逆变电路与变频电路

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 逆变电路与变频电路,逆变的概念,与整流相对应，将,直流电,变成,交流电,，,实现,DC/AC,变换,。,交流侧接电网，为，第五章内容。,交流侧接负载，为,无源逆变,，本章主要讲述无源逆变。,逆变与变频,变频电路：分为,交交变频,和,交直交变频,两种。,交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变。,主要应用,在已有的,各种电源中，如蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变电路。,不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。,交流电机调速用变频器、家用电器等。,1,第一节 电力变流器换相方式,第二节 单相无源逆变电路,第三节 三相无源逆变电路,第四节 脉宽调制,（,PWM,）,型逆变电路,第五节 交,-,直,-,交变频电路,第六节 交,-,交变频电路,本章小结,第七章 逆变电路与变频电路,2,第一节 电力变流器换相方式,换流,电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为,换相,。,图,7-1,熄灭和换相,熄灭,换相,当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而是在支路内,部终止流通而变为零，则称为,熄灭,。,研究换相方式主要是研究,如何使器件关断,。,3,第一节 电力变流器换相方式,交流电网换相,电网,提供,换相电压,的换相方式。,如可控整流电路、有源逆变电路和交流调压及交交变频电路,。,将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。,换相方式分为以下,四种,：,4,第一节 电力变流器换相方式,负载谐振式换相,由,负载,提供,换相电压,的换相方式。,负载,电流,的,相位超前,于负载,电压,的场合，都可实现负载换流，如电容性负载和同步电动机。,右图是基本的负载换,相,逆变电路，整个负载工作在接近,并联谐振状态,而略呈,容性,，,直流侧串大电感，工作过程可认为,i,d,基本没有脉动。,负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小，所以,u,o,接近,正弦波,。,注意触发,VT,2,、,VT,3,的时刻,t,1,必须在,u,o,过零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完成。,t,t,t,t,O,O,O,O,i,i,t,1,b),o,u,o,i,o,i,o,u,VT,i,VT,1,i,VT,4,i,VT,2,i,VT,3,u,VT,1,u,VT,4,5,第一节 电力变流器换相方式,脉冲换相,设置,附加的换相电路,，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换相方式称为脉冲换相。,通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为,电容换相,。,分类,直接耦合式,：由换流电路内电容直接提供换相电压。,如图,1,，,当晶闸管,VT,处于通态时，预先给电容充电。当,S,合上，就可使,VT,被施加反压而关断。,电感耦合式,：通过换流电路内的电容和电感的耦合来提供换相电压或换相电流。如,图,2a,中晶闸管在,LC,振荡,第一个半周期,内关断，图,2b,中晶闸管在,LC,振荡,第二个半周期,内关断,。,图,1,直接耦合式原理图,图,2,电感耦合式原理图,6,第一节 电力变流器换相方式,器件换相,利用,全控型器件的自关断能力,进行换相。,在采用,IGBT,、电力,MOSFET,、,GTO,、,GTR,等全控型器件的电路中的换相方式是器件换相。,换相方式总结,器件换相,只适用于,全控型器件,，其余三种方式主要是针对,晶闸管,而言的。,器件换相和脉冲换相属于,强迫换相,，电网换相和负载换相属于,自然换相,。,逆变电路所采用的换相方式有负载换相、脉冲换相和器件换相三种。,7,第二节 单相无源逆变电路,一、基本原理及分类,以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理,S,1,S,4,是桥式电路的,4,个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。,负载,a),b),t,S,1,S,2,S,3,S,4,i,o,u,o,U,d,u,o,i,o,t,1,t,2,图,7-3,逆变电路工作原理,当开关,S,1,、,S,4,闭合，,S,2,、,S,3,断开时，负载电压,u,o,为正；当开关,S,1,、,S,4,断开，,S,2,、,S,3,闭合时，,u,o,为负，这样就把直流电变成了交流电。,改变,两组开关的切换频率,，即可改变输出,交流电的频率,。,电阻负载时，负载电流,i,o,和,u,o,的波形相同，相位也相同。,阻感负载时，,i,o,相位滞后于,u,o,，波形也不同。,8,第二节 单相无源逆变电路,一、基本原理及分类,根据直流侧电源性质的不同，可以分为,电压型,和,电流型,两类。,电压型,逆变电路：直流侧是电压源。,电流型,逆变电路：直流侧是电流源。,根据交流侧输出相数，可以分为,单相,和,三相,两种。,单相,逆变电路,三相,逆变电路,根据换相方式的不同，晶闸管构成的逆变电路有很多种，如：,并联谐振式,串联谐振式,辅助晶闸管换相式（麦克墨莱）,串联二极管式,9,第二节 单相无源逆变电路,二、,电压型逆变电路的主要特点,图,7-4,电压型逆变电路,直流侧为,电压源,或并联,大电容,，直流侧电压基本无脉动。,由于直流电压源的,钳位作用,，输出电压为,矩形波,，输出电流因负载阻抗不同而不同。,阻感负载时需提供无功功率，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联,反馈二极管,。,图,7-6,串联谐振逆变电路,10,第二节 单相无源逆变电路,三、,电流型逆变电路的主要特点,图,7-5,电流型逆变电路,图,7-9,并联谐振逆变电路,直流侧串,大电感,，电流基本无脉动，相当于电流源。,交流输出电流为,矩形波,，与负载阻抗角无关，输出电压波形和相位因负载不同而不同。,直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管。,11,第三节 三相无源逆变电路,一、,电压型三相逆变电路,图,7-11,三相辅助晶闸管换相逆变电路,VT,1,VT,6,间隔,60,o,依次触通，且同一桥臂换相（纵向换相），每只主晶闸管在一个周期内导电,180,o,。,电路构成,辅助晶闸管换相式,工作原理,三相六拍,180,o,导电型,12,第三节 三相无源逆变电路,一、,电压型三相逆变电路,为了防止同一相上下两桥臂的,晶闸管,同时导通而引起直流侧电源的短路，要采取,“先断后通”,的方法。,同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差,120 ,，任一瞬间有,三个桥臂,同时导通。,图,7-15 180,o,导电型逆变电路两种情况的等效由路,（,a,）,0,o,60,o,区间 （,b,）,60,o,120,o,区间,13,第三节 三相无源逆变电路,一、,电压型三相逆变电路,对于图,7-15,（,a,），,U,点和,W,点等电位，则,0,o,60,o,区间相电压为：,（,7-5,）,同理，对图,7-15,（,b,）可求得,60,o,120,o,区间相电压为：,（,7-7,）,（,7-8,）,（,7-6,）,14,第三节 三相无源逆变电路,一、,电压型三相逆变电路,输出线电压可根据相电压由下式求得：,（,7-9,）,负载参数已知时，可以由,u,UN,的波形求出,U,相电流,i,U,的波形。,图,7-16,列出了一个周期内各晶闸管的导通次序和,U,、,V,、,W,三点的电压极性以及输出的相电压、线电压和,U,相负载电流,i,U,的波形。,15,图,7-16 180,o,导电型逆变电路的电压及电流波形,16,第三节 三相无源逆变电路,二、,电流型三相逆变电路,VT,1,VT,6,间隔,60,o,依次触通，且,相邻,桥臂换相（横向换相），每只晶闸管在一个周期内导电,120,o,。,电路构成,串联二极管式,工作原理,三相六拍,120,o,导电型,图,7-18,三相串联二极管逆变电路,17,第三节 三相无源逆变电路,二、,电流型三相逆变电路,每一时刻,上下桥臂组各有一个晶闸管导通,并按,1,2,一,2,3,一,3,4,一,4,5,一,5,6,一,6,1,的顺序导通。,波形分析,输出电流波形和负载性质无关，正负脉冲各,120,的,矩形波,。,输出电流和三相桥整流带大电感负载时的交流电流波形相同。,输出线电压波形和负载性质有关，,大体为正弦波,，但叠加了一些脉冲。,图,7-21 120,o,导电型逆变电路的电压及电流波形,18,第三节 三相无源逆变电路,三、,电压型和电流型逆变电路的比较,表,7-1,电压型和电流型逆变器的比较,19,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,PWM,（,Pulse Width Modulation,）,控制技术就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。,PWM,控制技术的地位,PWM,控制技术在逆变电路中的应用最具代表性,除功率很大的逆变装置外，不用,PWM,控制的逆变电路已十分少见。,正是由于在逆变电路中广泛而成功的应用，才奠定了,PWM,控制技术在电力电子技术中的突出地位,并对电力电子技术产生了十分深远的影响。,PWM,技术与器件的关系,IGBT,、,电力,MOSFET,等为代表的全控型器件的不断完善给,PWM,控制技术提供了强大的物质基础。,20,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,一、,PWM,的基本原理,面积等效原理,原理内容：,冲量相等,而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其,效果基本相同,。,冲量即指窄脉冲的面积。,效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。,如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。,实例,将图,1a,、,b,、,c,、,d,所示的脉冲作为输入，加在图,2a,所示的,R-L,电路,上，设其电流,i(t),为电路的输出，图,2b,给出了不同窄脉冲时,i(t),的响应波形。,图,1,形状不同而冲量相同的各种窄脉冲,图,2,冲量相同的各种窄脉冲的响应波形,21,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,一、,PWM,的基本原理,用,PWM,波代替正弦半波,将正弦半波看成是由,N,个彼此相连的脉冲宽度为,/N,，但幅值顶部是,曲线,且大小按,正弦规律变化,的脉冲序列组成的。,把上述脉冲序列利用相同数量的,等幅而不等宽,的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，这就是,PWM,波形,。,对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到,PWM,波形。,脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的,PWM,波形，也称,SPWM,（,Sinusoidal PWM,）波形,。,基于等效面积原理，,PWM,波形还可以等效成其他所需要的波形，如等效所需要的非正弦交流波形（如矩形波）等。,图,7-23 SPWM,原理波形图,22,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,一、,PWM,的基本原理,计算法,根据逆变电路的,正弦波输出频率,、,幅值,和半个周期内的,脉冲数,，将,PWM,波形中各脉冲的,宽度,和,间隔,准确计算出来，按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的,PWM,波形，这种方法称之为计算法。,计算法是很繁琐的，当需要输出的正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。,调制法,把希望输出的波形作为,调制信号,，把接受调制的信号作为,载波,，通过信号波的调制得到所期望的,PWM,波形。,通常采用,等腰三角波,或,锯齿波,作为载波，其中等腰三角波应用最多。,23,调制度：,M=U,rm,/ U,cm,载波比：,N=f,c,/ f,r,（,7-10,）,（,7-11,）,24,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,二、单相,SPWM,逆变电路,单极性,PWM,控制方式,调制信号,u,r,为正弦波，载波,u,c,在,u,r,的正半周为,正极性,的三角波，在,u,r,的负半周为,负极性,的三角波。,在,u,r,的正半周，,V,1,保持通态，,V,2,保持断态。,当,u,r,u,c,时使,V,4,导通，,V,3,关断，,u,o,=U,d,。,当,u,r,u,c,时使,V,4,关断，,V,3,导通，,u,o,=0,。,在,u,r,的负半周，,V,1,保持断态，,V,2,保持通态。,当,u,r,u,c,时使,V,3,关断，,V,4,导通，,u,o,=0,。,u,r,u,c,u,O,w,t,O,w,t,u,o,u,of,u,o,U,d,-,U,d,图,7-25,单相桥式,PWM,逆变电路,图,7-26,单极性脉宽调制波形,25,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,二、单相,SPWM,逆变电路,双极性,PWM,控制方式,在调制信号,u,r,和载波信号,u,c,的交点时刻控制各开关器件的通断。,在,u,r,的半个周期内，三角波载波有正有负，所得的,PWM,波也是有正有负，在,u,r,的一个周期内，输出的,PWM,波只有,U,d,两种电平。,在,u,r,的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。,当,u,r,u,c,时，,V,1,和,V,4,导通，,V,2,和,V,3,关断，这时如,i,o,0,，则,V,1,和,V,4,通，如,i,o,0,，则,VD,1,和,VD,4,通，不管哪种情况都是,u,o,=U,d,。,当,u,r,u,c,时，,V,2,和,V,3,导通，,V,1,和,V,4,关断，这时如,i,o,0,，则,VD,2,和,VD,3,通，不管哪种情况都是,u,o,=-U,d,。,图,7-25,单相桥式,PWM,逆变电路,u,r,u,c,u,O,w,t,O,w,t,u,o,u,of,u,o,U,d,-,U,d,图,7-27,双极性脉宽调制波形,26,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,三、三相,SPWM,逆变电路,图,7-28,三相,SPWM,逆变电路,采用双极性控制方式。,U,、,V,和,W,三相的,PWM,控制通常公用一个三角波载波,u,c,，三相的调制信号,u,rU,、,u,rV,和,u,rW,依次相差,120,。,电路工作过程（,U,相为例）,当,u,rU,u,c,时，上桥臂,V1,导通，下桥臂,V4,关断，则,U,相相对于直流电源假想中点,N,的输出电压,u,UN,=E/2,。,当,u,rU,u,c,时，,V4,导通，,V1,关断，则,u,UN,=-E/2,。,V1,和,V4,的驱动信号始终是互补的。,当给,V1(V4),加导通信号时，可能是,V1(V4),导通，也可能是二极管,VD1(VD4),续流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决定。,u,UN,、,u,VN,和,u,WN,的,PWM,波形都只有,E/2,两种电平，波形如图,7-29,所示。,27,图,7-29,三相双极性脉宽调制波形,28,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,三、三相,SPWM,逆变电路,图,7-28,三相,SPWM,逆变电路,输出线电压,PWM,波由,E,和,0,三种电平构成。,当臂,1,和,6,导通时，,u,UV,=E,。,当臂,3,和,4,导通时，,u,UV,=,E,。,当臂,1,和,3,或臂,4,和,6,导通时，,u,UV,=0,。,为了防止上下两个臂直通而造成短路，在上下两臂通断切换时要留一小段上下臂都施加关断信号的,死区时间,。,图,7-29,三相双极性脉宽调制波形,29,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,四、,PWM,逆变电路的控制方式,根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，,PWM,调制方式可分为,同,步调制,和,异,步调制,两种。,同步调制,载波比,N,等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制。,fr,变化,时载波比,N,不变,，信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。,在三相,PWM,逆变电路中，通常公用一个三角波载波，为了使三相输出波形严格对称和一相的,PWM,波正负半周镜对称，取,N,为,3,的整数倍且为奇数,。,当逆变电路输出频率很低时，同步调制时的,fc,也很低，,fc,过低时由调制带来的谐波不易滤除，当负载为电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声；当逆变电路输出频率很高时，同步调制时的,fc,会过高，使开关器件难以承受。,30,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,四、,PWM,逆变电路的控制方式,异步调制,载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。,通常保持载波频率,f,c,固定不变,，因而当信号波频率,f,r,变化,时，载波比,N,是变化的,。,在信号波的半个周期内，,PWM,波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后,1/4,周期的脉冲也不对称。,当,fr,较低,时，,N,较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小，,PWM,波形接近正弦波。,当,fr,增高,时，,N,减小，一周期内的脉冲数减少，,PWM,脉冲不对称的影响就变大，输出,PWM,波和正弦波的差异变大，对于三相,PWM,型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。,在采用异步调制方式时，希望采用较高的载波频率，以使在信号波频率较高时仍能保持较大的载波比。,31,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,四、,PWM,逆变电路的控制方式,（,a,）同步调制,（,b,）异步调制,图,7-30,同步调制和异步调制,32,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,四、,PWM,逆变电路的控制方式,分段同步调制,把,f,r,范围划分成若干个频段，每个频段内都保持载波比,N,为恒定，不同频段的载波比不同。,在,f,r,高,的频段采用,较低的载波比,，以使,f,c,不致过高，限制在功率开关器件允许的范围内。,在,f,r,低的频段采用,较高的载波比,，以使,f,c,不致过低而对负载产生不利影响。,为了防止,f,c,在切换点附近的来回跳动，在各频率切换点采用了,滞后切换,的方法。,有的装置在低频输出时采用异步调制方式，而在高频输出时切换到同步调制方式，这样可以把两者的优点结合起来，和分段同步方式的效果接近。,33,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,四、,PWM,逆变电路的控制方式,图,7-31,分段同步调制,图,7-32,异步和分段同步调制,34,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,五、,PWM,波形的生成技术,SPWM,的模拟控制,图,7-33 SPWM,模拟控制电路原理框图,35,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,五、,PWM,波形的生成技术,SPWM,的数字控制,等效面积法,图,7-34,单极性,SPWM,电压波形,（,7-13,）,36,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,五、,PWM,波形的生成技术,自然采样法,图,7-35,生成,SPWM,波形的自然采样法,（,7-14,）,37,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,五、,PWM,波形的生成技术,规则采样法,图,7-36,生成,SPWM,波形的规则采样法,（,7-15,）,（,7-16,）,38,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,五、,PWM,波形的生成技术,SPWM,专用集成电路芯片 （,HEF4752V,、,SLE4520,等）,图,7-38 HEF4752V,管脚排列,39,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,五、,PWM,波形的生成技术,谐波消除法,图,7-41,谐波消除法电压波形,40,第四节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,五、,PWM,波形的生成技术,跟踪控制技术,图,7-42,电流跟踪控制框图,图,7-43,电流滞环跟踪控制的一相原理图,图,7-44,电流滞环跟踪控制时的波形,41,第五节 交,-,直,-,交变频电路,交,-,直,-,交变频电路是先将恒压恒频,（,CVCF,）,的交流电通过整流变成直流电，再经过逆变将直流电变换成可控交流电的,间接型,变频电路。,图,7-45,交,-,直,-,交变频器结构框图,CVCF,：,Constant Voltage Constant Frequency,VVVF,：,Variable Voltage Variable Frequency,42,第五节 交,-,直,-,交变频电路,分类,按照不同的控制方式，交,-,直,-,交变频器可分成,图,7-46,所示的（,a,）、（,b,）、（,c,）三种。,图,7-46,（,a,）中采用的是,可控整流器调压,、,逆变器调频,的控制方式。,这种装置结构简单，控制方便。但是，电网端功率因数较低，输出交流电的谐波较大。,图,7-46,（,b,）采用的是,不控整流器整流,、,斩波器调压,、再用,逆变器调频,的控制方式。在这类装置中，整流环节采用二极管不控整流器，只整流不调压，再单独设置斩波器，用脉宽调压。这样虽然多了一个环节，但调压时输入功率因数不变，克服了图,7-46,（,a,）装置的,电网端功率因数较低的,缺点。输出逆变环节未变，仍有谐波较大的问题。,图,7-46,（,c,）采用的是,不控整流器整流,、,脉宽调制,(PWM),逆变器同时调压调频,的控制方式。在这类装置中，用不控整流，则输入功率因数不变；用,PWM,逆变，则输出谐波可以减小。是,当前最有发展前途的一种装置形式。,43,图,7-46,交,-,直,-,交变频电路的不同控制方式,44,第五节 交,-,直,-,交变频电路,分类,根据中间直流环节采用滤波器的不同，变频器又分为,电压型,和,电流型,两种。,图,7-47,电压型和电流型变频器框图,电压型,电流型,45,第五节 交,-,直,-,交变频电路,一、,交,-,直,-,交电压型变频电路,图,7-48,交,-,直,-,交电压型,PWM,变频电路,二极管构成整流器，其输出直流电压,U,d,是,不可控,的；中间直流环节用大,电容,C,d,滤波；电力晶体管,V,1,V,6,构成,PWM,逆变器,，实现输出,频率,和,电压,的同时调节，,VD,1,VD,6,是电压型逆变器所需的,反馈二极管,。,46,第五节 交,-,直,-,交变频电路,一、,交,-,直,-,交电压型变频电路,图,7-49,带有泵升电压限制电路的变频电路,当负载电动机由电动状态转入制动运行时，电动机变为发电状态，其能量通过逆变电路中的反馈二极管流入直流中间电路，使直流电压升高而产生过电压，这种过电压称为,泵升电压,。,电力晶体管,Vo,和能耗电阻,Ro,组成,泵升电压限制电路,。当泵升电压超过一定数值时，使,Vo,导通，把电动机反馈的能量消耗在,Ro,上。,47,第五节 交,-,直,-,交变频电路,一、,交,-,直,-,交电压型变频电路,图,7-50,可以再生制动的变频电路,增加一套,有源逆变电路,，以实现,再生制动,。,48,第五节 交,-,直,-,交变频电路,二、,交,-,直,-,交电流型变频电路,图,7-51,交,-,直,-,交电流型变频电路,晶闸管构成的,可控整流,电路，输出可控的直流电压,U,d,，实现,调压,功能；中间直流环节用,大电感,L,d,滤波；逆变器采用晶闸管构成的,串联二极管式电流型逆变电路,， 实现输出,频率的调节,。,49,第五节 交,-,直,-,交变频电路,二、,交,-,直,-,交电流型变频电路,图,7-52,电流型变频调速系统的两种运行状态,很容易实现,能量回馈,。,50,第五节 交,-,直,-,交变频电路,二、,交,-,直,-,交电流型变频电路,图,7-53,交,-,直,-,交电流型,PWM,变频电路,GTO,用的是,反向导电型,器件，因此，给每个,GTO,串联了二极管以承受反向电压。,电容,C,是为,吸收,GTO,关断时所产生的,过电压,而设置的，它也可以对输出的,PWM,电流波形起,滤波,作用。,若整流电路采用晶闸管，当电动机需要制动时，可以使整流部分工作在有源逆变状态，把电动机的机械能反馈给交流电网，从而实现快速制动。,51,第六节 交,-,交变频电路,交交变频电路是把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交,流电的变流电路，因为没有中间直流环节，因此属于,直接变频,电路,。交,-,交变频电路也叫,周波变流器,（,Cycloconverter,）,。,实,现,AC/AC,变换，主要应用于大功率交流电动机调速系统。,图,7-54,交,-,交变频电路框图,分类,按输出的相数，分为单相、两相和三相交交变频器,。,按输出波形可分为正弦波和方波变频器。,52,第六节 交,-,交变频电路,一、单相交,-,交变频电路,电路构成和基本工作原理,由,P,组和,N,组反并联的晶闸管相控整流电路构成，和直流电动机可逆调速用的四象限变流电路完全相同。,工作原理,P,组工作时，负载电流,i,o,为,正,，,N,组工作时，,i,o,为,负,。,两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频率的交流电。,改变两组变流器的,切换频率,，就可以改变输出频率,0,。,改变变流电路工作时的,控制角,，就可以改变交流输出电压的,幅值,。,图,7-55,原理电路及波形,53,第六节 交,-,交变频电路,一、单相交,-,交变频电路,为使,u,o,波形接近正弦波，可按正弦规律对,角进行调制。,在半个周期内让,P,组,角按正弦规律从,90,减到,0,或某个值,，再增加到,90,，每个控制间隔内的,平均输出电压,就按正弦规律从零增至最高，再减到零；另外半个周期可对,N,组进行同样的控制。,u,o,由若干段电源电压拼接而成，在,u,o,的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。,54,第六节 交,-,交变频电路,一、单相交,-,交变频电路,单相正弦波交,交变频电路,图,7-56,单相交,-,交变频器主电路,55,图,7-57,电感性负载时的输出波形,（,a,）,56,图,7-57,电感性负载时的输出波形,图,7-57(a),是电感性负载有最大输出电压时的波形，其周期为电网周,期的五倍，电流滞后电压，正反组均出现逆变状态。,当改变控制角时，即可改变输出幅值，降低输出时的电压波形如图,7-57(b),所示。,57,第六节 交,-,交变频电路,二、三相交,-,交变频电路,交交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，这种系统使用的是三相交交变频电路，三相交交变频电路是由,三组输出电压相位各差,120,的单相交交变频电路组成的,。,电路接线方式,公共交流母线进线方式,由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开,120,的单相交交变频电路构成。,电源进线通过进线电抗器接在,公共的交流母线,上。,因为电源进线端公用，所以三组的,输出端必须隔离,；为此，交流电动机的三个绕组必须拆开，共引出,6,根线。,主要用于,中等容量,的交流调速系统。,58,图,7-59,三相桥式交,-,交变频主电路（公共交流母线进线）,59,第六节 交,-,交变频电路,二、三相交,-,交变频电路,输出星形联结方式,三组输出端是,星形联结,，电动机的三个绕组也是,星形联结,，电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机只引出三根线即可。,因为三组输出联接在一起，其,电源进线必须隔离,，因此分别用三个变压器供电。,构成三相变频电路的六组桥式电路中，至少要有,不同输出相的两组桥中的四个晶闸管,同时导通才能构成回路，形成电流。,同一组桥内的两个晶闸管靠,双触发脉冲,保证同时导通，两组桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的宽度，以保证同时导通。,60,图,7-60,三相桥式交,-,交变频主电路（输出星形联结）,61,第六节 交,-,交变频电路,二、三相交,-,交变频电路,输出波形,图,7-61,三相桥式交,-,交变频电路电感性负载,u,相输出波形,62,第六节 交,-,交变频电路,三、变,-,变频器的特点,和交,-,直,-,交变频器相比，交,-,交变频器有以下优点：,只用,一次,变流，且使用电网换相，提高了变流效率。,可以方便地实现,四象限,工作。,低频时输出波形接近,正弦波,。,其主要缺点如下：,接线复杂，使用的晶闸管较多。由三相桥式变流电路组成的三相交,-,交变频器至少需要,36,只晶闸管。,受电网频率和变流电路脉波数的限制，,输出频率较低,。,采用相控方式，,功率因数较低,。,由于以上优缺点，交,-,交变频器主要用于,500kW,或,1000kW,以上，转速在,600r/min,以下的,大功率,、,低转速,的交流调速装置中。目前已在矿石破碎机、水泥球磨机、卷扬机、鼓风机及轧机主传动装置中获得了较多的应用。它既可用于异步电动机传动，也可用于同步电动机传动。,63,本章小结,换相方式,分为,自然换相,和,强迫换相,两大类，自然换相包括,电网换相,和,负载换相,两种，强迫换相包括,器件换相,和,脉冲换相,两种。,换相概念在晶闸管时代十分重要，全控型器件时代其重要性有所下降。,逆变电路分类方法,可按,换流方式,、,输出相数,、,直流电源的性质或用途,等分类。,按输出相数分为,单相,和,三相,两种。,按直流侧电源性质分类的方法，分为,电压型,和,电流型,两类。,主讲了由晶闸管构成的三相六拍,180,导电型和三相六拍,120,导电型逆变电路，两者均属脉冲幅度调制（,PAM,）型逆变电路。,64,本章小结,PWM,型逆变器有效地抑制谐波，改善输出波形，,调频,的同时可,调压,且动态响应好，成为逆变器的主流和方向。,PWM,的控制分,矩形波,调制和,正弦波,调制、,单极性,调制和,双极性,调制、,同步调制,和,异步调制,。在变频器的逆变电路中多采用双极性的正弦波调制、分段同步控制方式。,PWM,波形的生成技术从早期的模拟控制载波调制到广泛使用的数字控制再到谐波消除、跟踪控制等新的方式方法的不断涌现，使,PWM,型逆变器的性能不断改善和提高。,变频器分为,交,-,交,变频器和,交,-,直,-,交,变频器两种，前者为一次换能，一般采用电源电压换相，变频后的输出电压是由电源电压若干线段组合起来的。而后者则通过两次换能，即利用整流器和逆变器，逆变器一般采用强迫换相和负载换相。,65,