直流-交流變換電路

1、第第4章章 直流直流-交流變換電路交流變換電路w本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)w有源逆變電路、有源逆變的條件、逆變失敗與最有源逆變電路、有源逆變的條件、逆變失敗與最小逆變角的限制；小逆變角的限制；w無源逆變電路、變頻器概述；無源逆變電路、變頻器概述；w交交-直直-交變頻器、電壓型和電流型變頻器、變頻交變頻器、電壓型和電流型變頻器、變頻器器180度和度和120度導(dǎo)電規(guī)則的原理與分析；度導(dǎo)電規(guī)則的原理與分析；wSPWM變頻（電壓正弦變頻（電壓正弦PWM、電流正弦、電流正弦PWM、磁通正弦磁通正弦PWM）的原理與分析。）的原理與分析。4.1 逆變的概念逆變的概念 逆變電路是把直流電逆變成交流電的電路。按照負(fù)載逆變

2、電路是把直流電逆變成交流電的電路。按照負(fù)載性質(zhì)的不同，逆變分為有源逆變和無源逆變。當(dāng)可控性質(zhì)的不同，逆變分為有源逆變和無源逆變。當(dāng)可控整流電路工作在逆變狀態(tài)時(shí)，如果把該電路的交流側(cè)整流電路工作在逆變狀態(tài)時(shí)，如果把該電路的交流側(cè)接到交流電源上，把直流電逆變成與交流電源同頻率接到交流電源上，把直流電逆變成與交流電源同頻率的交流電返送到電網(wǎng)上去，則稱作有源逆變。如果可的交流電返送到電網(wǎng)上去，則稱作有源逆變。如果可控整流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到無源控整流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到無源負(fù)載，則稱為無源逆變或變頻。負(fù)載，則稱為無源逆變或變頻。 4.2 有源逆變電路有源逆變電路4.2.

3、1 單相雙半波有源逆變電路單相雙半波有源逆變電路w1 1、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu) 2、工作原理、工作原理w1）整流狀態(tài)（）整流狀態(tài)（090）w當(dāng)當(dāng)?shù)扔诹銜r(shí)，輸出電壓瞬時(shí)值等于零時(shí)，輸出電壓瞬時(shí)值ud在整個(gè)周期內(nèi)全部為正；在整個(gè)周期內(nèi)全部為正；當(dāng)當(dāng)900時(shí)，時(shí)，ud在整個(gè)周期內(nèi)有正有負(fù)，但正面積總是在整個(gè)周期內(nèi)有正有負(fù)，但正面積總是大于負(fù)面積，故平均值大于負(fù)面積，故平均值Ud為正值，其極性是上正下負(fù)，如為正值，其極性是上正下負(fù)，如上圖上圖a。通常。通常Ud略大于略大于E，此時(shí)電流，此時(shí)電流Id從從Ud的正端流出，從的正端流出，從E的正端流進(jìn)。電機(jī)的正端流進(jìn)。電機(jī)M吸收電能，作電動(dòng)運(yùn)行，電路把從交吸收

4、電能，作電動(dòng)運(yùn)行，電路把從交流電網(wǎng)吸收的電能轉(zhuǎn)變成直流電能輸送給電動(dòng)機(jī)，電路工流電網(wǎng)吸收的電能轉(zhuǎn)變成直流電能輸送給電動(dòng)機(jī)，電路工作在整流狀態(tài)，電機(jī)作在整流狀態(tài)，電機(jī)M工作在電動(dòng)狀態(tài)工作在電動(dòng)狀態(tài)。 w2）逆變狀態(tài)（）逆變狀態(tài)（90180）w逆變是將電機(jī)吸收的直流電能轉(zhuǎn)變成交流反饋回電網(wǎng)。逆變是將電機(jī)吸收的直流電能轉(zhuǎn)變成交流反饋回電網(wǎng)。w由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕?fù)載電流由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，?fù)載電流Id不能改變方向，只有不能改變方向，只有將將E反向，即電機(jī)作發(fā)電運(yùn)行才能回饋電能；為避免反向，即電機(jī)作發(fā)電運(yùn)行才能回饋電能；為避免Ud與與E順接，此時(shí)將順接，此時(shí)將Ud的極性也反過來，如上圖的極性也

5、反過來，如上圖b示。要使示。要使Ud反反向，向，應(yīng)該大于應(yīng)該大于90。w當(dāng)當(dāng)在在90180間變動(dòng)時(shí)，輸出電壓瞬時(shí)值間變動(dòng)時(shí)，輸出電壓瞬時(shí)值ud在整個(gè)在整個(gè)周期內(nèi)有正有負(fù)，但負(fù)面積大于正面積，故平均值周期內(nèi)有正有負(fù)，但負(fù)面積大于正面積，故平均值Ud為負(fù)為負(fù)值，見上圖值，見上圖b所示。此時(shí)所示。此時(shí)E略大于略大于Ud，電流，電流Id的流向是從的流向是從E的的正端流出，從正端流出，從Ud的正端流入，逆變電路吸收從電機(jī)反送來的正端流入，逆變電路吸收從電機(jī)反送來的直流電能，并將其轉(zhuǎn)變成交流電能反饋回電網(wǎng)，這就是的直流電能，并將其轉(zhuǎn)變成交流電能反饋回電網(wǎng)，這就是該電路的有源逆變狀態(tài)。該電路的有源逆變狀態(tài)。

6、w要使整流電路工作在逆變狀態(tài)，必須滿足兩個(gè)條件：要使整流電路工作在逆變狀態(tài)，必須滿足兩個(gè)條件：w1）變流器的輸出）變流器的輸出Ud能夠改變極性（內(nèi)部條件）。由于晶閘能夠改變極性（內(nèi)部條件）。由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕娏鞴艿膯蜗驅(qū)щ娦?，電流Id不能改變方向，為實(shí)現(xiàn)有源逆變，不能改變方向，為實(shí)現(xiàn)有源逆變，必須改變必須改變Ud的極性。即讓變流器的控制角的極性。即讓變流器的控制角90即可。即可。w2）須有外接的提供直流電能的電源）須有外接的提供直流電能的電源E。E也要能改變極性，也要能改變極性，且有且有 （外部條件）。（外部條件）。w3、逆變角、逆變角w逆變狀態(tài)時(shí)的控制角稱為逆變角逆變狀態(tài)時(shí)的控制角稱

7、為逆變角，規(guī)定以規(guī)定以=處作為計(jì)量處作為計(jì)量角的起點(diǎn)，大小由計(jì)量起點(diǎn)向左計(jì)算。滿足如下關(guān)系：角的起點(diǎn)，大小由計(jì)量起點(diǎn)向左計(jì)算。滿足如下關(guān)系： dUE 4.2.2 逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗與最小逆變角的限制1 1、逆變失敗、逆變失敗w可控整流電路運(yùn)行在逆變狀態(tài)時(shí)，一旦發(fā)生換相失敗，電可控整流電路運(yùn)行在逆變狀態(tài)時(shí)，一旦發(fā)生換相失敗，電路又重新工作在整流狀態(tài)，外接的直流電源就會(huì)通過晶閘路又重新工作在整流狀態(tài)，外接的直流電源就會(huì)通過晶閘管電路形成短路，使變流器的輸出平均電壓管電路形成短路，使變流器的輸出平均電壓Ud和直流電和直流電動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì)E變成順向串聯(lián)，由于變流電路的內(nèi)阻很小，將出現(xiàn)變成順向

8、串聯(lián)，由于變流電路的內(nèi)阻很小，將出現(xiàn)很大的短路電流流過晶閘管和負(fù)載，這種情況稱為逆變失很大的短路電流流過晶閘管和負(fù)載，這種情況稱為逆變失敗，或稱為逆變顛覆。敗，或稱為逆變顛覆。w造成逆變失敗的原因：造成逆變失敗的原因：（1 1）觸發(fā)電路工作不可靠。不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘）觸發(fā)電路工作不可靠。不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配觸發(fā)脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等管分配觸發(fā)脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等。（2）晶閘管發(fā)生故障。器件失去阻斷能力，或器件不能晶閘管發(fā)生故障。器件失去阻斷能力，或器件不能導(dǎo)通。導(dǎo)通。（3）交流電源異常。在逆變工作時(shí)，電源發(fā)生缺相或突交流電源異常。在逆變工作時(shí)，電源發(fā)生缺相或突然消

9、失而造成逆變失敗。然消失而造成逆變失敗。（4）換相裕量角不足，換相裕量角不足，引起換相失敗。應(yīng)考慮變壓器漏引起換相失敗。應(yīng)考慮變壓器漏抗引起的換相重疊角、抗引起的換相重疊角、晶閘管關(guān)斷時(shí)間等因素的影響。晶閘管關(guān)斷時(shí)間等因素的影響。 w交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過程的影響2、最小逆變角最小逆變角確定的方法確定的方法 最小逆變角最小逆變角的大小要考慮以下因素：的大小要考慮以下因素：（1）換相重疊角換相重疊角。此值與電路形式、工作電流大小、觸發(fā)。此值與電路形式、工作電流大小、觸發(fā)角大小有關(guān)。即角大小有關(guān)。即 根據(jù)根據(jù)= -，設(shè)，設(shè) =，則則 ：（2）晶閘管關(guān)斷時(shí)間）晶閘管關(guān)斷時(shí)間 tq 所對(duì)應(yīng)的電角度所對(duì)

10、應(yīng)的電角度。折算后的電角度。折算后的電角度約約4度度5度；度； mUXIsin2)cos(cos2BdmUXIsin21cos2Bd （3）安全裕量角）安全裕量角?？紤]到脈沖調(diào)整時(shí)不對(duì)稱、電網(wǎng)波動(dòng)、?？紤]到脈沖調(diào)整時(shí)不對(duì)稱、電網(wǎng)波動(dòng)、畸變與溫度等影響，還必須留一個(gè)安全裕量角，一般取畸變與溫度等影響，還必須留一個(gè)安全裕量角，一般取為為10度左右。度左右。w綜上所述，最小逆變角為：綜上所述，最小逆變角為：w w為了可靠防止為了可靠防止進(jìn)入進(jìn)入min區(qū)內(nèi)，在要求較高的場(chǎng)合，可區(qū)內(nèi)，在要求較高的場(chǎng)合，可在觸發(fā)電路中加一套保護(hù)線路，使在觸發(fā)電路中加一套保護(hù)線路，使在減小時(shí)不能進(jìn)入在減小時(shí)不能進(jìn)入min區(qū)

11、內(nèi)，或在區(qū)內(nèi)，或在min處設(shè)置產(chǎn)生附加安全脈沖的裝置，處設(shè)置產(chǎn)生附加安全脈沖的裝置，萬一當(dāng)工作脈沖進(jìn)入萬一當(dāng)工作脈沖進(jìn)入min區(qū)內(nèi)時(shí)，由安全脈沖在區(qū)內(nèi)時(shí)，由安全脈沖在min處處觸發(fā)晶閘管，防止逆變失敗。觸發(fā)晶閘管，防止逆變失敗。00min35304.2.3 有源逆變的應(yīng)用有源逆變的應(yīng)用w一、應(yīng)用之一一、應(yīng)用之一 晶閘管串級(jí)調(diào)速晶閘管串級(jí)調(diào)速w串級(jí)調(diào)速的原理：轉(zhuǎn)子電流表達(dá)式w 22022f202sXREsEIw工程上為實(shí)現(xiàn)方便，次同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是用不可控整流器工程上為實(shí)現(xiàn)方便，次同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是用不可控整流器將轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)將轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)sE20整流為直流電動(dòng)勢(shì)，并與轉(zhuǎn)子整流回路中整流為直流電動(dòng)勢(shì)

12、，并與轉(zhuǎn)子整流回路中串入的直流附加電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行合成，通過改變逆變角的大小，串入的直流附加電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行合成，通過改變逆變角的大小，實(shí)現(xiàn)低同步轉(zhuǎn)速的電動(dòng)運(yùn)行。采用直流附加電動(dòng)勢(shì)的原因是：實(shí)現(xiàn)低同步轉(zhuǎn)速的電動(dòng)運(yùn)行。采用直流附加電動(dòng)勢(shì)的原因是：由于工程上獲取與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)由于工程上獲取與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)sE20反相位同頻率且頻率隨反相位同頻率且頻率隨轉(zhuǎn)子頻率變化的交流變頻電源轉(zhuǎn)子頻率變化的交流變頻電源Ef比較困難，所以在次同步串比較困難，所以在次同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中采用整流器將轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中采用整流器將轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)sE20整流為直流電動(dòng)整流為直流電動(dòng)勢(shì)，再與轉(zhuǎn)子回路中串入的直流附加電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行比較。而可勢(shì)，

13、再與轉(zhuǎn)子回路中串入的直流附加電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行比較。而可調(diào)直流附加電動(dòng)勢(shì)在工程上比較容易實(shí)現(xiàn)。調(diào)直流附加電動(dòng)勢(shì)在工程上比較容易實(shí)現(xiàn)。w晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的基本構(gòu)成如下圖所示。系統(tǒng)中，直流晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的基本構(gòu)成如下圖所示。系統(tǒng)中，直流附加電動(dòng)勢(shì)是由晶閘管有源逆變器附加電動(dòng)勢(shì)是由晶閘管有源逆變器UI產(chǎn)生的，改變逆變角就產(chǎn)生的，改變逆變角就改變了逆變電勢(shì)，相當(dāng)于改變了直流附加電動(dòng)勢(shì)，即可實(shí)現(xiàn)改變了逆變電勢(shì)，相當(dāng)于改變了直流附加電動(dòng)勢(shì)，即可實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速。串級(jí)調(diào)速。二、應(yīng)用之二二、應(yīng)用之二兩組晶閘管反并聯(lián)時(shí)電動(dòng)機(jī)兩組晶閘管反并聯(lián)時(shí)電動(dòng)機(jī)的可逆運(yùn)行的可逆運(yùn)行w下圖為兩組晶閘管反并聯(lián)電路的框圖。設(shè)P為正組，N

14、為反組，電路有四種工作狀態(tài)。 w（1）正組整流）正組整流w上左圖為正組整流工作狀態(tài)。設(shè)上左圖為正組整流工作狀態(tài)。設(shè)P在控制角在控制角作用下輸出整作用下輸出整流電壓流電壓Ud，加于電動(dòng)機(jī)，加于電動(dòng)機(jī)M使其正轉(zhuǎn)。當(dāng)使其正轉(zhuǎn)。當(dāng)P組處于整流工作組處于整流工作狀態(tài)時(shí)，反組狀態(tài)時(shí)，反組N不能也工作在整流狀態(tài)，否則會(huì)使電流不能也工作在整流狀態(tài)，否則會(huì)使電流Id1不經(jīng)過負(fù)載不經(jīng)過負(fù)載M，而只在兩組晶閘管之間流通，這種電流稱，而只在兩組晶閘管之間流通，這種電流稱為環(huán)流，環(huán)流實(shí)質(zhì)上是兩組晶閘管電源之間的短路電流。為環(huán)流，環(huán)流實(shí)質(zhì)上是兩組晶閘管電源之間的短路電流。因此，當(dāng)正組整流時(shí)，反組應(yīng)關(guān)斷或處于待逆變狀態(tài)。所

15、因此，當(dāng)正組整流時(shí)，反組應(yīng)關(guān)斷或處于待逆變狀態(tài)。所謂待逆變，就是謂待逆變，就是N組由逆變角組由逆變角控制處于逆變狀態(tài)但無逆變控制處于逆變狀態(tài)但無逆變電流。要做到這一點(diǎn)，可使電流。要做到這一點(diǎn)，可使 。這樣，正組。這樣，正組P的平的平均 電 流 供 電 動(dòng) 機(jī) 正 轉(zhuǎn) ， 反 組均 電 流 供 電 動(dòng) 機(jī) 正 轉(zhuǎn) ， 反 組 N處 于 待 逆 變 狀 態(tài) 。 由處 于 待 逆 變 狀 態(tài) 。 由于于 ，故沒有平均電流流過反組，不產(chǎn)生真正的，故沒有平均電流流過反組，不產(chǎn)生真正的逆變逆變。ddUUddUUw（2）反組逆變）反組逆變w當(dāng)要求正向制動(dòng)時(shí)，流過電動(dòng)機(jī)當(dāng)要求正向制動(dòng)時(shí)，流過電動(dòng)機(jī)M的電流的電

16、流Id必須反向才能必須反向才能得到制動(dòng)力矩，由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，這只有利用反得到制動(dòng)力矩，由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，這只有利用反組組N的逆變。為此，只要降低的逆變。為此，只要降低 且使且使 ，則則N組產(chǎn)生逆變，流過電流組產(chǎn)生逆變，流過電流Id2，電機(jī)電流，電機(jī)電流Id反向，反組有反向，反組有源逆變將電勢(shì)能源逆變將電勢(shì)能E通過反組通過反組N送回電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。送回電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。w（3）反組整流）反組整流wN組整流，使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，其過程與正組整流類似。組整流，使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，其過程與正組整流類似。w（4）正組逆變）正組逆變wP組逆變，產(chǎn)生反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其過程與組反逆變類似。組逆變，產(chǎn)生反

17、向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其過程與組反逆變類似。dU)(ddUUE4.3 無源逆變（變頻）電路無源逆變（變頻）電路4.3.1 變頻概述及變頻器的種類變頻概述及變頻器的種類w將直流電能變換成交流電能供給無源負(fù)載的過程稱為無逆將直流電能變換成交流電能供給無源負(fù)載的過程稱為無逆變。用于逆變的直流電能通常是由電網(wǎng)提供的交流電整流變。用于逆變的直流電能通常是由電網(wǎng)提供的交流電整流得來的。我們把得來的。我們把“將電網(wǎng)提供的恒壓恒頻將電網(wǎng)提供的恒壓恒頻CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)交流電變換為變壓變頻交流電變換為變壓變頻VVVF(Variable Voltage Var

18、iable Frequency)交流電供給交流電供給負(fù)載負(fù)載”的過程稱為變頻，實(shí)現(xiàn)變頻的裝置叫變頻器。的過程稱為變頻，實(shí)現(xiàn)變頻的裝置叫變頻器。1 1、變頻器的分類、變頻器的分類 2、靜止型常規(guī)變頻器及特點(diǎn)、靜止型常規(guī)變頻器及特點(diǎn)（1）間接（交）間接（交-直直-交）變壓變頻裝置交）變壓變頻裝置w交交-直直-交變頻器的主要構(gòu)成環(huán)節(jié)如下圖交變頻器的主要構(gòu)成環(huán)節(jié)如下圖a示。它先把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，示。它先把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，經(jīng)過中間濾波環(huán)節(jié)后，再把直流電逆變成變壓變頻的交流電，故又稱為經(jīng)過中間濾波環(huán)節(jié)后，再把直流電逆變成變壓變頻的交流電，故又稱為間接變頻器。間接變頻器。w按照不同的控制方式，間接變

19、頻器又有下圖按照不同的控制方式，間接變頻器又有下圖b、c、d三種情況。三種情況。整流逆變中間直流環(huán)節(jié)DCAC50Hz恒壓恒頻（CVCF）AC變壓變頻（VVVF）(a)可控整流逆變DCAC50Hz調(diào)壓調(diào)頻AC（VVVF）(b)不控整流逆變DCAC調(diào)頻AC50Hz斬波器DC調(diào)壓(c)VVVF50Hz不控整流PWM逆變ACDC（VVVF）調(diào)壓調(diào)頻(d)AC圖6-7 間接變壓變頻裝置的不同結(jié)構(gòu)形式w1）用可控整流器調(diào)壓、用逆變器調(diào)頻）用可控整流器調(diào)壓、用逆變器調(diào)頻 此裝置的調(diào)壓和調(diào)頻在兩個(gè)環(huán)節(jié)上分別進(jìn)行。但輸入環(huán)節(jié)此裝置的調(diào)壓和調(diào)頻在兩個(gè)環(huán)節(jié)上分別進(jìn)行。但輸入環(huán)節(jié)采用晶閘管可控整流，電網(wǎng)端功率因數(shù)低，

20、而輸出環(huán)節(jié)采采用晶閘管可控整流，電網(wǎng)端功率因數(shù)低，而輸出環(huán)節(jié)采用晶閘管三相六拍逆變器，輸出諧波較大。用晶閘管三相六拍逆變器，輸出諧波較大。w2）用不可控整流器整流、斬波器調(diào)壓、再用逆變器調(diào)頻）用不可控整流器整流、斬波器調(diào)壓、再用逆變器調(diào)頻 該裝置的輸入環(huán)節(jié)采用不可控整流器，只整流不調(diào)壓，再該裝置的輸入環(huán)節(jié)采用不可控整流器，只整流不調(diào)壓，再增設(shè)斬波器進(jìn)行脈寬調(diào)壓。輸入功率因數(shù)高，但輸出逆變?cè)鲈O(shè)斬波器進(jìn)行脈寬調(diào)壓。輸入功率因數(shù)高，但輸出逆變環(huán)節(jié)諧波仍較大。環(huán)節(jié)諧波仍較大。w3）用不可控整流器整流、脈寬調(diào)制逆變器調(diào)壓調(diào)頻）用不可控整流器整流、脈寬調(diào)制逆變器調(diào)壓調(diào)頻 這類裝置的輸入用不可控整流器，輸入

21、功率因數(shù)高；用這類裝置的輸入用不可控整流器，輸入功率因數(shù)高；用PWM逆變，則輸出諧波可以減少。輸出波形已經(jīng)非常逼逆變，則輸出諧波可以減少。輸出波形已經(jīng)非常逼近正弦波，因而又稱之為正弦脈寬調(diào)制逆變器。近正弦波，因而又稱之為正弦脈寬調(diào)制逆變器。（2）直接（交）直接（交-交）變壓變頻裝置交）變壓變頻裝置w交交-交變頻器是把工頻交流電直接變換成不同頻率交流電交變頻器是把工頻交流電直接變換成不同頻率交流電的過程，它不通過中間直流環(huán)節(jié)，故又稱為直接變頻器或的過程，它不通過中間直流環(huán)節(jié)，故又稱為直接變頻器或周波變換器。因?yàn)闆]有中間環(huán)節(jié)，僅用一次變換就實(shí)現(xiàn)了周波變換器。因?yàn)闆]有中間環(huán)節(jié)，僅用一次變換就實(shí)現(xiàn)了變

22、頻，效率較高。主要構(gòu)成環(huán)節(jié)如下圖所示。變頻，效率較高。主要構(gòu)成環(huán)節(jié)如下圖所示。4.3.2 交電壓型、電流型交交電壓型、電流型交-直直-交變頻電路交變頻電路1 1、交、交- -直直- -交電壓型、電流型變頻器及其比較交電壓型、電流型變頻器及其比較 交交-直直-交變頻器就是把工頻交流電先通過整流器整成直流，交變頻器就是把工頻交流電先通過整流器整成直流，然后再通過變換器，把直流電逆變成為頻率可調(diào)的交流電。然后再通過變換器，把直流電逆變成為頻率可調(diào)的交流電。根據(jù)交根據(jù)交-直直-交變壓變頻器的中間濾波環(huán)節(jié)是采用電容性元交變壓變頻器的中間濾波環(huán)節(jié)是采用電容性元件或是電感性元件，可以將交件或是電感性元件，可

23、以將交-直直-交變頻器分為電壓型變交變頻器分為電壓型變頻器和電流型變頻器兩大類。兩類變頻器的區(qū)別主要在于頻器和電流型變頻器兩大類。兩類變頻器的區(qū)別主要在于中間直流環(huán)節(jié)采用什么樣的濾波元件。中間直流環(huán)節(jié)采用什么樣的濾波元件。w（1）交）交-直直-交電壓型變頻器交電壓型變頻器w當(dāng)直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時(shí)，電壓波形比較平直，相當(dāng)當(dāng)直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時(shí)，電壓波形比較平直，相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)阻抗為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形或階梯于一個(gè)內(nèi)阻抗為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形或階梯波，這類變頻裝置叫電壓型變頻器，如圖所示的電壓型變波，這類變頻裝置叫電壓型變頻器，如圖所示的電壓型變頻器輸入采用二極管整流，輸

24、出采用頻器輸入采用二極管整流，輸出采用GTR的六拍逆變的六拍逆變。 w（2）交）交-直直-交電流型變頻器交電流型變頻器w當(dāng)中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時(shí)，電流波形較平直，因當(dāng)中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時(shí)，電流波形較平直，因而電源內(nèi)阻抗大，輸出是一個(gè)恒流源，輸出交流電流是矩而電源內(nèi)阻抗大，輸出是一個(gè)恒流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，這類變頻裝置叫電流型變頻器，見下圖。形波或階梯波，這類變頻裝置叫電流型變頻器，見下圖。 （3）交）交-直直-交電壓型和電流型變頻器比較交電壓型和電流型變頻器比較w1）無功能量的緩沖不同）無功能量的緩沖不同 w變頻器帶感性負(fù)載時(shí)，無功能量只能靠直流環(huán)節(jié)中濾波器的變頻器

25、帶感性負(fù)載時(shí)，無功能量只能靠直流環(huán)節(jié)中濾波器的儲(chǔ)能元件來緩沖。電壓型變頻器用電容儲(chǔ)能，而電流型變頻儲(chǔ)能元件來緩沖。電壓型變頻器用電容儲(chǔ)能，而電流型變頻器用電感儲(chǔ)能。器用電感儲(chǔ)能。w2 2）調(diào)速時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)速時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng) w電流型變頻器的直流電壓可迅速改變，所以由它供電的調(diào)速電流型變頻器的直流電壓可迅速改變，所以由它供電的調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較快，而電壓型供電的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較快，而電壓型供電的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢。w3 3）適用范圍適用范圍 w 電壓型變頻器適用于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行時(shí)的供電電源而不電壓型變頻器適用于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行時(shí)的供電電源而不要求快速加減速的場(chǎng)合。電流型變頻器由

26、于濾波電感的作用，要求快速加減速的場(chǎng)合。電流型變頻器由于濾波電感的作用，對(duì)負(fù)載變化的反應(yīng)遲緩，適合于單電機(jī)傳動(dòng)，但可以滿足快對(duì)負(fù)載變化的反應(yīng)遲緩，適合于單電機(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。w4）回饋制動(dòng)）回饋制動(dòng) w電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。當(dāng)電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。當(dāng)UR工作在整流狀態(tài)工作在整流狀態(tài)（90，則電動(dòng)，則電動(dòng)機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，且直流電壓機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，且直流電壓Ud立即反向，而電流立即反向，而電流Id方向不方向不變。于是，逆變器變成整流器，而整流器變。于是，逆變器變成整流器，而整流器UR轉(zhuǎn)入有源逆變狀轉(zhuǎn)入有源逆變狀態(tài)，電能由

27、電機(jī)回饋給交流電網(wǎng)。如圖態(tài)，電能由電機(jī)回饋給交流電網(wǎng)。如圖b。w電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)卻比較困難，因中間環(huán)電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)卻比較困難，因中間環(huán)節(jié)大電容的電壓極性不能反向，原裝置無法實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。節(jié)大電容的電壓極性不能反向，原裝置無法實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。若要制動(dòng)只有采用能耗制動(dòng)或與可控整流器反并聯(lián)設(shè)置另一若要制動(dòng)只有采用能耗制動(dòng)或與可控整流器反并聯(lián)設(shè)置另一組反向整流器，并使其工作在有源逆變狀態(tài)，以通過反向制組反向整流器，并使其工作在有源逆變狀態(tài)，以通過反向制動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)和回饋制動(dòng)兩種運(yùn)行狀態(tài)電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)和回饋

28、制動(dòng)兩種運(yùn)行狀態(tài) 4.4 無源逆變（變頻）電路的原理無源逆變（變頻）電路的原理w無源逆變電路種類很多，最常見的有單相半橋逆變電路、無源逆變電路種類很多，最常見的有單相半橋逆變電路、單相全橋逆變電路、三相全橋逆變電路等，而這些電路又單相全橋逆變電路、三相全橋逆變電路等，而這些電路又各有電壓和電流型兩種形式。各有電壓和電流型兩種形式。 4.4.1 單相半橋逆變電路單相半橋逆變電路4.4.2 單相全橋逆變電路單相全橋逆變電路半橋電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用管子比全橋少一半，相應(yīng)減少了管半橋電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用管子比全橋少一半，相應(yīng)減少了管壓降損耗，但輸出電壓降低一半，若要獲得相同的輸出電壓，壓降損耗，但輸出電壓

29、降低一半，若要獲得相同的輸出電壓，勢(shì)必需要帶中間抽頭的勢(shì)必需要帶中間抽頭的2Ud的直流電源；在實(shí)際應(yīng)用中，全橋的直流電源；在實(shí)際應(yīng)用中，全橋逆變電路更為普遍。電壓型單相全橋逆變電路如下圖逆變電路更為普遍。電壓型單相全橋逆變電路如下圖a所示。所示。 4.4.3 三相橋式逆變電路三相橋式逆變電路w在需要大功率變換或負(fù)載要求三相電源時(shí)，可采用三相橋式在需要大功率變換或負(fù)載要求三相電源時(shí)，可采用三相橋式逆變電路，其主電路比單相全橋逆變電路多了一條橋臂。電逆變電路，其主電路比單相全橋逆變電路多了一條橋臂。電壓型三相橋式逆變電路如下圖所示，當(dāng)對(duì)波形有較高要求時(shí)，壓型三相橋式逆變電路如下圖所示，當(dāng)對(duì)波形有較

30、高要求時(shí)，可采用可采用PWM控制方法，以抑制較大的高次諧波。控制方法，以抑制較大的高次諧波。w三相橋式逆變電路主要有三相橋式逆變電路主要有180導(dǎo)電型的交導(dǎo)電型的交-直直-交電壓型和交電壓型和120導(dǎo)電型的交導(dǎo)電型的交-直直-交電流型變頻器，下面以討論晶閘管交電流型變頻器，下面以討論晶閘管交交-直直-交變頻器為主。交變頻器為主。2、180度導(dǎo)電型的交度導(dǎo)電型的交-直直-交電壓型變頻器交電壓型變頻器 （1）主電路組成）主電路組成 變頻器的主電路由整流器、中間濾波電容及晶閘管逆變器變頻器的主電路由整流器、中間濾波電容及晶閘管逆變器組成，下圖是串聯(lián)電感式電壓型變頻器逆變部分的電路，組成，下圖是串聯(lián)電

31、感式電壓型變頻器逆變部分的電路，圖中只畫出了電容濾波器及晶閘管逆變器部分。整流器可圖中只畫出了電容濾波器及晶閘管逆變器部分。整流器可采用單相或三相整流電路。采用單相或三相整流電路。Cd為濾波電容，逆變器中為濾波電容，逆變器中VT1VT6為主晶閘管，為主晶閘管，VD1VD6為反饋二極管，提供續(xù)流為反饋二極管，提供續(xù)流回路，回路，RU、RV、RW為衰減電阻，為衰減電阻，L1L6為換流電感，為換流電感，C1C6為換流電容，為換流電容，ZU、ZV、ZW為變頻器的三相對(duì)稱負(fù)載。為變頻器的三相對(duì)稱負(fù)載。w三相串聯(lián)電感式電壓型變頻器逆變部分主電路三相串聯(lián)電感式電壓型變頻器逆變部分主電路w該逆變器的該逆變器的

32、6個(gè)晶閘管按一定的導(dǎo)通規(guī)則通斷，將濾波電個(gè)晶閘管按一定的導(dǎo)通規(guī)則通斷，將濾波電容容Cd送來的直流電壓送來的直流電壓Ud逆變成頻率可調(diào)的交流電。調(diào)壓逆變成頻率可調(diào)的交流電。調(diào)壓靠前級(jí)的可控整流電路完成?？壳凹?jí)的可控整流電路完成。 （2）晶閘管導(dǎo)通規(guī)則及輸出波形分析）晶閘管導(dǎo)通規(guī)則及輸出波形分析w逆變器中逆變器中6個(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閭€(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1VT2VT3VT4VT5VT6VT1，各晶閘管的觸，各晶閘管的觸發(fā)間隔為發(fā)間隔為60。電壓型逆變器通常采用。電壓型逆變器通常采用180導(dǎo)電型，即導(dǎo)電型，即每個(gè)晶閘管導(dǎo)通每個(gè)晶閘管導(dǎo)通180電角度后被關(guān)斷，由同相的另一個(gè)電角度后被關(guān)斷，由同相的

33、另一個(gè)晶閘管換流導(dǎo)通。每組晶閘管導(dǎo)電間隔為晶閘管換流導(dǎo)通。每組晶閘管導(dǎo)電間隔為120。按照每。按照每個(gè)晶閘管觸發(fā)間隔為個(gè)晶閘管觸發(fā)間隔為60，觸發(fā)導(dǎo)通后維持，觸發(fā)導(dǎo)通后維持180才被關(guān)才被關(guān)斷的特征斷的特征(180導(dǎo)電型導(dǎo)電型)，可以得到，可以得到6個(gè)晶閘管在個(gè)晶閘管在360區(qū)間區(qū)間里的導(dǎo)通情況，如下表所示。里的導(dǎo)通情況，如下表所示。（3）逆變器中晶閘管的導(dǎo)通情況（）逆變器中晶閘管的導(dǎo)通情況（180電壓型）電壓型）晶閘管晶閘管區(qū)間區(qū)間0060012001800240030003600VT1導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通VT2導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通VT3導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通VT4導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通

34、導(dǎo)通導(dǎo)通VT5導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通VT6導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通 （4）每個(gè)）每個(gè)60區(qū)間內(nèi)的負(fù)載等效電路區(qū)間內(nèi)的負(fù)載等效電路 dUWdVWUVdVdVWUWUUUUUZZZZUUUZZZZZUU3132/31/000dU00000000UWWUdWVVWdVUUVUUUUUUUUUUU（6）輸出線電壓）輸出線電壓（5）輸出相電壓）輸出相電壓（7）60120區(qū)間的相、線電壓值區(qū)間的相、線電壓值 dWdVdUUUUUUU313132000dWUVWdUVUUUUU0（8）逆變器相電壓和線電壓計(jì)算值（）逆變器相電壓和線電壓計(jì)算值（180電壓型）電壓型） （9）180逆變器輸出的相電壓、線電壓波

35、形逆變器輸出的相電壓、線電壓波形（10）相、線電壓波形的有效值）相、線電壓波形的有效值pldUVWUVWUVdUoWVUUUUtduUUUUtduUUU332213221202202000（11）180導(dǎo)電型逆變器工作規(guī)律總結(jié)：導(dǎo)電型逆變器工作規(guī)律總結(jié)：w 每個(gè)脈沖間隔每個(gè)脈沖間隔60區(qū)間內(nèi)有區(qū)間內(nèi)有3個(gè)晶閘管導(dǎo)通，它們分屬個(gè)晶閘管導(dǎo)通，它們分屬于逆變橋的共陰極組和共陽極組。于逆變橋的共陰極組和共陽極組。w 在在3個(gè)導(dǎo)通元件中，若屬于同一組的有個(gè)導(dǎo)通元件中，若屬于同一組的有2個(gè)元件，則元個(gè)元件，則元件所對(duì)應(yīng)相的相電壓為件所對(duì)應(yīng)相的相電壓為 ，另，另1個(gè)元件所對(duì)應(yīng)相的相個(gè)元件所對(duì)應(yīng)相的相電壓為電

36、壓為 。w共陽極組元件所對(duì)應(yīng)相的相電壓為正，共陰極組元件所共陽極組元件所對(duì)應(yīng)相的相電壓為正，共陰極組元件所對(duì)應(yīng)相的相電壓為負(fù)。對(duì)應(yīng)相的相電壓為負(fù)。w三個(gè)相電壓相位互差三個(gè)相電壓相位互差120；相電壓之和為；相電壓之和為0。w 線電壓等于相電壓之差；三個(gè)線電壓相位互差線電壓等于相電壓之差；三個(gè)線電壓相位互差120；線電壓之和為線電壓之和為0。w 線電壓為線電壓為 倍相電壓。倍相電壓。dU31dU3232、120度導(dǎo)電型的交度導(dǎo)電型的交-直直-交電流型變頻器交電流型變頻器 在在180導(dǎo)電型的電壓型逆變器中，晶閘管的換流是在導(dǎo)電型的電壓型逆變器中，晶閘管的換流是在同一相中進(jìn)行的。有可能使直流電源發(fā)生

37、短路；另需同一相中進(jìn)行的。有可能使直流電源發(fā)生短路；另需要外接換流衰減電阻、換流電感、換流電容等元件才要外接換流衰減電阻、換流電感、換流電容等元件才能完成換流，使得逆變器體積增加、成本提高、換流能完成換流，使得逆變器體積增加、成本提高、換流損耗加大。為此，引入損耗加大。為此，引入120導(dǎo)電型的電流型逆變器，導(dǎo)電型的電流型逆變器，該逆變器晶閘管的換流是在同一組中進(jìn)行的，不存在該逆變器晶閘管的換流是在同一組中進(jìn)行的，不存在電源短路問題，也不需要換流衰減電阻和換流電感等電源短路問題，也不需要換流衰減電阻和換流電感等元件。元件。 （1）120度度電流型變頻器主電路組成電流型變頻器主電路組成w輸入端采了

38、可控整流，濾波電感輸入端采了可控整流，濾波電感L將整流器的輸出強(qiáng)制變將整流器的輸出強(qiáng)制變成直流電流成直流電流Id。逆變器部分沒有調(diào)壓功能，只將。逆變器部分沒有調(diào)壓功能，只將6個(gè)晶閘個(gè)晶閘管按一定的導(dǎo)通規(guī)則通斷，將電感管按一定的導(dǎo)通規(guī)則通斷，將電感L送來的恒流送來的恒流Id逆變成逆變成頻率可調(diào)的交流電。頻率可調(diào)的交流電。（2）晶閘管導(dǎo)通規(guī)則及輸出波形分析）晶閘管導(dǎo)通規(guī)則及輸出波形分析w逆變器中逆變器中6個(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閭€(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閣VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1，各晶閘管的，各晶閘管的觸發(fā)間隔為觸發(fā)間隔為60。電流型逆變器通常采用。電流型逆變器通常采用120導(dǎo)電型，即導(dǎo)電

39、型，即每個(gè)晶閘管導(dǎo)通每個(gè)晶閘管導(dǎo)通120電角度后被關(guān)斷，由同一組的另一個(gè)電角度后被關(guān)斷，由同一組的另一個(gè)晶閘管換流導(dǎo)通。按照每個(gè)晶閘管觸發(fā)間隔為晶閘管換流導(dǎo)通。按照每個(gè)晶閘管觸發(fā)間隔為60，觸發(fā)，觸發(fā)導(dǎo)通后維持導(dǎo)通后維持120才被關(guān)斷的特征才被關(guān)斷的特征(120導(dǎo)電型導(dǎo)電型)，可以得到，可以得到6個(gè)晶閘管在個(gè)晶閘管在360區(qū)間里的導(dǎo)通情況，如下表所示。區(qū)間里的導(dǎo)通情況，如下表所示。（3）晶閘管的導(dǎo)通情況（）晶閘管的導(dǎo)通情況（120電流型）電流型） 晶閘管晶閘管 區(qū)間區(qū)間0060012001800240030003600VT1導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通VT2導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通VT3導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通VT4導(dǎo)通

40、導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通VT5導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通VT6導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通 （4） 每個(gè)每個(gè) 60區(qū)區(qū) 間間 內(nèi)的內(nèi)的 負(fù)負(fù) 載等效電載等效電 路路 （5）逆變器相電流計(jì)算值（）逆變器相電流計(jì)算值（120電流型）電流型） 相、線相、線電電 壓壓 區(qū)區(qū) 間間0060012001800240030003600IUNIdId0-Id-Id0IVN-Id0IdId0-IdIWN0-Id-Id0IdId（6） 120導(dǎo)電型逆變器輸出的相電流波導(dǎo)電型逆變器輸出的相電流波 （7）120導(dǎo)電型導(dǎo)電規(guī)律總結(jié)導(dǎo)電型導(dǎo)電規(guī)律總結(jié) 每個(gè)脈沖觸發(fā)間隔每個(gè)脈沖觸發(fā)間隔60內(nèi)，有內(nèi)，有2個(gè)晶閘管元件導(dǎo)通，它們個(gè)晶閘管元件導(dǎo)通，它們分屬于逆變

41、橋的共陰極組和共陽極組。分屬于逆變橋的共陰極組和共陽極組。 在在2個(gè)導(dǎo)通元件中，每個(gè)元件所對(duì)應(yīng)相的相電流為個(gè)導(dǎo)通元件中，每個(gè)元件所對(duì)應(yīng)相的相電流為Id。而。而不導(dǎo)通元件所對(duì)應(yīng)相的電流為不導(dǎo)通元件所對(duì)應(yīng)相的電流為0。 共陽極組中元件所通過的相電流為正，共陰極組元件所通共陽極組中元件所通過的相電流為正，共陰極組元件所通過的相電流為負(fù)。過的相電流為負(fù)。w 每個(gè)脈沖間隔每個(gè)脈沖間隔60內(nèi)的相電流之和為內(nèi)的相電流之和為0。4.5 正弦波脈寬調(diào)制正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)變頻器變頻器w脈寬調(diào)制（脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)是利用全控型電力電子器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把直流電）技術(shù)是利用全控型電力電子器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把直

42、流電壓變成一定形狀的電壓脈沖序列，實(shí)現(xiàn)變壓、變頻控制并消除諧波的技術(shù)。壓變成一定形狀的電壓脈沖序列，實(shí)現(xiàn)變壓、變頻控制并消除諧波的技術(shù)。w目前，工程中主要采用的目前，工程中主要采用的PWM技術(shù)是正弦技術(shù)是正弦PWM（SPWM），這是因?yàn)樽儯?，這是因?yàn)樽冾l器輸出的電壓或電流波形接近于正弦波形。頻器輸出的電壓或電流波形接近于正弦波形。SPWM方案多種多樣，歸納方案多種多樣，歸納起來可分為電壓正弦起來可分為電壓正弦PWM 、電流正弦、電流正弦PWM和磁通正弦和磁通正弦PWM等三種基本等三種基本類型，其中電壓正弦類型，其中電壓正弦PWM和電流正弦和電流正弦PWM是從電源角度出發(fā)的是從電源角度出發(fā)的SP

43、WM ，磁通正弦磁通正弦PWM （也稱為電壓空間矢量（也稱為電壓空間矢量PWM ）是從電機(jī)角度出發(fā)的）是從電機(jī)角度出發(fā)的SPWM方法。方法。PWM型變頻器的主要特點(diǎn)是：型變頻器的主要特點(diǎn)是：w1）主電路只有一個(gè)可控功率環(huán)節(jié)，開關(guān)元件少，控制線路結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化；）主電路只有一個(gè)可控功率環(huán)節(jié)，開關(guān)元件少，控制線路結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化；w2）整流側(cè)使用了不可控整流器，電網(wǎng)功率因數(shù)與逆變器輸出電壓無關(guān)，基）整流側(cè)使用了不可控整流器，電網(wǎng)功率因數(shù)與逆變器輸出電壓無關(guān)，基本上接近于本上接近于1；w3）VVVF在同一環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，與中間儲(chǔ)能元件無關(guān)，變頻器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；在同一環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，與中間儲(chǔ)能元件無關(guān)，變頻器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)

44、快；w4）通過對(duì)）通過對(duì)PWM控制方式的控制，能有效地抑制或消除低次諧波，實(shí)現(xiàn)接控制方式的控制，能有效地抑制或消除低次諧波，實(shí)現(xiàn)接近正弦形的輸出交流電壓波形。近正弦形的輸出交流電壓波形。4.5.1 電壓正弦脈寬調(diào)制的工作原理電壓正弦脈寬調(diào)制的工作原理1、電壓正弦脈寬調(diào)制原理、電壓正弦脈寬調(diào)制原理（1）正弦脈寬調(diào)制原理）正弦脈寬調(diào)制原理正弦脈寬調(diào)制（正弦脈寬調(diào)制（SPWM）波是與正弦波等效的一系列等幅）波是與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波，如下圖不等寬的矩形脈沖波，如下圖a所示。等效的原則是每一所示。等效的原則是每一區(qū)間的面積相等。如果把一個(gè)正弦半波分作區(qū)間的面積相等。如果把一個(gè)正弦半

45、波分作n等分，然后等分，然后把每一等分正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個(gè)與之面把每一等分正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個(gè)與之面積相等的矩形脈沖來代替，矩形脈沖的幅值不變，各脈沖積相等的矩形脈沖來代替，矩形脈沖的幅值不變，各脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等分的中點(diǎn)相重合，見圖的中點(diǎn)與正弦波每一等分的中點(diǎn)相重合，見圖b。這樣，。這樣，由由n個(gè)等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波的個(gè)等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波的半周波形等效，稱作半周波形等效，稱作SPWM波形。波形。 電壓正弦波脈寬調(diào)制電壓正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)波形波形 （2） SPWM變壓變頻器主電路原理圖變壓變頻器主電路原理圖

46、 （3）單極式）單極式SPWM波的形成波的形成 （4）正弦波與雙極性三角波的調(diào)制）正弦波與雙極性三角波的調(diào)制 （5）三相雙極式正弦脈寬調(diào)制和）三相雙極式正弦脈寬調(diào)制和SPWM波形波形 2、SPWM逆變器的同步調(diào)制和異步調(diào)制逆變器的同步調(diào)制和異步調(diào)制wSPWM逆變器有一個(gè)重要參數(shù)逆變器有一個(gè)重要參數(shù)載波比載波比N，它被定義為，它被定義為載波頻率載波頻率fc與調(diào)制波頻率與調(diào)制波頻率fr之比，用之比，用N表示表示，即即w w N=w視載波比的變化與否，有同步調(diào)制與異步調(diào)制之分。視載波比的變化與否，有同步調(diào)制與異步調(diào)制之分。rcffw（1）同步調(diào)制）同步調(diào)制w在改變?cè)诟淖僨r的同時(shí)成正比地改變的同時(shí)成

47、正比地改變fc，使載波比，使載波比N=常數(shù)。優(yōu)點(diǎn)常數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是可以保證輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)是固定不變的，是可以保證輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)是固定不變的，如果取如果取N等于等于3的倍數(shù)，則同步調(diào)制能保證輸出波形的正、的倍數(shù)，則同步調(diào)制能保證輸出波形的正、負(fù)半波始終保持對(duì)稱，并能嚴(yán)格保證三相輸出波形之間具負(fù)半波始終保持對(duì)稱，并能嚴(yán)格保證三相輸出波形之間具有互差有互差120的對(duì)稱關(guān)系。但是，當(dāng)輸出頻率很低時(shí)，由的對(duì)稱關(guān)系。但是，當(dāng)輸出頻率很低時(shí)，由于相鄰兩脈沖間的間距增大，諧波會(huì)顯著增加，使負(fù)載電于相鄰兩脈沖間的間距增大，諧波會(huì)顯著增加，使負(fù)載電機(jī)產(chǎn)生較大的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較強(qiáng)的噪聲，這是同步調(diào)制方

48、式機(jī)產(chǎn)生較大的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較強(qiáng)的噪聲，這是同步調(diào)制方式在低頻時(shí)的主要缺點(diǎn)。在低頻時(shí)的主要缺點(diǎn)。w（2）異步調(diào)制）異步調(diào)制w異步調(diào)制在整個(gè)變頻范圍內(nèi)，載波比異步調(diào)制在整個(gè)變頻范圍內(nèi)，載波比N不等于常數(shù)。不等于常數(shù)。在改變調(diào)制波頻率在改變調(diào)制波頻率fr時(shí)保持三角載波頻率時(shí)保持三角載波頻率fc不變，提高不變，提高了低頻時(shí)的載波比。這樣，輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈了低頻時(shí)的載波比。這樣，輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)可隨輸出頻率的降低而增加，改善了系統(tǒng)的低頻沖數(shù)可隨輸出頻率的降低而增加，改善了系統(tǒng)的低頻工作性能。但異步調(diào)制在改善低頻工作性能的同時(shí)，工作性能。但異步調(diào)制在改善低頻工作性能的同時(shí)，當(dāng)載波比當(dāng)載波比N

49、隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時(shí)，它不隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時(shí)，它不可能總是可能總是3的倍數(shù)，必將使輸出電壓波形及其相位都發(fā)的倍數(shù)，必將使輸出電壓波形及其相位都發(fā)生變化，難以保持三相輸出的對(duì)稱性，因而引起電機(jī)生變化，難以保持三相輸出的對(duì)稱性，因而引起電機(jī)工作不平穩(wěn)。工作不平穩(wěn)。 （3）分段同步調(diào)制）分段同步調(diào)制w為揚(yáng)長避短，可將同步調(diào)制和異步調(diào)制結(jié)合起來，成為揚(yáng)長避短，可將同步調(diào)制和異步調(diào)制結(jié)合起來，成為分段同步調(diào)制方式。為分段同步調(diào)制方式。w即在一定頻率范圍內(nèi)采用同步調(diào)制，以保持輸出波形即在一定頻率范圍內(nèi)采用同步調(diào)制，以保持輸出波形對(duì)稱的優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)頻率降低較多時(shí)，可使載波比對(duì)稱的優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)頻

50、率降低較多時(shí)，可使載波比N分段分段有級(jí)地加大，以采納異步調(diào)制的長處，這就是分段同有級(jí)地加大，以采納異步調(diào)制的長處，這就是分段同步調(diào)制方式。具體地說，把整個(gè)變頻范圍劃分成若干步調(diào)制方式。具體地說，把整個(gè)變頻范圍劃分成若干頻段，每個(gè)頻段內(nèi)都維持載波比頻段，每個(gè)頻段內(nèi)都維持載波比N恒定，而對(duì)不同的恒定，而對(duì)不同的頻段取不同的頻段取不同的N值，頻率低時(shí)，值，頻率低時(shí)，N值取大些，一般大致值取大些，一般大致按等比級(jí)數(shù)安排。按等比級(jí)數(shù)安排。 3、SPWM的實(shí)現(xiàn)方法的實(shí)現(xiàn)方法 （1）自然采樣法）自然采樣法w自然采樣法是按照正弦波與三角形波交點(diǎn)進(jìn)行脈沖寬度與自然采樣法是按照正弦波與三角形波交點(diǎn)進(jìn)行脈沖寬度與間

51、隙時(shí)間的采樣，從而生成間隙時(shí)間的采樣，從而生成SPWM波形。具體是截取任意波形。具體是截取任意一段正弦波與三角載波的一個(gè)周期長度內(nèi)的相交情況。一段正弦波與三角載波的一個(gè)周期長度內(nèi)的相交情況。A點(diǎn)點(diǎn)為脈沖發(fā)生時(shí)刻，為脈沖發(fā)生時(shí)刻，B點(diǎn)為脈沖結(jié)束時(shí)刻，在三角波的一個(gè)周點(diǎn)為脈沖結(jié)束時(shí)刻，在三角波的一個(gè)周期期Tt內(nèi)，內(nèi)，t2為為SPWM波的高電平時(shí)間，稱作脈寬時(shí)間，波的高電平時(shí)間，稱作脈寬時(shí)間，t1與與t3則為低電平時(shí)間，稱為間隙時(shí)間。顯然則為低電平時(shí)間，稱為間隙時(shí)間。顯然Tt=t1+t2+t3。2B2Asin12/2sin12/2ttMTttMTststBA 222sinsin212 ttMTtttsst 自然采樣法 規(guī)則采樣法