電力電子 第4章直流-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本章要點本章要點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度導電規(guī)則的原理與分析；度導電規(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 逆變電路逆變電路把直流電逆變成交流電的電路。把直流

2、電逆變成交流電的電路。 按負載性質(zhì)的不同，逆變分為有源逆變和無源逆變。按負載性質(zhì)的不同，逆變分為有源逆變和無源逆變。 1）有源逆變）有源逆變可控整流電路工作在逆變狀態(tài)，可控整流電路工作在逆變狀態(tài)，把該電路的交流側(cè)接到交流電源上，把直流電逆把該電路的交流側(cè)接到交流電源上，把直流電逆變成與交流電源同頻率的交流電返送到電源。變成與交流電源同頻率的交流電返送到電源。 2）無源逆變或變頻）無源逆變或變頻可控整流電路的交流側(cè)不可控整流電路的交流側(cè)不與電源聯(lián)接，而直接接到無源負載。與電源聯(lián)接，而直接接到無源負載。 4.2 有源逆變電路有源逆變電路4.2.1 單相雙半波有源逆變電路單相雙半波有源逆變電路w1、

3、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu) 圖圖3-1 2、工作原理、工作原理w1）整流狀態(tài)（）整流狀態(tài)（090）w當當?shù)扔诹銜r，輸出電壓瞬時值等于零時，輸出電壓瞬時值ud在整個周期內(nèi)全部為正；在整個周期內(nèi)全部為正；當當900時，時，ud在整個周期內(nèi)有正有負，但正面積總是在整個周期內(nèi)有正有負，但正面積總是大于負面積，故平均值大于負面積，故平均值Ud為正值，其極性是上正下負，如為正值，其極性是上正下負，如上圖上圖a。通常。通常Ud略大于略大于E，此時電流，此時電流Id從從Ud的正端流出，從的正端流出，從E的正端流進。電機的正端流進。電機M吸收電能，作電動運行，電路把從交吸收電能，作電動運行，電路把從交流電網(wǎng)吸收的電能轉(zhuǎn)

4、變成直流電能輸送給電動機，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機，電路工作在整流狀態(tài)，電機作在整流狀態(tài)，電機M工作在電動狀態(tài)工作在電動狀態(tài)。 w2）逆變狀態(tài)（）逆變狀態(tài)（90180）w逆變是將電機吸收的直流電能轉(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撦d電流由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，負載電流Id不能改變方向，只有不能改變方向，只有將將E反向，即電機作發(fā)電運行才能回饋電能；為避免反向，即電機作發(fā)電運行才能回饋電能；為避免Ud與與E順接，此時將順接，此時將Ud的極性也反過來，如上圖的極性也反過來，如上圖b示。要使示。要使Ud反反向，向

5、，應該大于應該大于90。w當當在在90180間變動時，輸出電壓瞬時值間變動時，輸出電壓瞬時值ud在整個在整個周期內(nèi)有正有負，但負面積大于正面積，故平均值周期內(nèi)有正有負，但負面積大于正面積，故平均值Ud為負為負值，見上圖值，見上圖b所示。此時所示。此時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反送來的正端流入，逆變電路吸收從電機反送來的直流電能，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)。 （a）=60的整流狀態(tài)的整流狀態(tài) （b）=1

6、20的逆變狀態(tài)的逆變狀態(tài)單相雙半波電路單相雙半波電路=60的整流和的整流和=120的逆變時的仿真波形的逆變時的仿真波形w要使整流電路工作在逆變狀態(tài)，必須滿足兩個條件：要使整流電路工作在逆變狀態(tài)，必須滿足兩個條件：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?，電流管的單向?qū)щ娦?，電流Id不能改變方向，為實現(xiàn)有源逆變，不能改變方向，為實現(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

7、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)時的控制角稱為逆變角逆變狀態(tài)時的控制角稱為逆變角，規(guī)定以規(guī)定以=處作為計量處作為計量角的起點，大小由計量起點向左計算。滿足如下關(guān)系：角的起點，大小由計量起點向左計算。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、逆變失敗、逆變失敗w可控整流電路運行在逆變狀態(tài)時，一旦發(fā)生換相可控整流電路運行在逆變狀態(tài)時，一旦發(fā)生換相失敗，電路又重新工作在整流狀態(tài)，外接的直流失敗，電路又重新工作在整流狀態(tài)，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，使變流器的電源就會通過晶閘管電路形成短路，使

8、變流器的輸出平均電壓輸出平均電壓Ud和直流電動勢和直流電動勢E變成順向串聯(lián)，變成順向串聯(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載，這種情況稱為逆變失敗，流流過晶閘管和負載，這種情況稱為逆變失敗，或稱為逆變顛覆?；蚍Q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、準確地給各）觸發(fā)電路工作不可靠。不能適時、準確地給各晶閘管分配觸發(fā)脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等晶閘管分配觸發(fā)脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等。（2）晶閘管發(fā)生故障。器件失去阻斷能力，或器件晶閘管發(fā)生故障。器件失去阻斷能力，或器件不能導

9、通。不能導通。（3）交流電源異常。在逆變工作時，電源發(fā)生缺相交流電源異常。在逆變工作時，電源發(fā)生缺相或突然消失而造成逆變失敗?；蛲蝗幌Ф斐赡孀兪?。（4）換相裕量角不足，換相裕量角不足，引起換相失敗。應考慮變壓引起換相失敗。應考慮變壓器漏抗引起的換相重疊角、器漏抗引起的換相重疊角、晶閘管關(guān)斷時間等因晶閘管關(guān)斷時間等因素的影響。素的影響。 w交流側(cè)電抗對逆變換相過程的影響圖圖4-3 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)角。此值與電路形式、工作電流大小、觸發(fā)角

10、大小有關(guān)。即大小有關(guān)。即 根據(jù)根據(jù)= -，設(shè)，設(shè) =，則則 ： 2）晶閘管關(guān)斷時間）晶閘管關(guān)斷時間 tq 所對應的電角度所對應的電角度。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)整時不對稱、電網(wǎng)波?？紤]到脈沖調(diào)整時不對稱、電網(wǎng)波動、畸變與溫度等影響，還必須留一個安全裕量角，一動、畸變與溫度等影響，還必須留一個安全裕量角，一般取般取為為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入進入min區(qū)內(nèi)，在要求較高的場合，可區(qū)內(nèi)

11、，在要求較高的場合，可在觸發(fā)電路中加一套保護線路，使在觸發(fā)電路中加一套保護線路，使在減小時不能進入在減小時不能進入min區(qū)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，萬一當工作脈沖進入萬一當工作脈沖進入min區(qū)內(nèi)時，由安全脈沖在區(qū)內(nèi)時，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 有源逆變的應用有源逆變的應用兩組晶閘管反并兩組晶閘管反并聯(lián)時電動機的可逆運行聯(lián)時電動機的可逆運行w下圖為兩組晶閘管反并聯(lián)電路的框圖。設(shè)下圖為兩組晶閘管反并聯(lián)電路的框圖。設(shè)P為正組，為正組，N為反為反組，電路有四種工作狀態(tài)

12、。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，加于電動機，加于電動機M使其正轉(zhuǎn)。當使其正轉(zhuǎn)。當P組處于整流工作組處于整流工作狀態(tài)時，反組狀態(tài)時，反組N不能也工作在整流狀態(tài)，否則會使電流不能也工作在整流狀態(tài)，否則會使電流Id1不經(jīng)過負載不經(jīng)過負載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)流實質(zhì)上是兩組晶閘管電源之間的短路電流。因此，當正組整流時，反組應關(guān)斷或處于待逆變狀態(tài)。所因

13、此，當正組整流時，反組應關(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，可使電流。要做到這一點，可使 。這樣，正組。這樣，正組P的平的平均 電 流 供 電 動 機 正 轉(zhuǎn) ， 反 組均 電 流 供 電 動 機 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當要求正向制動時，流過電動機當要求正向制動時，流過電動機M的電流的電流

14、Id必須反向才能必須反向才能得到制動力矩，由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，這只有利用反得到制動力矩，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，電機電流，電機電流Id反向，反組有反向，反組有源逆變將電勢能源逆變將電勢能E通過反組通過反組N送回電網(wǎng)，實現(xiàn)回饋制動。送回電網(wǎng)，實現(xiàn)回饋制動。w（3）反組整流）反組整流wN組整流，使電動機反轉(zhuǎn)，其過程與正組整流類似。組整流，使電動機反轉(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)生反向制動轉(zhuǎn)矩，其過程與組反逆變類似。組逆變，產(chǎn)生反向

15、制動轉(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 變頻器概述變頻器概述 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)交流電交流電變換為變換為變壓變頻變壓變頻VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)交流電供交流電供給負載給負載”的過程稱為變頻，實現(xiàn)變頻的裝置叫變頻器。的過程稱為變頻，實現(xiàn)變頻的裝置叫變頻器。變頻器：變頻器：交交- -交變頻器交變頻器 交交- -直直- -交變頻器交變頻器 1、交、交-交變頻器交變頻器w工

16、頻交流電工頻交流電直接直接變換成不同頻率交流電，不變換成不同頻率交流電，不通過中間直流環(huán)節(jié)，又稱直接變頻器或周波通過中間直流環(huán)節(jié)，又稱直接變頻器或周波變換器（變換器（Cycloconverter）。）。w沒有中間直流環(huán)節(jié)，僅用一次變換實現(xiàn)變頻，沒有中間直流環(huán)節(jié)，僅用一次變換實現(xiàn)變頻，效率高。交效率高。交-交變頻器的主要構(gòu)成環(huán)節(jié)。交變頻器的主要構(gòu)成環(huán)節(jié)。2、交、交-直直-交變頻器交變頻器 先把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，經(jīng)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，又稱為間接變頻器。主要構(gòu)成環(huán)節(jié)如圖a所示。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 輸入輸入：晶閘管可控整

17、流，功率因數(shù)低；：晶閘管可控整流，功率因數(shù)低； 輸出輸出：晶閘管三相六拍逆變器，輸出諧波較大。：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 輸入：輸入：不可控整流器，只整流不調(diào)壓，斬波器脈寬調(diào)壓，不可控整流器，只整流不調(diào)壓，斬波器脈寬調(diào)壓， 輸入功率因數(shù)高；輸入功率因數(shù)高； 輸出：輸出：逆變環(huán)節(jié)諧波較大。逆變環(huán)節(jié)諧波較大。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 輸入：輸入：不可控整流器，輸入功率因數(shù)高；不可控整流器，輸入功率因數(shù)高； 輸出：輸出：用

18、用PWM逆變，則輸出諧波可以減少。輸出波形逆變，則輸出諧波可以減少。輸出波形 非常逼近正弦波。非常逼近正弦波。3、電壓型、電流型交、電壓型、電流型交-直直-交變頻器比較交變頻器比較 根據(jù)交根據(jù)交-直直-交變頻器的中間濾波環(huán)節(jié)是采用電容性交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，可以將交元件或是電感性元件，可以將交-直直-交變頻器分交變頻器分為電壓型變頻器和電流型變頻器兩大類。為電壓型變頻器和電流型變頻器兩大類。電壓型電壓型變頻器：中間直流環(huán)節(jié)采用變頻器：中間直流環(huán)節(jié)采用電容電容濾波元件。濾波元件。電流型電流型變頻器：中間直流環(huán)節(jié)采用變頻器：中間直流環(huán)節(jié)采用電感電感濾波元件。濾波元件

19、。w（1）交）交-直直-交電壓型變頻器交電壓型變頻器w直流環(huán)節(jié)：大電容，輸出電壓波形平直（矩形或階梯波）直流環(huán)節(jié)：大電容，輸出電壓波形平直（矩形或階梯波）-恒壓源性質(zhì)恒壓源性質(zhì)-電壓型變頻器；電壓型變頻器；w采用二極管整流，輸出采用采用二極管整流，輸出采用GTR的六拍逆變的六拍逆變。 圖圖4-8w（2）交）交-直直-交電流型變頻器交電流型變頻器w直流環(huán)節(jié)：大電感，輸出電流平直（矩形波或階梯直流環(huán)節(jié)：大電感，輸出電流平直（矩形波或階梯波）波）-恒流源性質(zhì)恒流源性質(zhì)-電流型變頻器。電流型變頻器。 （3 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 1）無功能量

20、的緩沖）無功能量的緩沖 w電壓型電壓型：電容電容儲能；儲能；電流型電流型：電感電感儲能。儲能。w2 2）調(diào)速時的動態(tài)響應調(diào)速時的動態(tài)響應 w電流型電流型：直流電壓可迅速改變，：直流電壓可迅速改變，動態(tài)響應比較快動態(tài)響應比較快；w電壓型電壓型：直流電壓不可改變，：直流電壓不可改變，動態(tài)響應慢動態(tài)響應慢。w3 3）適用范圍適用范圍 w電壓型電壓型：多電機同步運行多電機同步運行，不可快速加減速。，不可快速加減速。w電流型電流型：單電機傳動單電機傳動，可快速起制動和可逆運行。，可快速起制動和可逆運行。w4）回饋制動）回饋制動 w電流型變頻器電流型變頻器-w電動電動：UR整流整流90，Ud反向，反向，C

21、SI整流，整流，電機發(fā)電，電流電機發(fā)電，電流Id方向不變。如圖方向不變。如圖b。w電壓型變頻器電壓型變頻器w電動電動：與上同；：與上同；w制動制動：電容電壓極性不能反向，無法回饋制動。只：電容電壓極性不能反向，無法回饋制動。只可用能耗制動或反并聯(lián)另一組反向整流器，并使其可用能耗制動或反并聯(lián)另一組反向整流器，并使其工作在有源逆變狀態(tài)，以通過反向制動電流，實現(xiàn)工作在有源逆變狀態(tài)，以通過反向制動電流，實現(xiàn)回饋制動。回饋制動。電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)的電動和回饋制動兩種運行狀態(tài)電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)的電動和回饋制動兩種運行狀態(tài) 4.4 4.4 無源逆變（變頻）電路的原理無源逆變（變頻）電路的原理1、 單相半橋逆

22、變電路單相半橋逆變電路 圖圖4-112、 單相全橋逆變電路單相全橋逆變電路 圖圖4-123、三相橋式逆變電路、三相橋式逆變電路w電壓型三相橋式逆變電路如下圖所示。電壓型三相橋式逆變電路如下圖所示。w三相橋式逆變電路：三相橋式逆變電路：180導電型交導電型交-直直-交電壓型交電壓型 120導電型交導電型交-直直-交電流型交電流型圖圖4-134.4.3 180度導電型的交度導電型的交-直直-交電壓型變頻器交電壓型變頻器6個晶閘管按一定的規(guī)則通斷，將個晶閘管按一定的規(guī)則通斷，將Cd送來的直流電壓送來的直流電壓Ud逆變成逆變成頻率可調(diào)的交流電。調(diào)壓靠前級的可控整流電路完成頻率可調(diào)的交流電。調(diào)壓靠前級的

23、可控整流電路完成。1、主電路組成、主電路組成圖圖4-14 主電路主電路=整流器整流器+濾波電容濾波電容+晶閘管逆變器晶閘管逆變器整流器整流器：單相或三相整流電路。：單相或三相整流電路。濾波電容濾波電容：Cd。逆變器：逆變器：VT1VT6主晶閘管；主晶閘管；VD1VD6 續(xù)流二極續(xù)流二極 管；管；RU、RV、RW為衰減電阻；為衰減電阻；L1L6為為 換流電感；換流電感；C1C6為換流電容；為換流電容；ZU、ZV、 ZW三相對稱負載。三相對稱負載。2、晶閘管導通規(guī)則及輸出波形分析、晶閘管導通規(guī)則及輸出波形分析w逆變器一個周期中：逆變器一個周期中：w（1）6個晶閘管的導通順序為：個晶閘管的導通順序為

24、：VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1，則，則各晶閘管的觸發(fā)間隔為各晶閘管的觸發(fā)間隔為60。w（2）每組晶閘管觸發(fā)間隔為）每組晶閘管觸發(fā)間隔為120。每相晶閘管觸。每相晶閘管觸發(fā)間隔為發(fā)間隔為180。w（3）按順序，晶閘管觸發(fā)間隔為）按順序，晶閘管觸發(fā)間隔為60，每個晶閘，每個晶閘管維持導通管維持導通180后關(guān)斷后關(guān)斷 (180導電型導電型)。6個晶閘個晶閘管在管在360區(qū)間里的導通情況如下表。區(qū)間里的導通情況如下表。（1）逆變器中晶閘管的導通情況（）逆變器中晶閘管的導通情況（180電壓型）電壓型）晶閘管晶閘管區(qū)間區(qū)間0060012001800240030003600VT1導通導通導通導

25、通導通導通VT2導通導通導通導通導通導通VT3導通導通導通導通導通導通VT4導通導通導通導通導通導通VT5導通導通導通導通導通導通VT6導通導通導通導通導通導通 （2）每個每個60區(qū)間內(nèi)的負載等效電路區(qū)間內(nèi)的負載等效電路 圖圖4-15dUWdVWUVdVdVWUWUUUUUZZZZUUUZZZZZUU3132/31/000dU00000000UWWUdWVVWdVUUVUUUUUUUUUUU（4）輸出線電壓）輸出線電壓（3）輸出相電壓）輸出相電壓（5）60120區(qū)間的相、線電壓值區(qū)間的相、線電壓值 dWdVdUUUUUUU313132000dWUVWdUVUUUUU0（6）逆變器相電壓和線電壓

26、計算值）逆變器相電壓和線電壓計算值（180電壓型）電壓型） （7）180逆變器輸出的相電壓、線電壓波形逆變器輸出的相電壓、線電壓波形圖圖4-16（8）相、線電壓波形的有效值）相、線電壓波形的有效值plddUVWUVWUVldddddddUoWVUpUUUtdUtduUUUUUUUUtdUtdUtdUtduUUUU332222132)31()32()31(22 )31()32()31(22 21320220222232323232230202000（10）180導電型逆變器工作規(guī)律總結(jié)導電型逆變器工作規(guī)律總結(jié)w 每個脈沖間隔每個脈沖間隔60區(qū)間內(nèi)有區(qū)間內(nèi)有3個晶閘管導通，它們分屬個晶閘管導通，它

27、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個導通元件中，若屬于同一組的有個導通元件中，若屬于同一組的有2個元件，則元個元件，則元件所對應相的相電壓為件所對應相的相電壓為 ，另，另1個元件所對應相的相個元件所對應相的相電壓為電壓為 。w共陽極組元件所對應相的相電壓為正，共陰極組元件所共陽極組元件所對應相的相電壓為正，共陰極組元件所對應相的相電壓為負。對應相的相電壓為負。w三個相電壓相位互差三個相電壓相位互差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；三個線電壓相位互差線電壓等于相電壓之差；三個線電壓相位互差120；線電壓之和為線電壓之和為0。

28、w 線電壓為線電壓為 倍相電壓。倍相電壓。dU31dU323120120度導電型的交度導電型的交- -直直- -交電流型變頻器交電流型變頻器 180導電型的電壓型逆變器中，晶閘管的導電型的電壓型逆變器中，晶閘管的換流是在同一相中進行的，有可能使直流電換流是在同一相中進行的，有可能使直流電源發(fā)生短路。為此，引入源發(fā)生短路。為此，引入120導電型的電流導電型的電流型逆變器，該逆變器晶閘管的換流是在同一型逆變器，該逆變器晶閘管的換流是在同一組中進行的，不存在電源短路問題。組中進行的，不存在電源短路問題。1 1、主電路的組成、主電路的組成w輸入端可控整流，濾波電感輸入端可控整流，濾波電感L將輸出強制變

29、成直流電流將輸出強制變成直流電流Id。逆變器沒有調(diào)壓功能，只將逆變器沒有調(diào)壓功能，只將6個晶閘管按一定的規(guī)則通斷，個晶閘管按一定的規(guī)則通斷，將電感將電感L送來的恒流送來的恒流Id逆變成頻率可調(diào)的交流電。逆變成頻率可調(diào)的交流電。圖圖4-19主電路主電路=整流器整流器+濾波電感濾波電感+晶閘管逆變器晶閘管逆變器整流器整流器：單相或三相整流電路。：單相或三相整流電路。濾波電感濾波電感：Ld。逆變器：逆變器：VT1VT6主晶閘管；主晶閘管；VD1VD6 隔離二極隔離二極 管；管；C13、C35、C51、C46、C62、C24 為換流電容；電動機的電感和換流電容組為換流電容；電動機的電感和換流電容組 成

30、換流電路。成換流電路。2、晶閘管導通規(guī)則及輸出波形分析、晶閘管導通規(guī)則及輸出波形分析w 1）逆變器中）逆變器中6個晶閘管的導通順序為：個晶閘管的導通順序為： VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1，各，各晶閘管的觸發(fā)間隔為晶閘管的觸發(fā)間隔為60。w 2）每個晶閘管導通）每個晶閘管導通120電角度后被關(guān)斷，由同電角度后被關(guān)斷，由同一組的另一個晶閘管換流導通。一組的另一個晶閘管換流導通。w 3）按照每個晶閘管觸發(fā)間隔為）按照每個晶閘管觸發(fā)間隔為60，觸發(fā)導通，觸發(fā)導通后維持后維持120才被關(guān)斷的特征才被關(guān)斷的特征(120導電型導電型)，可以，可以得到得到6個晶閘管在個晶閘管在360區(qū)間里的導通

31、情況如下表。區(qū)間里的導通情況如下表。（1）晶閘管的導通情況（）晶閘管的導通情況（120電流型）電流型） 晶閘管晶閘管 區(qū)間區(qū)間0060012001800240030003600VT1導通導通導通導通VT2導通導通導通導通VT3導通導通導通導通VT4導通導通導通導通VT5導通導通導通導通VT6導通導通導通導通 （2）每個）每個60區(qū)間內(nèi)的負載等效電路區(qū)間內(nèi)的負載等效電路 圖圖4-20（3）逆變器相電流計算值（）逆變器相電流計算值（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-Id

32、IWN0-Id-Id0IdId（4）120導電型逆變器輸出的相電流波導電型逆變器輸出的相電流波 圖圖4-21（5）120導電型導電規(guī)律總結(jié)導電型導電規(guī)律總結(jié) 每個脈沖觸發(fā)間隔每個脈沖觸發(fā)間隔60內(nèi)，有內(nèi)，有2個晶閘管元件導個晶閘管元件導通，它們分屬于逆變橋的共陰極組和共陽極組。通，它們分屬于逆變橋的共陰極組和共陽極組。 在在2個導通元件中，每個元件所對應相的相電流個導通元件中，每個元件所對應相的相電流為為Id。而不導通元件所對應相的電流為。而不導通元件所對應相的電流為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。元件所通過的相

33、電流為負。w 每個脈沖間隔每個脈沖間隔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)）技術(shù)利用全控型器件的導通和關(guān)斷，把直流電利用全控型器件的導通和關(guān)斷，把直流電壓變成一定形狀的電壓脈沖序列，實現(xiàn)變壓、變頻并消除諧波的技術(shù)。壓變成一定形狀的電壓脈沖序列，實現(xiàn)變壓、變頻并消除諧波的技術(shù)。w正弦正弦PWM（SPWM）輸出的電壓或電流波形接近于正弦波形。輸出的電壓或電流波形接近于正弦波形。wSPWM可分為可分為電壓電壓SPWM 、電流、電流SPWM和磁通和磁通SPWM等，其中電等，其中電壓壓SPWM和電流和電流S

34、PWM是從電源角度出發(fā)的是從電源角度出發(fā)的SPWM ，磁通，磁通SPWM （電（電壓空間矢量壓空間矢量PWM ）是從電機角度出發(fā)的）是從電機角度出發(fā)的SPWM方法。方法。wPWM型變頻器的主要特點是：型變頻器的主要特點是：w1）主電路只有一個可控功率環(huán)節(jié)，開關(guān)元件少，控制線路結(jié)構(gòu)簡單；）主電路只有一個可控功率環(huán)節(jié)，開關(guān)元件少，控制線路結(jié)構(gòu)簡單；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)，）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)，基本上接近于基本上接近于1；w3）VVVF在同一環(huán)節(jié)實現(xiàn)，與中間儲能元件無關(guān)，動態(tài)響應快；在同一環(huán)節(jié)實現(xiàn)，與中間儲能元件無關(guān)，

35、動態(tài)響應快；w4）通過對）通過對PWM控制方式的控制，能有效地抑制或消除低次諧波，實現(xiàn)控制方式的控制，能有效地抑制或消除低次諧波，實現(xiàn)接近正弦形的輸出交流電壓波形。接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）波是與正弦波等效的一系列等是與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波，如下圖幅不等寬的矩形脈沖波，如下圖a所示。所示。 等效的原則等效的原則是每一區(qū)間的面積相等。是每一區(qū)間的面積相等。 也就是把一個正弦半波分作

36、也就是把一個正弦半波分作n等分，然后把每一等分正等分，然后把每一等分正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個與之面積相等的矩形弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個與之面積相等的矩形脈沖來代替，矩形脈沖的幅值不變，各脈沖的中點與正弦脈沖來代替，矩形脈沖的幅值不變，各脈沖的中點與正弦波每一等分的中點相重合，見圖波每一等分的中點相重合，見圖b。 由由n個等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波的個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 圖圖4-23（2） SPWM變壓變頻器主電路原理圖變壓

37、變頻器主電路原理圖 圖圖4-24（3）單極式）單極式SPWM波的形成波的形成 圖圖4-25圖圖4-26 （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 圖圖4-272、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逆變器有一個重要參數(shù)逆變器有一個重要參數(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

38、（1）同步調(diào)制）同步調(diào)制w在改變在改變fr的同時成正比地改變的同時成正比地改變fc，使載波比，使載波比N=常數(shù)。常數(shù)。w優(yōu)點優(yōu)點可保證輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)是固可保證輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)是固定不變的，如果取定不變的，如果取N等于等于3的倍數(shù)，則同步調(diào)制能保的倍數(shù)，則同步調(diào)制能保證輸出波形的正、負半波始終保持對稱，并能嚴格證輸出波形的正、負半波始終保持對稱，并能嚴格保證三相輸出波形之間具有互差保證三相輸出波形之間具有互差120的對稱關(guān)系。的對稱關(guān)系。w缺點缺點當輸出頻率很低時，由于相鄰兩脈沖間的當輸出頻率很低時，由于相鄰兩脈沖間的間距增大，諧波會顯著增加，使負載電機產(chǎn)生較大間距增大，諧

39、波會顯著增加，使負載電機產(chǎn)生較大的脈動轉(zhuǎn)矩和較強的噪聲。的脈動轉(zhuǎn)矩和較強的噪聲。w（2）異步調(diào)制）異步調(diào)制w在整個變頻范圍內(nèi)載波比在整個變頻范圍內(nèi)載波比N不等于常數(shù)。在改變調(diào)制不等于常數(shù)。在改變調(diào)制波頻率波頻率fr時保持三角載波頻率時保持三角載波頻率fc不變，提高了低頻時的不變，提高了低頻時的載波比。載波比。w優(yōu)點優(yōu)點輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)可隨輸出頻率輸出電壓半波內(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)的低頻工作性能。的降低而增加，改善了系統(tǒng)的低頻工作性能。w缺點缺點在改善低頻工作性能的同時，當載波比在改善低頻工作性能的同時，當載波比N隨隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時，它不可能總

40、是著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時，它不可能總是3的倍的倍數(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稱性，因而引起電機工作不平穩(wěn)。保持三相輸出的對稱性，因而引起電機工作不平穩(wěn)。 （3）分段同步調(diào)制）分段同步調(diào)制w分段同步調(diào)制是將同步調(diào)制和異步調(diào)制結(jié)合起分段同步調(diào)制是將同步調(diào)制和異步調(diào)制結(jié)合起來。即在一定頻率范圍內(nèi)采用同步調(diào)制，以保來。即在一定頻率范圍內(nèi)采用同步調(diào)制，以保持輸出波形對稱的優(yōu)點；當頻率降低較多時，持輸出波形對稱的優(yōu)點；當頻率降低較多時，可使載波比可使載波比N分段有級地加大，以采納異步調(diào)制分段有級地加大，以采納異步調(diào)制的長

41、處，這就是分段同步調(diào)制方式。的長處，這就是分段同步調(diào)制方式。w具體地說，把整個變頻范圍劃分成若干頻段，具體地說，把整個變頻范圍劃分成若干頻段，每個頻段內(nèi)都維持載波比每個頻段內(nèi)都維持載波比N恒定，而對不同的頻恒定，而對不同的頻段取不同的段取不同的N值，頻率低時，值，頻率低時，N值取大些，一般值取大些，一般大致按等比級數(shù)安排。大致按等比級數(shù)安排。 3、SPWM的實現(xiàn)方法的實現(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進行脈沖寬度與自然采樣法是按照正弦波與三角形波交點進行脈沖寬度與間隙時間的采樣，從而生成間隙時間的采樣，從而生成SPWM波形。具體是截取任意波形。具體是截

42、取任意一段正弦波與三角載波的一個周期長度內(nèi)的相交情況。一段正弦波與三角載波的一個周期長度內(nèi)的相交情況。A點點為脈沖發(fā)生時刻，為脈沖發(fā)生時刻，B點為脈沖結(jié)束時刻，在三角波的一個周點為脈沖結(jié)束時刻，在三角波的一個周期期Tt內(nèi)，內(nèi)，t2為為SPWM波的高電平時間，稱作脈寬時間，波的高電平時間，稱作脈寬時間，t1與與t3則為低電平時間，稱為間隙時間。顯然則為低電平時間，稱為間隙時間。顯然Tt=t1+t2+t3。2B2Asin12/2sin12/2ttMTttMTststBA 222sinsin212 ttMTtttsst 自然采樣法 規(guī)則采樣法 圖圖4-28圖圖4-29w（2）規(guī)則采樣法）規(guī)則采樣法w規(guī)則采樣法有：規(guī)則采樣規(guī)則采樣法有：規(guī)則采樣法、規(guī)則采樣法、規(guī)則采樣法。法。w規(guī)則采樣規(guī)則采樣法是將三角波的負峰值對應的正弦控制波法是將三角波的負峰值對應的正弦控制波值（值（E點）作為采樣電壓值，由點）作為采樣電壓值，由E點水平截取點水平截取A、B兩兩點，從而確定脈寬時間點，從而確定脈寬時間t