交-直-交电流源型变频器概述

    电流源型变频器(CurrentSource Inverter-CSI)的拓扑电路见第二章。由于在整流环节存在着大的平波电抗器和快速电流调节器，所以过电流保护比较容易实现。当逆变出现短路故障时，电抗器存在，电流不会突变，而电流调节器则会迅速响应，使整流电路晶闸管的触发延迟角迅速后移，电流能控制在安全范围内。为了对接地短路也实现保护，通常把滤波电抗器分为两半，上下直流母线各串一半。电流源型变频器的一大优点是能量可以回馈电网，系统可以四象限运行。虽然直流环节电流的方向不能改变，但整流电压可以反向（当整流电路工作在有源逆变状态时），能量可以回馈到电网。

    晶闸管目前工业应用的最高电压为8000V左右，当电网电压较高时，可采用晶闸管串联的办法。比如，当电网电压为交流4160V时，需要2个耐压为5kV的晶闸管串联，才能满足5900V峰值电压时的耐压要求。考虑到器件串联时的均压问题和器件耐压使用安全裕量，在工作应用中，一般使用器件额定电压为变频器输出电压的3倍。晶闸管串联存在静态均压和动态均压问题。均压电阻会消耗一部分功率，影响系统的效率。晶闸管的通态压降一般较低，门极触发电路比较简单，驱动功率较低。以6500V、4200A的晶闸管为例，通态压降可做到1.73V，门极触发电流仅需400mA，触发功率仅为3W，该晶闸管的断态电压临界上升率达2000V/μs，通态电流临界上升率达250A/μs（连续）。

    由于电源侧采用三相桥式晶闸管整流电路，输入电流的谐波成分较大。输入功率因数一般较低，随着转速的下降而降低。另外，还会产生较大的共模电压，当没有输入变压器时，共模电压会施加到电动机定子绕组中心点和地之间，影响电动机绝缘。电流源型变频器的输出电流谐波较高，会引起电动机的额外发热和转矩脉动，必要时也可采取输出12脉波方式或设置输出滤波器，当然系统的复杂性和成本也会增加。由于均压电路等固定损耗较大，以及输入功率因数较低，导致无功电流较大等原因，系统效率会随着负载的降低而降低。

    电流源型变频器种类较多，主要有串联二极管式、输出滤波器换相式、负载换相式和GTO-PWM式等。其中，前三种电流源型变频器的逆变功率器件都采用晶闸管，输出采用120°导通方式。GTO-PWM式电流源型变频器采用GTO作为功率器件，逆变器一般采用电流PWM控制方式。在系统控制上，电流源型变频器在一般应用时采取电压一频率协调控制。与电压源型变频器可以直接控制输出电压不同，电流源型变频器的输出电压是由输出电流及负载决定的，所以为了实现电压

  频率协调控制，必须设置电压环，以实现输出电压的闭环控制。高性能时，通常采取磁场定向矢量控制，采用常见的转速、电流双闭环，通过速度和磁通闭环调节器分别得到定子电流的转矩分量和励磁分量，经过极坐标变换，得到定子电流幅值和负载角，定子电流的幅值作为电流环的给定值，控制晶闸管整流电路实现电子电流的闭环控制，负载角和同步旋转坐标系的位置角叠加在一起，用于逆变侧晶闸管的触发脉冲分配。

    电流源型变频器对电网电压的波动较为敏感，一般当电网电压下降15%时，变频器就会跳闸停机。