电流源型单相全桥逆变电路

电流源型单相全桥逆变电路的设计

摘要

本次设计说明书首先介绍了电流源型单相全桥逆变电路的特点和原理，用单相桥式电流型逆变电路的原理图说明了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，又详细分析该电路的工作过程，并用图给出该逆变电路的工作波形。最后根据以上分析运用仿真软件PSIM对电路进行仿真设计，得到波形图。

关键词：电流源型单相电路，逆变电路，PSIM仿真

目录

1.电流源型单相全桥逆变电路研究-----------------------------------------3

1.1逆变电路介绍----------------------------------------------------3

1.2电流型逆变电路的主要特点----------------------------------------3

1.3电流源型单相全桥逆变电路----------------------------------------3

1.4电流源型单相全桥逆变电路工作过程--------------------------------4

2.电流源型单相全桥逆变电路设计------------------------------------------7

2.1电路设计原理----------------------------------------------------7

2.2电路仿真图------------------------------------------------------7

3.参数设定及仿真结果----------------------------------------------------8

3.1直流侧仿真------------------------------------------------------8

3.1.1参数设定-------------------------------------------------8

3.1.2仿真结果-------------------------------------------------8

3.2交流侧仿真------------------------------------------------------8

3.2.1参数设定-------------------------------------------------8

3.2.2仿真结果-------------------------------------------------9

4.小结------------------------------------------------------------------9

5.参考文献--------------------------------------------------------------10

正文

1.电流源型单相全桥逆变电路研究

1.1逆变电路介绍

把直流电变成交流电称为逆变。逆变器的交流负载中包含有电感、电容等无源元件，它们与外电路间必然有能量的交换，这就是无功。由于逆变器的直流输入与交流输出间有无功功率的流动，所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求。在交—直—交变频电路中，直流环节的储能元件往往被当作滤波元件来看待，但它更有向交流负载提供无功功率的重要作用。随着用电设备不断发展，用电设备对交流电源性能参数也有很多不同的要求,也就形成多种逆变电路。

逆变电路可以从不同的角度进行分类。如可以按换流方式分类，按输出的相数分类，也可以按直流电源的性质分类。若按直流电源的性质分类，可分为电压型和电流型两大类。本次课程设计的电路就属于电流型逆变电路。

1.2电流型逆变电路的主要特点

（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，因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。

1.3电流源型单相全桥逆变电路

电流源型单相全桥逆变电路原理图如图1-3所示。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LT。LT用来限制晶闸管开通时di/dt，各桥臂的L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1-3 电流源型单相全桥逆变电路

1.4电流源型单相全桥逆变电路工作过程

图1-4为该电路的工作波形。在交流电流的一个周期内，有两个稳定导通阶段和

两个换流阶段。t

l ～t

2

之间为晶闸管VT

l

和VT

4

稳定导通阶段，负载电流i

o

=I

d

，

近似为恒值，t

2时刻之前在电容C上，即负载上建立了左正右负的电压。在t

2

时刻触

发晶闸管VT

2和VT

3

，因在t

2

前VT

2

和VT

3

的阳极电压等于负载电压，为正值，故VT

2

和VT

3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L

T

，

故VT

l 和VT

4

在t

2

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。t

2

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LT

l 、VT

l

、VT

3

、LT

3

回到

电容C；另一个回路是经LT

2、VT

2

、VT

4

、LT

4

回到电容C，如图1-4中虚线所示。在这

个过程中，VT

l 、VT

4

电流逐渐减小，VT

2

、VT

3

电流逐渐增大。当t=t

4

时，VT

l

、VT

4

电流

减至零而关断，直流侧电流I

d 全部从VT

l

、VT

4

转移到VT

2

、VT

3

，换流阶段结束。

称为换流时间。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 t

4时刻换流结束后，还要使VT

l

，VT

4

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t

q 。如果VT

1

、VT

4

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。