變頻器基本結(jié)構(gòu)和工作原理變頻器基本結(jié)構(gòu)和工作原理變頻器基本結(jié)構(gòu)和工作原理變頻器基本結(jié)構(gòu)和工作原理變頻器基本結(jié)構(gòu)和工作原理變頻器基本結(jié)1§3.1概述1、變頻器是一種典型的采用了變頻技術(shù)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制用電氣設(shè)備2、變頻器電路由主電路和控制電路組成，其中主電路采用各種電力電子電路構(gòu)成3、所謂電力電子電路是指利用電力電子器件對工業(yè)電能進(jìn)行變換和控制的大功率電子電路。由于電力電子電路主要用來處理高電壓大電流的電能，為了減少電路對電能的損耗，電力電子器件通常工作于開關(guān)狀態(tài)，因此電力電子電路實(shí)質(zhì)上是一種大功率開關(guān)電路4、電力電子電路是變頻技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)，包括整流電路（AC-DC轉(zhuǎn)換電路）、斬波電路（DC-DC轉(zhuǎn)換電路）、逆變電路（DC-AC轉(zhuǎn)換電路）、交-交變頻電路（AC-AC轉(zhuǎn)換電路§3.1概述§3.2交-直-交變頻器一、概述1、交-直-交變頻器是現(xiàn)在最常使用的變頻器，按直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能方式分為電壓型變頻器、電流型變頻器，按輸出電壓的調(diào)制方式分為PWM控制方式、PAM控制方式，目前廣泛采用PWM方式變頻器2、交-直-交變頻器電路結(jié)構(gòu)如圖，其中主電路包括整流電路、中間電路、逆變電路§3.2交-直-交變頻器二、整流電路1、概述整流電路（RectifyingCircuit）是一種將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路2、分類（1）按組成器件及控制能力：（a）不可控整流電路：整流器件由不可控功率二極管組成，其直流整流電壓和交流電源電壓值之比固定不變（b）半控整流電路：整流器件由可控開關(guān)器件和二極管混合組成，負(fù)載電源極性不能改變，但電壓平均值可以調(diào)節(jié)（c）全控整流電路：所有整流器件采用可控開關(guān)器件（SCR、GTR、GTO、IGBT等），其輸出直流電壓平均值及極性可以通過控制元件的導(dǎo)通狀況調(diào)節(jié)，功率既可以由電源向負(fù)載傳送，也可以由負(fù)載反饋給電源§3.2交-直-交變頻器二、整流電路§3.2交-直-交變頻器2、分類（2）按交流電源相數(shù)：單相整流、三相整流（3）按電路結(jié)構(gòu)：（a）零式電路：指帶零點(diǎn)或中性點(diǎn)的電路，又稱半波電路（b）橋式電路：是由兩個(gè)半波電路串聯(lián)而成，又稱全波電路（4）按控制方式：（a）相控式電路：通過控制開關(guān)器件觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式（b）斬波式電路：利用開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)通斷控制，將直流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)載上，通過通、斷的時(shí)間變化來改變負(fù)載電壓平均值，稱為斬波控制方式§3.2交-直-交變頻器二、整流電路2、分類§3.2交-直-交變頻器3、不可控整流電路（1）單相橋式整流電路（a）結(jié)構(gòu)：4個(gè)二極管按橋式方式連接（b）工作原理過程：0～π區(qū)間：A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)電位，VD1、VD4承受正向壓降導(dǎo)通，VD2、VD3承受反向壓降而截止，電流id流通路徑如圖之①所示，電流從A+→VD1→R→VD4→B－，由于VD1、VD4導(dǎo)通時(shí)管壓降很小，可忽略不計(jì)，故可以看做電源電壓全部施加于負(fù)載電阻R上，即輸出電壓ud=uAB=u2§3.2交-直-交變頻器二、整流電路L1L2~220V3、不可控整流電路§3.2交-直-交變頻器3、不可控整流電路（1）單相橋式整流電路（b）工作原理過程：π～2π區(qū)間：B點(diǎn)電位高于A點(diǎn)電位，VD2、VD3承受正向壓降導(dǎo)通，VD1、VD4承受反向壓降而截止，電流id流通路徑如圖之②所示，電流從B+→VD2→R→VD3→A－，由于VD2、VD3導(dǎo)通時(shí)管壓降很小，可忽略不計(jì)，故可以看做電源電壓全部施加于負(fù)載電阻R上，即輸出電壓ud=uBA=-u2§3.2交-直-交變頻器二、整流電路L1L2~220V3、不可控整流電路§3.2交-直-交變頻器3、不可控整流電路（2）三相橋式整流電路（a）概述常用于三相交流電源供電的電力電子設(shè)備如變頻器等可將三相交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓（b）結(jié)構(gòu)包括6個(gè)整流二極管VD1、VD3、VD5陰極連在一起，稱共陰極組；VD2、VD4、VD6陽極連在一起，稱共陽極組該三相變壓器接法可消除高次諧波§3.2交-直-交變頻器二、整流電路3、不可控整流電路§3.2交-直-交變頻器3、不可控整流電路（2）三相橋式整流電路（c）電壓波形§3.2交-直-交變頻器二、整流電路3、不可控整流電路§3.2交-直-交變頻器3、不可控整流電路（2）三相橋式整流電路（d）工作原理三相對稱交流電源接入U(xiǎn)、V、W后，在同一時(shí)刻共陰極組陽極電位最高的那個(gè)二極管優(yōu)先導(dǎo)通，共陽極組陰極電位最低的那個(gè)二極管優(yōu)先導(dǎo)通，且只有以上兩個(gè)二極管同時(shí)導(dǎo)通構(gòu)成回路，其余4個(gè)二極管承受反向電壓而截止若把三相交流電壓一個(gè)周期6等分，每份所占相位角為60°，在任意一個(gè)60°相位角內(nèi)始終有共陰極組和共陽極組各一個(gè)二極管同時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，且任意一個(gè)二極管導(dǎo)通角都是120°同一相上下橋臂的共陰極組和共陽極組二極管不能同時(shí)導(dǎo)通在三相交流電壓自然換相點(diǎn)（即任意兩相電壓波形交叉點(diǎn)）同組二極管之間換相導(dǎo)通（流過某VD的電流迅速轉(zhuǎn)移到其它VD流通，此過程稱為換相或換流）§3.2交-直-交變頻器二、整流電路3、不可控整流電路§3.2交-直-交變頻器3、不可控整流電路（2）三相橋式整流電路（e）工作過程0~t1期間：uW>uU>uV,W點(diǎn)電位最高，V點(diǎn)電位最低，VD5、VD6優(yōu)先導(dǎo)通，電流從W→VD5→R→VD6→V，忽略二極管正向壓降，負(fù)載電阻R上電壓ud=uWV，VD5導(dǎo)通后使VD1、VD3陰極電位為uW而承受反向電壓截止。同理VD6導(dǎo)通使VD4、VD2截止§3.2交-直-交變頻器二、整流電路3、不可控整流電路§3.2交-直-交變頻器3、不可控整流電路（2）三相橋式整流電路（e）工作過程t1~t2期間：剛過t1，則uU>uW>uV,U點(diǎn)電位最高，V點(diǎn)電位最低，VD5與VD1換相，VD5截止，VD1導(dǎo)通，VD6仍舊導(dǎo)通，即該期間VD1、VD6導(dǎo)通，其余截止，電流從U→VD1→R→VD6→V，負(fù)載電阻R上電壓ud=uUV§3.2交-直-交變頻器二、整流電路3、不可控整流電路§3.2交-直-交變頻器3、不可控整流電路（1）三相橋式整流電路（e）工作過程t2~t3期間：剛過t2，則uU>uV>uW,U點(diǎn)電位最高，W點(diǎn)電位最低，VD6與VD2換相，VD6截止，VD2導(dǎo)通，VD1仍舊導(dǎo)通，即該期間VD1、VD2導(dǎo)通，其余截止，電流從U→VD1→R→VD2→W，負(fù)載電阻R上電壓ud=uUW§3.2交-直-交變頻器二、整流電路3、不可控整流電路§3.2交-直-交變頻器3、不可控整流電路（1）三相橋式整流電路（e）工作過程依此類推：可得如圖電壓波形，負(fù)載電阻端電壓等于變壓器二次繞組線電壓的包絡(luò)值。VD導(dǎo)通狀態(tài)順序：（VD5、VD6）→（VD1、VD6）→（VD1、VD2）→（VD3、VD2）→（VD3、VD4）→（VD5、VD4）→（VD5、VD6）

，共陰極組VD1、VD3、VD5在t1、t3、t5每間隔120°換相導(dǎo)通，共陽極組VD2、VD4、VD6在t2、t4、t6每間隔120°換相導(dǎo)通6管按順序VD1VD2VD3VD4VD5VD6每間隔60°導(dǎo)通120°相位角§3.2交-直-交變頻器二、整流電路3、不可控整流電路§3.2交-直-交變頻器4、可控整流電路（1）單相半波可控整流電路（a）概述可控整流電路通常采用晶閘管作為整流器件，利用晶閘管的可控單向?qū)щ娦?，通過改變其控制角產(chǎn)生大小可調(diào)的輸出直流電壓，是相控式整流電路（b）結(jié)構(gòu)VT：晶閘管R：電阻性負(fù)載電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同§3.2交-直-交變頻器二、整流電路4、可控整流電路§3.2交-直-交變頻器4、可控整流電路（1）單相半波可控整流電路（c）工作原理過程0~t1期間：u2上正下負(fù)，VT承受正向電壓，G極無觸發(fā)信號(hào)，VT截止，負(fù)載電壓ud=0t1~π期間：u2上正下負(fù)，t1時(shí)刻觸發(fā)VT導(dǎo)通，負(fù)載電壓ud=u2t=π時(shí)刻：u2=0，VT過零關(guān)斷截止π~2π期間：u2上負(fù)下正，VT承受反向電壓處于截止?fàn)顟B(tài)§3.2交-直-交變頻器二、整流電路4、可控整流電路§3.2交-直-交變頻器4、可控整流電路（1）單相半波可控整流電路（d）相關(guān)術(shù)語觸發(fā)角（控制角）α從晶閘管開始承受正向電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度導(dǎo)通角θ晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度移相改變控制角大小的過程移相范圍使輸出電壓從零到最大值所對應(yīng)的控制角變化范圍α

：0~π，θ：π~0，α+θ=

π§3.2交-直-交變頻器二、整流電路4、可控整流電路§3.2交-直-交變頻器4、可控整流電路（1）單相橋式半控整流電路（a）結(jié)構(gòu)VT1、VT3：晶閘管，其G極連接在一起，觸發(fā)信號(hào)ug同時(shí)送到兩個(gè)G極VD2、VD4：二極管R：電阻性負(fù)載移相范圍：α

：0~π§3.2交-直-交變頻器二、整流電路t1t2t3t44、可控整流電路§3.2交-直-交變頻器4、可控整流電路（1）單相橋式半控整流電路（b）工作原理過程0~t1期間：u2上正下負(fù)，無觸發(fā)信號(hào)ug，VT1截止，VD4不導(dǎo)通t1~t2期間：u2上正下負(fù)，t1時(shí)刻產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)ug，VT1導(dǎo)通，VT3承受反向電壓截止，VD4隨后導(dǎo)通，電流從a+→VT1→R→VD4→b－T2時(shí)刻：U2電壓為0，VT1過零關(guān)斷截止§3.2交-直-交變頻器二、整流電路t1t2t3t44、可控整流電路§3.2交-直-交變頻器4、可控整流電路（1）單相橋式半控整流電路（b）工作原理過程t2~t3期間：u2上負(fù)下正，無觸發(fā)信號(hào)ug，VT3截止，VD2不導(dǎo)通t3~t4期間：u2上負(fù)下正，t3時(shí)刻產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)ug，VT3導(dǎo)通，VT1承受反向電壓截止，VD2隨后導(dǎo)通，電流從b+→VT3→R→VD2→a－T4時(shí)刻：U2電壓為0，VT3過零關(guān)斷截止§3.2交-直-交變頻器二、整流電路t1t2t3t44、可控整流電路§3.2交-直-交變頻器4、可控整流電路（2）三相橋式全控整流電路（a）結(jié)構(gòu)包括6個(gè)晶閘管VT1、VT3、VT5陰極連在一起，稱共陰極組；VT2、VT4、VT6陽極連在一起，稱共陽極組R：電阻性負(fù)載§3.2交-直-交變頻器二、整流電路ud1ud24、可控整流電路§3.2交-直-交變頻器4、可控整流電路（2）三相橋式全控整流電路（b）工作原理過程三相交流電壓自然換相點(diǎn)是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻，將其作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā)角α的起點(diǎn)，即α=0°移相范圍：α

：0°~120°當(dāng)α

≤60

時(shí)，id波形與ud波形形狀一樣均連續(xù)當(dāng)α

>60

時(shí)，ud波形每60

中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值當(dāng)α=120

時(shí)，ud為0其余過程類似三相橋式不可控整流電路§3.2交-直-交變頻器二、整流電路ud1ud24、可控整流電路§3.2交-直-交變頻器4、可控整流電路（2）三相橋式全控整流電路（b）工作原理過程當(dāng)α=0°時(shí)，ud為線電壓在正半周的包絡(luò)線§3.2交-直-交變頻器二、整流電路4、可控整流電路§3.2交-直-交變頻器4、可控整流電路（2）三相橋式全控整流電路（b）工作原理過程當(dāng)α=30°時(shí)，晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30

，組成ud的每一段線電壓因此推遲30

，ud平均值降低§3.2交-直-交變頻器二、整流電路4、可控整流電路§3.2交-直-交變頻器4、可控整流電路（2）三相橋式全控整流電路（b）工作原理過程當(dāng)α=60°時(shí)，ud波形中每段線電壓的波形繼續(xù)向后移，ud平均值繼續(xù)降低。ud出現(xiàn)了零點(diǎn)§3.2交-直-交變頻器二、整流電路4、可控整流電路§3.2交-直-交變頻器4、可控整流電路（2）三相橋式全控整流電路（b）工作原理過程當(dāng)

>60

時(shí)，因?yàn)閕d與ud一致，一旦ud降為至零，id也降至零，晶閘管關(guān)斷，輸出整流電壓ud為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值§3.2交-直-交變頻器二、整流電路α=90°4、可控整流電路§3.2交-直-交變頻器4、可控整流電路（2）三相橋式全控整流電路（c）工作特點(diǎn)每個(gè)時(shí)刻均需共陰極組和共陽極組各1個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成供電回路，且不能為同一相器件。器件換相在本組進(jìn)行晶閘管導(dǎo)通狀態(tài)順序：（VT1、VT6）→（VT1、VT2）→（VT3、VT2）→（VT3、VT4）→（VT5、VT4）→（VT5、VT6）Ud為線電壓的一部分，一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路§3.2交-直-交變頻器二、整流電路4、可控整流電路§3.2交-直-交變頻器4、可控整流電路（2）三相橋式全控整流電路（c）對觸發(fā)脈沖要求晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通順序：VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，相位依次差60

，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通角均為120

共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120

，共陽極組VT2、VT4、VT6也依次差120

同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180

要使電路正常工作，需保證應(yīng)同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖，常用的方法有兩種：單寬脈沖：使脈沖寬度大于60（可取80~100）小于120雙窄脈沖：觸發(fā)一個(gè)晶閘管時(shí)向前一晶閘管補(bǔ)發(fā)脈沖，常用§3.2交-直-交變頻器二、整流電路4、可控整流電路§3.2交-直-交變頻器三、斬波電路1、概述（1）又稱直流-直流變換電路。是將直流電變換為另一固定電壓或可調(diào)電壓的直流電。（2）可用于直流開關(guān)穩(wěn)壓電源、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制等2、分類（1）按功能

分為：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路（2）按調(diào)壓控制方式（a）脈沖寬度調(diào)制（PWM）：控制脈沖周期不變，改變脈沖寬度調(diào)壓。常用。故斬波控制也稱為脈寬調(diào)制（b）脈沖頻率調(diào)制（PFM）：控制脈沖寬度不變，改變脈沖周期調(diào)壓?！?.2交-直-交變頻器三、斬波電路§3.2交-直-交變頻器3、斬波電路基本工作原理（1）S為理想開關(guān)，當(dāng)S在ton期間閉合時(shí)，輸出電壓uo=E（2）當(dāng)S在toff期間斷開時(shí)，輸出電壓uo=0（3）當(dāng)S交替通斷，在負(fù)載上就可得到直流脈沖方波電壓（4）負(fù)載電壓的平均值為：式中，T為開關(guān)周期T=ton+toff，α稱為占空比（5）改變占空比調(diào)壓（a）T不變，變ton：脈沖寬度調(diào)制（b）ton不變，變T：脈沖頻率調(diào)制§3.2交-直-交變頻器三、斬波電路3、斬波電路基本工作原理§3.2交-直-交變頻器3、降壓斬波電路（1）電路結(jié)構(gòu)VT可用晶閘管或全控型自關(guān)斷器件VD為續(xù)流二極管，L電感E直流電源，RL負(fù)載（2）工作原理過程（a）VT基極加控制脈沖Ub，通過控制VT通斷調(diào)節(jié)輸出電壓（b）當(dāng)Ub為高電平，VT導(dǎo)通，E產(chǎn)生的電流經(jīng)VT、L、RL，流過L電流突然增加時(shí)，L產(chǎn)生左正右負(fù)電動(dòng)勢阻礙電流I增加同時(shí)儲(chǔ)存能量，I緩慢增大§3.2交-直-交變頻器三、斬波電路3、降壓斬波電路§3.2交-直-交變頻器3、降壓斬波電路（2）工作原理過程（c）當(dāng)Ub為低電平，VT關(guān)斷，流過L的電流突然減小，L馬上產(chǎn)生左負(fù)右正的電動(dòng)勢阻礙I的變化，該電動(dòng)勢產(chǎn)生電流途徑：L右正→RL→VD→L左負(fù)，使L釋放能量，該電流逐漸減?。╠）U0電壓平均值：α又稱降壓比，且α＜1，則U0＜E§3.2交-直-交變頻器三、斬波電路3、降壓斬波電路§3.2交-直-交變頻器3、降壓斬波電路（2）工作原理過程（e）當(dāng)采用PWM控制方式，脈沖周期不變寬度變窄，VT導(dǎo)通時(shí)間ton變短，U0下降（f）當(dāng)采用PFM控制方式，脈沖寬度不變周期T變長，單位時(shí)間內(nèi)VT導(dǎo)通時(shí)間相對變短，U0下降§3.2交-直-交變頻器三、斬波電路3、降壓斬波電路§3.2交-直-交變頻器3、升壓斬波電路（1）電路結(jié)構(gòu)如圖：（2）工作原理過程（a）VT基極加控制脈沖Ub，通過控制VT通斷調(diào)節(jié)輸出電壓（b）當(dāng)Ub為高電平，VT導(dǎo)通，E產(chǎn)生的電流經(jīng)L、VT，流過L電流突然增加時(shí)，L產(chǎn)生左正右負(fù)電動(dòng)勢阻礙電流I增加同時(shí)儲(chǔ)存能量（c）當(dāng)Ub為低電平，VT關(guān)斷，流過L的電流突然減小，L馬上產(chǎn)生左負(fù)右正的電動(dòng)勢與E疊加，通過VD向電容C充得上正下負(fù)電壓U0（d）Ub為高電平時(shí)間越長，流過L電流時(shí)間越長，儲(chǔ)能越多，VT關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢越高，對C充電電壓越高，U0越大§3.2交-直-交變頻器三、斬波電路3、升壓斬波電路§3.2交-直-交變頻器3、升壓斬波電路（2）工作原理過程（e）U0電壓平均值：T/toff稱為升壓比，且T/toff＞1，則U0＞E（f）同理當(dāng)采用PWM或PFM控制方式，可調(diào)整輸出電壓大小§3.2交-直-交變頻器三、斬波電路3、升壓斬波電路§3.2交-直-交變頻器4、升降壓斬波電路（1）電路結(jié)構(gòu)如圖：（2）工作原理過程（a）VT基極加控制脈沖Ub，通過控制VT通斷調(diào)節(jié)輸出電壓（b）當(dāng)Ub為高電平，VT導(dǎo)通，E產(chǎn)生的電流經(jīng)VT、L，流過L電流突然增加時(shí)，L產(chǎn)生上正下負(fù)電動(dòng)勢阻礙電流I增加同時(shí)儲(chǔ)存能量（c）當(dāng)Ub為低電平，VT關(guān)斷，流過L的電流突然減小，L馬上產(chǎn)生上負(fù)下正的電動(dòng)勢經(jīng)VD對電容C充得上負(fù)下正電壓UO，同時(shí)也有電流流過負(fù)載RL（d）Ub為高電平時(shí)間越長，流過L電流時(shí)間越長，儲(chǔ)能越多，VT關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的上負(fù)下正電動(dòng)勢越高，對C充電電壓越高，U0越大

§3.2交-直-交變頻器三、斬波電路4、升降壓斬波電路§3.2交-直-交變頻器4、升降壓斬波電路（2）工作原理過程（e）U0電壓平均值：由若ton/toff>1，則U0

>E，電路為升壓斬波電路由若ton/toff<1，則U0

<E，電路為降壓壓斬波電路（f）同理當(dāng)采用PWM或PFM控制方式，可調(diào)整輸出電壓大小§3.2交-直-交變頻器三、斬波電路4、升降壓斬波電路§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路1、概述又稱直流-交流變換電路，是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的電路，與整流電路功能相反2、分類（1）按交流輸出相數(shù)單相逆變電路、三相逆變電路（2）按交流輸出電平數(shù)量兩電平逆變電路、三電平逆變電路、多電平逆變電路（3）按直流電源性質(zhì)電壓型逆變電路、電流型逆變電路（4）按開關(guān)器件類型半控型器件（晶閘管）逆變電路、全控型器件逆變電路§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路§3.2交-直-交變頻器2、分類（5）按電路結(jié)構(gòu)半橋式、全橋式、推挽式（6）按換相（換流）方式電網(wǎng)換相式、負(fù)載換相式、強(qiáng)迫換相式、器件換相式（自換相式）（7）按開關(guān)器件工作方式

180°導(dǎo)通型、120°導(dǎo)通型（8）按輸出波形特點(diǎn)正弦波式、非正弦波式（9）按逆變后交流電能使用方式有源逆變電路：輸出交流側(cè)接電網(wǎng)

無源逆變電路：輸出交流側(cè)接負(fù)載，變頻器采用§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路2、分類§3.2交-直-交變頻器3、逆變電路基本工作原理（1）原理性單相橋式逆變電路（a）S1~S4是橋式電路的4個(gè)橋臂，看成是4個(gè)理想開關(guān)，實(shí)際由電力電子器件及輔助電路組成（b）S1、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓uo為正（c）S1、S4斷開，S2、S3閉合時(shí)，負(fù)載電壓uo為負(fù)，從而把直流電變成了交流電（d）改變兩組開關(guān)切換頻率f，可改變輸出交流電頻率（e）電阻負(fù)載時(shí)負(fù)載電流io和uo的波形和相位相同（f）阻感負(fù)載時(shí)io相位滯后于uo，波形也不同§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路3、逆變電路基本工作原理§3.2交-直-交變頻器3、逆變電路基本工作原理（2）換相方式（a）換相（換流）

電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移的過程（b）類型電網(wǎng)換相、負(fù)載換相、強(qiáng)迫換相、器件換相（自換相）前面3種針對晶閘管電路的換相，第4種針對全控型器件（c）電網(wǎng)換相由電網(wǎng)提供換相電壓，即將負(fù)的電網(wǎng)電壓施加在欲關(guān)斷的晶閘管上即可使其關(guān)斷，不需要器件具有門極可關(guān)斷能力可用于可控整流電路、交流調(diào)壓電路和采用相控方式的交-交變頻電路，但不適用于沒有交流電網(wǎng)的無源逆變電路§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路3、逆變電路基本工作原理§3.2交-直-交變頻器3、逆變電路基本工作原理（2）換相方式（d）負(fù)載換相由負(fù)載提供換相電壓的換相方式負(fù)載電流相位超前于負(fù)載電壓的場合，都可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流，如電容性負(fù)載和同步電動(dòng)機(jī)如圖是基本的負(fù)載換相逆變電路，4個(gè)橋臂均由晶閘管組成當(dāng)流過晶閘管中的振蕩電流自然過零時(shí),則晶閘管將繼續(xù)承受負(fù)載的反向電壓,如果電流的超前時(shí)間大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間,就能保證晶閘管完全恢復(fù)到正向阻斷能力,從而實(shí)現(xiàn)電路可靠換流§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路ω

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tOOOOiit1b)uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT43、逆變電路基本工作原理§3.2交-直-交變頻器3、逆變電路基本工作原理（2）換相方式（e）強(qiáng)迫換相設(shè)置附加的換相電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓或反向電流的換相方式通常利用附加電容上儲(chǔ)存的能量來實(shí)現(xiàn)，也稱電容換相（f）器件換相（自換相）利用全控型器件(GTO、GTR、IGBT、MOSFET)自身具有的自關(guān)斷能力實(shí)現(xiàn)換相，其換相控制簡單§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路3、逆變電路基本工作原理§3.2交-直-交變頻器3、逆變電路基本工作原理（3）原理性三相橋式逆變電路（a）基本結(jié)構(gòu)E：直流電源K1~K6：橋臂開關(guān)，實(shí)際由功率開關(guān)器件及輔助電路組成K1、K3、K5：上橋臂組K2、K4、K6：下橋臂組RA、RB、RC：三相負(fù)載§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路3、逆變電路基本工作原理§3.2交-直-交變頻器3、逆變電路基本工作原理（3）原理性三相橋式逆變電路（b）基本工作原理當(dāng)K1導(dǎo)通，A端極性為正，當(dāng)K4導(dǎo)通，A端極性為負(fù)，則A端輸出交流電當(dāng)K3導(dǎo)通，B端極性為正，當(dāng)K6導(dǎo)通，B端極性為負(fù)，則B端輸出交流電當(dāng)K5導(dǎo)通，C端極性為正，當(dāng)K2導(dǎo)通，C端極性為負(fù)，則C端輸出交流電如果對輸出的A、B、C三相交流電進(jìn)行適當(dāng)?shù)南辔豢刂?，就可得到依次相?20°的三相對稱交流電§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路3、逆變電路基本工作原理§3.2交-直-交變頻器3、逆變電路基本工作原理（3）原理性三相橋式逆變電路（c）開關(guān)工作方式對于電路6個(gè)開關(guān)的控制，有120°導(dǎo)通型和180°導(dǎo)通型兩種方式

120°導(dǎo)通型：將一個(gè)周期360°相位角等分為6個(gè)區(qū)間，

6個(gè)開關(guān)在一個(gè)周期中各導(dǎo)通一次，導(dǎo)通順序?yàn)镵1→K2→K3→K4→K5→K6，相位依次相差60°

，每個(gè)開關(guān)導(dǎo)通120°上橋臂開關(guān)K1、K3、K5依次間隔120°順序?qū)ㄏ聵虮坶_關(guān)K2、K4、K6也依次間隔120°順序?qū)ㄍ幌嗟纳舷聝蓚€(gè)橋臂開關(guān)，即K1與K4，K3與K6，K5與K2，相差180

導(dǎo)通每個(gè)時(shí)刻均需上橋臂組和下橋臂組各1個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，形成供電回路，且不能為同一相2個(gè)開關(guān)。開關(guān)換相在本組進(jìn)行§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路3、逆變電路基本工作原理§3.2交-直-交變頻器3、逆變電路基本工作原理（3）原理性三相橋式逆變電路（c）開關(guān)工作方式

120°導(dǎo)通型：§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路60°60°60°60°3、逆變電路基本工作原理§3.2交-直-交變頻器3、逆變電路基本工作原理（3）原理性三相橋式逆變電路（c）開關(guān)工作方式120°導(dǎo)通型：各個(gè)區(qū)間開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)及負(fù)載等效電路§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路K1K2K3K4K5K60°60°120°180°240°300°360°3、逆變電路基本工作原理§3.2交-直-交變頻器3、逆變電路基本工作原理（3）原理性三相橋式逆變電路（c）開關(guān)工作方式120°導(dǎo)通型：交流輸出為矩形波電壓（電流），改變開關(guān)頻率可調(diào)節(jié)輸出交流頻率每個(gè)區(qū)間輸出電壓值計(jì)算方法：例：以ωt1時(shí)刻為例此時(shí)K1、K2導(dǎo)通，電流路徑E+→K1→RA→RC→K2→E﹣，則RA上電壓uAO=E/2，RC上電壓uCO=﹣E/2。依次類推可得各區(qū)間三相負(fù)載相電壓§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路3、逆變電路基本工作原理§3.2交-直-交變頻器3、逆變電路基本工作原理（3）原理性三相橋式逆變電路（c）開關(guān)工作方式180°導(dǎo)通型將一個(gè)周期360°相位角等分為6個(gè)區(qū)間，

6個(gè)開關(guān)在一個(gè)周期中各導(dǎo)通一次，導(dǎo)通順序?yàn)镵1→K2→K3→K4→K5→K6，相位依次相差60°

，每個(gè)開關(guān)導(dǎo)通180°上橋臂開關(guān)K1、K3、K5依次間隔120°順序?qū)ㄏ聵虮坶_關(guān)K2、K4、K6也依次間隔120°順序?qū)ㄍ幌嗟纳舷聝蓚€(gè)橋臂開關(guān)，即K1與K4，K3與K6，K5與K2，相差180

導(dǎo)通每個(gè)時(shí)刻均有3個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，其中上橋臂1個(gè)下橋臂2個(gè)或上橋臂2個(gè)下橋臂1個(gè)形成供電回路，且不能為同一相2個(gè)開關(guān)。而開關(guān)換相是在同一相2個(gè)開關(guān)進(jìn)行§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路3、逆變電路基本工作原理§3.2交-直-交變頻器3、逆變電路基本工作原理（3）原理性三相橋式逆變電路（c）開關(guān)工作方式180°導(dǎo)通型：§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路3、逆變電路基本工作原理§3.2交-直-交變頻器3、逆變電路基本工作原理（3）原理性三相橋式逆變電路（c）開關(guān)工作方式180°導(dǎo)通型：各個(gè)區(qū)間開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)及負(fù)載等效電路§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路K1K2K3K4K5K63、逆變電路基本工作原理§3.2交-直-交變頻器3、逆變電路基本工作原理（3）原理性三相橋式逆變電路（c）開關(guān)工作方式180°導(dǎo)通型：交流輸出為六階梯波電壓，改變開關(guān)頻率可調(diào)節(jié)輸出交流電壓頻率，該電路又稱為六拍三相橋逆變電路每個(gè)區(qū)間輸出電壓值計(jì)算方法：例：以ωt1時(shí)刻為例此時(shí)K1、K2、K6導(dǎo)通，電流路徑E+→K1→RA→RB//RC→K2//K6→E﹣，則RA上電壓uAO=2E/3，RB和RC上電壓uBO=uCO=﹣E/3。依次類推可得各區(qū)間三相負(fù)載相電壓§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路3、逆變電路基本工作原理§3.2交-直-交變頻器4、電壓型逆變電路（1）特點(diǎn)（a）直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，電容抑制了直流電壓紋波，使直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)，直流側(cè)近似為恒壓源，直流回路呈現(xiàn)低阻抗（b）輸出電壓為矩形波或階梯波，輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗不同而不同，其波形接近三角波或正弦波（c）當(dāng)交流側(cè)為電感性負(fù)載時(shí)需提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各橋臂并聯(lián)反饋二極管（續(xù)流二極管）§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路4、電壓型逆變電路§3.2交-直-交變頻器4、電壓型逆變電路（2）單相全橋逆變電路（a）電路結(jié)構(gòu)V1~V4：半控或全控開關(guān)器件VD1~VD4：續(xù)流二極管RL：負(fù)載圖b、c、d分別為純阻性、純感性、阻感性負(fù)載電流波形§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路4、電壓型逆變電路§3.2交-直-交變頻器4、電壓型逆變電路（2）單相全橋逆變電路（b）工作原理過程以阻感性負(fù)載為例t1~t2期間：V1、V4導(dǎo)通，L產(chǎn)生左正右負(fù)電動(dòng)勢，負(fù)載電流io由左向右t2時(shí)刻：V1、V4關(guān)斷，V2、V3加導(dǎo)通信號(hào)，L產(chǎn)生左負(fù)右正電動(dòng)勢，電流io經(jīng)VD2、VD3導(dǎo)通續(xù)流t3時(shí)刻：電流io降為零，VD2、VD3截止，V2、V3導(dǎo)通，L產(chǎn)生左負(fù)右正電動(dòng)勢，負(fù)載電流io由右向左§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路4、電壓型逆變電路§3.2交-直-交變頻器4、電壓型逆變電路（2）單相全橋逆變電路（b）工作原理過程以阻感性負(fù)載為例t4時(shí)刻：V2、V3關(guān)斷，V1、V4加導(dǎo)通信號(hào)，L產(chǎn)生左正右負(fù)電動(dòng)勢，電流io經(jīng)VD1、VD4導(dǎo)通續(xù)流t5時(shí)刻：電流io降為零，VD1、VD4截止，

V1、V4導(dǎo)通，L產(chǎn)生左正右負(fù)電動(dòng)勢，負(fù)載電流io由左向右依次類推，V1、V4和V2、V3每周期交替各導(dǎo)通180°改變周期T（即器件觸發(fā)導(dǎo)通、關(guān)斷頻率）可調(diào)輸出頻率§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路4、電壓型逆變電路§3.2交-直-交變頻器4、電壓型逆變電路（2）單相全橋逆變電路（b）工作原理過程換相和續(xù)流過程如圖§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路t1~t2期間t2~t3期間t3~t4期間t4~t5期間4、電壓型逆變電路§3.2交-直-交變頻器4、電壓型逆變電路（3）三相橋式逆變電路按開關(guān)器件工作方式有180°導(dǎo)通型和120°導(dǎo)通型兩種，以下以180°導(dǎo)通型為例（a）基本電路結(jié)構(gòu)VT1~VT6：半控或全控型開關(guān)器件VT1、VT3、VT5陽極連在一起，稱共陽極組；VT2、VT4、VT6陰極連在一起，稱共陰極組VD1~VD6：續(xù)流二極管R：負(fù)載§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路ABC+-Ud4、電壓型逆變電路§3.2交-直-交變頻器4、電壓型逆變電路（3）三相橋式逆變電路（b）工作原理過程參見前述原理性三相橋式逆變電路輸出相電壓為6階梯波，線電壓為矩形波注：對于120°導(dǎo)通型，輸出相電壓為矩形波，線電壓為6階梯波線電壓為倍相電壓改變周期T（即器件觸發(fā)導(dǎo)通、關(guān)斷頻率）可調(diào)輸出頻率§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路4、電壓型逆變電路§3.2交-直-交變頻器4、電壓型逆變電路（3）三相橋式逆變電路（c）換相方式可采用強(qiáng)迫換相、器件換相（自換相）方式強(qiáng)迫換相逆變電路如圖為串聯(lián)電感式逆變電路，由L1~L6和C1~C6組成SCR換相回路，以A相為例：當(dāng)VT1導(dǎo)通，UC4=E，當(dāng)VT4觸發(fā)導(dǎo)通，UL4=UC4

，則L1由L4感應(yīng)電壓為E，VT1承受反壓2E被關(guān)斷，換相完成§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路4、電壓型逆變電路§3.2交-直-交變頻器4、電壓型逆變電路（3）三相橋式逆變電路（c）換相方式自換相逆變電路利用全控型器件的自關(guān)斷能力由驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路控制器件導(dǎo)通、關(guān)斷以及導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間進(jìn)行換相和調(diào)頻，不需換相回路，降低損耗和成本§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路4、電壓型逆變電路§3.2交-直-交變頻器4、電流型逆變電路（1）特點(diǎn)（a）直流側(cè)串大電感，相當(dāng)于電流源，直流電路基本無脈動(dòng)（b）各開關(guān)器件主要起改變直流電流流通路徑的作用，故交流輸出電流為矩形波或階梯波，與負(fù)載阻抗角無關(guān)。輸出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同（c）交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)，需要提供無功功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。因反饋無功能量時(shí)電流并不反向，故不必給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管（d）電流型逆變電路中，采用半控型器件電路仍應(yīng)用較多（e）換相方式有負(fù)載換相、強(qiáng)迫換相、自換相§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路4、電流型逆變電路§3.2交-直-交變頻器4、電流型逆變電路（2）單相橋式逆變電路（a）由四個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂晶閘管各串聯(lián)一個(gè)電抗器，用來限制晶閘管開通時(shí)的di/dt（b）整個(gè)負(fù)載工作在接近并聯(lián)諧振狀態(tài)而略呈容性，直流側(cè)串大電感（c）C和L、R構(gòu)成并聯(lián)諧振電路（d）輸出電流波形接近矩形波，含基波和各奇次諧波，且諧波幅值遠(yuǎn)小于基波（e）負(fù)載對基波的阻抗大而對諧波的阻抗小，負(fù)載電壓波形接近正弦波§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路ω

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tOOOOiit1b)uouoioiouVTiVT1iVT4iVT2iVT3uVT1uVT44、電流型逆變電路§3.2交-直-交變頻器4、電流型逆變電路（2）單相橋式逆變電路（d）采用負(fù)載換相方式工作，要求負(fù)載電流相位略超前于負(fù)載電壓，即負(fù)載略呈容性。當(dāng)輸出電流超前電壓時(shí)，且流過晶閘管中的振蕩電流自然過零時(shí)，則晶閘管將繼續(xù)承受負(fù)載的反向電壓，如果電流的超前時(shí)間大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間，就能保證晶閘管完全恢復(fù)阻斷能力，實(shí)現(xiàn)可靠換流§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路4、電流型逆變電路§3.2交-直-交變頻器4、電流型逆變電路（3）三相橋式逆變電路（a）基本結(jié)構(gòu)VT1~VT6：半控或全控開關(guān)器件為常見的串聯(lián)二極管式§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路4、電流型逆變電路§3.2交-直-交變頻器4、電流型逆變電路（3）三相橋式逆變電路（b）工作原理過程參見前述原理性三相橋式逆變電路基本工作方式是120°導(dǎo)通方式輸出相電流為矩形波，線電流為6階梯波輸出線電壓波形和負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，大體為正弦波改變周期T（即器件觸發(fā)導(dǎo)通、關(guān)斷頻率）可調(diào)輸出頻率§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路4、電流型逆變電路§3.2交-直-交變頻器4、電流型逆變電路（3）三相橋式逆變電路（c）換相方式強(qiáng)迫換相逆變電路如圖串聯(lián)二極管式逆變電路，C1~C6為換相電容，VD1~VD6用于隔離換相電容和負(fù)載，防止電容電壓經(jīng)負(fù)載放電§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路4、電流型逆變電路§3.2交-直-交變頻器4、電流型逆變電路（2）三相橋式逆變電路（c）換相方式負(fù)載換相逆變電路如圖為輸出濾波器式逆變電路，輸出端設(shè)有LC濾波器，與電動(dòng)機(jī)阻感負(fù)載合成后的負(fù)載功率因數(shù)超前，使電流相位超前電壓進(jìn)行換相自換相逆變電路原理同前述電壓型§3.2交-直-交變頻器四、逆變電路4、電流型逆變電路§3.2交-直-交變頻器五、電壓型變頻器1、基本結(jié)構(gòu)由整流電路、濾波電容、電壓型逆變電路組成2、輸出電壓調(diào)節(jié)方式（1）概述（a）為適應(yīng)變頻調(diào)速需要，變頻器必須能實(shí)現(xiàn)變頻變壓控制（b）調(diào)頻調(diào)壓可采用PAM或PWM控制方式實(shí)現(xiàn)§3.2交-直-交變頻器五、電壓型變頻器§3.2交-直-交變頻器2、輸出電壓調(diào)節(jié)方式（2）PAM控制方式分為兩種方法：（a）采用可控整流電路調(diào)壓，逆變器調(diào)頻，該方式結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，但當(dāng)電壓或轉(zhuǎn)速低時(shí)，電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低，逆變器輸出諧波較大（b）采用不可控整流電路，整流輸出增設(shè)斬波電路調(diào)壓，逆變器調(diào)頻，電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高，但逆變器輸出諧波仍較大（3）PWM控制方式（a）采用不可控整流電路整流，全控型開關(guān)器件構(gòu)成的PWM型逆變電路調(diào)壓調(diào)頻（b）電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高，輸出諧波減少，輸出波形幾乎是正弦波，成為當(dāng)前常用的調(diào)壓控制方法§3.2交-直-交變頻器五、電壓型變頻器2、輸出電壓調(diào)節(jié)方式§3.2交-直-交變頻器2、輸出電壓調(diào)節(jié)方式（4）電路結(jié)構(gòu)§3.2交-直-交變頻器五、電壓型變頻器a、b屬于PAM方式c屬于PWM方式2、輸出電壓調(diào)節(jié)方式§3.2交-直-交變頻器六、電流型變頻器1、基本結(jié)構(gòu)由整流電路、濾波電感、電流型逆變電路組成2、輸出電壓調(diào)節(jié)方式一般采用PAM控制方式，也可采用PWM控制方式§3.2交-直-交變頻器六、電流型變頻器§3.2交-直-交變頻器2、輸出電壓調(diào)節(jié)方式§3.2交-直-交變頻器六、電流型變頻器2、輸出電壓調(diào)節(jié)方式§3.2交-直-交變頻器3、電壓型變頻器與電流型變頻器的性能比較§3.2交-直-交變頻器六、電流型變頻器3、電壓型變頻器與電流型變頻器的性能比較§3.2交-直-交變§3.3SPWM控制技術(shù)一、概述1、普通交-直-交變頻器存在問題（1）一般交流異步電動(dòng)機(jī)是按照正弦波交流電壓（電流）輸入進(jìn)行設(shè)計(jì)，而前述普通交-直-交變頻器采用PAM控制方式進(jìn)行變壓變頻（VVVF），其輸出交流電壓（電流）為矩形波或階梯波，包含有豐富的諧波分量，增加電動(dòng)機(jī)損耗、降低效率、產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)影響低頻段正常工作，從而對電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能產(chǎn)生不利影響§3.3SPWM控制技術(shù)1、普通交-直-交變頻器存在問題例：180°導(dǎo)通電壓型變頻器輸出六階梯波相電壓按傅里葉級數(shù)展開表達(dá)式為：其中基波分量用于對電動(dòng)機(jī)供電，要求諧波分量盡量小§3.3SPWM控制技術(shù)一、概述1、普通交-直-交變頻器存在問題§3.3SPWM控制技術(shù)1、普通交-直-交變頻器存在問題（2）對于采用無自關(guān)斷能力晶閘管的方波輸出逆變電路，多采用多重化、多電平化措施使輸出波形多臺(tái)階化來接近正弦波。這種措施電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，代價(jià)較高，效果卻不盡人意（3）采用可控整流電路進(jìn)行調(diào)壓，導(dǎo)致電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低，調(diào)壓、調(diào)頻分開完成，電路復(fù)雜，轉(zhuǎn)換效率低（4）由于儲(chǔ)能電容的充放電時(shí)間長，電壓幅度調(diào)節(jié)慢，變頻器的動(dòng)態(tài)反應(yīng)慢（5）解決以上問題的方法之一就是采用PWM技術(shù)的變頻器，利用全控型開關(guān)器件的高頻開關(guān)特性在逆變電路中同時(shí)完成變壓變頻過程，改善普通變頻器的輸出特性§3.3SPWM控制技術(shù)一、概述1、普通交-直-交變頻器存在問題§3.3SPWM控制技術(shù)2、PWM變頻器特點(diǎn)（1）通過PWM控制方式的控制，能有效地抑制或消除低次諧波，可以得到相當(dāng)接近正弦波的輸出交流電壓，降低電動(dòng)機(jī)損耗和脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，擴(kuò)大了調(diào)速范圍（2）采用不可控整流電路，電網(wǎng)功率因數(shù)與逆變器輸出電壓無關(guān)，提高了變頻電源對交流電網(wǎng)的功率因數(shù)，可獲得接近1的功率因數(shù)（3）調(diào)頻、調(diào)壓都由逆變電路統(tǒng)一完成，僅有一個(gè)可控功率級，電路結(jié)構(gòu)簡單，使裝置的體積變小，重量減輕，造價(jià)下降，可靠性提高（4）改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和電機(jī)運(yùn)行性能，通過對輸出脈沖寬度的控制，可改變輸出電壓，加快了變頻過程的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提高了調(diào)節(jié)速度，使調(diào)節(jié)過程中電壓與頻率的配合同步§3.3SPWM控制技術(shù)一、概述2、PWM變頻器特點(diǎn)§3.3SPWM控制技術(shù)二、PWM技術(shù)1、基本概念（1）脈寬調(diào)制（PWM：PulseWidthModulation）是通過采取一定技術(shù)手段對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需波形（含形狀和幅值）的一種技術(shù)（2）PWM技術(shù)利用全控型開關(guān)器件的快速通斷，把直流電壓變成一定形狀的電壓脈沖序列代替所需波形（如正弦波），通過控制器件導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間比來調(diào)節(jié)等寬脈沖寬度或不等寬脈沖按一定規(guī)律變化，從而調(diào)節(jié)輸出電壓，改變調(diào)制頻率來調(diào)節(jié)輸出頻率，實(shí)現(xiàn)變壓、變頻并消除諧波（3）PWM技術(shù)可用于整流電路、直流斬波電路、交流調(diào)壓電路、逆變電路，其中逆變電路是PWM技術(shù)最為重要的應(yīng)用場合，PWM逆變電路可分為電壓型和電流型§3.3SPWM控制技術(shù)二、PWM技術(shù)§3.3SPWM控制技術(shù)二、PWM技術(shù)2、PWM分類（1）按輸出交流電壓半周期內(nèi)脈沖數(shù)分為單脈沖調(diào)制、多脈沖調(diào)制（2）按輸出電壓脈沖寬度變化規(guī)律分為等脈寬調(diào)制、正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）（3）按輸出半周期內(nèi)脈沖電壓極性分為單極性調(diào)制、雙極性調(diào)制（4）按載波和調(diào)制波頻率關(guān)系分為同步調(diào)制、異步調(diào)制、分段調(diào)制§3.3SPWM控制技術(shù)二、PWM技術(shù)§3.3SPWM控制技術(shù)3、基本工作原理（1）面積等效原理（a）在采樣控制理論有一重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。稱為面積等效原理。是PWM技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)（b）其中沖量指窄脈沖的面積，效果基本相同指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。且脈沖越窄，輸出差異越小§3.3SPWM控制技術(shù)二、PWM技術(shù)方波窄脈沖三角波窄脈沖單位沖擊脈沖正弦半波窄脈沖f(t)d

(t)tOa)b)c)d)tOtOtOf(t)f(t)f(t)如圖形狀不同而沖量（面積）均為1的各種窄脈沖3、基本工作原理§3.3SPWM控制技術(shù)3、基本工作原理（1）面積等效原理（c）如圖e(t)分別用四種脈沖信號(hào)作為電路輸入，輸出為電流i(t)，則得相應(yīng)輸出響應(yīng)波形§3.3SPWM控制技術(shù)二、PWM技術(shù)d)單位沖擊脈沖f(t)d(t)tOa)矩形脈沖b)三角形脈沖c)正弦半波脈沖tOtOtOf(t)f(t)f(t)3、基本工作原理§3.3SPWM控制技術(shù)3、基本工作原理（2）工作原理根據(jù)上述面積等效原理分析如何用一系列等幅不等寬的矩形脈沖序列等效正弦半波（a）將正弦半波看成是由N個(gè)彼此相連的脈沖寬度為π/N，但幅值不等，脈沖頂部是曲線且幅值大小按正弦規(guī)律變化的脈沖序列組成（b）把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等，該矩形脈沖序列稱為PWM波形§3.3SPWM控制技術(shù)二、PWM技術(shù)3、基本工作原理§3.3SPWM控制技術(shù)3、基本工作原理（2）工作原理（c）對于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到相應(yīng)的PWM波形，因此正弦波一個(gè)完整周期的等效PWM波為根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波形，而且這種方式在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛§3.3SPWM控制技術(shù)二、PWM技術(shù)OwtUd-UdOwtUd-Ud3、基本工作原理§3.3SPWM控制技術(shù)3、基本工作原理（2）工作原理（d）根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦波形是等效的，這種脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱為SPWM（SinusoidalPWM）波形。相應(yīng)的這種脈寬調(diào)制稱為正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）（e）基于面積等效原理，PWM波形還可以等效成其他所需要的波形（f）PWM波形可分為等幅PWM波和不等幅PWM波兩種，由直流電源產(chǎn)生的PWM波通常是等幅PWM波，PWM逆變電路采用等幅SPWM波形§3.3SPWM控制技術(shù)二、PWM技術(shù)3、基本工作原理§3.3SPWM控制技術(shù)4、SPWM波形生成方法（1）概述（a）SPWM波形生成主要是如何確定開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，也稱為開關(guān)角，其中脈沖寬度是器件導(dǎo)通時(shí)間，脈沖之間間距是器件關(guān)斷時(shí)間（b）可采用不同的方法生成波形，其主要分類如下：§3.3SPWM控制技術(shù)二、PWM技術(shù)調(diào)制法計(jì)算法按輸出半周期內(nèi)脈沖電壓極性按載波和調(diào)制波頻率關(guān)系同步調(diào)制異步調(diào)制分段調(diào)制單極性調(diào)制雙極性調(diào)制等面積法采樣法自然采樣法規(guī)則采樣法4、SPWM波形生成方法§3.3SPWM控制技術(shù)4、SPWM波形生成方法（2）調(diào)制法（a）基本原理把希望輸出的正弦波作為調(diào)制信號(hào)，接受調(diào)制的信號(hào)作為載波信號(hào)，通過對載波的調(diào)制得到所期望的SPWM波形常用等腰三角波作為載波，因?yàn)槠淙我稽c(diǎn)的水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對稱。當(dāng)它與任一平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交時(shí)，在交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件通斷，就得到脈沖寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，即SPWM波可用模擬電路構(gòu)成三角載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點(diǎn)，在交點(diǎn)時(shí)刻對開關(guān)器件進(jìn)行控制，從而得到SPWM波形，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值和相位發(fā)生變化，調(diào)制時(shí)刻隨之改變。故又稱模擬實(shí)現(xiàn)法§3.3SPWM控制技術(shù)二、PWM技術(shù)4、SPWM波形生成方法§3.3SPWM控制技術(shù)4、SPWM波形生成方法（2）調(diào)制法（b）基本工作過程如圖，正弦波ur為調(diào)制波，等腰三角波uc為載波，在ur和uc交點(diǎn)時(shí)刻控制電路中開關(guān)器件通斷，當(dāng)ur

>uc時(shí)器件導(dǎo)通產(chǎn)生脈沖，當(dāng)ur

<uc時(shí)器件關(guān)斷無輸出脈沖，則一周內(nèi)連續(xù)通斷就產(chǎn)生矩形脈沖序列§3.3SPWM控制技術(shù)二、PWM技術(shù)4、SPWM波形生成方法§3.3SPWM控制技術(shù)4、SPWM波形生成方法（2）調(diào)制法（b）基本工作過程如圖脈沖寬度按正弦波瞬時(shí)值變化。當(dāng)載波保持不變，改變調(diào)制波幅值ur就可改變輸出SPWM波脈沖寬度，改變調(diào)制波頻率就可改變輸出頻率§3.3SPWM控制技術(shù)二、PWM技術(shù)4、SPWM波形生成方法§3.3SPWM控制技術(shù)4、SPWM波形生成方法（2）調(diào)制法（b）基本工作過程載波比N：載波頻率fc與調(diào)制波頻率fr之比，N=fc/fr調(diào)制度M：調(diào)制波幅值ur與載波幅值uc之比（0~1之間）由圖可知當(dāng)載波保持不變，N越大，輸出頻率越低，一周期內(nèi)脈沖數(shù)量越多，M越大，脈沖越寬，輸出電壓越高。故SPWM可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓、調(diào)頻（VVVF）§3.3SPWM控制技術(shù)二、PWM技術(shù)4、SPWM波形生成方法§3.3SPWM控制技術(shù)4、SPWM波形生成方法（2）調(diào)制法（b）基本工作過程由圖可知當(dāng)調(diào)制波保持不變，載波頻率越高，一周期內(nèi)脈沖數(shù)量越多，脈沖頻率越高，輸出SPWM波形越接近等效正弦波。同時(shí)對開關(guān)器件工作頻率、損耗提出更高要求，最小脈沖寬度要大于器件導(dǎo)通時(shí)間，最小脈沖間距要大于器件關(guān)斷時(shí)間反之載波頻率越低，脈沖數(shù)量越少，輸出諧波分量增加§3.3SPWM控制技術(shù)二、PWM技術(shù)4、SPWM波形生成方法§3.3SPWM控制技術(shù)4、SPWM波形生成方法（2）調(diào)制法（c）單極性調(diào)制定義：在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)，三角載波只在正或負(fù)的一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的SPWM波只處于一種極性范圍內(nèi)。相應(yīng)的SPW