和0;当负载按图4-1所示接成星型时,逆变器输出相电压有4个电平,即±2Ud/3和±Ud/3。表4-1所列为180°工作方式时,逆变器6种导通模式下的等值电路、线电压和相电压的值。

当逆变器工作在PWM方式时,逆变器输出线电压仍然有三个电平;当负载接成星型时,逆变器输出相电压的电平数变为5个,除了±2Ud/3和±Ud/3,还增加了零电平。零电平对应的开关状态就是三相的同侧器件同时导通的状态,即3个上桥臂器件同时导通,或者3个下桥臂器件同时导通。零电平的出现使得逆变器工作的自由度大大增加,这也是三相PWM逆变器的显著特点之一,尤其是后面讲到空间矢量调制技术(Space Vector Modulation,SVM)的时候。

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图4-2 二逻辑方式方波逆变器工作波形

2.三逻辑方式

逆变器在任意时刻有且只有分属两相的不同侧的两个开关导通;这样每一相均有3种逻辑状态,或者上桥臂导通,或者下桥臂导通,或者上下桥臂均不导通,这就是三相(www.daowen.com)

表4-11 80°工作方式时,逆变器导通模式及输出电压分析

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电压型逆变器的三逻辑工作方式。三逻辑工作方式下,各开关器件按照VI1→VI2→VI3→VI4→VI5→VI6既定顺序轮流工作,每次换流均发生在同侧不同相的两个器件之间,因此称为横向换流,也可以称为相间换流。在三逻辑工作方式中,因为不存在同一相上下两个器件进行换流的工作过程,因此无须设置死区时间。

图4-3给出的是逆变器输出电压为方波时三逻辑方式的工作波形图。在方波工作状态下,每个开关器件的导电角度为120°,因此传统上称为120°工作方式。逆变器输出相电压有三个电平,即±Ud和0;当负载按图4-1所示接成星形时,逆变器输出相电压有四个电平,即±Ud和±Ud/2。逆变器采用此种方式时,同一相上下两器件有60°的导通间隙,对换流的安全有利;但管子的利用率较低,并且当负载为交流,电动机且采用星形联结,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,应采取过电压保护措施。而采用二逻辑方式时,无论电动机星形联结或三角形联结,正常工作时不会引起过电压;因此对于电压型逆变器,二逻辑方式应用较为普遍。

三逻辑方式工作的三相电压型逆变器的一个重要应用场合就是驱动无刷直流电动机。无刷直流电动机名为直流电动机,实际上仍需交流供电。由于无刷直流电动机在结构上的特性要求,逆变器必须采用三逻辑方式工作。无刷直流电动机的供电逆变器可以采用如图4-3的方波工作方式,但会引起电动机严重的换相脉动,因此也可采用PWM工作方式。采用PWM工作方式时,通常对上桥臂仍然采用方波控制,只对下桥臂采用PWM控制;具体的工作方式有多种,这里不多赘述。

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图4-3 三逻辑方式方波逆变器工作波形

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