任務(wù)1.3 了解變頻器工作原理講解

任務(wù)1.3了解變頻器的工作原理1.3.1變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.3.2交-直-交變頻器1.3.3交-交變頻器1.3.4SPWM控制技術(shù)1.3.5變頻器的控制方式

1.3.1變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)變頻器的構(gòu)成1.3.1變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)1、主電路

給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。其主電路有三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流電的“整流電路”，吸收整流和逆變時(shí)產(chǎn)生的電壓脈動的“濾波電路”，以及將直流電變換為交流電的“逆變電路”。另外，異步電動機(jī)需要制動時(shí)，有時(shí)要附加“制動電路”。1.3.1變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、控制電路

控制電路由以下電路組成，頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓/電流檢測電路”，電動機(jī)的“速度檢測電路”，將運(yùn)算電路的控制信號進(jìn)行放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機(jī)的“保護(hù)電路”。交-直-交變頻器（VariableVoltageVariableFrequency，簡稱VVVF電源）是由AC/DC、DC/AC兩類基本的變流電路組合形成，又稱為間接交流變流電路，最主要的優(yōu)點(diǎn)是輸出頻率不再受輸入電源頻率的制約。主電路包括三個(gè)組成部分：整流電路、中間電路和逆變電路。

1.3.2交-直-交變頻器1．整流電路（1）單相整流電路1）單相半波可控整流電路1.3.2交-直-交變頻器1.3.2交-直-交變頻器

觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度,用a表示,也稱觸發(fā)角或控制角。導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為，用θ表示。VT的a移相范圍為180

這種通過控制觸發(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。2）單相橋式相控整流電路1.3.2交-直-交變頻器工作原理及波形分析

VT1和VT4組成一對橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷VT2和VT3組成另一對橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷1.3.2交-直-交變頻器（2）三相橋式全控整流電路應(yīng)用最為廣泛共陰極組——陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1，VT3，VT5）共陽極組——陽極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4，VT6，VT2）編號：1、3、5，4、6、21.3.2交-直-交變頻器a=0

時(shí)的情況假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管進(jìn)行分析對于共陰極阻的3個(gè)晶閘管，陽極所接交流電壓值最大的一個(gè)導(dǎo)通對于共陽極組的3個(gè)晶閘管，陰極所接交流電壓值最低（或者說負(fù)得最多）的導(dǎo)通任意時(shí)刻共陽極組和共陰極組中各有1個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)1.3.2交-直-交變頻器

三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)（1）2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件（2）對觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60

共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120

，共陽極組VT4、VT6、VT2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

（3）ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路（4）需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)另一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）1.3.2交-直-交變頻器2、逆變電路逆變電路的基本工作原理單相橋式逆變電路為例S1~S4是橋式電路的4個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成S1、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓uo為正

S1、S4斷開，S2、S3閉合時(shí)，uo為負(fù)，把直流電變成了交流電

改變兩組開關(guān)切換頻率，可改變輸出交流電頻率電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流io和uo的波形相同，相位也相同1.3.2交-直-交變頻器2、逆變電路（1）單相半橋電壓型逆變電路電路結(jié)構(gòu)

工作原理V1和V2柵極信號在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，互補(bǔ)uo為矩形波，幅值為Um=Ud/2io波形隨負(fù)載而異，感性負(fù)載時(shí)V1或V2通時(shí)，io和uo同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量VD1或VD2通時(shí)，io和uo反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋VD1、VD2稱為反饋二極管,還使io連續(xù)，又稱續(xù)流二極管特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：簡單，使用器件少缺點(diǎn)：交流電壓幅值Ud/2，直流側(cè)需兩電容器串聯(lián)，要控制兩者電壓均衡用于幾kW以下的小功率逆變電源單相全橋、三相橋式都可看成若干個(gè)半橋逆變電路的組合1.3.2交-直-交變頻器1.3.2交-直-交變頻器2、逆變電路（2）三相橋式電壓型逆變電路電路結(jié)構(gòu)

三個(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電路應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路可看成由三個(gè)半橋逆變電路組成180°導(dǎo)電方式每橋臂導(dǎo)電180°，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差120°任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱為縱向換流3、中間電路1.3.2交-直-交變頻器（1）濾波電路3、中間電路（2）制動單元

1.3.2交-直-交變頻器交交變頻器結(jié)構(gòu)1.3.3交-交變頻器電路構(gòu)成由P組和N組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，和直流電動機(jī)可逆調(diào)速用的四象限變流電路完全相同變流器P和N都是相控整流電路在半個(gè)周期內(nèi)讓P組a角按正弦規(guī)律從90°減到0°或某個(gè)值，再增加到90°，每個(gè)控制間隔內(nèi)的平均輸出電壓就按正弦規(guī)律從零增至最高，再減到零。另外半個(gè)周期可對N組進(jìn)行同樣的控制1、概述PWM（PulseWidthModulation）控制——脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）2、SPWM控制的基本原理理論基礎(chǔ)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)，其效果基本相同沖量指窄脈沖的面積效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異1.3.4SPWM控制技術(shù)1.3.4SPWM控制技術(shù)用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波正弦半波N等分，可看成N個(gè)彼此相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等寬度按正弦規(guī)律變化SPWM波形——脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可3、PWM逆變電路的控制方式1.3.4SPWM控制技術(shù)

結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對調(diào)制法進(jìn)行說明工作時(shí)V1和V2通斷互補(bǔ)，V3和V4通斷也互補(bǔ)控制規(guī)律uo正半周，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷負(fù)載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負(fù)負(fù)載電流為正的區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時(shí)，uo等于UdV4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過V1和VD3續(xù)流，uo=0負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，V1和V4仍導(dǎo)通，io為負(fù)，實(shí)際上io從VD1和VD4流過，仍有uo=UdV4關(guān)斷V3開通后，io從V3和VD1續(xù)流，uo=0uo總可得到Ud和零兩種電平uo負(fù)半周，讓V2保持通，V1保持?jǐn)啵琕3和V4交替通斷，uo可得-Ud和零兩種電平1.3.4SPWM控制技術(shù)單極性PWM控制方式（單相橋逆變）在ur和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷ur正半周，V1保持通，V2保持?jǐn)喈?dāng)ur>uc時(shí)使V4通，V3斷，uo=Ud當(dāng)ur<uc時(shí)使V4斷，V3通，uo=0ur負(fù)半周，V1保持?jǐn)?，V2保持通當(dāng)u