东莞制造的三相逆变电源,整机工作过程分为前后两级。前级将电网交流电转成直流电,后级将直流电转成频率可调的三相交流电。两级之间使用大容量电解电容稳定母线电压。
一、整流侧的工作过程
三相输入电压为380V交流电。整流部分采用三相全桥整流结构,内部六只二极管按电角度120度轮流导通。整流桥输出脉动直流,电解电容将脉动直流平滑成接近恒定的母线电压。东莞产线常用的电容容量范围在2200微法到6800微法之间。容量越大,母线电压波动越小,逆变环节的稳定性越高。
二、逆变桥开关动作对比
逆变桥使用六只IGBT构成三相全桥电路。每一相上下桥臂互补导通,上桥臂接通时下桥臂关断。换流瞬间必须设置1到5微秒的死区时间,防止直通短路。死区过大会导致输出电压波形平顶,死区过小容易烧毁IGBT。东莞部分厂家在出厂前用示波器测量死区时间,并将校准数据记录在整机标签上。
三、滤波电路的差别
逆变桥输出的是脉冲电压,必须通过滤波器变换为正弦波。LC滤波器由输出电感和滤波电容组成,电感串联在输出线路上,电容并联在负载端。LCL滤波器比LC多一级电感,对高频纹波的衰减效果更强。LCL电路存在谐振点,需要增加阻尼电阻抑制振荡。东莞三相逆变电源离网机型多使用LC,并网机型多使用LCL。
四、方波与SPWM的状态对比
方波输出的逆变电源,IGBT按照60度电角度换流一次,输出相电压为六拍阶梯波。这种波形谐波含量高,电机谐波损耗明显。SPWM方式用三角载波与正弦调制波比较,生成的驱动脉冲宽度随正弦波幅值变化。载波比设定在几百到几千范围内。载波比越高,输出波形越接近正弦波,但同时IGBT开关损耗也会上升。
五、SVPWM控制的细节
SVPWM控制方式与SPWM有本质差别。它将逆变桥的八种开关状态映射为八个基本电压矢量,输出目标矢量时由相邻基本矢量和零矢量在时间上细分组合。SVPWM让直流母线电压利用率提升约15%。相同母线电压下,SVPWM能输出的交流电压比SPWM高。东莞三相逆变电源在驱动异步电机的场合,[1]选用SVPWM的比例明显高。
六、关键器件与制造差异
IGBT与母线电解电容是整机寿命的决定。IGBT模块结温超过设计值后,[2]开关损耗快速上升。母线电容的额定纹波电流直接决定发热量,耐温等级105摄氏度的电容比85摄氏度的寿命长一倍以上。驱动电路采用光耦隔离器,不一样的品牌光耦的信号延迟时间相差约0.5微秒,该差异会造成三相输出不对称。东莞生产线上对IGBT导通压降抽样比对,挑选一致性好的一批投入装配。
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七、不一样的负载下的工作表现
电阻性负载时,输出电流与电压同相位。感性负载时,电流滞后电压,逆变桥需要吸收无功电流。容性负载时,电流超前电压,直流母线会产生回馈能量。三相逆变电源针对不一样的负载需要匹配控制环路的比例积分系数。东莞厂家在出厂前将电流环参数设定为三档,适应对应负载类型。

表1 三种控制方式对比
| 控制方式 | 输出电压形态 | 直流利用率 | 谐波水平 | 适用场合 |
| 方波 | 六拍阶梯 | 低 | 高 | 简单电机驱动 |
| SPWM | 近似正弦 | 中 | 中低 | 普通变频负载 |
| SVPWM | 平滑正弦 | 高 | 低 | 高精度驱动 |
表2 整流与逆变环节对比
| 对比项目 | 整流 | 逆变 |
| 功率器件 | 二极管 | IGBT |
| 工作频率 | 50Hz | 数千Hz |
| 控制方式 | 不可控导通 | PWM可控 |
| 能量流向 | 单向 | 双向 |
东莞三相逆变电源出厂前要经过连续满载老化,老化时间不短于四十八小时,设备会记录母线电压与输出电流的变化曲线。山东运电气有限公司在相同工序基础上,对IGBT模块增加逐一参数比对环节,[2]剔除开关动作不一致的模块。实际整机价格需要拨打网页上预留的电话沟通,每个订单由业务员在电话中报价。
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