电流源逆变器(CSI)接线方法_特性参数_优缺点

逆变器用于将电源从直流电转换为交流电，其主要类型包括电压源逆变器（VSI）和电流源逆变器（CSI）两大类。电压源逆变器和电流源逆变器的主要区别在于，电压源逆变器输出电压恒定，电流源逆变器输入电流恒定。

其中，电流源逆变器是一个恒流源，向输入提供交流电，也称为负载电流恒定的Dc-Link转换器。本文就为大家简单介绍电流源逆变器相关基础内容。

基本概念

电流源逆变器也称为电流馈送逆变器，它将输入的直流电转换为交流电，其输出可以是三相或单相。根据电流源的定义，理想电流源是指电流恒定且与电压无关的源。

电流源逆变器的拓扑如图所示，其中直流侧是电压源和电感，电阻串联。为了便于分析，可以将直流侧等效为一个恒流源。拓扑一共有六个开关管，六个二极管，其中二极管的作用是为了防止反向电流流入直流侧，造成对直流电源的冲击。

馈电感应电路

在这里，将电压源和一个较大的电感值（L_d）串联，这个电路命名为电流源。电流源逆变器馈电感应电机驱动电路图如下图所示：

该电路由六个二极管（D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆）、六个电容器（C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆）、六个晶闸管组成(T₁、T₂、T₃、T₄、T_5、T_{6 )}它们以60°相位差固定。

逆变器输出连接到感应电机。对于给定的速度，扭矩通过改变直流链路电流 I_d来控制，并且该电流可以通过改变V_d来改变。由于存在较大的电感L_d，两个开关在相同滞后时间导通不会导致电流突然上升。

下图显示了根据电源的电流源逆变器馈电感应电机驱动的配置，具体如下图所示：

当电源可用直流源时，斩波器用于改变电流。当电源在交流电源中可用时，则使用全控整流器来改变输出发电流。

具体再生制动的闭环转差控制CSI驱动器

电机误差的参考速度 (Δω_m ) 提供给通常为VI控制器的速度控制器，VI控制器的输出是提供给调节速度所需的转差调节器的转差速度。转差速度被提供给磁通控制，其输出是必须控制的参考电流_Id^{* 。}转差速度(ω_ms )和实际速度(ω_m)相加得到同步速度，从同步速度可以确定频率。

频率命令被提供给CSI，因为逆变器非常有能力控制频率，这时可以通过改变输入电流来控制CSI的输出。将参考电流（_Id^*）和实际电流（_Id）相加，得到电流误差（_∆Id)。

电流的误差被提供给控制直流链路电流的电流控制器，并且基于直流链路电流可以控制α，这个α将决定电压，这样可以根据该电压确定多少电流将会改变。这就是具有再生制动的闭环转差控制CSI驱动器的操作过程，其电路图如下图所示：

CSI馈电驱动的主要优点是，它比电压源逆变器馈电驱动更可靠，缺点是它具有较低的速度范围，动态响应较慢，驱动器始终在闭环中运行，不适合多电机驱动。

带电阻R负载的电流源逆变器

带电阻R负载的电流型逆变器电路图如下图所示：

该电路由四个晶闸管开关（T₁、T₂、T₃、T₄）组成，I_S为恒定的输入源电流，可以看出没有接任何反并联二极管。通过将电压源与大电感串联来提供恒定电流。

对于电感的特性，它不允许电流突然变化，所以当连接大电感的电压源时，它产生的电流肯定是恒定的。带阻性负载的电流源逆变器的基本耗散因数等于1。

带电阻R负载的电流源逆变器的参数

如果从0到T/2触发T₁和T₂，则输出电流和输出电压表示为：

I₀=I_S>0

V₀=I₀R

如果从T/2到T触发T₃和T₄，则输出电流和输出电压表示为：

I₀=-I_S>0

V₀=I₀R<0

电流型逆变器带R负载的输出波形如下图所示：

在阻性负载的情况下，需要强制换流。从0到T/2，T₁和T₂导通，从T/2到T，T₃和T₄导通。因此，每个开关的导通角将等于ᴨ，每个开关的导通时间将等于T/2。

阻性负载的输入电压表示为：

V_in=V₀ (从0到T/2)

V_in=-V₀ (从T/2到T)

CSI阻性负载的RMS输出电流和RMS输出电压表示为：

I_0(RMS)=I_S

V_0(RMS)= I_0(RMS)R

带阻性负载的CSI的平均和RMS晶闸管电流为：

I_T(avg)=I_S/2

I_T(RMS)=I_S/√2

带阻性负载的CSI的输出电流和输出电压的傅里叶级数为：

RMS输出电流的基波分量是：

I_01(RMS)=2√2/ᴨ*I_S

带R负载的电流源逆变器的失真因数为：

g=2√2/ᴨ

总谐波失真表示为：

谐波失真（THD）=48.43%

平均和RMS晶闸管电流的基波分量是：

I_T01(avg)= I_01(max)/ ᴨ 

I_T01(RMS)=I_01(max)/ 2

负载两端的基波功率表示为：

V_01(RMS)*I_01(RMS)*cosϕ₁

负载两端的总功率表示为：

I_0(RMS)² R= V_0(RMS)²/R

输入电压 V_in始终为正，因为功率始终从源传输到负载。

带有电容负载的电流源逆变器

带有电容负载的电流源逆变器电路图如下所示：

从o到T/2的波形中，T₁和T₂被触发，输出电流为I₀=I_S。同样从T/2到T，T₃和T₄被触发，输出电流为I₀=-I_S，所以 负载电流波形不依赖于负载。带电容负载的CSI逆变器的输出波形如下图所示：

输出电流波形的积分将给出输出电压。如果输出电流是交流电，那么输出电压肯定是交流电。电路图中取纯容性负载，所以电流超前电压90°。

I₀=I_C=C dV₀/dt

V₀(t)=1/C ∫ I_C(t) dt=1/C ∫ I₀ dt

电容负载的输入电压为：

V_in=V₀  (从0到T/2) 

V_in=-V₀（从T/2到T）

当T₁和T₂从0导通到π时输出电压为正，当T₃和T₄从π导通到3π/2时，默认情况下T₁和T₂由于正电压而进入反向偏置负载，这意味着在这种情况下自然换向或负载换向是可能的，这意味着不需要放置外部电路或外部换向电路来关断晶闸管T₁和T_2，但需要找到自然换向时的电路关断时间，电路关断时间表示为：

ω₀t_c=ᴨ/2

t_c=ᴨ/2ω₀

带电容负载的电流源逆变器的参数

平均和RMS晶闸管电流表示为：

I_T(avg)=I_S/2

I_T(RMS)=I_S/√2

容性负载的输出电流和输出电压的傅里叶级数为：

具有容性负载的CSI的基本耗散因数等于零。

输出功率的基波分量表示为：

P₀₁=V_01(RMS) I_01(RMS) Cos ϕ₁=0

平均和RMS晶闸管电流的基波分量是：

I_T01(avg)= I_01(max)/ ᴨ and I_T01(RMS)=I_01(max)/2

最大输出电压为：

V_0(max)=I_ST/4C

输入电压的有效值是：

V_in(RMS)=V_o(max)/ √3

以上都是带有容性负载的电流源逆变器的参数。

主要应用

电流源逆变器的主要应用包括：

• 不间断电源装置
• LT等离子发生器
• 交流电机驱动
• 开关设备
• 用于泵和风扇的感应电机

优缺点

电流源逆变器的优点包括：

• 不需要反馈二极管
• 换向比较简单

电流源逆变器的缺点包括：

• 需要一个额外的转换器级
• 轻载时，存在稳定性问题，性能缓慢

总结

以上就是关于电流源逆变器的基础知识介绍、其中包括一些应用电路和参数特性内容，希望能够帮助大家更好的理解电流源逆变器。

通常情况下，电流源逆变器使用大电感器或闭环控制电流来提供刚性电流，由于产生的电流波是刚性的，因此不受负载的影响。另外，交流输出电流完全由逆变器中的开关器件和直流施加电源的状态决定。