电压型逆变电路课程设计

1 主电路设计

逆变电路的作用是将直流电压转换成梯形脉冲波，经低通滤波器滤波后，从而使负载上得到的实际电压为正弦波。

1.1 主电路图

图1三相电压型桥式逆变电路

1.1 主电路原理分析

图1是采用IGBT作为开光器件的电压型三相桥式逆变电路，可以看成由三个半桥逆变电路组成。图1的直流侧通常只有一个电容就可以了，但为了分析方便，画作串联的两个电容器并标出假象中点N′。和单相半桥、全桥逆变电路相同，三相电压型桥式逆变电路的基本工作方式也是180°导电方式，即每个桥臂的导电角度为180°，同一相（即同一半桥）上下两个臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120°。这样，在任一瞬间，将有三个桥臂同时导通。可能是上面一个臂下面两个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行，因此也被称为纵向换流

1.2 工作波形分析和绘制

对于U 相输出来说，当桥臂1导通时，2'd UN U u =，当桥臂4导通时，

2'd UN U u -=。因此，'UN u 的波形是幅值为2d U 的矩形波。V 、W 两相的情况

和U 相相似，'VN u 、'WN u 的波形形状和'UN u 相同，只是相位依次相差120°。'UN u 、

'VN u 、'WN u 的波形如图2a 、b 、c 所示。

图2 三相电压型桥式逆变电路的工作波形 负载线电压UV u 、VW u 、WU u 可由下式求出

⎪⎭

⎪

⎬⎫

-=-=-=''''''UN WN WU WN VN VW VN UN UV u u u u u u u u u ()1⎪⎭

⎪⎬⎫

-=-=-=''''''UN WN WU WN VN VW VN UN UV u u u u u u u u u

图2d 是依照上式画出的UV u 波形。

设负载中点N 与直流电源假象点N ′之间的电压为'NN u ，则负载各相的相电压分别为

把上式各式相加并整理可求得

设负载为三相对称负载，则有0=++WN VN UN u u u ，于是

所以1NN u 也是矩形波，如图2e 所示，其频率为1UN u 的3倍，幅值为其3/1，即6/d U 。

图2f 给出了利用式（2）和式（4）绘出的UN u 的波形，VN u 、WN u 的波形形状和UN u 相同，仅相位依次相差120°。

三相逆变输出的电压与电流分析类似，负载参数已知，以U 相为例，负载的

阻抗角ψ不一样，U i 的波形形状和相位都有所不同，图2g 给出的事阻感负载下

时U i 的波形。桥臂1中的1V 从通态转换到断态时，因负载电感中电流

不能突变，小桥4中的4VD 先导通续流，待负载电流降为零，桥臂4中电流反相

时，4V 才开始导通。负载阻抗角ψ越大，4VD 导通时间越长。在1NN u 0>时，0

U i 时为1V 导通；在01U i 时4VD 导通，0

v i 、w i 的波形与U i 形状相同，相位一次相差0120。将三个桥臂电流相加可得

到直流侧电流d i 。把桥臂1、3、5的电流加起来，就可得到直流侧电流d i 的波形，如图2h 所示。可以看出，每隔60°脉动一次，而直流侧电压是基本无脉动的，因此逆变器从交流侧向直流侧传送的功率是脉动的，且脉动的情况和d i 脉动情况大体相同。这也是电压型逆变电路的一个特点。

)(31

)(311111WN VN UN WN VN UN NN u u u u u u u ++-++=)(31

1111WN VN UN NN u u u u ++=()

4()3()

2⎪⎭

⎪

⎬⎫

-=-=-=''''''NN WN WN NN VN VN NN UN UN u u u u u u u u u πψ<

1.3 参数计算

下面对三相桥式逆变电路的输出电压进行定量分析。把输出线电压 展开成傅里叶级数得：

111

(sin sin 5sin 7sin11......)5711

d

UV u t t t t ωωωωπ

=

--+

1sin (1)sin k

d n t n t n ωωπ⎡⎤=

+-⎢⎥⎣⎦

∑ 式中，61n k =±，k 为自然数。 输出线电压有效值UV U

为

0.816UV

d U U =

= 基波幅值1UV m

U 和基波有效值

1

UV U 分别为

1 1.1UV m d U U =

=；

10.78UV d d U U =

=

=

接下来，我们再对负载相电压UN u 进行分析。把UN u

展开成傅里叶级数得

2111(sin sin 5sin 7sin11......)5711

d UN U u t t t t ωωωωπ=++++

21

=

sin sinn d n U t t n ωωπ+∑（）

式中，61n k =±，k 为自然数。

负载相电压有效值UN U

为

0.471UN

d U U =

= 基波幅值1UN m

U 和基波有效值

1

UN U 分别为

120.637d

UN m d U U U π

==；

10.45UN d U U =

= ()

5()

6()7()

8()

9()

10()11()

12