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1、1第三章第三章 变频器的基本结构和工作原理变频器的基本结构和工作原理3.1 概述概述3.2 交交-直直-交交变频器变频器3.3 SPWM控制技术控制技术3.4 交交-交变频器交变频器23.1概述概述1、变频器是一种典型的采用了、变频器是一种典型的采用了变频技术变频技术的电动机驱动控制用的电动机驱动控制用电气设备电气设备2、变频器电路由、变频器电路由主电路主电路和和控制电路控制电路组成，其中主电路采用各组成，其中主电路采用各种种电力电子电路电力电子电路构成构成3、所谓电力电子电路是指利用电力电子器件对工业电能进行、所谓电力电子电路是指利用电力电子器件对工业电能进行变换和控制的大功率电子电路。由于
2、电力电子电路主要用来变换和控制的大功率电子电路。由于电力电子电路主要用来处理高电压大电流的电能，为了减少电路对电能的损耗，电处理高电压大电流的电能，为了减少电路对电能的损耗，电力电子器件通常工作于开关状态，因此电力电子电路实质上力电子器件通常工作于开关状态，因此电力电子电路实质上是一种是一种大功率开关电路大功率开关电路4、电力电子电路是变频技术的具体实现，包括、电力电子电路是变频技术的具体实现，包括整流电路整流电路（AC-DC转换电路）、转换电路）、斩波电路斩波电路（DC-DC转换电路）、转换电路）、逆变逆变电路电路（DC-AC转换电路）、转换电路）、交交-交变频电路交变频电路（AC-AC转换
3、电路转换电路33.2 交交-直直-交变频器交变频器一、概述一、概述1、交、交-直直-交变频器是现在最常使用的变频器，按直流环节的交变频器是现在最常使用的变频器，按直流环节的储能方式分为电压型变频器、电流型变频器，按输出电压的储能方式分为电压型变频器、电流型变频器，按输出电压的调制方式分为调制方式分为PWM控制方式、控制方式、PAM控制方式，目前广泛采用控制方式，目前广泛采用PWM方式变频器方式变频器2、交、交-直直-交变频器电路结构如图，其中交变频器电路结构如图，其中主电路主电路包括包括整流电路整流电路、中间电路中间电路、逆变电路逆变电路4二、整流电路二、整流电路1、概述、概述 整流电路（整流
4、电路（Rectifying Circuit）是一种将交流电能转换为直）是一种将交流电能转换为直流电能的电路流电能的电路2、分类、分类（1）按组成器件及控制能力：）按组成器件及控制能力：（a）不可控整流电路）不可控整流电路：整流器件由不可控功率二极管组成，：整流器件由不可控功率二极管组成，其直流整流电压和交流电源电压值之比固定不变其直流整流电压和交流电源电压值之比固定不变（b）半控整流电路）半控整流电路：整流器件由可控开关器件和二极管混合：整流器件由可控开关器件和二极管混合组成，负载电源极性不能改变，但电压平均值可以调节组成，负载电源极性不能改变，但电压平均值可以调节（c）全控整流电路）全控整流
5、电路：所有整流器件采用可控开关器件（：所有整流器件采用可控开关器件（SCR、GTR、GTO、IGBT等），其输出直流电压平均值及极性可等），其输出直流电压平均值及极性可以通过控制元件的导通状况调节，功率既可以由电源向负载以通过控制元件的导通状况调节，功率既可以由电源向负载传送，也可以由负载反馈给电源传送，也可以由负载反馈给电源3.2交交-直直-交变频器交变频器52、分类、分类（2）按交流电源相数：单相整流、三相整流）按交流电源相数：单相整流、三相整流（3）按电路结构）按电路结构：（a）零式电路）零式电路：指带零点或中性点的电路，又称半波电路：指带零点或中性点的电路，又称半波电路（b）桥式电路）
6、桥式电路：是由两个半波电路串联而成，又称全波电路：是由两个半波电路串联而成，又称全波电路（4）按控制方式：）按控制方式：（a）相控式电路）相控式电路：通过控制开关器件触发脉冲的相位来控制通过控制开关器件触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式（b）斩波式电路）斩波式电路：利用开关器件来实现通断控制，将直流电利用开关器件来实现通断控制，将直流电源电压断续加到负载上，通过通、断的时间变化来改变负载源电压断续加到负载上，通过通、断的时间变化来改变负载电压平均值，称为斩波控制方式电压平均值，称为斩波控制方式3.2交交-
7、直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路63、不可控整流电路、不可控整流电路（1）单相桥式整流电路）单相桥式整流电路（a）结构：）结构：4个二极管按桥式方式连接个二极管按桥式方式连接（b）工作原理过程）工作原理过程：0区间区间：A点电位高于点电位高于B点电位，点电位，VD1、VD4承受正向压降导通，承受正向压降导通，VD2、VD3承受反向压降而截止，承受反向压降而截止，电流电流id流通路径如图之流通路径如图之所示，所示，电流从电流从A+VD1RVD4B，由于由于VD1、VD4导通时管压降很小，导通时管压降很小，可忽略不计，故可以看做电源电压可忽略不计，故可以看做电源电压全部施加于负载电
8、阻全部施加于负载电阻R上，上，即输出电压即输出电压ud=uAB=u23.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路L1L2220V73、不可控整流电路、不可控整流电路（1）单相桥式整流电路）单相桥式整流电路（b）工作原理过程）工作原理过程： 2区间区间：B点电位高于点电位高于A点电位，点电位，VD2、VD3承受正向压降导通，承受正向压降导通，VD1、VD4承受反向压降而截止，承受反向压降而截止，电流电流id流通路径如图之流通路径如图之所示，所示，电流从电流从B+VD2RVD3A，由于由于VD2、VD3导通时管压降很小，导通时管压降很小，可忽略不计，故可以看做电源电压可忽略不计，故
9、可以看做电源电压全部施加于负载电阻全部施加于负载电阻R上，上，即输出电压即输出电压ud=uBA=-u23.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路L1L2220V83、不可控整流电路、不可控整流电路（2）三相桥式整流电路）三相桥式整流电路（a）概述）概述常用于三相交流电源供电的电力电子设备如变频器等常用于三相交流电源供电的电力电子设备如变频器等可将三相交流电压转换成直流电压可将三相交流电压转换成直流电压（b）结构）结构包括包括6个整流二极管个整流二极管VD1、VD3、 VD5阴极阴极连在一起，称共阴极组；连在一起，称共阴极组； VD2、VD4、 VD6阳极阳极连在一起，称共阳极
10、组连在一起，称共阳极组该三相变压器接法该三相变压器接法可消除高次谐波可消除高次谐波3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路93、不可控整流电路、不可控整流电路（2）三相桥式整流电路）三相桥式整流电路（c）电压波形）电压波形3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路103、不可控整流电路、不可控整流电路（2）三相桥式整流电路）三相桥式整流电路（d）工作原理）工作原理三相对称交流电源接入三相对称交流电源接入U、V、W后，在同一时刻后，在同一时刻共阴极组共阴极组阳极电位最高的那个二极管阳极电位最高的那个二极管优先导通，优先导通，共阳极组阴极电位最共阳极组阴极电位
11、最低的那个二极管低的那个二极管优先导通，且只有以上两个二极管同时导通优先导通，且只有以上两个二极管同时导通构成回路，其余构成回路，其余4个二极管承受反向电压而截止个二极管承受反向电压而截止若把三相交流电压一个周期若把三相交流电压一个周期6等分，每份所占相位角为等分，每份所占相位角为60，在任意一个在任意一个60相位角内始终有共阴极组和共阳极组各一个二相位角内始终有共阴极组和共阳极组各一个二极管同时处于导通状态，且任意一个二极管导通角都是极管同时处于导通状态，且任意一个二极管导通角都是120同一相上下桥臂的共阴极组和共阳极组二极管不能同时导通同一相上下桥臂的共阴极组和共阳极组二极管不能同时导通在
12、三相交流电压在三相交流电压自然换相点自然换相点（即任意两相电压波形交叉点即任意两相电压波形交叉点）同组二极管之间同组二极管之间换相换相导通导通（流过某流过某VD的电流迅速转移到其它的电流迅速转移到其它VD流通，此流通，此过程称为过程称为换相换相或或换流换流）3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路113、不可控整流电路、不可控整流电路（2）三相桥式整流电路）三相桥式整流电路（e）工作过程）工作过程0t1期间：期间：uWuUuV,W点电位最高，点电位最高，V点电位点电位最低，最低，VD5、VD6优先导通，电流从优先导通，电流从WVD5RVD6 V，忽略二极管，忽略二极管正向压
13、降，负载电阻正向压降，负载电阻R上电压上电压ud=uWV，VD5导通后使导通后使VD1、VD3阴极电位为阴极电位为uW而承受反向电压截止。而承受反向电压截止。同理同理VD6导通使导通使VD4、VD2截止截止3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路123、不可控整流电路、不可控整流电路（2）三相桥式整流电路）三相桥式整流电路（e）工作过程）工作过程t1t2期间：期间：刚过刚过t1，则，则uUuWuV,U点电位最高，点电位最高，V点电位最低，点电位最低，VD5与与VD1换相，换相，VD5截止，截止，VD1导通，导通，VD6仍旧导通，仍旧导通，即该期间即该期间VD1、VD6导通，
14、其余截止，导通，其余截止，电流从电流从UVD1RVD6 V，负载电阻负载电阻R上电压上电压ud=uUV3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路133、不可控整流电路、不可控整流电路（1）三相桥式整流电路）三相桥式整流电路（e）工作过程）工作过程t2t3期间：期间：刚过刚过t2，则，则uUuVuW,U点电位最高，点电位最高，W点电位最低，点电位最低，VD6与与VD2换相，换相，VD6截止，截止，VD2导通，导通，VD1仍旧导通，仍旧导通，即该期间即该期间VD1、VD2导通，其余截止，导通，其余截止，电流从电流从UVD1RVD2 W，负载电阻负载电阻R上电压上电压ud=uUW3
15、.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路143、不可控整流电路、不可控整流电路（1）三相桥式整流电路）三相桥式整流电路（e）工作过程）工作过程依此类推：依此类推：可得如图电压波形，负载电阻端电压可得如图电压波形，负载电阻端电压等于变压器二次绕组等于变压器二次绕组线电压的包络值线电压的包络值。VD导通状态顺序导通状态顺序：（VD5、VD6）（VD1、VD6）（VD1、VD2）（VD3、VD2）（VD3、VD4）（VD5、VD4）（VD5、VD6） ，共阴极组共阴极组VD1、VD3 、VD5在在t1、t3、t5每间隔每间隔120换相导通，换相导通，共阳极组共阳极组VD2、VD4
16、、VD6在在t2、t4、t6每间隔每间隔120换相导通换相导通6管按顺序管按顺序VD1VD2 VD3 VD4VD5 VD6每间隔每间隔60导通导通120相位角相位角3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路154、可控整流电路、可控整流电路（1）单相半波可控整流电路）单相半波可控整流电路（a）概述）概述 可控整流电路通常采用可控整流电路通常采用晶闸管作为整流器件，利用晶闸管作为整流器件，利用晶闸管的可控单向导电性，晶闸管的可控单向导电性，通过改变其通过改变其控制角控制角产生大小产生大小可调的输出直流电压，可调的输出直流电压，是相控式整流电路是相控式整流电路（b）结构）结构VT
17、：晶闸管：晶闸管R：电阻性负载：电阻性负载电阻负载的特点：电压与电流电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同成正比，两者波形相同3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路164、可控整流电路、可控整流电路（1）单相半波可控整流电路）单相半波可控整流电路（c）工作原理过程）工作原理过程0t1期间：期间：u2上正下负，上正下负，VT承受正向电压，承受正向电压，G极无触发信号，极无触发信号，VT截止，截止，负载电压负载电压ud=0t1期间：期间：u2上正下负，上正下负， t1时刻触发时刻触发VT导通，负载电压导通，负载电压ud=u2t=时刻：时刻：u2=0，VT过零关断截止过
18、零关断截止2期间：期间：u2上负下正，上负下正，VT承受反向电压承受反向电压处于截止状态处于截止状态3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路174、可控整流电路、可控整流电路（1）单相半波可控整流电路）单相半波可控整流电路（d）相关术语）相关术语触发角（控制角）触发角（控制角）从晶闸管开始承受正向电压起到从晶闸管开始承受正向电压起到施加触发脉冲止的电角度施加触发脉冲止的电角度导通角导通角晶闸管在一个电源周期中处于晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度通态的电角度移相移相改变控制角大小的过程改变控制角大小的过程移相范围移相范围使输出电压从零到最大值所对应使输出电压从零到最大值
19、所对应的控制角变化范围的控制角变化范围 ：0 ， ： 0，+ = 3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路184、可控整流电路、可控整流电路（1）单相桥式半控整流电路）单相桥式半控整流电路（a）结构）结构VT1、VT3：晶闸管，其：晶闸管，其G极极连接在一起，触发信号连接在一起，触发信号ug同时同时送到两个送到两个G极极VD2、VD4：二极管：二极管R：电阻性负载：电阻性负载移相范围移相范围： ：0 3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路t1t2t3t4194、可控整流电路、可控整流电路（1）单相桥式半控整流电路）单相桥式半控整流电路（b）工作原理过程
20、）工作原理过程0t1期间：期间：u2上正下负，无触发信号上正下负，无触发信号ug ，VT1截止，截止，VD4不导通不导通t1t2期间：期间：u2上正下负，上正下负，t1时刻产生触发时刻产生触发信号信号ug ，VT1导通，导通，VT3承受承受反向电压截止，反向电压截止，VD4随后导通，随后导通，电流从电流从a+VT1RVD4bT2时刻：时刻：U2电压为电压为0，VT1过零关断截止过零关断截止3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路t1t2t3t4204、可控整流电路、可控整流电路（1）单相桥式半控整流电路）单相桥式半控整流电路（b）工作原理过程）工作原理过程t2t3期间：期间
21、：u2上负下正，无触发信号上负下正，无触发信号ug ，VT3截止，截止，VD2不导通不导通t3t4期间：期间：u2上负下正，上负下正，t3时刻产生触发时刻产生触发信号信号ug ，VT3导通，导通，VT1承受承受反向电压截止，反向电压截止，VD2随后导通，随后导通，电流从电流从b+VT3RVD2aT4时刻：时刻：U2电压为电压为0，VT3过零关断截止过零关断截止3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路t1t2t3t4214、可控整流电路、可控整流电路（2）三相桥式全控整流电路）三相桥式全控整流电路（a）结构）结构包括包括6个晶闸管个晶闸管VT1、VT3、 VT5阴极阴极连在一
22、起，称共阴极组；连在一起，称共阴极组； VT2、VT4、 VT6阳极阳极连在一起，称共阳极组连在一起，称共阳极组R：电阻性负载：电阻性负载3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路ud1ud2224、可控整流电路、可控整流电路（2）三相桥式全控整流电路）三相桥式全控整流电路（b）工作原理过程）工作原理过程三相交流电压自然换相点是各三相交流电压自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角将其作为计算各晶闸管触发角的起点，即的起点，即=0移相范围移相范围： ：0 120当当 6060 时，时，i id d波形与波形与u ud
23、 d波形波形形状一样均连续形状一样均连续当当 60 时，时，ud波形每波形每60 中有中有一段为零，一段为零，ud波形不能出现负值波形不能出现负值当当=120 时，时， ud为为0其余过程类似其余过程类似三相桥式不可控整流电路三相桥式不可控整流电路3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路ud1ud2234、可控整流电路、可控整流电路（2）三相桥式全控）三相桥式全控 整流电路整流电路（b）工作原理过程）工作原理过程当当=0时，时，ud为线电压为线电压在正半周的包络线在正半周的包络线3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路244、可控整流电路、可控整流电路（
24、2）三相桥式全控整流电路）三相桥式全控整流电路（b）工作原理过程）工作原理过程当当=30时，晶闸管起始导通时刻推迟了时，晶闸管起始导通时刻推迟了30 ，组成，组成ud的每一的每一段线电压因此推迟段线电压因此推迟30 ，ud平均值降低平均值降低3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路254、可控整流电路、可控整流电路（2）三相桥式全控整流电路）三相桥式全控整流电路（b）工作原理过程）工作原理过程当当=60时，时， ud波形波形中每段线电压的波形中每段线电压的波形继续向后移，继续向后移，ud平均值继续降低。平均值继续降低。ud出现了零点出现了零点3.2交交-直直-交变频器交变频
25、器 二、整流电路二、整流电路264、可控整流电路、可控整流电路（2）三相桥式全控整流电路）三相桥式全控整流电路（b）工作原理过程）工作原理过程当当 60 时，因为时，因为id与与ud一致，一旦一致，一旦ud降为至零，降为至零，id也降也降至零，晶闸管关断，至零，晶闸管关断，输出整流电压输出整流电压ud为零，为零，ud波形不能波形不能出现负值出现负值3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路=90274、可控整流电路、可控整流电路（2）三相桥式全控整流电路）三相桥式全控整流电路（c）工作特点）工作特点每个时刻均需每个时刻均需共阴极组和共阳极组各共阴极组和共阳极组各1个个晶闸管同
26、时导通，晶闸管同时导通，形成供电回路，且不能为同一相器件。器件换相在本组进行形成供电回路，且不能为同一相器件。器件换相在本组进行晶闸管导通状态顺序：（晶闸管导通状态顺序：（VT1、VT6）（VT1、VT2）（VT3、VT2）（VT3、VT4）（VT5、VT4）（VT5、VT6）U Ud d为线电压的一部分，一周期脉动为线电压的一部分，一周期脉动6 6次，每次脉动的波形都次，每次脉动的波形都一样，故该电路为一样，故该电路为6 6脉波整流电路脉波整流电路3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路284、可控整流电路、可控整流电路（2）三相桥式全控整流电路）三相桥式全控整流电路（c
27、）对触发脉冲要求）对触发脉冲要求晶闸管触发导通顺序：晶闸管触发导通顺序：VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，相位，相位依次差依次差60 ，每个晶闸管导通角均为，每个晶闸管导通角均为120 共阴极组共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差的脉冲依次差120 ，共阳极组，共阳极组VT2、VT4、VT6也依次差也依次差120 同一相的上下两个桥臂，即同一相的上下两个桥臂，即VT1与与VT4，VT3与与VT6，VT5与与VT2，脉冲相差，脉冲相差180 要使电路正常工作，需保证应同时导通的要使电路正常工作，需保证应同时导通的2个晶闸管均有脉个晶闸管均有脉冲，常用的方法有两种：冲，常用的方
28、法有两种：单宽脉冲：使脉冲宽度大于单宽脉冲：使脉冲宽度大于60 （可取（可取80 100 ）小于）小于120 双窄脉冲：触发一个晶闸管时向前一晶闸管补发脉冲，常用双窄脉冲：触发一个晶闸管时向前一晶闸管补发脉冲，常用3.2交交-直直-交变频器交变频器 二、整流电路二、整流电路29三、斩波电路三、斩波电路1、概述、概述（1）又称直流）又称直流-直流变换电路。是将直流电变换为另一固定电直流变换电路。是将直流电变换为另一固定电压或可调电压的直流电。压或可调电压的直流电。（2）可用于直流开关稳压电源、直流电动机调速控制等）可用于直流开关稳压电源、直流电动机调速控制等2、分类、分类（1）按功能）按功能 分
29、为：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、分为：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、斩波电路、Sepic斩波电路和斩波电路和Zeta斩波电路斩波电路（2）按调压控制方式）按调压控制方式（a）脉冲宽度调制（）脉冲宽度调制（PWM）：控制脉冲周期不变，改变脉）：控制脉冲周期不变，改变脉冲宽度调压。常用。故冲宽度调压。常用。故斩波控制斩波控制也称为也称为脉宽调制脉宽调制（b）脉冲频率调制（）脉冲频率调制（PFM）：控制脉冲宽度不变，改变脉冲）：控制脉冲宽度不变，改变脉冲周期调压。周期调压。3.2交交-直直-交变频器交变频器303、斩波电路基本工作原理、斩波电路基本工作原
30、理（1）S为理想开关，当为理想开关，当S在在ton期间闭合时，输出电压期间闭合时，输出电压uo=E（2）当）当S在在toff期间断开时，输出电压期间断开时，输出电压uo=0（3）当）当S交替通断，在负载上就可得到直流脉冲方波电压交替通断，在负载上就可得到直流脉冲方波电压（4）负载电压的平均值为：）负载电压的平均值为：式中，式中，T T为开关周期为开关周期T=tT=tonon+t+toffoff，称为占空比称为占空比（5 5）改变）改变占空比调压占空比调压（a a）T T不变，变不变，变t tonon：脉冲宽度调制：脉冲宽度调制（b b）t tonon不变，变不变，变T T：脉冲脉冲频率调制频率
31、调制3.2交交-直直-交变频器交变频器 三、斩波电路三、斩波电路313、降压斩波电路、降压斩波电路（1）电路结构）电路结构VT可用晶闸管或全控型自关断器件可用晶闸管或全控型自关断器件VD为续流二极管，为续流二极管，L电感电感E直流电源，直流电源，RL负载负载（2）工作原理过程）工作原理过程（a）VT基极加控制脉冲基极加控制脉冲Ub，通过控制通过控制VT通断调节输出电压通断调节输出电压（b）当）当Ub为高电平，为高电平，VT导通，导通，E产生的电流经产生的电流经VT、L、RL，流过，流过L电流突然增加时，电流突然增加时， L产生左正右产生左正右负电动势阻碍电流负电动势阻碍电流I增加同时增加同时储
32、存能量，储存能量，I缓慢增大缓慢增大3.2交交-直直-交变频器交变频器 三、斩波电路三、斩波电路323、降压斩波电路、降压斩波电路（2）工作原理过程）工作原理过程（c）当）当Ub为低电平，为低电平，VT关断，关断，流过流过L的电流突然减小，的电流突然减小，L马上产生马上产生左负右正的电动势阻碍左负右正的电动势阻碍I的变化，的变化，该电动势产生电流途径：该电动势产生电流途径：L右正右正RLVDL左负，左负，使使L释放能量，该电流逐渐减小释放能量，该电流逐渐减小（d）U0电压平均值：电压平均值：又称降压比，且又称降压比，且1，则，则U0 E3.2交交-直直-交变频器交变频器 三、斩波电路三、斩波电
33、路333、降压斩波电路、降压斩波电路（2）工作原理过程）工作原理过程（e）当采用）当采用PWM控制方式，控制方式，脉冲周期不变宽度变窄，脉冲周期不变宽度变窄，VT导通时间导通时间ton变短，变短， U0下降下降（f）当采用）当采用PFM控制方式，控制方式，脉冲宽度不变周期脉冲宽度不变周期T变长，单位时间变长，单位时间内内VT导通时间相对变短，导通时间相对变短，U0下降下降3.2交交-直直-交变频器交变频器 三、斩波电路三、斩波电路343、升压斩波电路、升压斩波电路（1）电路结构）电路结构如图：如图：（2）工作原理过程）工作原理过程（a） VT基极加控制脉冲基极加控制脉冲Ub，通过控制，通过控制
34、VT通断调节输出电压通断调节输出电压（b）当）当Ub为高电平，为高电平，VT导通，导通，E产生的电流经产生的电流经L、 VT，流，流过过L电流突然增加时，电流突然增加时， L产生左正右负电动势阻碍电流产生左正右负电动势阻碍电流I增增加同时储存能量加同时储存能量（c）当）当Ub为低电平，为低电平，VT关断，流过关断，流过L的电流突然减小，的电流突然减小，L马马上产生左负右正的电动势与上产生左负右正的电动势与E 叠加，通过叠加，通过VD向电容向电容C充得充得上正下负电压上正下负电压U0（d） Ub为高电平时间越长，流过为高电平时间越长，流过L电流时间越长，储能越多，电流时间越长，储能越多，VT关断
35、时产生的电动势越高，对关断时产生的电动势越高，对C充电电压越高，充电电压越高， U0越大越大 3.2交交-直直-交变频器交变频器 三、斩波电路三、斩波电路353、升压斩波电路、升压斩波电路（2）工作原理过程）工作原理过程（e） U0电压平均值：电压平均值：T/toff称为升压比，且称为升压比，且T/toff1，则，则U0 E（f）同理当采用）同理当采用PWM或或PFM控制方式，可调整输出电压大控制方式，可调整输出电压大小小3.2交交-直直-交变频器交变频器 三、斩波电路三、斩波电路364、升降压斩波电路、升降压斩波电路（1）电路结构）电路结构如图：如图：（2）工作原理过程）工作原理过程（a）V
36、T基极加控制脉冲基极加控制脉冲Ub，通过控制，通过控制VT通断调节输出电压通断调节输出电压（b）当）当Ub为高电平，为高电平，VT导通，导通，E产生的电流经产生的电流经VT、L，流过，流过L电流突然增加时，电流突然增加时， L产生上正下负电动势阻碍电流产生上正下负电动势阻碍电流I增加增加同时储存能量同时储存能量（c）当）当Ub为低电平，为低电平，VT关断，流过关断，流过L的电流突然减小，的电流突然减小，L马马上产生上负下正的电动势经上产生上负下正的电动势经VD对电容对电容C充得上负下正电压充得上负下正电压UO，同时也有电流流过负载，同时也有电流流过负载RL（d） Ub为高电平时间越长，流过为高
37、电平时间越长，流过L电流时间越长，储能越多，电流时间越长，储能越多，VT关断时产生的上负下正电动势越高，对关断时产生的上负下正电动势越高，对C充电电压越高，充电电压越高， U0越大越大 3.2交交-直直-交变频器交变频器 三、斩波电路三、斩波电路374、升降压斩波电路、升降压斩波电路（2）工作原理过程）工作原理过程（e）U0电压平均值：电压平均值：由若由若ton/toff1，则，则U0 E，电路为升压斩波电路，电路为升压斩波电路由若由若ton/toff1，则，则U0 uc时器件导时器件导通产生脉冲，当通产生脉冲，当ur uc时器件导通产生脉冲，时器件导通产生脉冲，当当ur uc时器件关断无输出
38、脉冲时器件关断无输出脉冲在正弦调制波负半周：在正弦调制波负半周：当当ur uc时器件关断无输出脉冲时器件关断无输出脉冲3.3SPWM控制技术控制技术 二、二、PWM技术技术954、SPWM波形生成方法波形生成方法（2）调制法调制法（d）双极性调制）双极性调制定义定义：在正弦调制波：在正弦调制波半个周期内，三角载波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，在正负极性之间连续变化，则则SPWM波也是在正负波也是在正负极性之间变化。极性之间变化。相应的相应的SPWM波称为波称为双极性双极性SPWM波波如图在调制波如图在调制波ur一个一个周期内输出的周期内输出的SPWM波波只有只有Ud两种电平两种电
39、平3.3SPWM控制技术控制技术 二、二、PWM技术技术964、SPWM波形生成方法波形生成方法（2）调制法调制法（d）双极性调制）双极性调制工作过程工作过程：在在ur和和uc交点时刻控制电路交点时刻控制电路中开关器件通断从而得到中开关器件通断从而得到双极性双极性SPWM波波在正弦调制波整个周期：在正弦调制波整个周期：当当ur uc时器件导通产生正脉冲，时器件导通产生正脉冲，当当ur uc时，控制时，控制VT4导通，导通，输出电压输出电压uo=Ud当当uruc时，控制时，控制VT4关断，关断，负载电流负载电流i0通过通过VT1和和VD3续流，续流，输出电压输出电压uo=03.3SPWM控制技术
40、控制技术 三、三、PWM逆变电路逆变电路1082、单相桥式、单相桥式PWM逆变电路逆变电路（2）工作原理）工作原理（a）单极性调制方式）单极性调制方式在在ur的负半周的负半周VT2保持导通，保持导通，VT1、VT4截止，截止，VT3交替通断交替通断当当uruc时，控制时，控制VT3关断，关断，负载电流负载电流i0通过通过VT2和和VD4续流，续流，输出电压输出电压uo=0控制调制波控制调制波ur幅值和频率，就能控制幅值和频率，就能控制电路输出电压的幅值和频率电路输出电压的幅值和频率3.3SPWM控制技术控制技术 三、三、PWM逆变电路逆变电路1092、单相桥式、单相桥式PWM逆变电路逆变电路（
41、2）工作原理）工作原理（b）双极性调制方式）双极性调制方式在在ur一个周期内一个周期内当当uruc时，时，VT1和和VT4加导通加导通信号，信号，VT2和和VT3关断，关断，如如io0，则，则VT1和和VT4导通，导通，如如io0，则，则VD1和和VD4导通续流，导通续流，不管哪种情况都是不管哪种情况都是uo=Ud3.3SPWM控制技术控制技术 三、三、PWM逆变电路逆变电路1102、单相桥式、单相桥式PWM逆变电路逆变电路（2）工作原理）工作原理（b）双极性调制方式）双极性调制方式在在ur一个周期内一个周期内当当uruc时，时，VT2和和VT3加导通加导通信号，信号，VT1和和VT4关断，关
42、断，如如io0，则，则VD2和和VD3导通续流，导通续流，不管哪种情况都是不管哪种情况都是uo=-Ud控制调制波控制调制波ur幅值和频率，就能幅值和频率，就能控制电路输出电压的幅值和频率控制电路输出电压的幅值和频率3.3SPWM控制技术控制技术 三、三、PWM逆变电路逆变电路111调制电路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4ucV6VD6V5VD5VUWNNC+C+urUurVurW2Ud2UdVT1VT4VT3VT6VT5VT2R L3、三相桥式、三相桥式PWM逆变电路逆变电路（1）电路结构）电路结构VT1VT4：全控型开关器件，：全控型开关器件， VD1VD4：续流二极管：续流二极管R
43、L：阻感性负载：阻感性负载3.3SPWM控制技术控制技术 三、三、PWM逆变电路逆变电路电路只能选用电路只能选用双极性调制。双极性调制。三相的三相的PWM控控制公用三角载制公用三角载波波uc，三相的调，三相的调制信号制信号urU、urV和和urW依次相差依次相差1201123、三相桥式、三相桥式PWM逆变电路逆变电路（2）工作原理）工作原理U、V、W三相开关器件的控制规律相同，现以三相开关器件的控制规律相同，现以U相为例说明相为例说明（a）当当urUuc时，给时，给VT1导通信号，给导通信号，给VT4关断信号，关断信号，uUN=Ud/2（b）当当urUUA，触发触发VT2导通后使导通后使VT1
44、承受承受反压而自动关断反压而自动关断3.4 交交-交变频器交变频器 二、交二、交-交变频电路交变频电路1387、交、交-交变频电路触发脉冲产生原理交变频电路触发脉冲产生原理（1）概述）概述 交交-交变频电路要产生近似正弦波输出，要求各组晶闸管交变频电路要产生近似正弦波输出，要求各组晶闸管控制角按正弦规律变化，则须采取适当的触发方式和触发控制角按正弦规律变化，则须采取适当的触发方式和触发脉冲产生方法脉冲产生方法（2）波形交叉法）波形交叉法（a）基本原理）基本原理采用两种波形交叉，其交点即为触发脉冲产生时刻采用两种波形交叉，其交点即为触发脉冲产生时刻一种是调制波（同步波），必须与电源电压同步，可用
45、余一种是调制波（同步波），必须与电源电压同步，可用余弦波、三角波等。常用余弦波弦波、三角波等。常用余弦波一种是控制波，用于控制触发角一种是控制波，用于控制触发角按正弦规律变化，可用按正弦规律变化，可用正弦波、矩形波等。常用正弦波正弦波、矩形波等。常用正弦波实际以实际以余弦波为调制波、正弦波为控制波交叉效果最好，余弦波为调制波、正弦波为控制波交叉效果最好，故又称余弦交叉法故又称余弦交叉法3.4 交交-交变频器交变频器 二、交二、交-交变频电路交变频电路1397、交、交-交变频电路触发脉冲产生原理交变频电路触发脉冲产生原理（2）波形交叉法）波形交叉法（b）工作过程）工作过程图图a虚线为电源电压波形
46、，粗实线是输出电压波形虚线为电源电压波形，粗实线是输出电压波形图图b为同步波和控制波交叉产生交点，图为同步波和控制波交叉产生交点，图c为触发脉冲为触发脉冲图中交叉点与触发脉冲、晶闸管导通时刻一一对应。如：图中交叉点与触发脉冲、晶闸管导通时刻一一对应。如：交点交点1使使A相晶闸管导通，交点相晶闸管导通，交点2使使B相晶闸管导通，相晶闸管导通， 触发角触发角随交点时刻按正弦规律变化随交点时刻按正弦规律变化输出频率不能等于输出频率不能等于输入频率，否则输入频率，否则不会产生交点不会产生交点3.4 交交-交变频器交变频器 二、交二、交-交变频电路交变频电路140三、交三、交-交变频器交变频器 目前常用
47、的交目前常用的交-交变频器是一种正弦波输出的电压型三相交变频器是一种正弦波输出的电压型三相交交-交变频器，具有以下特点：交变频器，具有以下特点：1、优点、优点（1）效率较高，不要中间直流环节，属于一级方能装置，）效率较高，不要中间直流环节，属于一级方能装置，采用电网电压使晶闸管关断进行自然换相，不需消耗能量采用电网电压使晶闸管关断进行自然换相，不需消耗能量的换相回路，系统损耗小的换相回路，系统损耗小（2）易于在电源和负载之间进行功率交换，可以四象限运）易于在电源和负载之间进行功率交换，可以四象限运行，扩大应用范围行，扩大应用范围（3）运行于低频区域时输出电压波形好，谐波分量小，电）运行于低频区
48、域时输出电压波形好，谐波分量小，电动机损耗小，基本无脉动转矩动机损耗小，基本无脉动转矩3.4 交交-交变频器交变频器1412、缺点、缺点（1）输出频率较低，受电网频率限制，一般为电网频率的）输出频率较低，受电网频率限制，一般为电网频率的1/31/2，超过此范围谐波分量增大，只适于低速运行，超过此范围谐波分量增大，只适于低速运行（2）所用晶闸管数量多，投资大，触发电路多，系统复杂）所用晶闸管数量多，投资大，触发电路多，系统复杂（3）采用相位控制方式，功率因数低，特别是低速运行要）采用相位控制方式，功率因数低，特别是低速运行要求降低电压，功率因数更低，对电网不利求降低电压，功率因数更低，对电网不利3、应用、应用 主要用于低速传动和大功率场合，如大型轧钢机、主要用于低速传动和大功率场合，如大型轧钢机、矿井提升机、大型球磨机等。今后发展方向是采用矩阵式矿井提升机、大型球磨机等。今后发展方向是采用矩阵式变频器变频器3.4 交交-交变频器交变频器 三、交三、交-交变频器交变频器
