项目6 变频器的设计与调试.pptx

单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级项目6变频器的设计与调试单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级变频调速已被公认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一，采用变频器构成变频调速传动系统可以提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等。用户可以根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。正确选择变频器对于传动控制系统的正常运行非常关键。项目导入单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级学习目标1 通过变频器的典型应用，熟悉变频器的特性2 掌握逆变电路的工作原理3 掌握交-直-交变频、交-交变频的工作原理4掌握PWM变频电路的工作原理单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级项目6 变频器的设计与调试任务1变频器的设计单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级任务解析任务解析通过完成本任务，使学生掌握变频器的结构、工作原理和设计计算等。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级知识链接p 随着电力电子技术、计算机技术，自动控制技术的迅速发展，交流调速取代直流调速已成为现代电气传动的主要发展方向之一，而异步电动机交流变频调速技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术进步的一种主要手段，它以其优越的调速和起制动性能、高效率、高功率因数和显著的节电效果而广泛应用于风机、水泵等的大、中型笼型感应电动机，它被公认为最有发展前途的调速方式。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级知识链接变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器+交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。变频器单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级知识链接变频是指将一种频率的电源变换为另一种频率的电源。依据变频的过程可分为两大类为交一直一交变频，它将50Hz的交流电先经整流变换为直流电，再由直流电变换为所需频率的交流电。另一类为交一交变频，它将50Hz的工频交流电直接变换成其他频率的交流电，一般输出频率均小于工频频率，这是一种直接变频的方式。一类单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级知识链接是将直流电能转换成电压和频率都符合要求的交流电能的一种变流装置。在大多数逆变器的应用中，要求输出电压和频率都是可调的。逆变变频的基础是逆变。当交流侧不与交流电网连接，而直接与负载相连时，将直流电逆变成某一频率或可调频率的交流电供给负载，称为“无源逆变”。但是，无源逆变不等于变频，它可以恒频，也可以变频。所以，逆变与变频的含义是既有联系，又有区别。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级知识链接图6-1所示为逆变电路的工作原理，当开关元件1、4和2、3轮流切换通断时，则可将直流电压E变换为负载两端的交流方波输出电压的频率由开关元件切换的频率决定。图6-1逆变电路工作原理单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级知识链接逆变电路的负载大都是电感性负载，它是一种储能元件。根据对无功能量处理方式或设置的储能元件不同，逆变电路可以分为电压型与电流型。这样，在直流供电电源与负载之间将有无功能量的交换。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级知识链接电压型逆变电路在直流侧并联大电容Cd来缓冲无功功率，如图6-2所示。从直流电源侧看，电源为具有低阻抗的电压源，输出交流电压接近矩形波，而输出交流电流接近于正弦波。图6-2电压型逆变电路单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级知识链接应当指出，所有电压型逆变电路，由于直流侧电压极性不允许改变，回馈无功能量时，只能改变电流方向，所以都应设有反馈二极管（图6-2中VD1V4）。这是为滞后的负载电流提供反馈到电源的通路所必须的。例如，假设在晶闸管换相前，负载电流如图所示方向流过，刚换相后（V1、V4换相到V2、V3），因滞后还未来得及改变方向，可以经过VD2、VD3将无功能量反馈回电源。图6-2电压型逆变电路单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级知识链接电流型逆变电路在直流侧串以大电感Ld以吸收无功功率，如图6-3所示。故电源为具有高阻抗的电流源，输出交流电流接近矩形波，而输出交流电压接近于正弦被。在电流型逆变电路中，由于直流侧电流的方向是不变的，而电压的极性可变，故不需要设反馈二极管。逆变电路各开关元件的换相过程只是实现电流的交替分配。图6-3电流型逆变电路根据交流电的相数，无源逆变电路有单相和三相之分，单相适用于小、中功率负载，三相适用于中、大功率负载。无源逆变电路也简称逆变电路。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级一、串联谐振式逆变电路串联谐振式逆变电路如图6-4所示。其中R、L为负载的等效阻抗，C为补偿电容，VD1VD4为反馈二极管。显然，它是一种电压型逆变电路。图6-4串联谐振逆变电路单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级一、串联谐振式逆变电路在RLC串联电路中，当时，电路产生振荡。由于中频感应炉中，L/C值总是很大，则串联负载电路便形成振荡过程。当V1、V4触发导通后，一个振荡周期的电流通路和波形如图6-5所示。图6-5串联谐振一个周期的电流通路和波形单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级一、串联谐振式逆变电路开始时，由于电容电压很小，E迅速向电容充电，上升很快。随着的增加，上升速度减慢，达到最大 值 后，其 值 开 始 减 小，见 图6-5(c)中的t1时刻。到t2时刻，由于存在电感，电流不能立刻减至零。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级一、串联谐振式逆变电路直到t4时刻，放电结束，才降到零。tt4后，虽然，但由于晶闸管V1、V4已关断，电路中不会再有电流，电容保持此时的电容电压。V3、V2导通后的振荡过程与此相同，只是电流方向相反。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级一、串联谐振式逆变电路随着磁场能量的放出，电流逐渐衰减下来，电容继续被充电，使。到t3时刻，晶闸管V1和V4关断。V1和V4关断后，由于电容通过二极管VD1和VD4放电，电流反向，V1和 V4开 始 承 受 反 向 电 压，如 图6-5(b)所示。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级一、串联谐振式逆变电路前已述及，要使晶闸管可靠关断，要求电流下降到零后，承受一段反压时间。这段时间就是图6-5(c)中的t3t4。在这段时间内电容经反馈二极管VD1、VD4放电，使晶闸管承受反压，其值等于二极管的管压降。根据晶闸管可靠关断的条件要求。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级一、串联谐振式逆变电路1（为无阻尼谐振角频率）振荡过程电流断续，如图6-6(a)所示。在图6-6中，V1、V4导通后，负载电流 从A流向B，当达到t1时为零，V1、V4自行关断。由于负载RLC串联电路的振荡作用，t1以后的负载电流 可以通过VD1、VD4反方向流通，从B流向A，形成振荡电流。因为在电阻R上要消耗能量，故 的幅值要减小，波形是衰减的。如图单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级一、串联谐振式逆变电路1（为无阻尼谐振角频率）到达t2时刻，又为零，VD1、VD4截止。t2时刻以后，因为V1、V4已经关断，故不能再出现振荡电流。t2t3期间，所有晶闸管和二极管均处于阻断状态，所以一直为零。到了t3时刻，V2、V3被触发导通，负载电流将由B流向A，负载RLC又形成振荡。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级一、串联谐振式逆变电路如图1（为无阻尼谐振角频率）同时，在t4时刻，V2、V3自行关断，VD2、VD3导通，又由A流向B，待到t5时刻又为零。如此反复进行，得到负载电流是断续的波形。因为忽略了晶闸管与二极管导通时的管压降，故在晶闸管或二极管导通期间，可以认为的值是直流电源E，如图6-6(b)所示。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级一、串联谐振式逆变电路在Ot2期间，在t2t3，t5t6等期间，所有晶闸管和二极管都呈现阻断状态，一般为分析方便，可以认为在这段期间内。逆变电路在一个周期内的功率是变化的。在Ot1期间，负载的电压、电流同相，电路向负载输出功率；在t1t2期间，电压方向不变，电流反向，负载将能量送回电源。但在此期间，因为波形的幅值减小且是衰减的，所以送回电源的能量要小一些；在t2t3期间为零，可以认为电源与负载间无能量交换。由此可见，电流断续时，电源输出功率在一个周期内是很少的。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级一、串联谐振式逆变电路2振荡电流处于断续和连续的临界处，如图6-6(c)所示。此时，二极管电流刚好到零，触发导通另一对晶闸管，两周期振荡过程正好衔接，负载电流是由断续到连续的临界情况。而负载两端电压是正、负幅值为E的矩形波，如图6-6(d)所示。如图单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级一、串联谐振式逆变电路振荡过程电流连续，如图6-6(e)所示。二极管电流下降到零之前，触发导通另一对晶闸管，前一振荡周期尚未结束，后一振荡周期就已开始。从而使振荡电流不会出现断续现象。在此情况下，负载电流波形更接近于正弦波，负载两端电压如图6-6(f)所示。在一个周期内，由于负载的电压和电流反相的时间减少了，负载送回电源的能量也就减少了，故电源输出功率也就增加了。如图3单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级一、串联谐振式逆变电路由上述分析可以看出，随着触发频率的增大，逆变器的输出功率也将增加。因此，可以用改变逆变器触发脉冲频率的办法来调节输出功率。但需要强调指出，随着的增大。晶闸管获得反压的时间（t3-t2）减小，为使晶闸管可靠关断，则式中，为电流超前电压的相位，即（）时间对应的电角度，；为逆变器输出频率，单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级一、串联谐振式逆变电路因为串联复数阻抗则，即时，串联负载才呈容性，具备换相条件。因此，为保证电路可靠换相，触发脉冲频率的增大受到限制。故串联型逆变电路通常工作在接近（即接近2）的谐振状态，构成串联谐振式逆变电路。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级二、并联谐振式逆变电路如果补偿电容与负载（等效为R，L）并联，即可构成并联谐振式逆变电路，如图6-7所示。负载并联谐振时阻抗最大，如果用电压源供电，则在谐振附近电流较小。故采用电流源供电，即直流侧用大电感滤波，吸收无功能量，是一种电流型逆变电路，不需要反馈二极管。如图单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级二、并联谐振式逆变电路由于滤波电感的作用，电流近似为恒值。当晶闸管V1、V4导通时，由A流向B。当晶闸管V2、V3导通时，由B流向A。故负载电流为一矩形波，如图6-8(a)所示。图6-8并联谐振逆变电路工作波形单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级二、并联谐振式逆变电路图6-8并联谐振逆变电路工作波形而由于逆变器工作在近于谐振状态，负载并联谐振回路对于负载电流中接近负载谐振频率的谐波分量呈现高阻抗，即这一谐波分量的电压较高，其余谐波分量电压都被衰减，所以负载两端电压接近正弦波，如图6-8(b)所示。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级二、并联谐振式逆变电路且负载品质因数()越高，这种选频特性越好，负载电压越接近正弦波。为使逆变电路可靠换相，要求负载电压滞后于负载电流，即RLC并联回路要呈容性。要负载呈容性，必须即，所以与串联谐振逆变电路相反，并联谐振逆变电路换相的必要条件是逆变电路频率必须高于负载谐振频率。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级二、并联谐振式逆变电路在中、大功率的三相负载（如交流电动机）中均采用三相逆变电路。n三相逆变电路的种类也非常多，在采用晶闸管作为可控元件的三相逆变电路中，对于像交流电动机一类的感性负载，不具备负载换相条件，必须采用强迫换相方式，即在电路中另设附加换相环节。n在电压型三相逆变电路中，我们主要介绍辅助晶闸管换相逆变电路。n在电流型三相逆变电路中主要介绍串联二极管式逆变电路。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级三、电压型三相逆变电路从换相角度电压型三相逆变电路的形式很多，图6-9为辅助晶闸管换相逆变电路。uV1V6是主晶闸管；uV1V6是辅助换相晶闸管，主晶闸管的关断是靠触发辅助晶闸管来实现的；uC为换相电容器；uL为换相电感；uVD1VD6是反馈二极管。图6-9三相辅助晶闸管换相逆变电路其中单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程该逆变电路的换相是在同一桥臂，即同一相中进行的。三相的换相电路及换相过程是完全一样的，现就U相从V1导通换相到V4导通的过程分析如下。图6-9三相辅助晶闸管换相逆变电路单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程U相等效电路如图6-10所示，N为直流侧电源假想中点。换相过程的波形如图6-11所示。图6-10U相等效电路 图6-11换相过程波形图单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程1晶闸管V1电流减小阶段 设在V1导通时，电容C已被充上了图6-10所示极性的电压。在t1时刻触发辅助晶闸管V1，电容C经过L、V1和V1放电，产生谐振电流。设负载电流在换相期间不变，即，则V1电流为。随着的不断增大，不断减小。到t2时刻，V1关断，此阶段结束。这一阶段的电流路径如图6-12(a)所示，负载电流由和共同提供。图6-12各换相阶段电流路径单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程2VD1导通，V1反压阶段从t2时刻起超过，其超过部分经VD1流向直流电源正端。VD1上的管压降使晶闸管V1承受反向电压。当C继续放电至时，谐振电流达到峰值。此后开始减小，L中储藏的能量向C反向充电。到t3时刻，降至，VD1关断，本阶段结束。如图6-11所示，本阶段所对应的时间，它对应主晶闸管V1承受反压的时间，只要，晶闸管V1即能可靠关断。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程2VD1导通，V1反压阶段这一阶段的电流路径如图6-12(b)所示，负载电流，由和共同决定。图6-12各换相阶段电流路径单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程3VD4导通，C继续反向充电阶段t3时刻VD1关断，C被反向充上的电压达到 如，二极管VD4导通，使LC振荡电路的电流变小，即 减小的速度变慢，如图6-11所示。到t4时刻，L中能量释放完毕，降至零，C反向充电电压达到最大值，同时辅助晶闸管V1关断，本阶段结束。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程3VD4导通，C继续反向充电阶段这一阶段的电流路径如图6-12(c)所示，负载电流，由和提供。图6-12各换相阶段电流路径单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程4C充电结束，VD4、V4导通阶段t4时刻C的反向充电已结束，由 单独提供负载电流，负载电感中能量向直流电源反馈，负载电流逐渐减小，当其过零后，由于V4已有触发脉冲，于是V4导通，负载电流反向。通常V4的触发脉冲在图6-11中t4时就给出，但只有在VD4电流过零后V4才能导通。，为LC振荡周期的一半。本阶段电流路径如图6-12(d)所示。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程4C充电结束，VD4、V4导通阶段图6-12各换相阶段电流路径在从V1导通转换到V4导通的换相过程中，C被充上反向电压，这给从V4导通换相到V1导通作好了准备。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（二）工作原理及波形图6-9所示电路的三相桥臂均按上述换相过程换相。一个周期有六个工作状态，每隔60依次给V1V6六只主晶闸管发触发脉冲，同一相上的两只晶闸管V1与V4、V3与V6、V5与V2在辅助晶闸管V1V6的协助下互相自动换相。图6-9三相辅助晶闸管换相逆变电路单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（二）工作原理及波形根据对换相过程的分析，辅助晶闸管V1V6仅在换相阶段导通很短一段时间，如果忽略换相过程，每只主晶闸管在一个周期内导电180，故称为180导电型逆变电路。这样，任何瞬间都有三只主晶闸管同时导通。如果将六只主晶闸管分成共阳极组和共阴极组，则任一瞬时有三只主晶闸管同时导通有两种情况：两只共阳极组和另一只共阴极组或两只共阴极组和另一只共阳极组主晶闸管同时导通。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（二）工作原理及波形设三相负载是平衡的，即，则060区间和60120区间两种情况的等效电路如图6-13所示。图6-13180导电型逆变电路两种情况的等效电路(a)0-60区间；(b)60120区间单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（二）工作原理及波形晶闸管导通时忽略其管压降，不难求出各相的相电压如下：对于图6-13(a)，U点和W点等电位，则O60区间相电压为同理，对图6-13(b)，可求得60120区间相电压为单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（二）工作原理及波形其他四个区间的相电压也可同样求得。其输出线电压可根据晶闸管的通断情况，由U、V、W三点极性直接求得。也可根据相电压由下式求得。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（二）工作原理及波形图6-14180导电型逆变电路的电压及电流波形u图6-14列出了一个周期内各晶闸管的导通次序和U、V、W三点的电压极性以及输出的相电压、线电压和U相负载电流的波形。u由图可以看出，三相输出相电压和线电压分别是阶梯波和120宽的方波，且三相是对称的，每相互差120。而输出电流波形为近似正弦波，其相位决定于负载的功率因数。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（二）工作原理及波形随着全控型半导体器件的发展，利用器件换相构成的逆变电路已得到广泛应用。图6-15给出了由电力晶闸管GTR构成的三相电压型逆变电路。VT1VT6为GTR，它们在基极控制下即可方便地通或断，而不需要附加换相电路，属器件换相。VD1VD6为反馈二极管。图6-15电压型GTR三相逆变电路单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（二）工作原理及波形此逆变电路的换相可以很方便的在同一桥臂中进行，使各相的半桥交替导通180，即每只GTR一个周期内导电180，构成180导电型逆变电路，其电压和电流波形与图6-14相同。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级四、电流型三相逆变电路u在采用晶闸管作为功率元件的电流型逆变电路中，串联二极管式得到广泛应用，其三相电路如图6-16所示。这种方式把晶闸管和二极管串联，在两者连接处和各相之间接有换相电容。u其换相是由该换相电容所积累的电荷使晶闸管反向偏置来实现的，属脉冲换相方式。串联二极管VD1VD6使负载与电容隔离，以防止换相电容上的电荷通过负载放电，从而有效地发挥电容的换相能力。图6-16三相串联二极管逆变电路单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程换相过程该逆变电路的换相是在两相之间的共阳极组或共阴极组中进行的。换相按V1-V3-V5-V1和V2-V4-V6-V2的顺序交替进行。设逆变电路已进入稳定工作状态，换相电容器已充上电压。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程换相电容器上所充电压的规律是u在共阳极晶闸管侧，电容器中与导通的晶闸管相连接的一端极性为正，另一端为负，电压为，不与导通晶闸管相连接的另一个电容器电压为零；u共阴极晶闸管一侧与共阳极侧情况相似，只是电容器电压极性相反。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程在分析换相过程时，常用等效换相电容的概念。例如在分析从晶闸管V1向V3换相时，换相电容Cl3就是C3与C5串联后再与Cl并联的等效电容。设C1C6的电容量均为C，则。现以共阳极组U相V1换相给V相V3为例说明其换相过程。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程1.恒流放电阶段在V1换相到V3之前，V1和V2导通，其电流路径如图6-17(a)所示。图6-17共阳极组V1换相给V3时各阶段的电流路径单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程1.恒流放电阶段这时，电容C13上已被充电至一个稳定初始值，极性为左正右负，负载U相和W相流有电流。如图6-20所示，在t1时刻给V3以触发脉冲，则V3导通，换相电容C13上的电压将全部加在V1上使其承受反向电压而关断。图6-20电流型GTO三相逆变电路单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程1.恒流放电阶段电流从V1换到V3上，Cl3通过VD1、U相负载、W相负载、VD2、V2、直流电源和V3放电，电流路径如图6-17(b)所示。因放电电流恒为，故称恒流放电阶段。在C13电压下降到零以前，V1一直承受反向电压，时间为。只要，晶闸管就可以可靠关断。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程1.恒流放电阶段图6-17共阳极组V1换相给V3时各阶段的电流路径单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程2.二极管换相阶段图6-18电感换相过程波形设负载为电感性负载，如图6-18，t2时刻降到零之后，在U相电感负载作用下，开始对Cl3反向充电。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程2.二极管换相阶段若忽略其中的电阻，则在t2时刻，二极管VD3受到正向偏置而导通，开始流过电流，而VD1流过的充电电流为，两个二极管同时导通，如图6-17(c)所示，随着Cl3充电电压不断增高，充电电流逐渐减小，逐渐增大。到t3时刻，充电电流减到零，VD1承受反压而关断，二极管换相阶段结束。t3以后，进入V2、V3稳定导通阶段，电流路径如图6-17(d)所示。如图 如图单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程1恒流放电阶段如果负载为交流电动机，则在t2时刻降到零时，由于这时反电动势，使得VD3仍承受反向电压。直到升高到与相等后，VD3才开始承受正向电压而导通，进入VD3和VD1同时导通的二极管换相阶段。此后过程与前面的分析完全相同。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（一）换相过程1恒流放电阶段在图6-18给出的电感负载换相波形中，、分别为各换相电容C1、C3、C5上的电压波形。图6-18电感换相过程波形的波形和完全相同，在二极管换相阶段，从变到。C3和C5是串联后再和C1并联的，因它们的充放电电流均为的一半，所以换相过程中电压的变化幅度也是Cl的一半。换相过程中，从零变到，从变到零。这些电压恰好符合相隔120以后从V3到V5换相时的要求，为下次换相准备了条件。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（二）工作原理及波形图6-16所示逆变电路每隔60依次触发V1V6，共阳极组和共阴极组晶闸管按上述换相过程交替换相。每一时刻有两个晶闸管同时导通，并按1，2-2，3-3，4-4，5-5，6-6，1的顺序导通。所以每只晶闸管一个周期内导电120，称120导电型逆变电路。图6-16三相串联二极管逆变电路单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（二）工作原理及波形一个周期内各相负载电流和晶闸管的导通次序以及负载线电压的波形如图6-19所示。图6-19120导电型逆变电路的电压及电流波形u 而输出电压为近似正弦波，其相位随负载功率因数的不同而改变。正弦波上的尖峰电压为电动机负载时，正弦波感应电动势上叠加的换相浪涌电压，为抑制尖峰电压的峰值，实际中应设置吸收电路。u 由图可以看出，三相输出电流为120宽的方波，这是由于电流型逆变电路的输入端直流电流总是保持 不变，利用各桥臂上晶闸管的通断来控制电路的导通路径以实现各相电流的分配。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（二）工作原理及波形图6-20是由可关断晶闸管GTO构成的三相电流型逆变电路。只要控制V1V6的栅极，即可很方便地使GTO通断，从而使共阳极组和共阴极组交替换相，构成120导电型逆变电路。其电压和电流波形与图6-19相同。为了抑制波形中的尖峰电压，电路中设置了CU，CV和CW。图6-20电流型GTO三相逆变电路单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级（二）工作原理及波形表6-1电压型和电流型逆变的比较特点 电压型逆变器 电流型逆变器输出波形的特点电压波形为矩形波电流波形近似正弦波电压波形为矩形波电流波形近似正弦波回路构成上的特点有反馈二极管直流电源并联大容量电容（低阻抗电压源）电动机四象限运转需要再生用变流器无反馈二极管直流电源串联大电感（高阻抗电流源）电动机四象限运转容易特性上的特点负载短路时产生过电流开环电动机也可能稳定运转负载短路时能抑制过电流电动机运转不稳定需要反馈控制单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路交-直-交变频电路是先将恒压恒频(CVCF)的交流电通过整流器变成直流电，再经过逆变器将直流电变换成可控交流电的间接型变频电路，它已被广泛地应用在交流电动机的变频调速中。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路1234在交流电动机的变频调速控制中，为了保持额定磁通基本不变，在调节定子频率的同时必须同时改变定子的电压。因此，必须配备变压变频(VVVF)装置。最早的VVVF装置是旋转变频机组，现在已经几乎无例外地让位给静止式电力电子变压变频装置了。这种静止式的变压变频装置统称为变频器，它的核心部分就是变频电路。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路图6-21交-直-交变频器结构框图本节先来介绍交-直-交变频器的主电路，其结构框图如图6-21所示。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路图6-22交-直-交变频电路的不同控制方式按照控制方式的不同，交-直-交变频器可分成三种，如图6-22所示。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路 显然，在这种装置中，调压和调频在两个环节上分别进行，两者要在控制电路上协调配合，其结构简单，控制方便。但是，由于输入环节采用晶闸管可控整流器，当电压调得较低时，电网端功率因数较低。而输出环节多用由晶闸管组成的三相六拍逆变器，每周换相六次，输出的谐波较大。这些都是这类装置的主要缺点。图6-22(a)采用的是可控整流器调压、逆变器调频的控制方式。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路 在这种装置中，整流环节采用二极管不可控整流器，只整流不调压，再单独设置斩波器，用脉宽调压。这样虽然多了一个环节，但调压时输入功率因数不变，克服了图6-22(a)装置的第一个缺点。输出逆变环节未变，仍有谐波较大的问题。图6-22(b)采用的是不可控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频的控制方式。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路 在这种装置中，用不可控整流，则输入功率因数不变；用PWM逆变，则输出谐波可以减小。这样，图6-22(a)装置的两个缺点都消除了。PWM逆变器需要全控型电力半导体器件，其输出谐波减少的程度取决于PWM的开关频率，而开关频率则受器件开关时间的限制。采用绝缘栅双极型晶体管IGBT时，开关频率可达10kHz以上，输出波形已经非常逼近正弦波，因而又称之为SPWM逆变器，成为当前最有发展前途的一种装置形式。图6-22(c)采用的是不可控整流器整流、脉宽调制(PWM)逆变器同时调压调频的控制方式。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路根据中间直流环节采用滤波器的不同，变频器又分为电压型和电流型，如图6-23所示。其中，为整流器的输出电压平均值。(a)电压型变频器(b)电流型变频器图6-23电压型和电流型变频器单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路1在交-直-交变频器中，当中间直流环节采用大电容滤波时，直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻抗为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波，这种变频器叫做电压型变频器。2当交-直-交变频器的中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比较平直，因而电源内阻抗很大，对负载来说基本上是一个电流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，这种变频器叫做电流型变频器，如图6-23(b)所示。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路变频器分类方式和逆变器是一致的。所不同的是在交-直-交变频器中，逆变器的供电电源E，现在是整流器的输出。下面给出几种典型的交-直-交变频器主电路，即交直交变频电路。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路（一）交-直-交电压型变频电路图6-24交一直一交电压型PWM变频电路电力晶体管VT1VT6构成PWM逆变器，完成直流到交流的变换，并能实现输出频率和电压的同时调节，VD1VD6是电压型逆变器所需的反馈二极管。图6-24所示为一种常用的交-直-交电压型PWM变频电路。它采用二极管构成整流器，完成交流到直流的变换，其输出直流电压 是不可控的；中间直流环节用大电容 滤波；单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路（一）交-直-交电压型变频电路从图中可 从图中可以看出 以看出 由于整流电路输出的电压和电流极性都不能改变，因此该电路只能从交流电源向中间直流电路传输功率，进而再向交流电动机传输功率，而不能从直流中间电路向交流电源反馈能量。当负载电动机由电动状态转入制动运行时，电动机变为发电状态，其能量通过逆变电路中的反馈二极管流人直流中间电路，使直流电压升高而产生过电压，这种过电压称为泵升电压。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路（一）交-直-交电压型变频电路从图中可 从图中可以看出 以看出 为了限制泵升电压，如图6-25所示，可给直流侧电容并联一个由电力晶体管VT和能耗电阻组成的泵升电压限制电路。当泵升电压超过一定数值时，使VT导通，把电动机反馈的能量消耗在上。这种电路可运用于对制动时间有一定要求的调速系统中。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路（一）交-直-交电压型变频电路因此，希望在制动时把电动机的动能反馈回电网。2这时，需要增加一套有源逆变电路，以实现再生制动，如图6-26所示。3在要求电动机频繁快速加减速的场合，上述带有泵升电压限制电路的变频电路耗能较多能耗电阻也需较大的功率。1单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路（一）交-直-交电压型变频电路图6-26可以再生制动的变频电路单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路（二）交-直-交电流型变频电路图6-27交-直-交电流型变频电路单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路（二）交-直-交电流型变频电路图6-27所示为一种常用的交-直-交电流型变频电路。03逆变器采用晶闸管构成的串联二极管式电流型逆变电路，完成直流到交流的变换，并实现输出频率的调节。01其中，整流器采用晶闸管构成的可控整流电路，完成交流到直流的变换，输出可控的直流电压，实现调压功能；02中间直流环节用大电感滤波；单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路（二）交-直-交电流型变频电路(a)运行状态一(b)运行状态二图 图6-28 6-28电流型变频调速系统的两种运行状态 电流型变频调速系统的两种运行状态单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路（二）交-直-交电流型变频电路由图6-28可以看出电力电子器件的单向导电性，使得电流不能反向，而中间直流环节采用的大电感滤波，保证了的不变，但可控整流器的输出电压是可以迅速反向的。因此，电流型变频电路很容易实现能量回馈。单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级五、交-直-交变频电路（二）交-直-交电流型变频电路图6-37所示为电流型变频调速系统的电动运行和回馈制动两种运行状态。l UR为晶闸管可控整流器，UI为电流型逆变器。l 当可控整流器UR工作在整流状态(a