电力电子技术(西电第二版)第6章变频电路

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1、第6章变频电路6.1变频电路的基本工作原理6.2谐振式变频电路6.3三相桥式变频电路6.4交—交变频电路6.5脉宽调制型变频电路6.1变频电路的基本工作原理6.1.1单相输出交—直—交变频电路图6-1(a)所示为单相桥式变频电路。图中UD为通过整流电路将交流电整流而得的直流电源，晶闸管V1、V4称为正组，V2、V3称为反组。当控制电路使V1、V4导通，V2、V3关断时，在输出端获得正向电压uo；当控制电路使V2、V3导通，V1、V4关断时，输出端获得反向电压uo，即交替导通正组、反组的晶闸管，并且改变其导通、关断的频率，就可在输出端获得频率不同的方波，其输出波形如图6-1(b)所示。图6-1单

2、相输出交—直—交变频电路(a)电路；(b)输出电压6.1.2单相输出交—交变频电路单相输出交—交变频电路如图6-2(a)所示。该电路由具有相同特征的两组晶闸管整流电路反并联构成，将其中一组整流器称为正组整流器；另外一组称为反组整流器。如果正组整流器工作，反组整流器被封锁，负载端输出电压为上正下负；如果反组整流器工作，正组整流器被封锁，则负载端得到输出电压为上负下正。这样，只要交替地以低于电源频率切换正、反组整流器的工作状态，则在负载端就可以获得交变的输出电压。图6-2单相输出交—交变频电路及波形(控制角不变)(a)电路；(b)输出电压如果在一个周期内控制角α是固定不变的，则输出电压波形为矩

3、形波，如图6-2(b)所示。矩形波中含有大量的谐波，对电机的工作不利。如果控制角α不固定，在正组工作的半个周期内让控制角α按正弦规律从90°逐渐减小到0°，再由0°逐渐增加到90°，那么正组整流电路输出电压的平均值就按正弦规律变化。控制角从零增大到最大，然后从最大减小到零，变频电路输出波形如图6-3所示(三相交流输入)。图6-3交—交变频电路的输出波形(控制角变化)6.1.3两种变频电路的比较1．优点(1)只有一次变流，且利用电网电源进行换流，不需要另接换流元件，提高了变流效率。(2)可以很方便地实现四象限工作。(3)低频时输出波形接近正弦波。2．缺点(1)接线复杂，使用的晶闸管数目多。(2

4、)受电网频率和交流电路各脉冲数的限制，输出频率低。(3)采用相控方式，功率因数较低。6.2谐振式变频电路6.2.1并联谐振式变频电路图6-4所示电路即为并联谐振变频电路的主电路。图6-4并联谐振式变频电路图6-5所示为变频电路工作时晶闸管的换流过程。图6-5并联谐振式变频电路(a)V1、V4触发；(b)换流；(c)V2、V3导通当晶闸管V1、V4触发时，负载L得到左正右负的电压，负载电流io的流向如图6-5(a)中虚线所示。由于负载上并联了换流电容C，L和C形成的并联电路可近似工作在谐振状态，负载呈容性，使io超前负载电压uo一个角度f，负载中电流及电压波形如图6-6所示。图6-6并联谐振式

5、逆变电路工作波形根据上述分析，为保证变频电路可靠换流，必须在中频电压uo过零前的tf时刻去触发V2及V3，tf应满足下式要求：(6-1)式中，Kf为大于1的系数，一般取2～3；tf称为触发引前时间。　　负载的功率因数角j由负载电流与电压的相位差决定，从图6-6可知6.2.2串联谐振式变频电路图6-7所示为串联谐振式变频电路，其直流侧采用不可控整流电路和大电容滤波，从而构成电压源型变频电路。该电路为了续流，设置了反并联二极管VD1～VD4。补偿电容C和负载电感线圈构成串联谐振电路。为了实现负载换流，要求补偿以后的总负载呈容性，即负载电流io超前负载电压uo的变化。图6-7串联谐振式变频电路当

6、电路工作时，变频电路频率接近谐振频率，故负载对基波电压呈现低阻抗，基波电流很大；而对谐波分量呈现高阻抗，谐波电流很小，所以负载电流基本为正弦波。另外，还要求电路工作频率低于电路的谐振频率，以使负载电路呈容性，则负载电流io超前电压uo，以实现换流。　　图6-8所示为串联谐振式变频电路工作波形。图6-8串联谐振式变频电路工作波形6.3三相桥式变频电路6.3.1电压源型桥式变频电路电压源型桥式变频电路如图6-9所示。图中，用六个大功率晶体管(GTR)作为可控元件，V1与V4、V3与V6、V5与V2构成三对桥臂；二极管VD1～VD6为续流二极管。图6-9电压源型三相桥式变频电路下面分析各相负载相电

7、压和线电压波形。设负载为星形连接，三相负载对称，中性点为N。　　图6-10所示为电压源型三相桥式变频电路的工作波形。图6-10电压源型三相桥式变频电路工作波形为了分析方便，将一个工作周期分成六个区域。　　在0＜ωt≤π/3区域，给电力晶体管V1、V2、V3加有控制脉冲，即ug1＞0，ug2＞0，ug3＞0，使V1、V2、V3同时导通，此时A、B两点通过导通的V1、V3相当于同时接在电源的正极，