交直交变频电路基础

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1、第六章交-直-交变频电路基础第一节变频器的基本概念第四节全控型器件逆变器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)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。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

2、的储能元件来缓冲。6.1变频器的基本概念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。6.1变频器的基本概念2.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6.1变频器的基本概念2.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、S

3、4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，io逐渐减小，t2时刻降为零，之后io才反向并增大6.1变频器的基本概念2.变频器的工作原理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

4、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。6.1变频器的基本概念二.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

5、阻抗很大，类似于电流源。6.1变频器的基本概念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：6.1变频器的基本概念半周期内星形负载的等值电路为：6.1变频器的基本概念三.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、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。6.4全控型器件逆变器二.单相全桥式逆变器1.主电路2.工作过程及波形分析1和4一对，2和3另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通180°uo波形同半桥电路的uo，幅值高出一倍Um=Udio波形和半桥电路的io相

7、同，幅值增加一倍。当负载为感性时，V1、V4关断后，由VD2、VD3提供负载续流回路，电流过零时V2、V3导通；V2、V3关断后，由VD1、VD4提供负载续流回路，电流过零时V1、V4导通；6.4全控型器件逆变器三.三相桥式电压型逆变器反馈二极管用于提供负载滞后电流通路，可向电源反馈能量。反馈二极管与晶体管配合工作，在主开关元件关断后，同一相另一桥臂上的反馈二极管导通，为负载续流。6.4全控型器件逆变器三.三相桥式电压型逆变器PWM控制技术PWM(PulseWidthModulation)：脉宽调制脉宽