第二章 變頻調速技術

第二章變頻調速技術

2.1交-直-交變頻器的基本電路交-直-交變頻器的基本電路包括整流電路和逆變電路，整流電路將工頻交流電整流成直流電，逆變電路再將直流電逆變成頻率可調的三相交流電，是整流變換的逆過程。其核心部分為逆變器。變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開、關方式分類，可以分為PAM（脈幅調制）控制變頻器、PWM（脈寬調制）控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。2.1交-直-交變頻器的基本電路圖2-1

交-直-交電壓型變頻器主電路2.1交-直-交變頻器的基本電路三相逆變電路由六只具有單向導電性的功率半導體開關Sl~S6組成。每只功率開關上反并聯一只續(xù)流二極管，為負載的滯后電流提供一條反饋到電源的通路。極據功率開關的導通持續(xù)時間不同，可以分為180°導電型和120°導電型兩種工作方式。180°導電型各功率元件驅動脈沖波形如圖2-3所示。狀態(tài)S1S2S3S4S5S6狀態(tài)1（0~60°）＋＋＋狀態(tài)2（60°~120°）＋＋＋狀態(tài)3（120°~180°）＋＋＋狀態(tài)4（180°~240°）＋＋＋狀態(tài)5（240°~300°）＋＋＋狀態(tài)6（300°~3600°）＋＋＋表2-1

180°導電型逆變器功率開關導通規(guī)律

2.1交-直-交變頻器的基本電路輸出電壓狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6相電壓uA0Ud/32Ud/3Ud/3-Ud/3-2Ud/3-Ud/3uB0-2Ud/3-Ud/3Ud/32Ud/3Ud/3-Ud/3uC0Ud/3-Ud/3-2Ud/3-Ud/3Ud/3Ud/3線電壓uABUdUd0-Ud-Ud0uBC-Ud0UdUd0-UduCA0-Ud-Ud0UdUd表2-2

負載為丫接時各個工作狀態(tài)下的輸出電壓

圖2-5

三相電壓型逆變器的輸出電壓波形（180°導電型）選擇適當的坐標原點，對輸出電壓波形進行諧波分析，對相電壓和線電壓分別進行傅立葉分解：2．電壓型變頻器及電壓調節(jié)方式（1）電壓型變頻器最簡單的電壓型變頻器由可控整流器和電壓型逆變器組成，用可控整流器調壓，逆變器調頻，如圖2-6示。為適應再生制動運行，可在圖2-6電路的基礎上，增加附加電路。一種方法是，在中間直流電路中設法將再生能量處理掉，即在電容Cd的兩端并聯一條由耗能電阻R與功率開關(可以是晶閘管或自關斷器件)相串聯的電路，如圖2-7所示。另一種方法是，在整流電路中設置再生反饋通路—反并聯一組逆變橋，如圖2-8所示。（2）電壓調節(jié)方式一種是采用可控整流器整流，通過對觸發(fā)脈沖的相位控制直接得到可調直流電壓。。另一種是采用不控整流器整流，在直流環(huán)節(jié)增加斬波器，以實現調壓，如圖2-9所示。3．串聯電感式電壓型變頻器圖2-10

三相串聯電感式電壓型變頻器的主電路L1~L6為換相電感C1~C6為換相電容RA~RC為環(huán)流衰減電阻圖中Cd、Ld構成中間濾波環(huán)節(jié)，通常Ld很小，Cd很大。晶閘管VT1~VT6作為功率開關取代了圖2-3中的Sl~S6。L1~L6為換相電感，位于同一橋臂上的兩個換相電感是緊密耦合的，串聯在兩個主晶閘管之間，因而稱之為串聯電感式。C1~C6為換相電容，RA~RC為環(huán)流衰減電阻。該電路屬于180°導電型，換相是在同—橋臂的兩個晶閘管之間進行，采用補換相方式、即觸發(fā)一個晶閘管去關斷同一橋臂上的另—個晶閘管。3．串聯電感式電壓型變頻器（1）換相前的狀態(tài)3．串聯電感式電壓型變頻器VT1穩(wěn)定導通，C4充電至Ud，VT1,VT2,VT3導通（2）換相階段3．串聯電感式電壓型變頻器觸發(fā)VT4,C4經L4和VT4組成的回路放電，L4感應出電勢同時，C4還通過A、C相負載放電。（3）環(huán)流及反饋階段3．串聯電感式電壓型變頻器C4放電結束，iT4達到最大值，最后下降，L4感應電勢極性變化，VD4承受正壓導通，L4中存儲電能經VT4和VD4形成環(huán)流，同時，維持負載電流，經VD4和VD5。（4）負載電流反向階段3．串聯電感式電壓型變頻器電感電流下降至0，VD4關斷，負載電流過0，只觸發(fā)脈沖足夠寬，VT4再次導通，負載電流反向。流經如圖，導通管子為VT3VT4VT2。換向結束。圖2-12

換相時的電壓、電流波形

2.1.2交-直-交電流型變頻器1．電流型逆變器的基本電路表2-3

120°導電型逆變器功率開關導通規(guī)律狀態(tài)S1S2S3S4S5S6狀態(tài)1（0~60°）＋

＋狀態(tài)2（60°~120°）＋＋

狀態(tài)3（120°~180°）

＋＋狀態(tài)4（180°~240°）

＋＋狀態(tài)5（240°~300°）

＋＋狀態(tài)6（300°~360°）

＋＋以狀態(tài)1為例2.1.2交-直-交電流型變頻器表2-4

負載為Δ接時各個工作狀態(tài)下的輸出電流輸出電流狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6線電流iA0IdId0-Id-Id0iB0-Id0IdId0-IdiC00-Id-Id0IdId相電流iAB2Id/3Id/3-Id/3-2Id/3-Id/3Id/3iBC-Id/3Id/32Id/3Id/3-Id/3-2Id/3iCA-Id/3-2Id/3-Id/3Id/32Id/3Id/3圖2-15

三相電流型逆變器的輸出電流波形（120°導電型）2．電流型變頻器的再生制動運行圖2-16

電流型變頻器的電動狀態(tài)與再生制動狀態(tài)（a）電動狀態(tài)（b）再生制動狀態(tài)3．串聯二極管式電流型變頻器a．換相前的狀態(tài)

b．晶間管換相及恒流充電階段3．串聯二極管式電流型變頻器C是等效電容VT3導通，VT1受反壓截止C先放電后充電，極性反向，當充電電壓超過負載電壓時，VD3導通VT1導通，A相導通C充電（3）二極管換相階段（4）換相后的狀態(tài)3．串聯二極管式電流型變頻器VD3導通后開始分流，直到電流全部轉移到VD3,VD1關斷從A相換到B相2.2脈寬調制型變頻器圖2-19

PWM變頻器的主電路原理圖PWM變頻器的主電路如圖2-19所示，由圖可知，該變頻器的主電路時由整流電路部分和逆變電路部分組成。整流電路完成將三相交流電轉變?yōu)橹绷麟姷淖饔谩Ｄ孀儾糠衷賹⒑愣ǖ闹绷麟娹D變?yōu)殡妷汉皖l率均可調的三相交流電，以驅動三相異步電動機負載。2.2脈寬調制型變頻器2.2.1

交-直部分

圖2-20

PWM變頻器交-直部分主電路圖2-21PWM變頻器交-直部分輸