闭合回路。
负载上分别有电流ia、ib流过，由于电路的直流侧串人了大电感Ld,使负载电流波形基本无
脉动，因此电流ia、ib为方波输出，其中ia与图7.13所示的参考方向一致为正，ib与图示方向相反为负，负载电流ic=0。
在3t=n/3时，驱动控制电路使Vs关断，V?
导通，进入下一个时区。
在n/3v3t<2n/3区域，此时导通的开关元件为Vi、V2。
电源电流通过Vi、Za、Zc、V2构
成闭合回路。
形成负载电流ia、ic为方波输出，其中ia与图7.13所示的参考方向一致为正，ic与图示方向相反为负，负载电流ib=0。
在3t=2n/3时，驱动控制电路使Vi关断，V3导通，进入下一个时区。
用同样的思路可以分析出2n/3〜2n时负载电流的波形，如图7.14所示。
由图7.14可以看出，每个IGBT导通的电角度均为120°,任一时刻只有两相负载上有电流流过，总
有一相负载上的电流为零，所以每相负载电流波形是断续、正负对称的方波，将此波形展开成傅氏级数，
经过分析可得，输出电流的基波有效值丨1和直流电流Id的关系为
I1=（•.6Id）/n=0.78Id
经过分析可知，输出电流波形正、负半周对称，因此电流谐波中只有奇次谐波，没有偶次谐波。
以三
次谐波所占比重最大。
由于三相负载没有接零线，故无三次谐波电流流过电源，减少了谐波对电源的影响。
由于没有偶次谐波，如果三相负载是交流电动机，则对电机的转矩也无影响。
电流源型三相桥式变频电路的输出电流波形与负载性质无关，输出电压波形由负载的性质决定。
如果
是感性负载，则负载电压的波形超前电流的变化，近似成三角波或正弦波。
同样，如果改变控制电路中一个工作周期T的长度，则可改变输出电流的频率。
IGBT具有开关特性好，开关速度快等特性，但它的反向电压承受能力很差，其反向阻断电压只有几十
伏。
为了避免它们在电路中承受过高的反向电压，图中每个IGBT的发射极都串有二极管，即VD〜VD6。
它们的作用是，当IGBT承受反向电压时，由于所串二极管同样也承受反向电压，二极管呈反向高阻状态，
相当于在IGBT的发射极串接了一个很大的分压电阻，从而减小了IGBT所承受的反向电压。
7.3.3两种变频电路的特点
1.电压源型变频电路的主要特点
（1）直流侧接有大电容，相当于电压源，直流电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗状态。
（2）由于直流电压源的箝位作用，交流侧电压波形为矩形波，与负载阻抗角无关，而交流侧电流波
形因负载阻抗角的不同而不同，其波形接近三角波或正弦波。
（3）当交流侧为电感性负载时需提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈能量提供通道，各臂都并联了续流二极管。
（4）变频电路从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，因直流电压无脉动，故功率的脉动是由直流电流的脉动来体现的。
（5）当变频电路的负载是电动机时，如果电动机工作在再生制动状态，就必须向交流电源反馈能量。
因直流侧电压方向不能改变，只能靠改变直流电流的方向来实现，这就需要给电路再反并联一套变频桥，
这将使电路变得复杂。
2•电流源型变频电路的主要特点
（1）直流侧接有大电感，相当于电流源，直流电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗状态。
（2）由于各开关器件主要起改变直流电流流通路径的作用，故交流侧电流为矩形波，与负载性质无关，而交流侧电压波形因负载阻抗角的不同而不同。
（3）直流侧电感起缓冲无功能量的作用，因电流不能反向，故可控器件不必反并联二极管。
（4）当变频电路的负载为电动机时，若变频电路中的交一直变换是可控整流时，则可很方便地实现再生制动，不需另加一套变频桥。
7.3交一交变频电路
前面介绍的变频电路均属于交一直一交变频电路，它将50Hz的交流电先经整流电路变换为直流电，
再将直流电变为所需频率的交流电。
本节将介绍交一交变频电路，它将50Hz的工频交流电直接变换成其
它频率的交流电，一般输出频率均小于电网频率，这是一种直接变频的方式。
根据变频电路输出电压波形的不同，交一交变频电路可分为方波型及正弦波型两种。
741方波型交一交变频电路
1.单相负载
方波形交一交变频电路单相负载的电路原理图见图7.2所示，具体分析参见本章第一节。
2•三相负载
三相方波型交一交变频电路的主电路如图7.15所示。
它的每一相由两组反并联的三相零式整流电路
组成，这种连接方式又称为公共交流母线进线方式。
整流器I、川、v为正组；w、w、n为反组。
每个正组由1、3、5晶闸管组成，每个反组由4、6、2晶闸管组成。
因此，变频电路中的换流应分成组与组之间换流和组内换流两种情况。
3
6
图7.15三相方波型交一交变频电路
组与组之间的换流顺序为I、n、川、W、V、W、I;组内换流的顺序为1、2、3、4、5、6、1。
为了在负载上获得三相互差了T/3（T为输出电压的周期）的电压波形，任何时候都应有一正一负两组同
时导通，所以每组导电时间也应为T/3,并每隔T/6换组一次。
虽然同一时刻应有一个正组和一个反组
同时导通，但不允许同一桥臂上的正、反组同时导通，例如I组和"同时导通，否则将会造成电源短路。
每组桥内晶闸管按1、2、3、4、5、6、1顺序换流，各组及组内导电次序如图7.16所示。
图7.16变频电路各组的导电次序
从图7.16来分析组与组之间的换流情况。
假设在第一个T/3的开始时刻，第I组开始导通，而第W
组已经导通了T/6的时间，即此时为第I组和第W组同时导通；经过T/6后，W组已导通了T/3的时间，所以开始换流，W组关闭，H组导通，此时是第I组和第H组同时导通；再经过T/6的时间，第I
组已导通了T/3的时间，又进行另一次换流，换为第川组，此时是第H组和第川组同时导通；以此类推，其它各组的换流情况同上。
为了保证任何时刻都有两组同时导通，换流只在导通的两组中的一组进行，一组导通T/6后，另一组换流，不可能出现两组同时换流的现象。
组与组之间的换流由控制电路中的选组脉冲实现。
再来分析每组桥内晶闸管的换流情况。
由于此电路共由18个晶闸管组成，任何时候都应有两个晶闸
管同时导通，因此在一个周期T内，每个晶闸管导通的时间为T/9,同组晶闸管之间的换流与组与组之间
的换流情况相似，两个导通的晶闸管中，其中一个导通一半的时间，即T/18时进行组内换流，所以每隔
T/18的时间换流一次。
以第I组和第H组导通时为例来说明组内之间的换流。
在T/6时刻有3、4两个晶闸管导通，经过T/18后，第I组组内换流，3关断5导通，此时为4、5晶闸管导通；再过T/18,4已导通了T/9的时间，第H组组内换流，4关断，6导通，此时为5、6导通。
其它各组的组内晶闸管的换流方式相同。
组内各晶闸管的换流是由控制电路中的移相脉冲来实现的。
在电路中串接滤波电感，就形成电流源型变频电路。
三相零式整流电路需18个晶闸管元件，若采用
三相桥式接法，则需要36个晶闸管元件。
图7.17画出了三相零式连接的交一交变频电路当控制角为a时晶闸管导通的次序及负载电流的波形。
组与组之间的换流和组内晶闸管的换流秩序已做了说明，这里不再详细分析。
3
|3
5
13
51
3
6
2
4
6
2
|
6
46
2I
I
III
!
.
V
1|
1
1
IV
VI
n
负载电流
图7.17交一交变频电路导通次序及电流波形
以A相负载的波形为例来分析说明负载电流的波形。
由图7.15所示电路可知，如果A相负载中有电
流通过，必定是I组和其它各组配合导通或者是W组和其它各组配合导通时的结果，所以由图7.17可以
看出，在I组导通的T/3时间内，A相负载上有正相电流，且导通120°（T/3）时间；在第W组导通
时，A相负载上有负电流通过，也导通120°（T/3）时间。
由于I〜W组晶闸管依次各导通120°（T
/3）,又因是电流源型变频电路，所以其它两相负载电流同A相一样，也是持续120。
的方波。
在每一个120。
的时间内，都实现了组内1〜6晶闸管之间的换流，电源电流就正好变换一周。
三个
120°的时间内，电源电流变换三周，所以电源频率是负载电流频率的三倍，即系统输出频率为电源频率的1/3,实现了变频。
上述电路中，由于输出电压为方波，其中含有较多谐波，对负载不利。
为了克服这一缺点，可采用正弦型交一交变频电路，使输出电压的平均值按正弦规律变化。
742正弦波型交一交变频电路
1.输出正弦波的调节方法
在图7.15所示的交一交变频电路中，其输出电压在半个周期中的平均值取决于变频电路的控制角a。
如果在半个周期中控制角a是固定不变的，则输出电压在半个周期中的平均值是一个固定值。
如果在半个
周期中使导通组变频电路的控制角a如图7.3所示变化，由n/2（A点）逐渐减小到零（G点），然后再逐渐
由0增加到n/2，即a角在n/2>a>0之间来回变化（分别为B、C、DE、F各点），那么变频电路在半个周期中输出电压的平均值就从0变到最大再减小到0，可获得按正弦规律变化的平均电压。
2.两组变频电路的工作状态
为了分析交一交变频电路的工作状态，可把变频电路视为一个理想交流电源与一个理想二极管相串
联，并构成反并联电路，轮流向负载供电，如图7.18（a）所示。
分析时略去输出电压、电流中的谐波。
系统采用无环流工作方式，即一组变频电路工作时，另一组则被封锁。
反组状态阻斯整流逆变
（a）（b>
图7.18交一交变频电路
（a）电路；（b）电压与电流的波形；
通常，负载是感性的，负载电压与电流的波形如图7.18（b）所示。
功率因数角为••时，两组变频电路
的工作状态是：
在负载电流的正半周（ti〜t3）,由于整流器的单向导电性，正组变频电路有电流流过，
反组变频电路被阻断。
但在正组变频电路导通的ti〜t2阶段，正组变频电路输出电压、电流都为正时，
它工作在整流状态。
而在t2〜t3阶段，负载电流方向未改变，但输出电压方向却已变负，正组变频电路处于逆变状态。
在t3〜t4阶段，负载电流反向，正组变频电路阻断，反组变频电路工作，由于输出电压、输出电流均为负，故反组变频电路处于整流状态。
在t4〜t5阶段，电流方向未变，但输出电压反向，反
组变频电路处于逆变状态。
从以上分析可得出：
哪组变频电路应导通是由电流的方向所决定的，而与电压的极性无关。
对于感性负载，两组变频电路均存在整流和逆变两种工作状态。
至于哪组变频电路是工作在整流还是逆变状态，应视输出电压与电流是极性相同还是相反而定。
实际变频电路输出电压波形由电源电压的若干片段拼凑而成，如图7.19（a）所示。
变频电路在感性负载下工作时，正组桥和反组桥均存在着整流和逆变两种工作状态，当控制角处于n
/2>a>0时，整流电压上部面积大于下部面积，平均电压为正，正组变频电路工作于整流状态；当n/
2图7.19
给出了正组（共阴极）输出的电压波形，反组变频电路（共阳极）工作状态与正组相似。
这样，负载上电压的波形就由正组整流、逆变和反组整流、逆变四种波形组合而成。
（a）（b）
输岀Hi压
图7.19正组桥输出电压波形
（a）整流状态；（b）逆变状态；（c）控制角连续变化时的输出电压波形；
调节控制角a的深度，使a角由n/2到a>0°的某一值再回到n/2连续变化，可方便地调节输出电压幅值。
当控制正、反组变频电路导通的频率时，即可改变输出电压的频率。
显然，这种电路的输出电压频率小于电源频率。
只要调节图7.15中每组整流电路的控制角a由n/2到a>0°的某一值再回到n/2连续变化，负
载上就可获得三相正弦电压波形。
7.5脉宽调制（PWM型变频电路
7.5.1脉宽调制变频电路概述
1•脉宽调制变频电路的基本工作原理
脉宽调制变频电路简称PW谀频电路，常采用电压源型交一直一交变频电路的形式，其基本原理是控制变频电路开关元件的导通和关断时间比（即调节脉冲宽度）来控制交流电压的大小和频率。
下面以单相PW礎频电路为例来说明其工作原理。
图7.20为单相桥式变频电路的主电路，由三相桥式整流电路获得一
恒定的直流电压，由四个全控型大功率晶体管V1〜V4作为开关元件，二极管VD〜VD4是续流二极管，
为无功能量反馈到直流电源提供通路。
信号波气
凋制屯踣
载波一
□
图7.20单相桥式PWM^频
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