6.1.1晶闸管电流源型变频器 6.1.1.1串联二极管式电流源型变频器 图6-1是串联二极管式电流源型变频器的逆变电路结构图。图中C13，C35， C51和C46，C62，C24是换相电容器，利用换相电容和电机电感之间的谐振实现晶闸管的强迫换流，二极管VD1-VD6在换流过程中隔离电机反电势，使它不影响 换相电容的放电过程。变频器运行与电机参数(主要是漏感)的关系较大，换相电容的容量要与电机电感和负载电流相匹配。在实际应用中，通常要根据所带电机的不同，相应地配置换相电容的数量。
图6-1 串联二极管式电流源型变频器逆变电路 6.1.1.2输出滤波器换相式电流源型变频器 输出滤波器换相式电流源型变频器利用输出滤波器对晶闸管进行换相，组成结构如图6-2所示。滤波器大概在50%转速时提供电机所需的全部励磁电流， 在这点以上，负载(包括电机和滤波器)维持超前的功率因数。所以逆变器的晶闸管可以实现自然换流，滤波器的容量基本和变频器容量相当，除了庞大的滤波电容外，滤波器还必须串联一定量的电感，以防止产生过大的di/dt，影响晶闸管的安全。由于滤波器容量较大，足以让电机自激发电，所以在滤波器输出和电机之间必须附加一个接触器，以防止变频器跳闸或自由停车时，电机自激发电。庞大的滤波器的优点是对输出120°方波电流起到了很好的滤波作用，所以速度较高时，电机电流波形有所改善。当输出频率降低时，滤波器的滤波作用下降，电机电流波形的质量也有所下降。在变频调速过程中，由于输出电压随着频率的上升正比上升，电容的阻抗与频率成反比关系，所以，随着输出频率的上升，流入滤波器的基波电流幅值按照频率的平方关系上升，直到额定值。因此，这种变频器运行的最高频率一般不会超过额定频率的1.1倍，否则，当频率过高时，变频器无法提供滤波电容所需的无功电流。
图6-2 输出滤波器换向式电流源型变频器 在起动和低速时，由于输出电压较低，滤波电容基本上起不到换相作用，一般采取电流断续换相法。每当逆变侧晶闸管要换相时，设法使流入到逆变器的直流电流下降到零，使逆变侧晶闸管暂时关断，然后给换向后应该导通的晶闸管加上触发脉冲。重新恢复直流电流时，电流将根据触发顺序流入新导通的晶闸管，从而实现从一相到另一相的换相。断流的办法很多，其中一种方法是在直流环节设置一直流电流旁路电路，当要关断逆变侧晶闸管时，直流环节电流被此电路所旁路，而不会流过逆变侧晶闸管，晶闸管自然关断。当下一对晶闸管需要导通时，再切断旁路电路，恢复直流电流继续流向逆变器(图6-2)。此辅助断流电路 要能承受全部直流环节电压，并能通过全部直流电流，时间大约几百微秒，以保证晶闸管恢复阻断。高压晶闸管要求较高的阻断电压，带来的负面影响是需要较长的关断时间，因此，辅助断流电路需要相当的容量。当然，辅助断流电路不是设计成为连续运行的，只是在起动和低速时工作，使速度达到一定值，让滤波电容能正常工作，变频器要求能在两种模式之间自动切换。另一种方法是封锁电源，或让电源侧整流器进入逆变状态，直流环节电流迅速衰减，以达到短时间内断流的目的。触发新的晶闸管时再让电源恢复。直流回路的平波电抗器对电流断续换相是十分不利的，因此必须在电抗器两端并联一个续流晶闸管，当电流衰减时，触发此晶闸管使之导通，使电抗器的能量得以释放，以便不影响逆变器的断 流(图6-3)。 输出滤波器换相式电流源型变频器在一些调速范围不大(比如60-100%) 的场合还是应用比较成功的。 6.1.1.3负载换相式电流源型变频器（LCI） 负载换相式电流源型变频器(LCI：Load Commutated Inverter)，负载为 同步电机，变频器工作原理与输出滤波器换相式电流源型变频器有些类似，组成结构见图6-3。
图6-3 LCI组成结构 晶闸管的关断主要靠同步电机定子交流反电势自然完成，不需要强迫换相，逆变器晶闸管的换流与整流桥晶闸管的换流极其相似。变频器的输出频率一般不是独立调节的，而是依靠转子位置检测器得到的转子位置信号按一定顺序周期性地触发逆变器中相应的晶闸管，LCI这种“自控式”功能，保证变频器的输出频率和电机转速始终保持同步，不存在失步和振荡现象。同步电机在整个调速范围内都必须提供超前的功率因数，以保证逆变器晶闸管的正常换相。电机必须有足够的漏电感，以限制晶闸管的di/dt，电机也要能够承受变频器输出的谐波电流，除了需要特殊的同步电机之外，LCI应用是较为成功的。尤其是在一些超大容量的传动系统中，因为LCI无须强迫换流电路，结构简单，在大容量时只有晶闸管能够提供所需的电压和电流耐量，从电机角度来说，同步电机在大容量时，相对异步电机也有不少优势。现在，随着大容量自关断器件的应用越来越广泛，LCI应用逐渐减少。 变频器输出电流波形和输入电流波形极为相似，呈120°方波状，输出电流中含有丰富的谐波成分，谐波电流会产生电机的附加发热，也会产生转矩脉动。图6-4为该变频的输出电压，电流和转矩。
图6-4 LCI输出波形 在起动和低速时，电机反电势很小，不足以保证安全换相，因此，一般也采取电流断续换相法。 LCI的一个主要缺点就是转矩过载能量不强。过载能力不强是因为换相造成的，为了保证利用反电势换相的安全，要设置一定的换相提前角，比如空载换相提前角设为60°，这样一来就导致平均转矩下降且转矩脉动增加。