電流源型變頻器(CSI:CurrentSourceInverter)采用大電感作為中間直流濾波環節。整流電路一般采用晶閘管作為功率器件,少數也有采用GTO的,主要目的是采取電流PWM控制,以改善輸入電流波形。逆變部分一般采用晶閘管或GTO作為功率器件。由于存在著大的平波電抗器和快速電流調節器,所以過電流保護比較容易。當逆變側出現短路等故障時,由于電抗器存在,電流不會突變,而電流調節器則會迅速響應,使整流電路晶閘管的觸發角迅速后移,電流能控制在安全范圍內。為了對接地短路也實現保護,通常把濾波電抗器分為兩半,上下直流母線各串一半。電流源型變頻器的一大優點是能量可以回饋電網,系統可以四象限運行。雖然直流環節電流的方向不能改變,但整流電壓可以反向(當整流電路工作在有源逆變狀態時),能量可以回饋到電網。
晶閘管目前工業應用的最高電壓為8000V左右,當電網電壓較高時,可采用晶閘管串聯的辦法。比如,當電網電壓為交流4160V時,需要2個耐壓為5KV的晶閘管串聯,才能滿足5900V峰值電壓時的耐壓要求。考慮到器件串聯時的均壓問題和器件耐壓使用安全裕量,在工業應用中,一般使用到器件額定電壓的50-60。晶閘管串聯存在靜態均壓和動態均壓問題。均壓電阻會消耗一部分功率,影響系統的效率。晶閘管的通態壓降一般較低,門極觸發電路比較簡單,驅動功率較低。以6500V,4200A的晶閘管為例,通態壓降可做到1.73V,門極觸發電流僅需400mA,觸發功率僅為3W,該晶閘管的斷態電壓臨界上升率達2000V/us,通態電流臨界上升率達250A/us(連續)。
由于電源側采用三相橋式晶閘管整流電路,輸入電流的諧波成份較大,為了降低諧波,可采取多重化,有的還必須加輸入濾波裝置。電流源型變頻器輸入功率因數一般較低,且會隨著轉速的下降而降低,通常要附加功率因數補償裝置。另外,電流源型變頻器還會產生較大的共模電壓,當沒有輸入變壓器時,共模電壓會施加到電機定子繞組中心點和地之間,影響電機絕緣。電流源型變頻器的輸出電流諧波較高,會引起電機的額外發熱和轉矩脈動,必要時也可采取輸出12脈沖方式或設置輸出濾波器,當然系統的復雜性和成本也會增加。由于均壓電路等固定損耗較大,以及輸入功率因數較低,導致無功電流較大等原因,系統效率會隨著負載的降低而降低。
電流源型變頻器種類較多,主要有串聯二極管式,輸出濾波器換相式,負載換相式和GTO-PWM式等。其中,前三種電流源型變頻器的逆變功率器件都采用晶閘管,輸出采用120°導通方式。GTO-PWM式電流源型變頻器采用GTO作為功率器件,逆變器一般采取電流PWM控制方式。在系統控制上,電流源型變頻器在一般應用時采取電壓-頻率協調控制。與電壓源型變頻器可以直接控制輸出電壓不同,電流源型變頻器的輸出電壓是由輸出電流及負載決定的,所以為了實現電壓頻率協調控制,必須設置電壓環以實現輸出電壓的閉環控制。高性能時,通常采取磁場定向矢量控制,采用常見的轉速電流雙閉環,通過速度和磁通閉環調節器分別得到定子電流的轉矩分量和勵磁分量,經過極坐標變換,得到定子電流幅值和負載角,定子電流的幅值作為電流環的給定值,控制晶閘管整流電路實現定子電流的閉環控制,負載角和同步旋轉坐標系的位置角迭加在一起,用于逆變側晶閘管的觸發脈沖分配。
電流源型變頻器對電網電壓的波動較為敏感,一般電網電壓下降15,變頻器就會跳閘停機。