1、變頻器原理與應用（第2版）第2章1第第4講講變頻器原理與應用（第2版）第2章2總結(jié)總結(jié) 絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（IGBTIGBT）交交-直直-交變頻器主電路包括三個組成部分：交變頻器主電路包括三個組成部分： 整流電路、中間電路、逆變電路整流電路、中間電路、逆變電路整流電路整流電路不可控整流電路不可控整流電路( (組成、組成、原理原理)可控整流電路可控整流電路( (組成、組成、原理原理)可控整流電路控制原則可控整流電路控制原則對觸發(fā)脈沖的要求對觸發(fā)脈沖的要求不同控制不同控制角角時輸出電壓波形時輸出電壓波形變頻器原理與應用（第2版）第2章33.2 3.2 中間電路中間電路 變頻器的中間

2、電路有變頻器的中間電路有濾波電路濾波電路和和制動電路制動電路等不同的形式等不同的形式。 3.2.13.2.1濾波電路濾波電路 雖然利用雖然利用整流電路整流電路可以從電網(wǎng)的交流電源可以從電網(wǎng)的交流電源得到直流電壓得到直流電壓或或直流電流直流電流，但是這種電壓或電流含有頻率為電源頻率，但是這種電壓或電流含有頻率為電源頻率6 6倍倍的的紋波，紋波，則則逆變逆變后的交流電壓、電流也產(chǎn)生后的交流電壓、電流也產(chǎn)生紋波紋波。因此，。因此，必須對整流電路的輸出進行必須對整流電路的輸出進行濾波濾波，以減少電壓或電流的波，以減少電壓或電流的波動。這種電路稱為動。這種電路稱為濾波電路濾波電路。變頻器原理與應用（第2

3、版）第2章41. 1. 電容濾波電容濾波 通常用大容量通常用大容量電容電容對整流電路輸出對整流電路輸出電壓電壓進行進行濾波濾波。由于電容量比。由于電容量比較大，一般采用較大，一般采用電解電容電解電容。 二極管整流器在電源接通時，電容中將流過較大的二極管整流器在電源接通時，電容中將流過較大的充電電流充電電流( (亦稱亦稱浪涌電流浪涌電流) )，有可能，有可能燒壞二極管燒壞二極管，必須采取相應措施。圖，必須采取相應措施。圖3-73-7給出幾種給出幾種抑制浪涌電流抑制浪涌電流的方式。的方式。 a)a)接入交流電抗接入交流電抗 b)b)接入直流電抗接入直流電抗 c)c)串聯(lián)充電電阻串聯(lián)充電電阻 圖圖3

4、-7 3-7 抑制浪涌電流抑制浪涌電流的方式的方式抑制浪抑制浪涌電流涌電流變頻器原理與應用（第2版）第2章5 采用大電容濾波后再送給逆變器，這樣可使加于負載上的采用大電容濾波后再送給逆變器，這樣可使加于負載上的電壓值不受電壓值不受負載變動的影響，基本保持恒定。該變頻電源類似于電壓源，因而稱負載變動的影響，基本保持恒定。該變頻電源類似于電壓源，因而稱為為電壓型變頻器電壓型變頻器。電壓型變頻器的電路框圖如圖。電壓型變頻器的電路框圖如圖3-83-8所示。所示。電壓型變頻電壓型變頻器逆變電壓波形為方波，而電流的波形經(jīng)電動機負載的濾波后接近于器逆變電壓波形為方波，而電流的波形經(jīng)電動機負載的濾波后接近于正

5、弦波，如圖正弦波，如圖3-9所示。所示。 圖3-8 電壓型變頻器的電路框圖 圖3-9 電壓型變頻器的電壓和電流波形 保持負載保持負載電壓恒定電壓恒定變頻器原理與應用（第2版）第2章62. 2. 電感濾波電感濾波 采用大容量采用大容量電感電感對整流電路輸出電流進行濾波，稱為對整流電路輸出電流進行濾波，稱為電感濾波電感濾波。由。由于經(jīng)電感濾波后加于逆變器的于經(jīng)電感濾波后加于逆變器的電流值穩(wěn)定不變電流值穩(wěn)定不變，所以輸出電流基本不受，所以輸出電流基本不受負載的影響，電源外特性類似電流源，因而稱為負載的影響，電源外特性類似電流源，因而稱為電流型變頻器電流型變頻器。圖。圖3-10所示為電流型變頻器的電路

6、框圖。圖所示為電流型變頻器的電路框圖。圖3-11所示為電流型變頻器輸出電壓所示為電流型變頻器輸出電壓及電流波形。及電流波形。 圖3-10 電流型變頻器的電路框圖 圖3-11 電流型變頻器輸出電壓及電流波形 保持負載保持負載電流電流恒定恒定變頻器原理與應用（第2版）第2章73.2.2 3.2.2 制動電路制動電路 利用設置在利用設置在直流回路直流回路中的中的制動電阻制動電阻吸收電動機的再生電能的方式稱為吸收電動機的再生電能的方式稱為動力制動或動力制動或再生制動再生制動。 圖圖3-123-12為制動電路的原理圖。制動電路介于整流器和逆變器之間，圖為制動電路的原理圖。制動電路介于整流器和逆變器之間，

7、圖中的制動單元包括中的制動單元包括晶體管晶體管V VB B、二極管二極管VDVDB B和制動和制動電阻電阻R RB B。如果回饋能量較如果回饋能量較大或要求大或要求強制動強制動，還可以選用接于，還可以選用接于H H、G G兩點上的外接制動電阻兩點上的外接制動電阻R REBEB。 外接制動外接制動電阻電阻制動電阻制動電阻吸吸收再生電能收再生電能逆逆變變整流整流變頻器原理與應用（第2版）第2章83.3 逆變電路的工作原理及基本形式逆變電路的工作原理及基本形式 3.3.1 3.3.1 逆變電路的工作原理逆變電路的工作原理 逆變電路也簡稱為逆變電路也簡稱為逆變器，逆變器，圖圖3-13a 3-13a 所

8、示為單相橋式逆變器，四個橋所示為單相橋式逆變器，四個橋臂由開關構(gòu)成，輸入直流電壓臂由開關構(gòu)成，輸入直流電壓E E，逆變器負載是電阻逆變器負載是電阻R R。當將開關當將開關S S1 1、S S4 4閉合，閉合，S S2 2、S S3 3斷開時，電阻上得到斷開時，電阻上得到左正右負左正右負的電壓；間隔一段時間后將的電壓；間隔一段時間后將開關開關S S1 1、S S4 4打開，打開，S S2 2、S S3 3閉合，電阻上得到閉合，電阻上得到右正左負右正左負的電壓。我們以的電壓。我們以頻頻率率f f交替切換交替切換S S1 1、S S4 4和和S S2 2、S S3 3，在電阻上就可以得到圖在電阻上就

9、可以得到圖3-13b3-13b所示的電壓所示的電壓波形。波形。 a) 單相橋式逆變電路單相橋式逆變電路 b) 工作電壓波形 圖3-13 逆變器工作原理 變頻器原理與應用（第2版）第2章93.3.2 逆變電路的逆變電路的基本型式基本型式 1.半橋半橋逆變電路逆變電路 圖圖3-14a 為半橋逆變電路原理圖，直流電壓為半橋逆變電路原理圖，直流電壓Ud加在兩個串聯(lián)的足夠大的電容加在兩個串聯(lián)的足夠大的電容兩端，并使得兩個電容的連接點為直流電源的兩端，并使得兩個電容的連接點為直流電源的中點中點，即每個電容上的電壓為，即每個電容上的電壓為Ud/2。由兩個導電臂交替工作使負載得到交變電壓和電流，每個導電臂由一

10、個由兩個導電臂交替工作使負載得到交變電壓和電流，每個導電臂由一個功率晶體管與一個反并聯(lián)二極管所組成成。功率晶體管與一個反并聯(lián)二極管所組成成。 a) 半橋逆變電路半橋逆變電路 b) 工作波形工作波形圖圖3-14 半橋逆變電路及工作波形半橋逆變電路及工作波形中中點點V1V2反饋反饋能量能量反饋反饋能量能量變頻器原理與應用（第2版）第2章102. 全橋逆變電路全橋逆變電路 電路原理如圖電路原理如圖3-15a所示。直流電壓所示。直流電壓Ud接有大電容接有大電容C，電路中的電路中的四個橋臂四個橋臂，橋，橋臂臂1、4和橋臂和橋臂2、3組成兩對，工作時，組成兩對，工作時，設設t2時刻時刻之前之前V1、V4導

11、通，負載上的電導通，負載上的電壓極性為壓極性為左正右負左正右負，負載電流，負載電流io由左向右由左向右。t2時刻給時刻給V1、V4關斷信號關斷信號，給，給V2、V3導通信號導通信號，則，則V1、V4關斷，但感性負載中的電流關斷，但感性負載中的電流io方向不能突變，于是方向不能突變，于是VD2、VD3導通續(xù)流，負載兩端電壓的極性為導通續(xù)流，負載兩端電壓的極性為右正左負右正左負。當。當t3時刻時刻io降至零時，降至零時，VD2-、VD3截止，截止，V2、V3導通，導通，io開始反向開始反向。同樣在。同樣在t4時刻給時刻給V2、V3關斷信號，給關斷信號，給V1、V4導通信號后，導通信號后，V2、V3

12、關斷，關斷，io方向不能突變，由方向不能突變，由VD1、VD4導通續(xù)流。導通續(xù)流。t5時刻時刻io降至零時，降至零時，VD1、VD4截止，截止，V1、V4導通，導通，io反向，如此反復循環(huán)，兩對交替反向，如此反復循環(huán)，兩對交替各導通各導通180。其輸出電壓。其輸出電壓uO和負載電流和負載電流iO見圖見圖3-15b 所示。所示。 a) 全橋逆變電路全橋逆變電路 b) 工作波形工作波形 吸收吸收能量能量反饋反饋能量能量V1V1V4V2V3變頻器原理與應用（第2版）第2章113.4 SPWM3.4 SPWM控制技術(shù)控制技術(shù) 3.4.1 3.4.1 概述概述 PAM (Pulse Amplitude

13、Modulation)脈幅脈幅調(diào)制調(diào)制型型，是，是一種一種改變改變電壓源的電壓電壓源的電壓Ud或電流源或電流源Id的的幅值幅值，進行輸出控，進行輸出控制的方式。制的方式。 PWM (Pulse Width Modulation) 脈寬脈寬調(diào)制調(diào)制型，是靠型，是靠改變脈沖改變脈沖寬度寬度來控制來控制輸出輸出電壓電壓，通過改變調(diào)制，通過改變調(diào)制周期周期來控制來控制其輸出其輸出頻率頻率。 SPWM（Sinusoidal PWM）正弦波脈寬調(diào)制型正弦波脈寬調(diào)制型 ，SPWM控制方式控制方式就是對逆變電路就是對逆變電路開關器件開關器件的的通斷通斷進行控制，進行控制，使輸出端得到一系列使輸出端得到一系列幅

14、值相等幅值相等而而寬度不等寬度不等的脈沖，用這些的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波所需要的波形。脈沖來代替正弦波所需要的波形。 變頻器原理與應用（第2版）第2章12重要理論基礎重要理論基礎面積等效原理面積等效原理沖量沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同效果基本相同。沖量沖量窄脈沖的面積窄脈沖的面積效果基本相同效果基本相同環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同圖圖6-1 6-1 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖d)單位脈沖函數(shù)單位脈沖函數(shù)f (t)d d (t)tOa)矩形脈沖矩形脈

15、沖b)三角形脈沖三角形脈沖c)正弦半波脈沖正弦半波脈沖tOtOtOf (t)f (t)f (t)3.4.2 SPWM3.4.2 SPWM控制的基本原理控制的基本原理變頻器原理與應用（第2版）第2章13Ou t若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。OutSPWM波Out如何用一系列等幅不等寬的脈沖等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波Out等幅不等幅不等寬等寬常用的方法：載波的方法：希望輸出波形作為調(diào)制信號（正弦波）接受調(diào)制的信號作為載波（三角波）變頻器原理與應用（第2版）第2章143.4.3 PWM3.4.3 PWM逆變電路的控制方式逆變電路的控制方式1. 1. 單極性方式單極

16、性方式（單相橋逆變）（單相橋逆變）Ur （調(diào)制信號）（調(diào)制信號）正半正半周周，V1保持保持通通，V2保持保持斷斷。當當uruc （載波信（載波信號）號）時使時使V4通，通，V3斷，斷，uo=Ud 。當當uruc時時，給V1和V4導通信號，給V2和V3關斷信號。如如io0，V1和V4通，如io0，VD1和VD4通， uo=Ud 。當當uruc時時，給V2和V3導通信號，給V1和V4關斷信號。如如io0，VD2和VD3通，uo=-Ud 。圖6-6 雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud在ur和uc的交點時刻控制IGBT的通斷。變頻器原理與應用（第2版）第2章16圖6

17、-5 雙極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud圖6-5 單極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud 對照上述兩圖可以看出，單相橋式電路既可采取單極性調(diào)制，也可采用雙極性調(diào)制，由于對開關器件通斷控制的規(guī)律不同，它們的輸出波形也有較大的差別。變頻器原理與應用（第2版）第2章173.4.4 SPWM逆變器的調(diào)制方式逆變器的調(diào)制方式 在在SPWM逆變器中，逆變器中， 三角波電壓頻率：三角波電壓頻率：ft 調(diào)制波電壓頻率調(diào)制波電壓頻率(即逆變器的輸出頻率即逆變器的輸出頻率)： fr 之比：之比：Nftfr 稱為稱為載波比載波比，也稱為，也稱為調(diào)制

18、比調(diào)制比 根據(jù)載波比的根據(jù)載波比的變化變化與否，與否，PWM調(diào)制方式調(diào)制方式可分為：可分為： 同步同步式調(diào)制方式式調(diào)制方式 異步異步式調(diào)制方式式調(diào)制方式 分段同步分段同步式調(diào)制方式式調(diào)制方式變頻器原理與應用（第2版）第2章18 1. 1. 同步調(diào)制方式同步調(diào)制方式 載波比載波比N N等于等于常數(shù)常數(shù)時稱時稱同步調(diào)制方式同步調(diào)制方式。同步調(diào)制方式。同步調(diào)制方式在逆變器輸出電壓每個周期內(nèi)所采用的三角波電壓數(shù)目是在逆變器輸出電壓每個周期內(nèi)所采用的三角波電壓數(shù)目是固定的，因而所產(chǎn)生的固定的，因而所產(chǎn)生的SPWMSPWM脈沖數(shù)是一定的。脈沖數(shù)是一定的。 優(yōu)點：優(yōu)點：是在逆變器輸出是在逆變器輸出頻率頻率變

19、化的變化的整個范圍內(nèi)整個范圍內(nèi)，皆可，皆可保持輸出波形的正、負半波保持輸出波形的正、負半波完全對稱完全對稱，只有奇次諧波存在。，只有奇次諧波存在。而且能嚴格保證逆變器輸出三相波形之間具有而且能嚴格保證逆變器輸出三相波形之間具有120120相位相位移移的對稱關系。的對稱關系。 缺點：缺點：是是當逆變器輸出當逆變器輸出頻率頻率很低時很低時，每個周期內(nèi)的，每個周期內(nèi)的SPWMSPWM脈沖數(shù)脈沖數(shù)過少過少，低頻低頻諧波分量較大諧波分量較大，使負載電動機產(chǎn)生，使負載電動機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲脈動和噪聲。變頻器原理與應用（第2版）第2章19 2. 2. 異步調(diào)制方式異步調(diào)制方式 在逆變器的整個變頻范圍內(nèi)

20、，在逆變器的整個變頻范圍內(nèi)，載波比載波比N N不是一個常數(shù)。不是一個常數(shù)。一般在改變調(diào)制波頻率一般在改變調(diào)制波頻率f fr r時保持三角波頻率時保持三角波頻率f ft t不變，因而不變，因而提高了低頻時的載波比，這樣逆變器輸出電壓每個周期內(nèi)提高了低頻時的載波比，這樣逆變器輸出電壓每個周期內(nèi)PWMPWM脈沖數(shù)可隨輸出頻率的降低而增加，相應地可減少負脈沖數(shù)可隨輸出頻率的降低而增加，相應地可減少負載電動機的轉(zhuǎn)矩脈動與噪聲，改善了調(diào)速系統(tǒng)的低頻工作載電動機的轉(zhuǎn)矩脈動與噪聲，改善了調(diào)速系統(tǒng)的低頻工作特性。特性。但異步調(diào)制方式在改善低頻工作性能的同時，又失但異步調(diào)制方式在改善低頻工作性能的同時，又失去了同

21、步調(diào)制的優(yōu)點。當去了同步調(diào)制的優(yōu)點。當載波比載波比N N隨著輸出頻率的降低而隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時，它不可能總是連續(xù)變化時，它不可能總是3 3的倍數(shù)勢必使輸出電壓波的倍數(shù)勢必使輸出電壓波形及其形及其相位相位都發(fā)生變化，都發(fā)生變化，難以保持三相輸出的難以保持三相輸出的對稱性對稱性，因，因而引起電動機工作不平穩(wěn)。而引起電動機工作不平穩(wěn)。變頻器原理與應用（第2版）第2章20 3. 3. 分段同步調(diào)制方式分段同步調(diào)制方式 實際應用中，實際應用中，多多采用分段同步調(diào)制方式，它集同步采用分段同步調(diào)制方式，它集同步和異步調(diào)制方式和異步調(diào)制方式之所長之所長，而克服了兩者的，而克服了兩者的不足不足。 在

22、一定頻率范圍內(nèi)采用同步調(diào)制，以保持輸出波形對在一定頻率范圍內(nèi)采用同步調(diào)制，以保持輸出波形對稱的優(yōu)點；稱的優(yōu)點； 在低頻運行時，使載波比有級地增大，以采納異步調(diào)在低頻運行時，使載波比有級地增大，以采納異步調(diào)制的長處，這就是分段同步調(diào)制方式。制的長處，這就是分段同步調(diào)制方式。 具體地說，把整個變頻范圍具體地說，把整個變頻范圍劃分為若干頻段劃分為若干頻段，在每個，在每個頻段內(nèi)都維持頻段內(nèi)都維持N N恒定恒定，而對不同的頻段取，而對不同的頻段取不同的不同的N N值值，頻率，頻率低時，低時，N N值取大些。值取大些。 采用分段同步調(diào)制方式，需要增加調(diào)制脈沖采用分段同步調(diào)制方式，需要增加調(diào)制脈沖切換電路切

23、換電路，從而增加控制電路的從而增加控制電路的復雜性復雜性。變頻器原理與應用（第2版）第2章213.4.5 SPWM波形成的方法波形成的方法 1. 1. 自然采樣法自然采樣法 自然采樣法即計算自然采樣法即計算正弦信號正弦信號波波和和三角三角載波的載波的交點交點，從而求出相，從而求出相應的應的脈寬脈寬和和間歇時間間歇時間，生成，生成SPWMSPWM波形。圖波形。圖3-253-25表示截取一段正弦表示截取一段正弦與三角波相交的實時狀況。檢測與三角波相交的實時狀況。檢測出交點出交點A A是是發(fā)出脈沖發(fā)出脈沖的初始時刻，的初始時刻，B B點點是是脈沖結(jié)束脈沖結(jié)束時刻。時刻。 T TC C：為三角波的周期

24、；為三角波的周期； T T2 2：為為ABAB之間的脈寬時間之間的脈寬時間 t t1 1、t t3 3：為間歇時間。為間歇時間。 顯然，顯然，T TC C= = t t1 1+ + t t2 2+ + t t3 3。圖圖3-21 自然采樣法自然采樣法A是是脈沖脈沖初始初始時刻時刻B是是脈沖脈沖結(jié)束結(jié)束時刻時刻變頻器原理與應用（第2版）第2章22 2. 數(shù)字控制法數(shù)字控制法 數(shù)字控制法，是由微機存儲預先計算好的數(shù)字控制法，是由微機存儲預先計算好的SPWM數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)表格，控制時根據(jù)指令調(diào)出，由微機的輸出接口輸出。表格，控制時根據(jù)指令調(diào)出，由微機的輸出接口輸出。 3. 采用采用SPWM專用集成芯片專用

25、集成芯片 用微機產(chǎn)生用微機產(chǎn)生SPWM波，其效果受到指令功能、運算速波，其效果受到指令功能、運算速度、存儲容量等限制，有時難以有很好的實時性，因此，度、存儲容量等限制，有時難以有很好的實時性，因此，完全依靠軟件生成完全依靠軟件生成SPWM波實際上很難適應波實際上很難適應高頻變頻器高頻變頻器的的要求。要求。 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，已開發(fā)出一批用于發(fā)生隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，已開發(fā)出一批用于發(fā)生SPWM信號的集成電路芯片。目前已投入市場的信號的集成電路芯片。目前已投入市場的SPWM芯片進口的有芯片進口的有HEF4725、SLE4520，國產(chǎn)的有國產(chǎn)的有THP4725、ZPS-101等。有些單片機本身

26、就帶有等。有些單片機本身就帶有SPWM端口，如端口，如8098、80C196MC等。等。 變頻器原理與應用（第2版）第2章23本本 章章 小小 結(jié)結(jié) 交交- -直直- -交變頻器的主電路包括三個組成部分：交變頻器的主電路包括三個組成部分：整流電整流電路、中間電路和逆變電路。路、中間電路和逆變電路。 整流電路整流電路把電源提供的交流電壓變換為直流電壓，電把電源提供的交流電壓變換為直流電壓，電路型式分為路型式分為不可控整流電路和可控整流電路。不可控整流電路和可控整流電路。 中間電路中間電路分為分為濾波電路濾波電路和和制動電路制動電路等不同的形式，濾等不同的形式，濾波電路是對整流電路的輸出進行波電路

27、是對整流電路的輸出進行電壓或電流電壓或電流濾波，經(jīng)大電濾波，經(jīng)大電容濾波的直流電提供給逆變器的稱為容濾波的直流電提供給逆變器的稱為電壓型逆變器電壓型逆變器，經(jīng)大，經(jīng)大電感濾波的直流電提供給逆變器的稱為電感濾波的直流電提供給逆變器的稱為電流型逆變器電流型逆變器；制；制動電路是利用設置在直流回路中的動電路是利用設置在直流回路中的制動電阻制動電阻或或制動單元制動單元吸吸收電動機的再生電能實現(xiàn)動力制動。收電動機的再生電能實現(xiàn)動力制動。 逆變電路逆變電路是將直流電變換為頻率和幅值可調(diào)節(jié)的交流是將直流電變換為頻率和幅值可調(diào)節(jié)的交流電，對逆變電路中功率器件的開關控制一般采用電，對逆變電路中功率器件的開關控制

28、一般采用SPWMSPWM控制控制方式方式。變頻器原理與應用（第2版）第2章24第第4章章 交交-交變頻技術(shù)交變頻技術(shù) 4.1 4.1 單相輸出交單相輸出交- -交變頻電路交變頻電路 4.1.1 4.1.1 電路組成及基本工作原理電路組成及基本工作原理 圖圖4-14-1是單相輸出交是單相輸出交-交變頻電路的原理框圖，電路交變頻電路的原理框圖，電路由由P P（正）正）組和組和N N（負）負）組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，兩組變流電路接在同一個交流電源，兩組變流電路接在同一個交流電源，Z Z為負載為負載。 交交-交變頻器交變頻器輸出的方波輸出的方波 如圖如圖42所示。所

29、示。 圖圖4-1 4-1 單相輸出交單相輸出交-交變頻電路的原理框圖交變頻電路的原理框圖 圖圖4-2 輸出的方波輸出的方波 變頻器原理與應用（第2版）第2章25 為了使輸出電壓的波形接近為了使輸出電壓的波形接近正弦波正弦波，可以按正弦規(guī)律，可以按正弦規(guī)律對控制角對控制角 進行調(diào)制進行調(diào)制，即可得到如圖，即可得到如圖4 4-3-3所示的波形。調(diào)制所示的波形。調(diào)制方法方法是，在半個周期內(nèi)讓變流器的是，在半個周期內(nèi)讓變流器的控制角控制角 按按正弦規(guī)律正弦規(guī)律從從9090逐漸減小到逐漸減小到0 0或某個值，然后再逐漸增大到或某個值，然后再逐漸增大到9090。 圖圖4 4-3-3 單相輸出交單相輸出交-

30、交變頻電路輸出交流電壓波交變頻電路輸出交流電壓波形形 變頻器原理與應用（第2版）第2章264.1.2 感阻性負載時的相控調(diào)制感阻性負載時的相控調(diào)制 如果把交如果把交-交變頻電路理想化，交變頻電路理想化，忽略忽略變流電路換相時變流電路換相時輸出電壓的輸出電壓的脈動分量脈動分量，就可以把電路等效為圖，就可以把電路等效為圖4-4a所示的所示的正弦波交流電源和二極管的串聯(lián)。其中交流電源表示變流正弦波交流電源和二極管的串聯(lián)。其中交流電源表示變流電路可輸出電路可輸出交流正弦電壓交流正弦電壓，二極管二極管體現(xiàn)了變流電路只允許體現(xiàn)了變流電路只允許電流電流單方單方向流過。向流過。 圖圖4- 44- 4a 理想化

31、交理想化交-交變頻電路交變頻電路 變頻器原理與應用（第2版）第2章274.1.2 感阻性負載時的相控調(diào)制感阻性負載時的相控調(diào)制 圖圖4-4b給出了一個周期內(nèi)負載電壓、電流波形及正負兩組變流電給出了一個周期內(nèi)負載電壓、電流波形及正負兩組變流電路的電壓、電流波形。路的電壓、電流波形。 圖圖4-44-4b 整流與逆變狀態(tài)波形整流與逆變狀態(tài)波形 變頻器原理與應用（第2版）第2章28 圖圖4- 5 4- 5 單相輸出交單相輸出交- -交變頻電路輸出電壓和電流的波形圖交變頻電路輸出電壓和電流的波形圖負組負組逆變逆變正組整流正組整流正組正組逆變逆變負組整流負組整流變頻器原理與應用（第2版）第2章294.1.

32、3 輸入輸出特性輸入輸出特性 1輸出上限頻率輸出上限頻率 就常用的就常用的6脈波三相橋式電路而言，一般認為，輸出脈波三相橋式電路而言，一般認為，輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/31/2。電網(wǎng)為。電網(wǎng)為50Hz時，交時，交-交變頻電路的交變頻電路的輸出上限頻率約為輸出上限頻率約為20Hz。 2. 輸入功率因數(shù)輸入功率因數(shù) 交交-交變頻電路采用的是相位控制方式，因此其輸入交變頻電路采用的是相位控制方式，因此其輸入電流的相位總是滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無功功率。電流的相位總是滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無功功率。從圖從圖4-3可以看出，在輸出電壓的一個周期內(nèi)，可以看出，在

33、輸出電壓的一個周期內(nèi)，角是以角是以90為中心而前后變化的。輸出電壓比越小，半周期內(nèi)為中心而前后變化的。輸出電壓比越小，半周期內(nèi)的平均值越靠近的平均值越靠近90，位移因數(shù)越低。另外，負載的功率，位移因數(shù)越低。另外，負載的功率因數(shù)因數(shù)越低越低，輸入功率因數(shù)也越低輸入功率因數(shù)也越低。 變頻器原理與應用（第2版）第2章30交交- -交變頻器的交變頻器的特點特點 1) 1) 因為是直接變換，沒有中間環(huán)節(jié)，所以比一般的變因為是直接變換，沒有中間環(huán)節(jié)，所以比一般的變頻器頻器效率要高效率要高。 2) 2) 由于其交流輸出電壓是直接由交流輸入電壓波的某由于其交流輸出電壓是直接由交流輸入電壓波的某些部分包絡所構(gòu)成

34、，因而其輸出頻率比輸入交流電源的些部分包絡所構(gòu)成，因而其輸出頻率比輸入交流電源的頻頻率低率低得多，輸出得多，輸出波形較好波形較好。 3) 3) 由于變頻器按電網(wǎng)電壓過零由于變頻器按電網(wǎng)電壓過零自然換相自然換相，故可采用，故可采用普普通晶閘管通晶閘管。 4) 4) 由于輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的由于輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/31/31/21/2，因因受電網(wǎng)頻率限制，通常輸出電壓的受電網(wǎng)頻率限制，通常輸出電壓的頻率較低頻率較低。 5) 5) 交交-交變頻電路采用的是交變頻電路采用的是相位控制方式相位控制方式，因此其輸，因此其輸入電流的相位總是滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無功功入電流的相位總

35、是滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無功功率。率。功率因數(shù)較低功率因數(shù)較低，特別是在低速運行時更低，需要適當，特別是在低速運行時更低，需要適當補償。補償。 變頻器原理與應用（第2版）第2章314.2 4.2 三相輸出交三相輸出交- -交變頻電路交變頻電路 三相輸出交三相輸出交-交變頻電路主要應用于交變頻電路主要應用于大功率交流電機大功率交流電機調(diào)速系統(tǒng)，三相輸出調(diào)速系統(tǒng)，三相輸出交交-交變頻電路是由交變頻電路是由三組三組輸出電壓相位各差輸出電壓相位各差12120 0的的單相單相交交-交交變頻電路組成的，變頻電路組成的，所以其控制原理與所以其控制原理與單相單相交交-交變頻電路相同。下面簡單介紹一下三交

36、變頻電路相同。下面簡單介紹一下三相相交交-交變交變頻電路接線方式。頻電路接線方式。 4.2.1 4.2.1 公共交流母線進線方式公共交流母線進線方式 圖圖4-6 公共交流母線進線方式的三相交公共交流母線進線方式的三相交-交變頻電路簡圖交變頻電路簡圖變頻器原理與應用（第2版）第2章324.2.2 4.2.2 輸出星形聯(lián)結(jié)方式輸出星形聯(lián)結(jié)方式 圖圖4-7 4-7 輸出星形聯(lián)結(jié)方式的輸出星形聯(lián)結(jié)方式的三三相相交交- -交變頻電路原理圖交變頻電路原理圖優(yōu)點：優(yōu)點：效率高效率高接近正弦波接近正弦波缺點：缺點：接線復雜接線復雜輸出頻率低輸出頻率低功率因數(shù)低功率因數(shù)低輸入電流諧波大輸入電流諧波大應用：大容量

37、低速應用：大容量低速變頻器原理與應用（第2版）第2章33本本 章章 小小 結(jié)結(jié) 交交-交變頻就是把電網(wǎng)頻率的交流電變換成交變頻就是把電網(wǎng)頻率的交流電變換成可調(diào)頻率的交流電，此類變頻器能量可調(diào)頻率的交流電，此類變頻器能量轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率較高較高，多應用于大功率的三相，多應用于大功率的三相異步異步電動機和電動機和同同步步電動機的電動機的低速變頻調(diào)速低速變頻調(diào)速。但由于交。但由于交- -交變頻輸交變頻輸出頻率低（一般為電網(wǎng)頻率的出頻率低（一般為電網(wǎng)頻率的1/31/31/21/2）和）和功功率因數(shù)低率因數(shù)低，使其應用受到限制。，使其應用受到限制。 變頻器原理與應用（第2版）第2章34作業(yè)作業(yè)P32-1

38、P45-4P52-4交作業(yè)時間：交作業(yè)時間：3月月27日日變頻器原理與應用（第2版）第2章35練習練習試用框圖說明交-直-交變頻器的主電路包括那些組成部分？簡述各部分的功能。變頻器原理與應用（第2版）第2章36第第5章章 高（中）壓變頻器高（中）壓變頻器 5.1 5.1 高（中）壓變頻器概述高（中）壓變頻器概述 5.1.1 5.1.1 高（中）壓變頻器的分類高（中）壓變頻器的分類 高（中）壓變頻器按主電路的結(jié)構(gòu)方式分為：高（中）壓變頻器按主電路的結(jié)構(gòu)方式分為： 交交- -交方式交方式和和交交- -直直- -交交方式。方式。 5.1.2 高（中）壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本形式高（中）壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的基

39、本形式 （1）直接高）直接高-高型高型 直接直接高高-高高型（也有的稱為直接中型（也有的稱為直接中-中型）變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如中型）變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖圖5-2所示所示。 圖5-2 直接高-高型變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻器原理與應用（第2版）第2章37 （2 2）高）高- -中型中型 高-中型變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。 圖5-3 高-中型變頻調(diào)速系統(tǒng) （3 3）高）高- -低低- -高型高型 高-低-高型（有的也稱為中-低-中型）變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖5-4所示。 圖5-4 高-低-高型變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻器原理與應用（第2版）第2章385.1.3 5.1.3 高（中）壓變頻器的應

40、用高（中）壓變頻器的應用 1 1拖動風機或水泵拖動風機或水泵 2 2壓縮機、鼓風機、軋機或其它工作機械壓縮機、鼓風機、軋機或其它工作機械 (1) (1) 可精確地調(diào)節(jié)可精確地調(diào)節(jié)速度速度或或流量流量，保證工藝，保證工藝質(zhì)量質(zhì)量。 (2) (2) 可直接與工作機械可直接與工作機械耦合耦合，省去減速機等，省去減速機等中間中間機械環(huán)機械環(huán)節(jié)，減少投資和中間費用。節(jié)，減少投資和中間費用。 (3) (3) 可接受可接受計算機計算機或或PLCPLC的模擬或數(shù)字信號，進行的模擬或數(shù)字信號，進行實時實時控控制，且制，且控制性能優(yōu)越控制性能優(yōu)越。 3 3要求起動性能好的機械要求起動性能好的機械 實現(xiàn)實現(xiàn)“軟軟”

41、起動。電機速度從零開始起動：可使電機起動。電機速度從零開始起動：可使電機電流限制在規(guī)定值以下電流限制在規(guī)定值以下(一般在額定電流的一般在額定電流的1.52倍以內(nèi)倍以內(nèi))，以選定的以選定的加速度平穩(wěn)升加速度平穩(wěn)升速，直到指定速度。速，直到指定速度。 變頻器原理與應用（第2版）第2章395.1.4 5.1.4 高（中）壓變頻器的技術(shù)要求高（中）壓變頻器的技術(shù)要求 1. 1. 可靠性要求高可靠性要求高 2. 2. 對電網(wǎng)的電壓波動容忍度大對電網(wǎng)的電壓波動容忍度大 3. 3. 降低諧波對電網(wǎng)的影響降低諧波對電網(wǎng)的影響 4. 4. 改善功率因數(shù)改善功率因數(shù) 5. 5. 抑制輸出諧波成分抑制輸出諧波成分

42、6. 6. 抑制共模電壓和抑制共模電壓和d du ud dt t的影響的影響 變頻器原理與應用（第2版）第2章405.2 5.2 高（中）壓變頻器的主電路結(jié)構(gòu)高（中）壓變頻器的主電路結(jié)構(gòu) 5.2.1 5.2.1 晶閘管晶閘管電流型電流型變頻器變頻器 晶閘管電流型變頻晶閘管電流型變頻器采用晶閘管三相橋器采用晶閘管三相橋式整流電路將交流變式整流電路將交流變?yōu)橹绷鳎缓笤俳?jīng)晶為直流，然后再經(jīng)晶閘管三相橋式逆變電閘管三相橋式逆變電路將直流變?yōu)轭l率可路將直流變?yōu)轭l率可調(diào)的交流，將其輸出調(diào)的交流，將其輸出以控制電機運行和調(diào)以控制電機運行和調(diào)速。由于在它的直流速。由于在它的直流母線上串聯(lián)有平波電母線上串聯(lián)有

43、平波電抗器，因此該變頻器抗器，因此該變頻器稱為電流型變頻器。稱為電流型變頻器。LC濾波器濾波器LC濾波器濾波器結(jié)構(gòu)相同結(jié)構(gòu)相同變頻器原理與應用（第2版）第2章415.2.2 GTO5.2.2 GTO電流型電流型變頻器變頻器 電路中，變壓器二次繞組采用電路中，變壓器二次繞組采用Y和和不同聯(lián)結(jié)組別，是不同聯(lián)結(jié)組別，是為了獲得互差60的六相電壓，既可以減少整流后的電壓紋波，也可以降低電網(wǎng)的諧波。GTO器件器件串聯(lián)串聯(lián)GTO器件器件變頻器原理與應用（第2版）第2章425.2.3 1GBT5.2.3 1GBT并聯(lián)多重化并聯(lián)多重化PWMPWM電壓型電壓型變頻器變頻器圖圖5-7所示為并聯(lián)多重化所示為并聯(lián)多重

44、化PWM電壓型變頻器電路圖電壓型變頻器電路圖。 二組三相橋二組三相橋式整流電路式整流電路IGBT構(gòu)成一個構(gòu)成一個橋式逆變單元橋式逆變單元去除去除PWM的調(diào)制的調(diào)制波中的高頻成分波中的高頻成分二組三相橋二組三相橋式整流電路式整流電路IGBT構(gòu)成一個構(gòu)成一個橋式逆變單元橋式逆變單元去除去除PWM的調(diào)制的調(diào)制波中的高頻成分波中的高頻成分二組三相橋二組三相橋式整流電路式整流電路IGBT構(gòu)成一個構(gòu)成一個橋式逆變單元橋式逆變單元去除去除PWM的調(diào)制的調(diào)制波中的高頻成分波中的高頻成分二組三相橋二組三相橋式整流電路式整流電路IGBT構(gòu)成一個構(gòu)成一個橋式逆變單元橋式逆變單元變頻器原理與應用（第2版）第2章435

45、3 高壓變頻器對電動機的影響及防治措施高壓變頻器對電動機的影響及防治措施 在高壓變頻器中，對電動機的影響起決定作用的是逆在高壓變頻器中，對電動機的影響起決定作用的是逆變頻器的變頻器的電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)和和控制特性控制特性，逆變器逆變器主要通過輸出諧主要通過輸出諧波、輸出電壓變化率波、輸出電壓變化率dudt和共模電壓來影響電動機的和共模電壓來影響電動機的絕緣和使用壽命，這些因素產(chǎn)生的影響如表絕緣和使用壽命，這些因素產(chǎn)生的影響如表5-4所示。所示。 變頻器原理與應用（第2版）第2章445.3.1 輸出諧波輸出諧波對電動機的影響及防治措施對電動機的影響及防治措施 輸出諧波對電動機的輸出諧波對電動機的影

46、響主要影響主要有：有：諧波引起電動機的溫升過高；諧波引起電動機的溫升過高；轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲增加；轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲增加；經(jīng)常采用的防治措施一般有兩種：經(jīng)常采用的防治措施一般有兩種：一是設置輸出濾波器；一是設置輸出濾波器；二是改變逆變器的結(jié)構(gòu)或聯(lián)接形式，以降低輸二是改變逆變器的結(jié)構(gòu)或聯(lián)接形式，以降低輸出諧波。使其作用到電機上的輸出波形接近正出諧波。使其作用到電機上的輸出波形接近正弦波。弦波。變頻器原理與應用（第2版）第2章455.3.2 輸出輸出電壓變化率電壓變化率對電動機的影響及對電動機的影響及防治措施防治措施 對于電壓型變頻器，當輸出電壓的變化率對于電壓型變頻器，當輸出電壓的變化率(d(du ud dt t) )比較比較高時高時，會加速了電動機絕緣的，會加速了電動機絕緣的老化老化。特別是當變頻器與電動。特別是當變頻器與電動機之間的電纜距離機之間的