一种三相桥式PWM逆变电路的应用

熊小刚

（重庆工贸职业技术学院）

【摘要】对大功率负载设备或供电要求较高的负载，通常选择三相桥式电路。本文将阐述一种三相桥式PWM逆变电路的应用。

【关键词】三相桥式 PWM 逆变电路 应用

一、工作原理分析

图1所示为三相桥式逆变器的主回路，逆变器的导通规律V1→V2→V3→V4→V5→V6→V1对功率开关器件进行控制，则对称三相负载上将分别得到在+1/2Ed到-1/2Ed之间变化的脉冲电压。由于三相正弦参考波与三角载波通过调制电路分别进行比较后对脉冲的宽度比进行调节（如图2中各相正弦波与三角波的交点，以垂直虚线标示），负载上将得到一个与参考波成一定比例的电压脉冲序列，如图2中阴影部分。该脉冲序列的包络线为可调正弦波，如其负载为感性负载，则负载电流波形趋近于正弦波。

图3为晶体管通用型三相PWM变频器的逆变环节的主电路原理图。其整流环节采用二极管桥式整流电路，在此不再赘述。滤波电容器Gd起着平波和中间储能的作用，为电感性负载提供无功功率。

PWM逆变器主要由6个大功率晶体管V1～V6、6个续流二极管VD1～VD6、泵升电压限制电路（R7，V7）组成，V1～V6工作于开关状态，其开关模式取决于供给基极的PWM控制信号，输出交流电压的幅值和频率通过控制开关开通时间和切换点时间来调节。VD1～VD6用来提供续流回路，以A相负载为例：当V1突然关断时，A相负载电流靠VD2续流，而当V2突然关断时，A相负载又靠VD1续流，B、C两相续流原理同上。由于整流电源是二极管整流器，能量不能向电网回馈，因此当电动机突然停车时，电动机轴上的机械能将转化为电能通过VD1～VD6的整流向电容Cd充电，造成直流电压Ud的升高，因此，该电压称为泵升电压。转速越高，停车时的泵升电压就越高，会瞬间击穿开关器件。因此，逆变器主回路中设置了泵升电压限制电路R7和V7，当泵升电压高于Ud的最高电压限制时，V7导通，使电容Cd上的储能通过R7消耗掉，以保证Ud小于等于所限制的最高电压。图中V1～V6右侧并联的电阻、电容和二极管为阻容吸收装置，用于限制功率开关器件的dUce/dt保护器件。

二、主电路的检测与保护

在通用变频器中，功率开关管工作在开关状态，其最关键的技术参数是反向封锁电压Uceo和正向导通电流Icm，此外还须计算、校核集电极功率耗散Pc是否在限定值之内，因此，变频器工作中需要进行电压、电流检测。

功率开关管的结温不但与集电极功耗有关，也与散热器热阻有关，一般在散热器上加装温度传感器进行结温检测，如图4所示。

由于逆变器的最高工作电压也就是直流母线电压Ud，所以应对Ud进行电压监测。电压信号的采样方式很多，电阻分压、霍尔传感器等均可用于对Ud进行电压采样，如图4所示。

变频器中的过电流信号主要分为内部直通电流和外部故障電流两大类。内部直通电流只在变频器内部逆变电路的同桥臂开关器件间形成环流，由于电流不经过负载，回路电阻较小，可能导致较大的过电流。外部故障电流主要是由负载过重或外电路短路等故障造成的，电流通路相对较复杂，通常情况会同时影响到变频器的交流侧和直流侧，所以，对变频器中电流的检测较为复杂，常用的电流检测原理如图4所示。对直流母线电流检测时，应注意以下问题：如果只采用其中的一点进行检测，可以检测到内部直通电流和输出的线间故障电流，但却无法检测到因输出对地造成的短路电流。因此在实际应用中，需要采用如图4中所标的两点同时检测或者将其中之一与零序电流检测配合使用；另外可采用输出侧电流检测，即同时对三路输出电流进行检测，但该法检测不到内部直通电流，也需配以直流侧母线电流检测方法。

对电流进行检测的传感器类型很多，如无感电阻、霍尔电流传感器、电流互感器、零序电流检测器等。

电流保护过程中需要特别注意的是检测器件的快速性问题。例如GTR器件要求在50μs之内进行短路保护，而保护电路从检测、比较、隔离到执行对GTR的封锁有一定的时间间隔，所以保护通道每一环节的滞后时间和动作点都需要进行周密的计算和实际测量，以确保在变频器损坏之前完成保护动作。