變頻器電路結(jié)構(gòu)

1、 變頻器按控制方式可以分為：U/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差率控制變頻器、矢量控制變頻器和直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器。 在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，常須考慮的一個(gè)重要因素是：希望保持電機(jī)中每極磁通量 m 為額定值不變。如果磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果過分增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)。2.1.1 變頻器的恒變頻器的恒U/f控制原理控制原理對(duì)于直流電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，只要對(duì)電樞反應(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)償， m 保持不變是很容易做到的。在交流異步電機(jī)中，磁通 m 由定子和轉(zhuǎn)子磁勢合成產(chǎn)生，要保持磁通恒定就需要費(fèi)一些周折了。 2.1.1 變頻器的恒變頻器的恒U/f

2、控制原理控制原理mN11g44. 41kNfE （2-1） 式中：式中：Eg 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢的有氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值，單位為效值，單位為V； 定子頻率，單位為定子頻率，單位為Hz； 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； 基波繞組系數(shù)；基波繞組系數(shù)； 每極氣隙磁通量，單位為每極氣隙磁通量，單位為Wb。 f1N1kN1 m2. 2.1.1 變頻器的恒變頻器的恒U/f控制原理控制原理 由式（由式（2-1）可知，只要控制好）可知，只要控制好 Eg 和和 f1 ，便可達(dá)到控制磁通便可達(dá)到控制磁通 m 的目的，對(duì)此，需要的目的，對(duì)此，需要考慮基頻（額定頻率）以下和

3、基頻以上兩考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。種情況。 2.1.1 變頻器的恒變頻器的恒U/f控制原理控制原理 由式（由式（2-1）可知，要保持）可知，要保持 m 不變，當(dāng)頻不變，當(dāng)頻率率 f1 從額定值從額定值 f1N 向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低低 Eg ，使，使 1gfE常值常值 （2-3） 即采用恒值電動(dòng)勢頻率比的控制方式采用恒值電動(dòng)勢頻率比的控制方式。 2.1.1 變頻器的恒變頻器的恒U/f控制原理控制原理 然而，繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢是難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)勢值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓 U1 Eg，則得（2-5） 這是恒壓頻比的

4、控制方式恒壓頻比的控制方式。常值11fU2.1.1 變頻器的恒變頻器的恒U/f控制原理控制原理 但是，在低頻時(shí)但是，在低頻時(shí) U1 和和 Eg 都較小，定子都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時(shí)，需要人為地把電壓忽略。這時(shí)，需要人為地把電壓 U1 抬高一抬高一些，以便些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降近似地補(bǔ)償定子壓降。 帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性示帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性示于下圖中的于下圖中的 b 線，無補(bǔ)償?shù)目刂铺匦詣t為線，無補(bǔ)償?shù)目刂铺匦詣t為a 線。線。 2.1.1 變頻器的恒變頻器的恒U/f控制原理控制原理OUsf 1圖2-

5、30 恒壓頻比控制特性UsNf 1Na 無補(bǔ)償無補(bǔ)償 b 帶定子壓降補(bǔ)償帶定子壓降補(bǔ)償 2.1.1 變頻器的恒變頻器的恒U/f控制原理控制原理 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從 f1N 向上升高，但定子電壓向上升高，但定子電壓U1 卻不可能超過卻不可能超過額定電壓額定電壓U1N ，最多只能保持，最多只能保持U1 = U1N ，這將迫使磁通與頻率成反比地降低，相這將迫使磁通與頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。 把基頻以下和基頻以上兩種情況的控把基頻以下和基頻以上兩種情況的控制特性畫在一起，如下圖所示。制特性畫在一起，如下圖所示。

6、2.1.1 變頻器的恒變頻器的恒U/f控制原理控制原理f1N圖2-31 異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速UsUsNmNm恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速mUsf1O2.1.1 變頻器的恒變頻器的恒U/f控制原理控制原理 如果電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時(shí)所帶的負(fù)載都能使電流達(dá)到額定值，即都能在允許溫升下長期運(yùn)行，則轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化，按照電力拖動(dòng)原理，在基頻以下，磁通恒定時(shí)轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”性質(zhì)，而在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，基本上屬于“恒功率調(diào)速”。2.1.1 變頻器的恒變頻器的恒U/f控制原理控制原理U/f控制變頻器的實(shí)現(xiàn)方式有兩種1. 整流變壓、逆變變頻方式2.1.1 變頻器

7、的恒變頻器的恒U/f控制原理控制原理U/f控制變頻器的實(shí)現(xiàn)方式有兩種2.1.1 變頻器的恒變頻器的恒U/f控制原理控制原理2. 逆變變壓變頻方式逆變變壓變頻方式2.1.1 變頻器的恒變頻器的恒U/f控制原理控制原理P15.圖圖2-3(a)(b)什么是U/f控制？為什么變頻調(diào)速時(shí)還需要變壓？ 變頻器技術(shù)是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，變頻器技術(shù)是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換（整流、逆變），又要處理信既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換（整流、逆變），又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此分息的收集、變換和傳輸，因此分成功率轉(zhuǎn)換（主電路）成功率轉(zhuǎn)換（主電路）和弱電控制（控制電路）兩

8、大部分和弱電控制（控制電路）兩大部分。 主電路要解決與強(qiáng)電大電流有關(guān)的技術(shù)問題和新型主電路要解決與強(qiáng)電大電流有關(guān)的技術(shù)問題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題；控制電路要解決基于現(xiàn)電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題；控制電路要解決基于現(xiàn)代控制理論的控制策略和智能控制策略的硬、軟件開發(fā)代控制理論的控制策略和智能控制策略的硬、軟件開發(fā)問題，在目前狀況下主要全數(shù)字控制技術(shù)。問題，在目前狀況下主要全數(shù)字控制技術(shù)。CVCFVVVF 變頻器技術(shù)是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，變頻器技術(shù)是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換（整流、逆變），又要處理信既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換（整流、逆變），又要處理

9、信息的收集、變換和傳輸，因此分息的收集、變換和傳輸，因此分成功率轉(zhuǎn)換（主電路）成功率轉(zhuǎn)換（主電路）和弱電控制（控制電路）兩大部分和弱電控制（控制電路）兩大部分。 主電路要解決與強(qiáng)電大電流有關(guān)的技術(shù)問題和新型主電路要解決與強(qiáng)電大電流有關(guān)的技術(shù)問題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題；控制電路要解決基于現(xiàn)電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題；控制電路要解決基于現(xiàn)代控制理論的控制策略和智能控制策略的硬、軟件開發(fā)代控制理論的控制策略和智能控制策略的硬、軟件開發(fā)問題，在目前狀況下主要全數(shù)字控制技術(shù)。問題，在目前狀況下主要全數(shù)字控制技術(shù)。CVCFVVVF 通用變頻器硬件結(jié)構(gòu)通用變頻器硬件結(jié)構(gòu)（1）整流電路整流電路組成：

10、組成：VD1VD6。功能：將工頻交流電整流為脈動(dòng)直流。功能：將工頻交流電整流為脈動(dòng)直流電。電。當(dāng)電源線電壓為當(dāng)電源線電壓為380V380V時(shí)，整流器件的最大反向電壓一時(shí)，整流器件的最大反向電壓一般為般為1000V1000V，最大整流電流為通用變頻器額定電流的，最大整流電流為通用變頻器額定電流的2 2倍。倍。 （2）濾波電路濾波電路組成：組成：C1、C2、R1、R2。功能：將脈動(dòng)直流電變?yōu)檩^平滑功能：將脈動(dòng)直流電變?yōu)檩^平滑的直流電。原理：電容濾波原理、電阻分壓原理。的直流電。原理：電容濾波原理、電阻分壓原理。 3逆變電路逆變電路組成：組成：VT1VT6、VD7VD12。功能：將直流電變?yōu)轭l率和電

11、壓可調(diào)的三相交流電。功能：將直流電變?yōu)轭l率和電壓可調(diào)的三相交流電。4指示電路指示電路組成：組成：R4、HL。5制動(dòng)單元制動(dòng)單元組成：組成：VT7、R5功能：消耗電動(dòng)機(jī)制動(dòng)過程中的回饋能量，保護(hù)變頻器。功能：消耗電動(dòng)機(jī)制動(dòng)過程中的回饋能量，保護(hù)變頻器。制動(dòng)單元工作原理：電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，回饋電流通過制動(dòng)單元工作原理：電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，回饋電流通過VD7VD12給給C1、C2充電。當(dāng)電容兩端電壓升到一定程度充電。當(dāng)電容兩端電壓升到一定程度時(shí)，計(jì)算機(jī)控制時(shí)，計(jì)算機(jī)控制VT7 導(dǎo)通，電容通過導(dǎo)通，電容通過R5和和VT7放電，電阻放電，電阻發(fā)熱消耗能量，電容兩端電壓降低，電動(dòng)機(jī)制動(dòng)。發(fā)熱消耗能量，電容兩端電壓降

12、低，電動(dòng)機(jī)制動(dòng)。（1 1）不可控整流電路）不可控整流電路1.整流電路整流電路整流電路分為可控整流電路和不可控整流電路兩種。整流電路分為可控整流電路和不可控整流電路兩種。ldUUU35. 134. 22dU特點(diǎn)：特點(diǎn)：不可控整流電路簡不可控整流電路簡單，優(yōu)點(diǎn)是輸入電流和電單，優(yōu)點(diǎn)是輸入電流和電源電壓基本可保持同相位，源電壓基本可保持同相位，cos1。但是整流器的。但是整流器的輸出端如果接電容濾波，輸出端如果接電容濾波，輸入電流不是正弦波，有輸入電流不是正弦波，有較大的畸變，所以功率較大的畸變，所以功率因數(shù)不為因數(shù)不為1。513V（2 2）可控整流電路）可控整流電路1.整流電路整流電路cos35.

13、 1cos34. 22ldUUU特點(diǎn)：特點(diǎn)：可控整流電路波形可控整流電路波形有較大的畸變，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)有較大的畸變，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生干擾，功率因數(shù)比不可生干擾，功率因數(shù)比不可控整流低?？卣鞯汀?現(xiàn)在變頻器通常采用現(xiàn)在變頻器通常采用不可控整流。不可控整流。dU2 濾波電路濾波電路 在交在交- -直直- -交變壓變頻器中，按照中間直交變壓變頻器中，按照中間直流環(huán)節(jié)直流電源性質(zhì)的不同或者說按儲(chǔ)能環(huán)流環(huán)節(jié)直流電源性質(zhì)的不同或者說按儲(chǔ)能環(huán)節(jié)（濾波方式）不同，逆變器可以分成節(jié)（濾波方式）不同，逆變器可以分成電壓電壓源型源型和和電流源型電流源型兩類，兩種類型的兩類，兩種類型的實(shí)際區(qū)別實(shí)際區(qū)別在于直流環(huán)節(jié)采用怎樣的濾

14、波器在于直流環(huán)節(jié)采用怎樣的濾波器。下圖繪出。下圖繪出了電壓源型和電流源型逆變器的示意圖。了電壓源型和電流源型逆變器的示意圖。逆變器逆變器LdIdCdUdUd+-a) 電壓源逆變器b) 電流源逆變器 電壓源型和電流源型逆變器示意圖2 濾波電路濾波電路電壓源型逆變器電壓源型逆變器（Voltage Source Inverter -VSI ），直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波，因而直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一個(gè)內(nèi)阻為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，有時(shí)簡稱電壓型逆變器。2 濾波電路濾波電路電流源型逆變器電流源型逆變器（Current Source Inverter- CSI），直流環(huán)節(jié)采用

15、大電感濾波，直流電流波形比較平直，相當(dāng)于一個(gè)恒流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，或簡稱電流型逆變器。 2 濾波電路濾波電路 兩類逆變器在主電路上雖然只是濾波環(huán)節(jié)的不同，在性能上卻帶來了明顯的差異，主要表現(xiàn)如下： （1）無功能量的緩沖）無功能量的緩沖 在調(diào)速系統(tǒng)中，逆變器的負(fù)載是異步電機(jī)，屬感性負(fù)載。在中間直流環(huán)節(jié)與負(fù)載電機(jī)之間，除了有功功率的傳送外，還存在無功功率的交換。濾波器除濾波外還起著對(duì)無功功率的緩沖作用，使它不致影響到交流電網(wǎng)。2 濾波電路濾波電路 因此，兩類逆變器的區(qū)別還表現(xiàn)在采用什么儲(chǔ)能元件（電容器或電感器）來緩沖無功能量。 （2）能量的回饋）能量的回饋 用電流源型逆變器給異步電

16、機(jī)供電的電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)有一個(gè)顯著特征，就是容易實(shí)現(xiàn)能量的回饋，從而便于四象限運(yùn)行，適用于需要回饋制動(dòng)和經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械。2 濾波電路濾波電路 下面以由晶閘管可控整流器UCR和電流源型串聯(lián)二極管式晶閘管逆變器CSI構(gòu)成的交-直-交變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)（如下圖所示）為例，說明電動(dòng)運(yùn)行和回饋制動(dòng)兩種狀態(tài)。2 濾波電路濾波電路圖2-20-a 電流源型交-直-交變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的兩種運(yùn)行狀態(tài)M3+-UdIdLdCSI 電動(dòng)Te 逆變UCRa）電動(dòng)運(yùn)行P2 濾波電路濾波電路 當(dāng)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，UCR的控制角 ，電動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)速運(yùn)行，電功率的傳送方向如上圖a所示。2 濾波電路濾波電路圖2-20-b 電流

17、源型交-直-交變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的兩種運(yùn)行狀態(tài)M3+-UdIdLdCSI 90o有源逆變1 發(fā)電Te整流UCRb）逆變運(yùn)行P2 濾波電路濾波電路如果降低變壓變頻器的輸出頻率 1，或從機(jī)械上抬高電機(jī)轉(zhuǎn)速 ，使 1 90 ，則異步電機(jī)轉(zhuǎn)入發(fā)電狀態(tài)，逆變器轉(zhuǎn)入整流狀態(tài)，而可控整流器轉(zhuǎn)入有源逆變狀態(tài)，此時(shí)直流電壓Ud 立即反向，而電流 Id 方向不變，電能由電機(jī)回饋給交流電網(wǎng)（圖b）。 2 濾波電路濾波電路 與此相反，采用電壓源型的交-直-交變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)和四象限運(yùn)行卻很困難，因?yàn)槠渲虚g直流環(huán)節(jié)有大電容鉗制著電壓的極性，不可能迅速反向，而電流受到器件單向?qū)щ娦缘闹萍s也不能反向，所以在原裝

18、置上無法實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。2 濾波電路濾波電路 必須制動(dòng)時(shí)，只得在直流環(huán)節(jié)中并聯(lián)電阻實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)，或者與UCR反并聯(lián)一組反向的可控整流器，用以通過反向的制動(dòng)電流，而保持電壓極性不變，實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。這樣做，設(shè)備要復(fù)雜多了。 2 濾波電路濾波電路 （3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)）動(dòng)態(tài)響應(yīng) 正由于交-直-交電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的直流電壓可以迅速改變，所以動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較快，而電壓源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)就慢得多。 （4）輸出波形）輸出波形 電壓源型逆變器輸出的電壓波形為方波，電流源型逆變器輸出的電流波形為方波（見下表）。 2 濾波電路濾波電路表2-1 兩種逆變器輸出波形比較2 濾波電路濾波電路 （4）應(yīng)用場合）應(yīng)

19、用場合 電壓源型逆變器屬恒壓源，電壓源型逆變器屬恒壓源，電壓控制響應(yīng)慢，不易波動(dòng)，所以適于做電壓控制響應(yīng)慢，不易波動(dòng)，所以適于做多臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行時(shí)的供電電源，或單臺(tái)多臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行時(shí)的供電電源，或單臺(tái)電機(jī)調(diào)速但不要求快速起制動(dòng)和快速減速電機(jī)調(diào)速但不要求快速起制動(dòng)和快速減速的場合。采用電流源型逆變器的系統(tǒng)則相的場合。采用電流源型逆變器的系統(tǒng)則相反，不適用于多電機(jī)傳動(dòng)，但可以滿足快反，不適用于多電機(jī)傳動(dòng)，但可以滿足快速起制動(dòng)和可逆運(yùn)行的要求速起制動(dòng)和可逆運(yùn)行的要求。2 濾波電路濾波電路 從整體結(jié)構(gòu)（從整體結(jié)構(gòu)（變流環(huán)節(jié)不同）變流環(huán)節(jié)不同）上看，電力上看，電力電子變壓變頻器可分為交電子變壓變頻器可分

20、為交-直直-交和交交和交-交兩交兩大類。大類。 （1）交）交-直直-交變壓變頻器交變壓變頻器 交交-直直-交變壓變頻器先將工頻交流電源通交變壓變頻器先將工頻交流電源通過整流器變換成直流，再通過逆變器變換過整流器變換成直流，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流，如下圖所示。成可控頻率和電壓的交流，如下圖所示。3 逆變電路逆變電路圖2-21 交-直-交（間接）變壓變頻器 變壓變頻變壓變頻(VVVF)中間直流環(huán)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)恒壓恒頻恒壓恒頻(CVCF)逆變逆變DCACAC50Hz整流整流3 逆變電路逆變電路 由于這類變壓變頻器在恒頻交流電源和由于這類變壓變頻器在恒頻交流電源和變頻交流輸出之間有一個(gè)

21、變頻交流輸出之間有一個(gè)“中間直流環(huán)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)”，所以又稱間接式的變壓變頻器。所以又稱間接式的變壓變頻器。 具體的整流和逆變電路種類很多，當(dāng)前具體的整流和逆變電路種類很多，當(dāng)前應(yīng)用應(yīng)用最廣的是由二極管組成不控整流器和最廣的是由二極管組成不控整流器和由功率開關(guān)器件（由功率開關(guān)器件（P-MOSFET，IGBT等）等）組成的脈寬調(diào)制（組成的脈寬調(diào)制（PWM）逆變器）逆變器，簡稱，簡稱PWM變壓變頻器變壓變頻器，如下圖所示。，如下圖所示。3 逆變電路逆變電路圖2-22 交-直-交PWM變壓變頻器變壓變頻變壓變頻(VVVF)中間直流環(huán)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)恒壓恒頻恒壓恒頻(CVCF)PWM逆變器逆變器DCAC

22、AC50Hz調(diào)壓調(diào)頻調(diào)壓調(diào)頻C3 逆變電路逆變電路 PWM變壓變頻器的應(yīng)用之所以如此廣變壓變頻器的應(yīng)用之所以如此廣泛，是由于它具有如下的一系列優(yōu)點(diǎn)：泛，是由于它具有如下的一系列優(yōu)點(diǎn)： （1）在主電路整流和逆變兩個(gè)單元中，）在主電路整流和逆變兩個(gè)單元中，只有逆變單元可控只有逆變單元可控，通過它同時(shí)調(diào)節(jié)電壓，通過它同時(shí)調(diào)節(jié)電壓和頻率，結(jié)構(gòu)簡單。采用全控型的功率開和頻率，結(jié)構(gòu)簡單。采用全控型的功率開關(guān)器件，只通過驅(qū)動(dòng)電壓脈沖進(jìn)行控制，關(guān)器件，只通過驅(qū)動(dòng)電壓脈沖進(jìn)行控制，電路也簡單，效率高。電路也簡單，效率高。 3 逆變電路逆變電路 （2）輸出電壓波形雖是一系列的）輸出電壓波形雖是一系列的PWM波，波

23、，但由于采用了恰當(dāng)?shù)牡捎诓捎昧饲‘?dāng)?shù)腜WM控制技術(shù)，控制技術(shù)，正正弦基波的比重較大弦基波的比重較大，影響電機(jī)運(yùn)行的低次，影響電機(jī)運(yùn)行的低次諧波受到很大的抑制，因而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，諧波受到很大的抑制，因而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，提高了系統(tǒng)的調(diào)速范圍和穩(wěn)態(tài)性能。提高了系統(tǒng)的調(diào)速范圍和穩(wěn)態(tài)性能。3 逆變電路逆變電路 （3）逆變器同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻逆變器同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻，動(dòng)態(tài)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響，響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能也得以提高。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能也得以提高。 （4）采用）采用不可控的二極管整流器不可控的二極管整流器，電源，電源側(cè)功率因素較高，且不受逆變輸出電壓大側(cè)

24、功率因素較高，且不受逆變輸出電壓大小的影響。小的影響。 3 逆變電路逆變電路 PWM變壓變頻器常用的功率開關(guān)變壓變頻器常用的功率開關(guān)器件有：器件有：P-MOSFET，IGBT，GTO和替和替代代GTO的電壓控制器件如的電壓控制器件如IGCT、IEGT等。等。 受到開關(guān)器件額定電壓和電流的限制，受到開關(guān)器件額定電壓和電流的限制，對(duì)于特大容量電機(jī)的變壓變頻調(diào)速仍只好對(duì)于特大容量電機(jī)的變壓變頻調(diào)速仍只好采用半控型的晶閘管（采用半控型的晶閘管（SCR），并用可控），并用可控整流器調(diào)壓和六拍逆變器調(diào)頻的交整流器調(diào)壓和六拍逆變器調(diào)頻的交-直直-交交變壓變頻器。變壓變頻器。 3 逆變電路逆變電路 交交-直直

25、-交變壓變頻器中的逆變器一般接交變壓變頻器中的逆變器一般接成三相橋式電路，以便輸出三相交流變頻成三相橋式電路，以便輸出三相交流變頻電源，下圖為電源，下圖為6個(gè)電力電子開關(guān)器件個(gè)電力電子開關(guān)器件VT1 VT6 組成的三相逆變器主電路，圖中用開組成的三相逆變器主電路，圖中用開關(guān)符號(hào)代表任何一種電力電子開關(guān)器件。關(guān)符號(hào)代表任何一種電力電子開關(guān)器件。3 逆變電路逆變電路CdVT1VT3VT5VT4VT6VT2UVWUd 2Ud 2RL圖2-23 三相橋式逆變器主電路3 逆變電路逆變電路NN 控制各開關(guān)器件輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，可使控制各開關(guān)器件輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，可使輸出端得到三相交流電壓。在某一瞬間，輸出端得

26、到三相交流電壓。在某一瞬間，控制一個(gè)開關(guān)器件關(guān)斷，同時(shí)使另一個(gè)器控制一個(gè)開關(guān)器件關(guān)斷，同時(shí)使另一個(gè)器件導(dǎo)通，就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)器件之間的換流。件導(dǎo)通，就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)器件之間的換流。在三相橋式逆變器中，在三相橋式逆變器中，有有180導(dǎo)通型和導(dǎo)通型和120導(dǎo)通型兩種換流方式導(dǎo)通型兩種換流方式。3 逆變電路逆變電路 同一橋臂上、下兩管之間互相換流同一橋臂上、下兩管之間互相換流的逆的逆變器稱作變器稱作180導(dǎo)通型逆變器。導(dǎo)通型逆變器。 例如，當(dāng)例如，當(dāng)VT1關(guān)斷后，使關(guān)斷后，使VT4導(dǎo)通，而當(dāng)導(dǎo)通，而當(dāng)VT4關(guān)斷關(guān)斷后，又使后，又使VT1導(dǎo)通。這時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件在一個(gè)導(dǎo)通。這時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的

27、區(qū)間是周期內(nèi)導(dǎo)通的區(qū)間是180，其他各相亦均如此。，其他各相亦均如此。由于每隔由于每隔60有一個(gè)器件開關(guān)，在有一個(gè)器件開關(guān)，在180導(dǎo)通型逆導(dǎo)通型逆變器中，變器中，除換流期間外，每一時(shí)刻總有除換流期間外，每一時(shí)刻總有3個(gè)開關(guān)個(gè)開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通器件同時(shí)導(dǎo)通。3 逆變電路逆變電路 但須注意，必須防止同一橋臂的上、下但須注意，必須防止同一橋臂的上、下兩管同時(shí)導(dǎo)通，否則將造成直流電源短路，兩管同時(shí)導(dǎo)通，否則將造成直流電源短路，謂之謂之“直通直通”。為此，在換流時(shí)，必須采取。為此，在換流時(shí)，必須采取“先斷后通先斷后通”的方法，即先給應(yīng)關(guān)斷的器件的方法，即先給應(yīng)關(guān)斷的器件發(fā)出關(guān)斷信號(hào)，待其關(guān)斷后留一定的時(shí)

28、間發(fā)出關(guān)斷信號(hào)，待其關(guān)斷后留一定的時(shí)間裕量，叫做裕量，叫做“死區(qū)時(shí)間死區(qū)時(shí)間”，再給應(yīng)導(dǎo)通的器，再給應(yīng)導(dǎo)通的器件發(fā)出開通信號(hào)。件發(fā)出開通信號(hào)。3 逆變電路逆變電路 死區(qū)時(shí)間的長短視器件的開關(guān)速度死區(qū)時(shí)間的長短視器件的開關(guān)速度而定，器件的開關(guān)速度越快時(shí)，所留的死而定，器件的開關(guān)速度越快時(shí)，所留的死區(qū)時(shí)間可以越短。為了安全起見，設(shè)置死區(qū)時(shí)間可以越短。為了安全起見，設(shè)置死區(qū)時(shí)間是非常必要的，但它會(huì)造成輸出電區(qū)時(shí)間是非常必要的，但它會(huì)造成輸出電壓波形的畸變。壓波形的畸變。3 逆變電路逆變電路tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUNiUiduVNuWNuNNUd

29、Ud2Ud3Ud62 Ud3圖圖2-24 2-24 電壓型逆變電路的波形電壓型逆變電路的波形 120導(dǎo)通型逆變器的導(dǎo)通型逆變器的換流是在不換流是在不同橋臂中同一排左、右兩管之間進(jìn)行同橋臂中同一排左、右兩管之間進(jìn)行的。的。 例如，例如，VT1關(guān)斷后使關(guān)斷后使VT3導(dǎo)通，導(dǎo)通，VT3關(guān)斷后使關(guān)斷后使VT5導(dǎo)通，導(dǎo)通，VT4關(guān)斷后使關(guān)斷后使VT6導(dǎo)通等等。這時(shí)，導(dǎo)通等等。這時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件一次連續(xù)導(dǎo)通每個(gè)開關(guān)器件一次連續(xù)導(dǎo)通120，在同一時(shí)刻在同一時(shí)刻只有兩個(gè)器件導(dǎo)通只有兩個(gè)器件導(dǎo)通，如果負(fù)載電機(jī)繞組是，如果負(fù)載電機(jī)繞組是Y聯(lián)聯(lián)結(jié)，則只有兩相導(dǎo)電，另一相懸空。結(jié)，則只有兩相導(dǎo)電，另一相懸空。 3 逆

30、變電路逆變電路tOtOtOtOIdiViWuUViU3 逆變電路逆變電路 交交-交變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所交變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，它只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，把恒壓恒頻示，它只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，把恒壓恒頻（CVCF）的交流電源直接變換成）的交流電源直接變換成VVVF輸出輸出（轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同）（轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同），因此又稱，因此又稱直接式變壓變頻器。直接式變壓變頻器。 有時(shí)為了突出其變頻功能，也稱作周波有時(shí)為了突出其變頻功能，也稱作周波變換器（變換器（Cycloconveter）。）。 3 逆變電路逆變電路圖圖2-27 交交-交（直接）變壓變頻器交（直接）變壓變頻器交交變頻交交變頻AC

31、50HzACCVCFVVVF3 逆變電路逆變電路 常用的交常用的交-交變壓變頻器輸出的每一相交變壓變頻器輸出的每一相都是一個(gè)由正、反兩組晶閘管可控整流裝都是一個(gè)由正、反兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。置反并聯(lián)的可逆線路。 也就是說，每一相都相當(dāng)于一套直流可也就是說，每一相都相當(dāng)于一套直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的反并聯(lián)可逆線路（下圖逆調(diào)速系統(tǒng)的反并聯(lián)可逆線路（下圖a）。）。3 逆變電路逆變電路VRVFId-Id+-+a) 電路結(jié)構(gòu)負(fù)負(fù)載載50Hz50Hzu0圖2-28-a 交-交變壓變頻器每一相的可逆線路3 逆變電路逆變電路整半周控制方式整半周控制方式 正、反兩組按一定周期相互切換，在負(fù)正、反兩組

32、按一定周期相互切換，在負(fù)載上就獲得交變的輸出電壓載上就獲得交變的輸出電壓 u0 ， u0 的幅的幅值決定于各組可控整流裝置的控制角值決定于各組可控整流裝置的控制角 ， u0 的頻率決定于正、反兩組整流裝置的切的頻率決定于正、反兩組整流裝置的切換頻率。如果控制角一直不變，則輸出平換頻率。如果控制角一直不變，則輸出平均電壓是方波，如下圖均電壓是方波，如下圖 b 所示。所示。3 逆變電路逆變電路圖2-28 -b 方波型平均輸出電壓波形tu0正組通正組通反組通反組通正組通正組通反組通反組通輸出電壓波形輸出電壓波形3 逆變電路逆變電路 調(diào)制控制方式調(diào)制控制方式 要獲得正弦波輸出，就必須在每一組整要獲得正

33、弦波輸出，就必須在每一組整流裝置導(dǎo)通期間不斷改變其控制角。流裝置導(dǎo)通期間不斷改變其控制角。例如例如：在正向組導(dǎo)通的半個(gè)周期中，使控制：在正向組導(dǎo)通的半個(gè)周期中，使控制角角 由由 /2（對(duì)應(yīng)于平均電壓（對(duì)應(yīng)于平均電壓 u0 = 0）逐漸）逐漸減小到減小到 0（對(duì)應(yīng)于（對(duì)應(yīng)于 u0 最大），然后再逐漸最大），然后再逐漸增加到增加到 /2（ u0 再變?yōu)樵僮優(yōu)?），如下圖所示。），如下圖所示。3 逆變電路逆變電路2AO t 0 2 BCDEFu0圖2-29 交-交變壓變頻器的單相正弦波輸出電壓波形輸出電壓波形3 逆變電路逆變電路 當(dāng)當(dāng) 角按正弦規(guī)律變化時(shí)，半周中的平角按正弦規(guī)律變化時(shí)，半周中的平均輸

34、出電壓即為圖中虛線所示的正弦波。均輸出電壓即為圖中虛線所示的正弦波。對(duì)反向組負(fù)半周的控制也是這樣。對(duì)反向組負(fù)半周的控制也是這樣。 3 逆變電路逆變電路 三相交交變頻電路可以由三相交交變頻電路可以由3個(gè)單相交交個(gè)單相交交變頻電路組成，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。變頻電路組成，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。 如果每組可控整流裝置都用橋式電路，如果每組可控整流裝置都用橋式電路，含含6個(gè)晶閘管（當(dāng)每一橋臂都是單管時(shí)），個(gè)晶閘管（當(dāng)每一橋臂都是單管時(shí)），則三相可逆線路共需則三相可逆線路共需36個(gè)晶閘管，即使采個(gè)晶閘管，即使采用零式電路也須用零式電路也須18個(gè)晶閘管。個(gè)晶閘管。三相橋式交交變頻電路 因此，這樣的交因此，

35、這樣的交- -交變壓變頻器雖然在結(jié)交變壓變頻器雖然在結(jié)構(gòu)上只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，省去了中間直流構(gòu)上只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，省去了中間直流環(huán)節(jié)，看似簡單，但所用的器件數(shù)量卻很環(huán)節(jié)，看似簡單，但所用的器件數(shù)量卻很多，總體設(shè)備相當(dāng)龐大。多，總體設(shè)備相當(dāng)龐大。 不過這些設(shè)備都是直流調(diào)速系統(tǒng)中常用不過這些設(shè)備都是直流調(diào)速系統(tǒng)中常用的可逆整流裝置，在技術(shù)上和制造工藝上的可逆整流裝置，在技術(shù)上和制造工藝上都很成熟，目前國內(nèi)有些企業(yè)已有可靠的都很成熟，目前國內(nèi)有些企業(yè)已有可靠的產(chǎn)品。產(chǎn)品。3 逆變電路逆變電路 這類交這類交-交變頻器的其他缺點(diǎn)是：輸入交變頻器的其他缺點(diǎn)是：輸入功率因數(shù)較低，諧波電流含量大，頻譜復(fù)功率因數(shù)

36、較低，諧波電流含量大，頻譜復(fù)雜，因此須配置諧波濾波和無功補(bǔ)償設(shè)備。雜，因此須配置諧波濾波和無功補(bǔ)償設(shè)備。其最高輸出頻率不超過電網(wǎng)頻率的其最高輸出頻率不超過電網(wǎng)頻率的 1/3 1/2，一般主要用于軋機(jī)主傳動(dòng)、球磨機(jī)、水泥一般主要用于軋機(jī)主傳動(dòng)、球磨機(jī)、水泥回轉(zhuǎn)窯等大容量、低轉(zhuǎn)速的調(diào)速系統(tǒng)，供回轉(zhuǎn)窯等大容量、低轉(zhuǎn)速的調(diào)速系統(tǒng)，供電給低速電機(jī)直接傳動(dòng)時(shí)，可以省去龐大電給低速電機(jī)直接傳動(dòng)時(shí)，可以省去龐大的齒輪減速箱。的齒輪減速箱。3 逆變電路逆變電路 近年來又出現(xiàn)了一種采用全控型開關(guān)近年來又出現(xiàn)了一種采用全控型開關(guān)器件的矩陣式交器件的矩陣式交-交變壓變頻器，類似于交變壓變頻器，類似于 PWM控制方式，

37、輸出電壓和輸入電流的低控制方式，輸出電壓和輸入電流的低次諧波都較小，輸入功率因數(shù)可調(diào)，能量次諧波都較小，輸入功率因數(shù)可調(diào)，能量可雙向流動(dòng)，以獲得四象限運(yùn)行，但當(dāng)輸可雙向流動(dòng)，以獲得四象限運(yùn)行，但當(dāng)輸出電壓必須為正弦波時(shí)，最大輸出輸入電出電壓必須為正弦波時(shí)，最大輸出輸入電壓比只有壓比只有0.866。目前這類變壓變頻器尚處。目前這類變壓變頻器尚處于開發(fā)階段，其發(fā)展前景是很好的。于開發(fā)階段，其發(fā)展前景是很好的。 3 逆變電路逆變電路變頻器由幾部分組成，各部分都具有變頻器由幾部分組成，各部分都具有什么功能。什么功能。變頻器種類很多，其中按濾波方式可變頻器種類很多，其中按濾波方式可分為什么類型。分為什么

38、類型。根據(jù)變頻器的變流環(huán)節(jié)的不同進(jìn)行分類根據(jù)變頻器的變流環(huán)節(jié)的不同進(jìn)行分類 ：（1 1）交直交變頻器）交直交變頻器 交直交變頻器是先將頻率固定的交流電交直交變頻器是先將頻率固定的交流電“整流整流”成直流電，再把直流電成直流電，再把直流電“逆變逆變”成頻率任意可成頻率任意可調(diào)的三相交流電，又稱間接式變頻器。目前應(yīng)調(diào)的三相交流電，又稱間接式變頻器。目前應(yīng)用廣泛的通用型變頻器都是交直交變頻器。用廣泛的通用型變頻器都是交直交變頻器。（2 2）交交變頻器）交交變頻器 交交變頻器就是把頻率固定的交流電直接轉(zhuǎn)換交交變頻器就是把頻率固定的交流電直接轉(zhuǎn)換成頻率任意可調(diào)的交流電，而且轉(zhuǎn)換前后的相成頻率任意可調(diào)的交

39、流電，而且轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同，又稱直接式變頻器或周波變頻器。數(shù)相同，又稱直接式變頻器或周波變頻器。 根據(jù)直流電路的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)（或?yàn)V波方式）分類頻根據(jù)直流電路的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)（或?yàn)V波方式）分類頻器的變流環(huán)節(jié)的不同進(jìn)行分類器的變流環(huán)節(jié)的不同進(jìn)行分類 ：（1 1）電壓型變頻器）電壓型變頻器電壓型變頻器的儲(chǔ)能元件為電容器，其特點(diǎn)是中電壓型變頻器的儲(chǔ)能元件為電容器，其特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件采用大電容，負(fù)載的無功間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件采用大電容，負(fù)載的無功功率將由它來緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電功率將由它來緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故稱電壓型變頻器，源內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故

40、稱電壓型變頻器，常選用于負(fù)載電壓變化較大的場合。常選用于負(fù)載電壓變化較大的場合。 （2 2）電流型變頻器電流型變頻器的儲(chǔ)能元件為）電流型變頻器電流型變頻器的儲(chǔ)能元件為電感線圈，因此其特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)采用大電電感線圈，因此其特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，緩沖無功功率，即扼制電流的感作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，緩沖無功功率，即扼制電流的變化，使電壓接近正弦波，由于該直流內(nèi)阻較大，變化，使電壓接近正弦波，由于該直流內(nèi)阻較大，故稱電流型變頻器。故稱電流型變頻器。 根據(jù)電壓的調(diào)制方式分類根據(jù)電壓的調(diào)制方式分類 （1 1）正弦波脈寬調(diào)制（）正弦波脈寬調(diào)制（SPWMSPWM）變頻器）變頻器正弦波脈寬調(diào)制變頻

41、器是指輸出電壓的大小是正弦波脈寬調(diào)制變頻器是指輸出電壓的大小是通過調(diào)節(jié)脈沖占空比來實(shí)現(xiàn)的，且載頻信號(hào)用通過調(diào)節(jié)脈沖占空比來實(shí)現(xiàn)的，且載頻信號(hào)用等腰三角波，而基準(zhǔn)信號(hào)采用正弦波。中、小等腰三角波，而基準(zhǔn)信號(hào)采用正弦波。中、小容量的通用變頻器幾乎全都采用此類變頻器。容量的通用變頻器幾乎全都采用此類變頻器。 （2 2）脈幅調(diào)制（）脈幅調(diào)制（PAMPAM）變頻器）變頻器脈幅調(diào)制變頻器是指將變壓與變頻分開完成，脈幅調(diào)制變頻器是指將變壓與變頻分開完成，即在把交流電整流為直流電的同時(shí)改變直流電即在把交流電整流為直流電的同時(shí)改變直流電壓的幅值，而后將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟姇r(shí)改壓的幅值，而后將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟?/p>

42、時(shí)改變交流電頻率的變壓變頻控制方式。變交流電頻率的變壓變頻控制方式。 根據(jù)控制方式分類根據(jù)控制方式分類 ：（1 1）U/FU/F控制控制（2 2）轉(zhuǎn)差頻率控制）轉(zhuǎn)差頻率控制（3 3）矢量控制）矢量控制（4 4）直接轉(zhuǎn)矩控制）直接轉(zhuǎn)矩控制根據(jù)輸入電源的相數(shù)分類根據(jù)輸入電源的相數(shù)分類 （1 1）三進(jìn)三出變頻器）三進(jìn)三出變頻器變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)都是三相交流電。絕變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)都是三相交流電。絕大多數(shù)變頻器都屬此類。大多數(shù)變頻器都屬此類。 （2 2）單進(jìn)三出變頻器）單進(jìn)三出變頻器變頻器的輸入側(cè)為單相交流電，輸出側(cè)是三相變頻器的輸入側(cè)為單相交流電，輸出側(cè)是三相交流電，俗稱交流電，俗稱“單相變

43、頻器單相變頻器”。該類變頻器通。該類變頻器通常容量較小，且適合在單相電源情況下使用，常容量較小，且適合在單相電源情況下使用，如家用電器里的變頻器均屬此類。如家用電器里的變頻器均屬此類。 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性分類根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性分類 （1 1）P P型機(jī)變頻器型機(jī)變頻器適用于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的變頻器。適用于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的變頻器。（2 2）G G型機(jī)變頻器型機(jī)變頻器適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的變頻器。適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的變頻器。（3 3）P/GP/G合一型變頻器合一型變頻器同一種機(jī)型既可以使用變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，又可以適同一種機(jī)型既可以使用變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，又可以適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；同時(shí)在變轉(zhuǎn)矩方式下，其標(biāo)用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；同時(shí)在變轉(zhuǎn)矩方

44、式下，其標(biāo)稱功率大一檔。稱功率大一檔。根據(jù)應(yīng)用場合分類根據(jù)應(yīng)用場合分類 （1 1）通用變頻器）通用變頻器通用變頻器的特點(diǎn)是其通用性，可應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī)通用變頻器的特點(diǎn)是其通用性，可應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī)傳動(dòng)、工業(yè)生產(chǎn)及民用、建筑等各個(gè)領(lǐng)域。通用變頻器傳動(dòng)、工業(yè)生產(chǎn)及民用、建筑等各個(gè)領(lǐng)域。通用變頻器的控制方式，已經(jīng)從最簡單的恒壓頻比控制方式向高性的控制方式，已經(jīng)從最簡單的恒壓頻比控制方式向高性能的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等發(fā)展。能的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等發(fā)展。（2 2）專用變頻器）專用變頻器專用變頻器的特點(diǎn)是其行業(yè)專用性，它針對(duì)不同的行業(yè)專用變頻器的特點(diǎn)是其行業(yè)專用性，它針對(duì)不同的行業(yè)特點(diǎn)集成了可

45、編程控制器以及很多硬件外設(shè)，可以在不特點(diǎn)集成了可編程控制器以及很多硬件外設(shè)，可以在不增加外部板件的基礎(chǔ)上直接應(yīng)用于行業(yè)中。比如，恒壓增加外部板件的基礎(chǔ)上直接應(yīng)用于行業(yè)中。比如，恒壓供水專用變頻器就能處理供水中變頻與工頻切換、一拖供水專用變頻器就能處理供水中變頻與工頻切換、一拖多控制等。多控制等。什么是交-直-交類型變頻器，根據(jù)濾波環(huán)節(jié)其分成幾種類型？什么是單相變頻器？1. SPWM調(diào)制原理調(diào)制原理 以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波（波（Carrier wave），并用頻率和期望波相

46、），并用頻率和期望波相同的正弦波作為調(diào)制波（同的正弦波作為調(diào)制波（Modulation wave），當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們），當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)呈兩邊窄而獲得在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。圖6-5urucuOtOtuouofuoUd- Ud圖2-38 PWM調(diào)制原理 按照波形面積相等的原則，每一個(gè)矩形按照波形面積相等的原則，每一個(gè)矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，

47、因而這個(gè)序列的矩形波與期望的正弦波等因而這個(gè)序列的矩形波與期望的正弦波等效。這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制效。這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制（Sinusoidal pulse width modulation，簡，簡稱稱SPWM），這種序列的矩形波稱作），這種序列的矩形波稱作SPWM波。波。 如果在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)，三角載如果在正弦調(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，所波只在正或負(fù)的一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的得到的SPWM波也只處于一個(gè)極性的范圍波也只處于一個(gè)極性的范圍內(nèi)，叫做單極性控制方式。內(nèi)，叫做單極性控制方式。如果在正弦調(diào)制波半個(gè)周期內(nèi)，三角載波如果在正弦

48、調(diào)制波半個(gè)周期內(nèi)，三角載波在正負(fù)極性之間連續(xù)變化，則在正負(fù)極性之間連續(xù)變化，則SPWM波也波也是在正負(fù)之間變化，叫做雙極性控制方式。是在正負(fù)之間變化，叫做雙極性控制方式。圖6-5urucuOtOtuouofuoUd- Ud（1）單極性）單極性PWM控制方式控制方式圖6-6urucuOtOtuouofuoUd- Ud模擬電子電路模擬電子電路 采用正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器采用正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器和比較器來實(shí)現(xiàn)上述的和比較器來實(shí)現(xiàn)上述的SPWM控制?？刂?。數(shù)字控制電路數(shù)字控制電路 硬件電路；硬件電路； 軟件實(shí)現(xiàn)。軟件實(shí)現(xiàn)。自然采樣法自然采樣法只是把同樣的方法數(shù)字只是把同樣的方法數(shù)字化，化，

49、自然采樣法的運(yùn)算比較復(fù)雜；自然采樣法的運(yùn)算比較復(fù)雜；規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法在工程上更實(shí)用的簡化在工程上更實(shí)用的簡化方法，由于簡化方法的不同，衍生出多方法，由于簡化方法的不同，衍生出多種規(guī)則采樣法。種規(guī)則采樣法。 將三相正弦將三相正弦波與三角波比波與三角波比較，在波形相較，在波形相交點(diǎn)自然地確交點(diǎn)自然地確定脈沖的采樣定脈沖的采樣點(diǎn)和開關(guān)點(diǎn)。點(diǎn)和開關(guān)點(diǎn)。即采樣點(diǎn)和開即采樣點(diǎn)和開關(guān)點(diǎn)重合。關(guān)點(diǎn)重合。對(duì)稱規(guī)則采樣l優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1 1、基波幅值與調(diào)制度、基波幅值與調(diào)制度MM成正比，利于調(diào)壓；成正比，利于調(diào)壓；2 2、高次諧波隨著載波比、高次諧波隨著載波比N N與調(diào)制度與調(diào)制度MM的增的增大而減小，有利于波

50、形正弦化。大而減小，有利于波形正弦化。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1、實(shí)時(shí)控制時(shí)難以計(jì)算脈沖寬度；、實(shí)時(shí)控制時(shí)難以計(jì)算脈沖寬度；2 2、離線計(jì)算，利用查表法輸出、離線計(jì)算，利用查表法輸出PWMPWM波，波，占有內(nèi)存過大，不符合微機(jī)等采樣周期的占有內(nèi)存過大，不符合微機(jī)等采樣周期的控制要求?？刂埔?。 在載波三角波的固定點(diǎn)對(duì)正弦波進(jìn)行采在載波三角波的固定點(diǎn)對(duì)正弦波進(jìn)行采樣，以確定脈沖的前沿和后沿時(shí)刻，而并樣，以確定脈沖的前沿和后沿時(shí)刻，而并不管此時(shí)是否發(fā)生正弦調(diào)制波與載波三角不管此時(shí)是否發(fā)生正弦調(diào)制波與載波三角波相交。也就是說采樣點(diǎn)和開關(guān)點(diǎn)不重合，波相交。也就是說采樣點(diǎn)和開關(guān)點(diǎn)不重合，采樣點(diǎn)是固定的，開關(guān)點(diǎn)

51、是變化的。開關(guān)采樣點(diǎn)是固定的，開關(guān)點(diǎn)是變化的。開關(guān)的轉(zhuǎn)換時(shí)刻可以利用簡單的三角函數(shù)在線的轉(zhuǎn)換時(shí)刻可以利用簡單的三角函數(shù)在線地計(jì)算出來，滿足了微機(jī)全數(shù)字控制的需地計(jì)算出來，滿足了微機(jī)全數(shù)字控制的需要。要。對(duì)稱規(guī)則采樣不對(duì)稱規(guī)則采樣平均對(duì)稱規(guī)則采樣對(duì)稱規(guī)則采樣對(duì)稱規(guī)則采樣中生對(duì)稱規(guī)則采樣中生成的成的PWMPWM脈寬較實(shí)脈寬較實(shí)際的正弦波與三角際的正弦波與三角波自然相交的脈寬波自然相交的脈寬偏小，使變頻電源偏小，使變頻電源的輸出電壓較低。的輸出電壓較低。不對(duì)稱規(guī)則采樣不規(guī)則采樣中，雖不規(guī)則采樣中，雖能更真實(shí)地反映自能更真實(shí)地反映自然采樣，但由于在然采樣，但由于在一個(gè)載波周期中需一個(gè)載波周期中需要采樣

52、兩次，極大要采樣兩次，極大地增加了數(shù)據(jù)的處地增加了數(shù)據(jù)的處理量。理量。平均對(duì)稱規(guī)則采樣在實(shí)際采樣中我們采在實(shí)際采樣中我們采用的是平均對(duì)稱規(guī)則用的是平均對(duì)稱規(guī)則采樣。采樣時(shí)刻設(shè)在采樣。采樣時(shí)刻設(shè)在三角載波的谷底處，三角載波的谷底處，以此刻的正弦波數(shù)值以此刻的正弦波數(shù)值為中心，確定為中心，確定PWMPWM脈沖的前后沿。脈沖的前后沿。圖6-12ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22三角波兩個(gè)三角波兩個(gè)正峰值之間正峰值之間為一個(gè)采樣為一個(gè)采樣周期周期Tc圖6-12ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22自然采樣法自然采樣法中，脈沖中中，脈沖中點(diǎn)不和三角點(diǎn)不和三角波一周期的波一周期

53、的中點(diǎn)（即負(fù)中點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）重合峰點(diǎn)）重合圖6-12ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法使兩者重合，使兩者重合，每個(gè)脈沖的每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都以相中點(diǎn)都以相應(yīng)的三角波應(yīng)的三角波中點(diǎn)為對(duì)稱，中點(diǎn)為對(duì)稱，使計(jì)算大為使計(jì)算大為簡化簡化圖6-12ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22在三角波的負(fù)峰在三角波的負(fù)峰時(shí)刻時(shí)刻t tDD對(duì)正弦信對(duì)正弦信號(hào)波采樣得號(hào)波采樣得DD點(diǎn)，點(diǎn)，過過 DD作水平直線作水平直線和三角波分別交和三角波分別交于于A A、B B點(diǎn)，在點(diǎn)，在A A點(diǎn)時(shí)刻點(diǎn)時(shí)刻 t tA A和和B B點(diǎn)點(diǎn)時(shí)刻時(shí)刻 t tB B控制開控制開關(guān)器件的通斷關(guān)器件的

54、通斷圖6-12ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22脈沖寬度脈沖寬度 和用自然采和用自然采樣法得到的樣法得到的脈沖寬度非脈沖寬度非常接近常接近圖6-12ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22正弦調(diào)制信號(hào)波正弦調(diào)制信號(hào)波式中，式中，M M 稱為調(diào)稱為調(diào)制度，制度，0 0 M M 11； r r為信號(hào)為信號(hào)波角頻率。波角頻率。tMurrsin 圖6-12ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22從圖中可得從圖中可得因此可得因此可得2/22/sin1cDrTtM)sin1 (2DrctMT)sin1 (421DrcctMTT 根據(jù)上述采樣原理和計(jì)算公式，可以根據(jù)上述采

55、樣原理和計(jì)算公式，可以用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制產(chǎn)生用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制產(chǎn)生SPWM波形，具波形，具體實(shí)現(xiàn)方法有：體實(shí)現(xiàn)方法有：查表法查表法可以先離線計(jì)算出相應(yīng)的脈可以先離線計(jì)算出相應(yīng)的脈寬寬 等數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中，然后在調(diào)速等數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中，然后在調(diào)速系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制過程中通過查表和加、減系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制過程中通過查表和加、減運(yùn)算求出各相脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間。運(yùn)算求出各相脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間。實(shí)時(shí)計(jì)算法實(shí)時(shí)計(jì)算法事先在內(nèi)存中存放正弦函事先在內(nèi)存中存放正弦函數(shù)和數(shù)和T Tc c /2/2值，控制時(shí)先查出正弦值，與調(diào)值，控制時(shí)先查出正弦值，與調(diào)速系統(tǒng)所需的調(diào)制度速系統(tǒng)所需的調(diào)制度MM作乘法運(yùn)算，再根作乘法運(yùn)算，再根據(jù)給定

56、的載波頻率查出相應(yīng)的據(jù)給定的載波頻率查出相應(yīng)的T Tc c /2/2值，由值，由計(jì)算公式計(jì)算脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間。計(jì)算公式計(jì)算脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間。 由于由于PWM變壓變頻器的應(yīng)用非常廣泛，變壓變頻器的應(yīng)用非常廣泛，已制成多種專用集成電路芯片作為已制成多種專用集成電路芯片作為SPWM信號(hào)的發(fā)生器，應(yīng)用較多的有信號(hào)的發(fā)生器，應(yīng)用較多的有HEF4752、SLE4520、SA8281、SA8282、SA4828等。等。后來更進(jìn)一步把它做在微機(jī)芯片里面，生后來更進(jìn)一步把它做在微機(jī)芯片里面，生產(chǎn)出多種帶產(chǎn)出多種帶PWM信號(hào)輸出口的電機(jī)控制信號(hào)輸出口的電機(jī)控制用的用的8位、位、16位微機(jī)芯片和位微機(jī)芯片和DS

57、P。 數(shù)字控制電路（硬件電路實(shí)現(xiàn)方法）數(shù)字控制電路（硬件電路實(shí)現(xiàn)方法）載波比載波比載波頻率載波頻率 fc與調(diào)制信號(hào)頻率與調(diào)制信號(hào)頻率 fr 之比之比N，既既 N = fc / fr 根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，的變化情況，PWM調(diào)制方式分為調(diào)制方式分為異步調(diào)異步調(diào)制制和和同步調(diào)制同步調(diào)制。 異步調(diào)制異步調(diào)制載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式。同步的調(diào)制方式。通常保持通常保持 fc 固定不變，當(dāng)固定不變，當(dāng) fr 變化時(shí)，載變化時(shí)，載波比波比 N 是變化的；是變化的；在信號(hào)波的半周期內(nèi)，在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)波的脈

58、沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的周期的脈沖也不對(duì)稱；脈沖也不對(duì)稱；當(dāng)當(dāng) fr 較低時(shí)，較低時(shí)，N 較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小；??；當(dāng)當(dāng) fr 增高時(shí)，增高時(shí)，N 減小，一周期內(nèi)的脈沖減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，數(shù)減少，PWM 脈沖不對(duì)稱的影響就變脈沖不對(duì)稱的影響就變大。大。 同步調(diào)制同步調(diào)制N 等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步。載波和信號(hào)波保持同步?；就秸{(diào)制方式，基本同步調(diào)

59、制方式，fr 變化時(shí)變化時(shí)N不變，信號(hào)不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定；波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定；三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取 N 為為3的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱；的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱；為使一相的為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡像對(duì)稱，波正負(fù)半周鏡像對(duì)稱，N應(yīng)取奇數(shù)；應(yīng)取奇數(shù)；fr 很低時(shí)，很低時(shí)，fc 也很低，由調(diào)制帶來的諧也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除；波不易濾除；fr 很高時(shí)，很高時(shí)，fc 會(huì)過高，使開關(guān)器件難以會(huì)過高，使開關(guān)器件難以承受。承受。ucurUurVurWuuUNuVNOtttt000uWN2Ud2Ud把把 fr 范圍劃分成若干個(gè)頻

60、段，每個(gè)頻段范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持內(nèi)保持N恒定，不同頻段恒定，不同頻段N不同；不同；在在 fr 高的頻段采用較低的高的頻段采用較低的N，使載波頻率，使載波頻率不致過高；不致過高；在在 fr 低的頻段采用較高的低的頻段采用較高的N，使載波頻率，使載波頻率不致過低；不致過低；00.40.81.21.62.02.410203040506070802011479969453321圖6-11fr /Hzfc /kHz 可在低頻輸出時(shí)采用異步調(diào)制方式，高可在低頻輸出時(shí)采用異步調(diào)制方式，高頻輸出時(shí)切換到同步調(diào)制方式，這樣把兩頻輸出時(shí)切換到同步調(diào)制方式，這樣把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，和分段同步方式效