电流源逆变器(csi)

电流源逆变器(csi)

  国内市场上出现的产品中只有ab公司的高压,其他品牌的高压变频器以及全部低压变频器都不用这个csi方案,国内新出现一书,对此论述最多,这个方案在技术原理上有特点,为了搞清楚他的内在实质,不妨探讨一番,以便于和电压源逆变器的性能比较。

  csi的构造不同就是在整流后的中间直流环节用大电感平波,因而直流电流比较稳定,所以叫电流源型(但不是恒流)。

  
1、矩形波电流输出
  最早出现的线路方案是采用晶闸管的串联式即采用强迫换流,还有驱动同步采用负载换流,由于当今市面上应用很少,这里对线路原理不再介绍,下面只讨论他的外部特性。在科技书籍里介绍csi特点次数多的当推文献,csi的主要特点如下:

  (1) 中间直流电流基本无脉动,直流回路呈现高阻抗;

  (2) 交流侧输出电流为矩形波,与负载阻抗角无关;

  (3) 交流侧输出电压波形和相位决定于负载阻抗;

  (4)当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,为反馈无功能量,电流并不反向,因此不必像电压型逆变器一样要给开关器件反并二极管,直流侧电感可以贮存与释放无功能量;

  (5) 同理,有功能量通过可控晶闸管桥可以反馈回交流电网,不要另设一套反馈到电网用逆变桥电路;

  (6) 对触发信号的要求:对直流链总是要求有电流流通路径而不能开路,对交流侧不能有短路路径。

  为什么输出交流电流为矩形波?因为直流侧有一个大电感,可以稳定直流电流(但不是恒流)。为什么输出交流电压波形决定于负载阻抗?这是因为v=iz,这个式中的i是正向、反向都是120°宽的矩形波,(也可能是120°宽的凸字形波)z为负载感抗,可以分解为基波和特征谐波。交流电流侧的负载为电动机,其负载特性为阻感负载,对各次谐波而言,谐波感抗是基波感抗的h倍,h是特征谐波次数例如5、7等等,但是要注意,直流侧的大电感对各次谐波而言,相当于一个很大的内抗,在这个大电感上会有很大的谐波电压降,结果,输出的交流电压波形虽不是正弦波,但也决不是矩形波,比较接近于正弦波,其原因应该是直流大电感上削去了大部分的谐波电压。

  
2、pwm调制波输出
  被调制波的基波电流波形,由于是电流源所以为矩形波,经过pwm调制后,电流波形的包络线已初步接近正弦波,但免不了仍然有由调制频率而产生的高频电流波,他也会被中间直流环节的大电感所抑制,由于频率高,受到的抑制作用更强,所以交流输出不论是电流波还是电压波都是接近正弦波,基本理由应该是大电感抑制特征谐波成分和高频成分的结果。

  在高压变频器中,对电动机威协严重的除了输出电压幅值外主要是输出交流电压中的dv/dt,此高值的dv/dt,其本质就是高频电压成分,同上面分析的道理一样,由于直流大电感的抑制作用,使dv/dt值大为缩小。

  
3、输出、输入端的滤波作用
  电流源逆变器脉宽调制(csi-pwm)输出端都有一组并联的,此电容是为了在换流过程中提供电流通路而设(因直流回路电感量很大,电流不能关断而宜另找通路),此旁路电容对电流的谐波和高频成分阻抗分别较小和更小,(同时并联电容也流过不大的基波成分)因而同时也起了一定的滤波作用,使流向电动机的电流更靠近正弦波。同理,交流电源输入端也需要一组并联电容器,但它容易和电网系统内的电感产生lc串联谐振,为了避免揩振,产品厂家必须采抑制措施。

电流源逆变器(csi)

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