一种电压型三相桥式逆变电路的设计与应用

汤泽容

【摘要】电压型逆变电路在交流传动、不间断电源、有源无功补偿等领域占着一种主导地位，本文阐述一种电压型三相桥式逆变电路的设计与应用。

【关键词】电压型 三相桥式 逆变电路 设计与应用

一、电路结构

图1为电压型三相桥式逆变电路。电路由三个半桥电路组成。电路中的电容器为了分析方便画成两个，并有一个假想的中性点N，在实际中可用一个。由于输入端施加的是直流电压源，电力晶体管V1~V6始终保持正向偏置，VD1~VD6是与V1~V6反并联的二极管，其作用是为感性负载提供续流回路。同一半桥，上下两个桥臂以180°为间隔交替开通和关断，V1~V6以60°的相位差依次开通和关断,所以任一瞬间将有三个桥臂同时导通，在逆变器输出端形成U、V、W三相电压。

二、工作原理

图2为三相桥式逆变电路的波形图。设N与N连接，负载为星形联结。在0＜ωt≤π/3之间，V1、V5和V6导通。负载电流经V1和V5被送到U相和W相绕组，经V相负载和V6流回电源。在ωt=π/3时刻，V5的触发脉冲下降到零，V5迅速关断，由于感性负载电流不能立即改变方向，VD2导通续流，C相负载电压被钳位到零电位。其他两相电流通路不变。当VD2中续流结束时（续流时间取决于负载电感和电阻的大小），W相电流反向经V2流回电源。

三相桥式逆变电路输出线电压UUV的有效值为

(1)

其中基波分量有效值UUV1为

(2)

负载相电压有效值UUN为

(3)

其中基波分量有效值UUN1为

(4)

此时负载电流由电源经V1和U相负载，分流到V相和W相负载，分别经V6和V2流回电源。

在ωt=2π/3时刻，V6的触发脉冲下降到零，V6关断，B相电流由VD3续流。当续流结束时，VD3截止，VT3导通。负载电流由电源经V1、V3、U相和V相负载，然后汇流到W相。一个周期内其他各管的工作情况与上述分析相同。

图1中负载为星形联结，负载的中点N不与直流电源中点连接。假设负载为阻性负载且三相負载对称，在0＜ωt ≤π/3之间，V1、V5和V6导通，逆变桥的等效电路如图3所示。由图可知，U相和W相负载上电压为Ud/3，B相负载上电压为2Ud/3。同理，在π/3＜ωt ≤2π/3之间，U相负载上电压为2Ud/3，V相和W相负载上电压为Ud/3。在2π/3＜ωt ≤π之间，U相和V相负载电压为Ud/3，W相负载上电压为2Ud/3。U相电压UUN波形如图4所示。V相和W相电压波形与UUN相似，只是相位依次相差120°。线电压波形与图2相同。

注意为了防止同一相上下桥臂同时导通造成直流侧电源短路，在换流时，须采取“先断后通”的方法。