电力电子技术—— 电力电子设备

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1、第6章电力电子设备6.1通用变频器16.2软启动器26.3晶闸管交流调功器36.4不间断电源UPS46.5开关电源516.1.1通用变频器中的整流环节6.1.2通用变频器中的中间环节6.1.3通用变频器中的逆变环节<>6.1通用变频器通用变频器2日立6.1通用变频器：知名品牌变频器西门子ABB三菱安川福凌3交流异步电动机的转速n为式中f——定子电压频率（Hz）；p——极对数；s——转差率。变频调速是通过变频器向电机的定子输出一个电压，其频率可以连续地改变，从而达到调速的目的。采用变频调速的异步电动机的机械特性如图f1>f2>f3>f4>

2、f56.1通用变频器：基本原理4通用变频器多为交-直-交结构，把来自电网的工频交流电变换成负载所需的其它频率和电压的交流电，主要由整流器、中间环节、逆变器和控制电路组成。6.1通用变频器：基本原理56.1.1通用变频器中的整流环节整流电路分为可控整流电路和不可控整流电路两种。不可控整流电路由功率二极管组成，对于三相变频器一般采用三相桥式结构。整流输出的直流电压与电源电压成正比，如果电源相电压有效值为U，则输出直流电压（或输出电压平均值）为2.34U，随电源电压变化，不能随意调节。不可控整流电路简单，另一优点是输入电流和电源电压基本可保持

3、同相位。不可控整流器的输出端如果接电容滤波，输入电流不是正弦波，有较大的畸变，所以功率因数不为1。不可控整流电路66.1.1通用变频器中的整流环节在一些小容量的PAM变频器中，整流电路可以在不可控整流器的输出端接一个直流斩波器，起到调节整流电压的作用，斩波器的形式多为降压型。如图不可控整流电路加斩波器76.1.1通用变频器中的整流环节可控整流电路由晶闸管组成，一般为三相桥式全控电路，输出电压可以调节。如果改变控制角，可以使晶闸管电路工作在整流和逆变两种状态。逆变状态可以把中间电路中储存的能量回馈给电网。用一组晶闸管组成的整流电路可以作到

4、输出电压Ud改变方向，但输出电流Id不能改变方向，在Ud-Id平面上工作在第1、2象限。还有一种叫做可逆式的整流电路，主电路由两组三相桥式可控电路组成，两组整流桥都可以工作在整流和逆变两种状态，输出电压和输出电流均可正可负，可在Ud-Id平面上的4个象限工作。这种结构的整流电路用于电流型变频器，能量可以在电网和负载之间双向传递。可控整流电路86.1.1通用变频器中的整流环节电路结构及工作模式96.1.2通用变频器中的中间环节无论是哪种形式的整流电路，其输出电压和电流如果不加处理都有一定的波动，必须对其进行滤波才能提供给逆变器使用。对整流

5、输出的滤波是中间环节的一个重要任务。滤波元件可以是电容，也可以是电感，在整流电路的输出端并联电容进行滤波使逆变器的输入相当于接一个电压源，这种变频器因此叫做电压源型变频器。如果在整流电路的输出端串联电感滤波，逆变器输入端相当于接电流源，变频器也因之叫做电流源型。滤波元件决定电源形式106.1.2通用变频器中的中间环节电压源型滤波器电容的容量都很大，一般为多个电解电容串并联组成，所以在设备刚接通电源时会产生很大的瞬间充电电流，为限制这个电流，可采用多种措施，如图限制电容充电电流的措施11电流型滤波电路用电感进行滤波，其结构如图。电感的作用

6、使整流电路的输出电流保持恒定，相当于一个恒流源。电流型变频器的主要优点是可以使被驱动的异步电机工作在电动状态，也可以使电机工作在回馈制动状态，正因为如此，整流电路采用晶闸管可控整流。6.1.2通用变频器中的中间环节电流源型整流电路126.1.2通用变频器中的中间环节动力制动就是为电容上的过量的能量的释放寻找一个途径。具体方法是，在中间环节中接入一条支路，由一个全控型开关器件和一个能耗电阻组成。平时电子开关处于关断状态，制动支路不起作用，进入制动状态，当电容电压上升到某规定值时，电子开关VT导通，电容的能量经VT释放在制动电阻上。由于制动

7、电阻的功率和体积都较大，通常通过接线端子接在变频器的外部。动力制动制动电阻136.1.3通用变频器中的逆变环节三相输出的变频器的逆变电路尽管在开关元件的选用、电子开关的构成、控制方式等多个方面有很大的差异，但其逆变电路的基本拓扑结构都是一个三相桥式电路，有6个桥臂，每个桥臂为一个电力电子开关，如图电力电子开关可以直接采用全控型电力电子器件，如GTR、GTO、IGBT等，也可以采用晶闸管加辅助换流电路组成电子开关。146.1.3通用变频器中的逆变环节PAM控制方式该工作方式是在输出交流电的每一个周期中6个电子开关通断一次，通断的顺序为：1

8、→2→3→4→5→6→1。输出电压的波形为方波或阶梯波，电子开关的导通持续时间为120º或180º。120º导电和180º导电型的输出线电压和相电压的波形是不同的，第三章已作过较详细的介绍，不再赘述。三相交