交-直-交变频电路基础

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1、第六章交-直-交变频电路基础6.1变频器的基本概念6.4全控型器件逆变器6.5PWM控制技术6.1变频器的基本概念一.变频器的基本工作原理1.变频器的电路构成整流器:将固定频率和电压的交流电能整流为直流电能,可以是不可控的，也可以是可控的。滤波器:将脉动的直流量滤波成平直的直流量,可以对直流电压滤波(用电容),也可以对直流电流滤波(用电感)因为逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载，无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会为1，总会有无功功率的交换，要靠中间直流环节的储能元件来缓冲。整流器输

2、入AC滤波器逆变器DCDCAC输出变频器的电路构成逆变器:将直流电能逆变为交流电能,直接供给负载,它的输出频率和电压均与交流输入电源无关,称为无源逆变器。它是变频器的核心。整流器输入AC滤波器逆变器DCDCAC输出变频器的基本工作原理2.变频器的工作原理以单相桥式逆变电路为例S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。用可控开通，可控关断的电力电子开关，切换电流方向，将直流电能转换成交流电能。a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2负载îíì改变对负载的供电电压改变对负载

3、的供电频率对变频器的要求：变频器的工作原理S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负变频器的工作原理改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同。阻感负载工作过程分析：t1前：S1、S4通，uo和io均为正。t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，uo变负，但io不能立刻反向。io从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感能量向电源反馈，i

4、o逐渐减小，t2时刻降为零，之后io才反向并增大a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2负载变频器的工作原理3.变频器常用的调压方法:可控整流器调压：根据负载对变频器输出电压的要求，通过可控整流器实现对变频器输出电压的调节。直流斩波器调压：采用不可控整流器，保证变频器电源侧有较高的功率因数，在直流环节中设置直流斩波器完成电压调节。逆变器自身调压：采用不可控整流器，通过逆变器自身的电子开关进行斩波控制，使输出电压为脉冲列。改变输出电压脉冲列的脉冲宽度，便可达到调节输出电压的目的。这种方法称

5、为脉宽调制(PulseWidthModulation--PWM)根据调制波形的不同，可分为：单脉冲调制：在输出电压波形的半周期内只有一个脉冲。多脉冲调制：在输出电压波形的半周期内有多个脉冲。正弦波脉宽调制：在输出电压波形的半周期内为多脉冲调制，而且每个脉冲的宽度按正弦规律变化。二.变频器中逆变器的基本类型1.按直流输入端滤波器分类电压型逆变器：电流型逆变器：中间直流环节采用大电容作为滤波器，逆变器的输入电压平直且电源阻抗很小，类似于电压源。中间直流环节采用大电感作为滤波器，逆变器的输入电流平直且电源阻

6、抗很大，类似于电流源。2.按电子开关的开关频率分类：半周期内星形负载的等值电路为：N+V1V4V5ZZZABCE-V3V6V2u2uaubucOwtZZZABCZZZZZZ+-E+-E+-EABCABC0060~000120~6000180~120按电子开关的开关频率分类半周期内星形负载的等值电路为：行。在同一组相邻桥臂上进个电子开关导通，换流任何时刻都有2N+V1V4V5ZZZABCE-V3V6V2u2uaubucOwtZZZABCZZZZZZ+-E+-E+-EABCABC0060~000120~6

7、000180~120三.逆变器中的电子开关1.逆变器对电子开关的要求：对正向电流既能控制开通，又能控制关断。高开关速度和低能量损耗。有足够的电压和电流定额。提供滞后电流通路。采用逆导型电力电子开关(由单向导电电子开关与开关二极管反并联而成)2.器件换流方式：电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称换相自换流型：采用全控型器件。强迫换流：附加强迫换流环节实现晶闸管的关断。负载换流：利用负载电流自然过零实现晶闸管的关断。6.4全控型器件逆变器一.单相半桥式逆变器1.主电路2.工作过程及波形分析V1和V2

8、栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补，输出电压uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2V1或V2通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供能量；VD1或VD2通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈。VD1、VD2称为反馈二极管,它又起着使负载电流连续的作用，又称续流二极管。+-RLa)ttOO导通元件b)UdiouoV1V2VD1VD2uoUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2Ud2Ud2C1C212CC