电压源逆变器与电流源逆变器性能对比

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[4]，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，相当于一个很大的电源内抗，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。

3.2 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。

3.3 输出、输入端电容的滤波作用

电流源逆变器脉宽调制(csi-pwm)输出端都有一组并联的电容器，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，文献[7]介绍了低损耗的有源阻尼方案。

4 变频器电网侧的谐波电流

此谐波电流与逆变电路无关，只决定于变频器前面输入整流部分的电路与中间直流是用电容还是电感平波下面不讨论pwm整流，pwm整流有很好的性能，可四象限运行，高cosφ，低谐波，但有高频骚扰输到电网(与调制频率有关)，主要问题是价格较高。这里只讨论常用三相或多相整流装置向电网输出的谐波。

4.1 电压源变频器的谐波

中间直流环节用大电容平波，只能稳定直流电压，此大电容对变动的输入却是低阻抗，因而输入电流有很大的谐波成分，iec标准[5]对此谐波分量已有数据列成表格如附表所示。

从附表中可以看出下面几个特点：

(1)谐波是特征谐波，只和整流脉动数有关，例如三相对称桥整流，则为6脉动，最低谐波次数为5次，如果为18脉动，则最低谐波次数为17次(理论上没有5、7、11、13等低次谐波)，所以大功率整流多采用多相整流，即变压器有多个付绕组，彼此的相角有移位，而且谐波次数愈高，谐波相对值愈小。

(2)各次谐波量的大小与变频器输入端的系统短路容量大小成正相关关系，短路容量愈小，谐波量愈小，所以在变频器输入端之前要求串入一台相对电抗值x%为4%的输入电抗器，对低压变频器而言，制造厂一般都成套提供。对高压变频器而言，这个道理是一样的，附表的数值也是适用的。x%不能太大也不能太小。

(3) 和下面的电流型变频器相比，电压源变频器在同等条件下的谐波电流要大很多，对这一点，下面第4.3节再作对比分析。

4.2 电流源变频器的谐波

中间直流环节用大电感，对变动的电流而言，是一个很大的内抗，因而变频器输入电流中的谐波成分相对较少，它有以下特性：?

(1) ih/i1= 1/h

上式中：i1-基波电流，由负载大小决定;ih-特征谐波中的第h次的谐波电流。

可见，谐波次数h愈高，其电流愈小，