由于逆变电路的内阻很小，就会形成很大的短路电流，烧坏变流装置，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆。综上所述，为了防止逆变失败，不仅逆变角β 不能等于零，而且不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。确定最小逆变角βmin的依据逆变时允许采用的最小逆变角β 应为式中，δ 为晶闸管的关断时间tq 折合的电角度；γ 为换相重叠角；θ′为安全裕量角。......
2023-06-23
三相电流型逆变电路设计优化
【摘要】：图3.12 是典型的三相桥式电流型逆变电路，这种电路的基本工作方式是120°导电方式。图3.13 给出了逆变电路的三相输出交流电流波形及线电压uUV的波形。图3.14串联二极管式晶闸管三相电流型逆变电路可以看出，这是一个三相桥式电流型逆变电路，因为各桥臂的晶闸管和二极管串联使用而得名。图3.18 是在电动状态下电路的工作波形。
图3.12 是典型的三相桥式电流型逆变电路，这种电路的基本工作方式是120°导电方式。即每个臂一周期内导电120°，按VT1 到VT6 的顺序每隔60°依次导通。这样，每个时刻上桥臂组的三个臂和下桥臂组的三个臂都各有一个臂导通。换流时，是在上桥臂组或下桥臂组的组内依次换流，为横向换流。输出交流电流波形和负载性质无关，是正负脉冲宽度各为120°的矩形波。图3.13 给出了逆变电路的三相输出交流电流波形及线电压uUV的波形。输出电流波形和三相桥式可控整流电路在大电感负载下的交流输入电流波形形状相同。输出线电压波形和负载性质有关，图3.13 中给出的波形大体为正弦波，但叠加了一些脉冲，这是由逆变器中的换流过程而产生的。
图3.12 电流型三相桥式逆变电路
图3.13 电流型三相桥式逆变电路的输出波形
输出交流电流的基波中IU1 和直流电流Id 的关系为
式（3.21）和三相桥式电压型逆变电路中求输出线电压有效值的式（3.11）相比，因两者波形形状相同，所以两个公式的系数相同。
随着全控型器件的不断进步，晶闸管逆变电路的应用已越来越少，但图3.14 所示的串联二极管式晶闸管逆变电路仍应用较多。这种电路主要应用于中大功率交流电机调速系统。
图3.14 串联二极管式晶闸管三相电流型逆变电路
可以看出，这是一个三相桥式电流型逆变电路，因为各桥臂的晶闸管和二极管串联使用而得名。电路仍为前述的120°导电工作方式，输出波形和图3.13 的波形大体相同。各桥臂之间换流采用强迫换流方式，联接于各桥臂之间的电容C1～C6 即为换流电容。下面主要对其换流过程进行分析。
设逆变电路已进入稳定工作状态，换流电容已充上电压。电容所充电压的规律是：对于共阳极晶闸管来说，电容器与导通晶闸管相联接的一端极性为正，另一端为负，不与导通晶闸管相联接的另一电容器电压为零；共阴极晶闸管与共阳极晶闸管情况类似，只是电容电压相反。在分析换流过程时，常用等效换流电容的概念。例如在分析以晶闸管VT1 向VT3 换流时，换流电容C13 就是C3 与C5 串联后再与C1 并联的等效电容。设C1～C6 的电容量均为C，则C13=3C/2。
下面分析从VT1 向VT3 换流的过程。假设换流前VT1 和VT2 导通，C13 电压UC0 左正右负，如图3.15（a）所示。换流过程可分为恒流放电和二极管换流两个工作阶段。
在t1 时刻给VT3 以触发脉冲，由于C13 电压的作用，使VT3 导通，而VT1 被施以反向电压而关断。直流电流Id 从VT1 换到VT3 上，C13 通过VD1、U 相负载、W 相负载、VD2、VT2、直流电源和VT3 放电，如图3.15（b）所示。因放电电流恒为Id，故称恒流放电阶段。在C13 电压uC13 降到零之前，VT1 一直承受反向，只要反压时间大于晶闸管关断时间tq，就能保证可靠关断。
设t2 时刻uC13 降到零，之后在U 相负载电感的作用下，开始对C13 反向充电。如忽略负载中电阻的压降，则在t2 时刻uC13=0 后，二极管VD3 受到正向偏置而导通，开始流过电流iV，而VD1 流过的充电电流为iU=Id-iV。两个二极管同时导通，进入二极管换流阶段，如图3.15（c）所示。随着C13 充电电压不断增高，充电电流减小，iV 逐渐增大，到t3 时刻充电电流iU 减到零，iV=Id，VD1 承受反压而关断，二极管换流阶段结束。
图3.15 换流过程各阶段的电流路径
t3 时刻以后，进入VT2、VT3 稳定导通阶段，电流路径如图3.15（d）所示。
如果负载为交流电动机，则在t2 时刻uC13 降至零时，如电动机反电动势eVU > 0，则VD3仍承受反向电压而不能导通。直到uC13 升高到与eVU 相等后，VD3 才承受正向电压而导通，进入VD3 和VD1 同时导通的二极管换流阶段。此后的过程与前面分析的完全相同。
图3.16 串联二极管晶闸管逆变电路换流过程波形
图3.16 给出了电感负载时
、iU 和iV 的波形。图中还给出了各换流电容电压
、
和
的波形。
的波形当然和
完全相同，在换流过程，
从
降为-
。C3 和C5 是串联再和C1 并联的，因它们的充放电电流均为C1 的一半，故换相过程电压变化的幅度也是C1的一半。换流过程中，
从零变到-
，
从UC0 变到零。这些电压恰好符合相隔120°后从VT3 到VT5 换流时要求，为下次换流准备好了条件。
当用三相桥式电流型逆变器驱动同步电动机时，是利用滞后于电流相位的反电动势实现换流的，因为同步电动机是逆变器的负载，因此这种换流方式也属于负载换流。
从图3.17 中可以看出，由三相可控整流电路为逆变器提供直流电源，逆变器采用120°导电方式，利用电动机反电动势实现换流。例如，从VT1 向VT3 换流时，因V 相电压高于U 相，VT3 导通时VT1就被关断，这和有源逆变电路的工作情况十分相似。图3.18 是在电动状态下电路的工作波形。
图3.17 无换相器电动机的基本电路
图3.17 中，BQ 是转子位置检测器，与电动机同轴联接，用来检测磁极位置以决定什么时候给哪个晶闸管发出触发脉冲。
由位置检测器检出的信号经逻辑电路处理后给逆变器的6 个晶闸管顺次送出一个周期的6 个触发脉冲。对于两极电动机而言，转子旋转一周，逆变器正好工作一周期，定子磁场也正好旋转一周。定子旋转磁场的转速或逆变器的触发周期不是独立的，而是直接由转子的转速来控制的。电动机的转速降低了，检测器输出的信号频率随之降低。逆变器输出频率也降低，定子旋转磁场转速也相应降低，所以不存在失步问题。因此，无换向器电动机调速实质上是自控式同步机变频调速。
逆变器V1～V6 各管的触发时刻由位置检测装置的初始位置来决定，改变位置检测器的初始位置就可以改变相电流或相电压（或反电动势）的相位关系。因此，适当调节位置检测器的初始位置就可以获得超前电流，使同步电动机成为容性负载。
图3.18 无换相器电动机电路工作波形
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