(精品)第六讲第二章电力电子变频器.ppt

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1、第二章第二章 电力电子变频器及电力电子变频器及PWM控制原理控制原理控制科学与工程学院控制科学与工程学院 杜春水杜春水概概 述述 对于异步电机的变压变频调速，必须具备能够同时控制电压幅值和频率的交流电源，而电网提供的是恒压恒频的电源，因此应该配置变压变频器，又称VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）装置。概概 述述v 随着电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，变频调随着电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，变频调速技术随之取得了日新月异的进步。人们从不同的工业生速技术随之取得了日新月异的进步。人们从不同的工业生产需要出发，从不同的角度研究变频调速的实现技

2、术，从产需要出发，从不同的角度研究变频调速的实现技术，从而产生了多种不同结构和性能的变频调速装置。而产生了多种不同结构和性能的变频调速装置。本 章 提 要n交交-交变频器交变频器n交交-直直-交变频器交变频器nPWM控制基础控制基础nPWM控制技术控制技术n三相三相PWM专用集成电路专用集成电路n单片机和单片机和DSP用于用于PWM信号生成信号生成n转速开环的转速开环的U/f控制变频调速系统控制变频调速系统 n转速闭环转差频率控制的变频调速系统转速闭环转差频率控制的变频调速系统2.1 交交-交变频器交变频器 v交交-交变频器直接把恒压恒频（交变频器直接把恒压恒频（Constant Voltag

3、e Constant Frequency，简称，简称CVCF）的交流电源变换成变压变频）的交流电源变换成变压变频（VVVF）的交流电源，又称为直接变频装置。）的交流电源，又称为直接变频装置。有时也有时也称作周波变换器称作周波变换器(Cycloconveter）。）。交交变频交交变频AC50HzACCVCFVVVF2.1 交交-交变频器交变频器v常用的交常用的交-交变压变频器输出的每一相都是一交变压变频器输出的每一相都是一个由正、反两组晶闸管可控整流装置反并联个由正、反两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路。也就是说，每一相都相当于一的可逆线路。也就是说，每一相都相当于一套直流可逆调速系统的反并

4、联可逆线路。套直流可逆调速系统的反并联可逆线路。2.1.1 整流器组合式交整流器组合式交-交变频器交变频器v基本结构基本结构VRVFId-Id+-+负负载载 50Hz 50H2.1.1 整流器组合式交整流器组合式交-交变频器交变频器1.整半周控制方式整半周控制方式 正、反两组按一定周期相互正、反两组按一定周期相互切换，在负载上就获得交变的切换，在负载上就获得交变的输出电压输出电压 u0，u0 的幅值决定的幅值决定于各组可控整流装置的控制角于各组可控整流装置的控制角 ，u0 的频率决定于正、反两的频率决定于正、反两组整流装置的切换频率。如果组整流装置的切换频率。如果控制角一直不变，则输出平均控制

5、角一直不变，则输出平均电压是方波，如右图电压是方波，如右图 b 所示。所示。图图b 方波型平均输出电压波形方波型平均输出电压波形tu0正组通正组通反组通反组通正组通正组通反组通反组通2.1.1 整流器组合式交整流器组合式交-交变频器交变频器v单相整流器组合式交单相整流器组合式交-交变频器交变频器图图2-1 2-1 交交-交变频器反并联连接的一相交变频器反并联连接的一相电路及输出电压波形电路及输出电压波形(a)(a)主电路主电路负负载载正组正组反组反组uL2.1.1 整流器组合式交整流器组合式交-交变频器交变频器v 三三相相桥桥式式连连接接的的交交-交交变变频频器器主主电电路路如如图图2-2所所

6、示示。该该主主电电路路由由IVI六六组组三三相相桥桥式式整整流流电电路路组组成成，I、III、V为为正正组组，IV、VI、II为为反反组组。运运行行中中各各整整流流电电路路应应每每隔隔60，按按I、II、III、IV、V、VI、I的的顺顺序序轮轮流流导导通通，每组工作每组工作120。去去触触发发器器电流电流测量测量电压电压测量测量函数函数发生器发生器电流电流调节调节移相移相控制控制电压电压调节调节压频变换压频变换环形计数器环形计数器移相脉冲移相脉冲选组脉冲选组脉冲逻逻辑辑控控制制给定给定O OA AB BC C图图2-2 三相整流器组合式交三相整流器组合式交-交变频器主电路交变频器主电路III

7、IIIIVVVIv交交-交交变变频频器器虽虽然然在在结结构构上上只只有有一一个个变变换换环环节节，省省去去了了中中间直流环节，但所用元件数量更多，设备相当庞大。间直流环节，但所用元件数量更多，设备相当庞大。v方方波波中中存存在在的的高高次次谐谐波波使使电电动动机机的的低低速速转转矩矩脉脉动动大大、转转动动不不均均匀匀、损损耗耗及及噪噪声声增增大大。因因此此，方方波波型型交交-交交变变频频器器在在异异步步电电动动机机的的调调速速中中应应用用较较少少，常常用用于于无无换换向向器器电电动动机的调速系统机的调速系统及超同步串级调速系统中。及超同步串级调速系统中。2.调制控制方式调制控制方式 要获得正弦

8、波输出，就必须在每一组整流装要获得正弦波输出，就必须在每一组整流装置导通期间不断改变其控制角。置导通期间不断改变其控制角。例如例如：在正向组导通的半个周期中，使控制角：在正向组导通的半个周期中，使控制角 由由/2（对应于平均电压（对应于平均电压 u0=0）逐渐减小到）逐渐减小到 0（对（对应于应于 u0 最大），然后再逐渐增加到最大），然后再逐渐增加到 /2（u0 再变再变为为0），如下图所示。），如下图所示。v输出电压波形输出电压波形2A0w ta=a=0 p 2a=p BCDEFu0图图2-3 正弦波交正弦波交-交变压变频器的输出电压波形交变压变频器的输出电压波形v 对对于于三三相相交交-

9、交交变变频频器器，B B、C C两两相相的的期期望望输输出出电电压压应应与与A A相相的的正正弦弦输输出出电电压压大大小小相相同同，相相位位上上互互差差120120，各各整整流流组组的的控控制制角角必必须须按按照照本本相相输出电压的要求运算获得。输出电压的要求运算获得。设期望的设期望的A相输出电压为相输出电压为则该电压应由整流组则该电压应由整流组I与整流组与整流组IV切换提供，切换提供，I组供电电压为组供电电压为(2-1)(2-2)式中，式中，Udm 是整流是整流组输组输出的最高直流出的最高直流电压电压。当当I组组开放开放时时，即即于是于是 v实际控制中，一般实际控制中，一般由微处理器产生三由

10、微处理器产生三相对称的调幅调频相对称的调幅调频正弦波给定信号，正弦波给定信号，并通过查表运算找并通过查表运算找出对应的出对应的 角，配角，配合必要的逻辑电路合必要的逻辑电路进行实时控制。进行实时控制。当当IV组开放时，组开放时，即即v3.交-交变频调速的基本特点v（1）功率开关元件在电网电压过零点自然换相，对元件无特殊要求，可采用普通晶闸管；v（2）易于实现电机的四象限运行；v（3）交-交变频器最高输出频率一般不超过电网频率的1/31/2，否则输出波形畸变太大，将影响变频调速系统的正常工作；v（4）由于电路构成的特点，所用晶闸管元件数量较多，设备庞大。v鉴于以上各方面的特点，交鉴于以上各方面的

11、特点，交-交变频器特别适用于低速、大交变频器特别适用于低速、大容量的调速系统，如轧钢机、球磨机、水泥回转窑等。这容量的调速系统，如轧钢机、球磨机、水泥回转窑等。这类机械由交类机械由交-交变频器供电的低速电机直接拖动，可以省去交变频器供电的低速电机直接拖动，可以省去庞大笨重的齿轮减速箱，极大地缩小装置的体积，减少日庞大笨重的齿轮减速箱，极大地缩小装置的体积，减少日常维护，提高系统性能。常维护，提高系统性能。不过这些设备都是直流调速系统中常用的可逆整流装置，不过这些设备都是直流调速系统中常用的可逆整流装置，在技术上和制造工艺上都很成熟，目前国内有些企业已有在技术上和制造工艺上都很成熟，目前国内有些

12、企业已有可靠的产品。可靠的产品。2.1.2 矩阵式交矩阵式交-交变频器交变频器v1.电路结构电路结构LK1CK2三相输三相输入入3 3控制电源输入电压检测变压器TA1TA2TA3abcABC图图2-4 矩阵式交矩阵式交-交变频器的主电路交变频器的主电路2.1.2 矩阵式交矩阵式交-交变频器交变频器v2.安全换流策略安全换流策略v 为了保证为了保证MC的输入电流和输出电压都是正弦波，对的输入电流和输出电压都是正弦波，对9组双向开关都实行组双向开关都实行PWM控制。在矩阵式变频器中功率器控制。在矩阵式变频器中功率器件的安全换流比传统变频器中要困难得多，连接同一相输件的安全换流比传统变频器中要困难得

13、多，连接同一相输出的任意两组双向可控开关之间进行切换时必须满足：出的任意两组双向可控开关之间进行切换时必须满足：v（1）换流时确保连接同一输出相的各输入相双向开关不）换流时确保连接同一输出相的各输入相双向开关不能同时导通，否则将造成输入两相短路；能同时导通，否则将造成输入两相短路；v（2）换流时不能插入死区，以防止感性负载与线路分布）换流时不能插入死区，以防止感性负载与线路分布电感由于开路而感应瞬时高电压，威胁功率器件安全，因电感由于开路而感应瞬时高电压，威胁功率器件安全，因此三组开关也不能同时断开。也就是说，既不允许两组开此三组开关也不能同时断开。也就是说，既不允许两组开关同时导通，也不允许

14、有切换死区，所以必须有严格的逻关同时导通，也不允许有切换死区，所以必须有严格的逻辑控制。辑控制。2.1.2 矩阵式交矩阵式交-交变频器交变频器v要保证输入电压不短路，则要保证输入电压不短路，则VS1p、VS2n不能同时导通，不能同时导通，VS2p、VS1n也不能同时导通；要满足输出不能突然开路，也不能同时导通；要满足输出不能突然开路，则四个单向开关中至少有一个处于导通状态，满足这些要则四个单向开关中至少有一个处于导通状态，满足这些要求的开关组合共有求的开关组合共有8种，列于表种，列于表2-1。(a a)(a)开关单元开关单元 (b)接到同一相负载的两组双向开关接到同一相负载的两组双向开关图图2

15、-5 矩阵式变频器的双向开关矩阵式变频器的双向开关is1is2iL(b b)u1 1VS1pVS1nVS2pVS2nu2 2RuLL2.1.2 矩阵式交矩阵式交-交变频器交变频器v如果原始状态是表如果原始状态是表2-1中中的第的第1种开关状态，即种开关状态，即VS1正反向都能导通，那正反向都能导通，那么直接切换到第么直接切换到第2种开关种开关状态是不行的，因为这样状态是不行的，因为这样会造成电源短路。但当会造成电源短路。但当iL0时，经过状态时，经过状态3、7、5，再切换到状态，再切换到状态2则始终则始终是安全的；是安全的；同理，当同理，当iL0时，由状态时，由状态1经过经过4、8、6到到2也

16、能实现安全换流。对也能实现安全换流。对于其他输出相也同样可以找出类似的安全换流次序。当要关断的器件被于其他输出相也同样可以找出类似的安全换流次序。当要关断的器件被要开通的器件施以反压时，可实现零电流开关。这种情况发生的概率只要开通的器件施以反压时，可实现零电流开关。这种情况发生的概率只有有50%，所以这种换流策略又称为半软换流策略。，所以这种换流策略又称为半软换流策略。v3.输出电压输出电压 矩阵式交矩阵式交-交变频器的简交变频器的简化结构如图化结构如图2-6所示。对于所示。对于任意一组三相输入电压任意一组三相输入电压ui，通过按一定规律控制矩，通过按一定规律控制矩阵式主电路开关元件，就阵式主

17、电路开关元件，就可以合成所需要的输出电可以合成所需要的输出电压，输出电压可表示为：压，输出电压可表示为：uaiAiBiCuABSAaSAbSAcuCAa aBCM3 uBC b bc cubucSBaSBbSBcnSCaS SCbS SCcA图图2-6 矩阵式交矩阵式交-交变频器的简化结构交变频器的简化结构v在纯电阻性负载下，在纯电阻性负载下，MC的最高输出频率可达的最高输出频率可达300Hz以上，以上，在电动机负载下，也能达到额定频率以上，但最高输出电在电动机负载下，也能达到额定频率以上，但最高输出电压有一个限制。当要求输出电流为正弦波并采用高频调制压有一个限制。当要求输出电流为正弦波并采用

18、高频调制时，最高输出电压为输入电压的时，最高输出电压为输入电压的0.866倍。倍。vMC是开关性质的变换器，其输入电流和输出电压都不可是开关性质的变换器，其输入电流和输出电压都不可避免地有谐波，但由于自关断器件在高频避免地有谐波，但由于自关断器件在高频SPWM状态下工状态下工作，谐波的阶次较高，故只需在输入、输出端附加很小的作，谐波的阶次较高，故只需在输入、输出端附加很小的LC滤波器，就能显著地改善输入电流和输出电压波形。滤波器，就能显著地改善输入电流和输出电压波形。由于采用了自关断器件，可以使输入电流的相移因数（基由于采用了自关断器件，可以使输入电流的相移因数（基波功率因数波功率因数cos1

19、）为任意指令值。）为任意指令值。综上所述，矩阵式交综上所述，矩阵式交-交变频器具有以下特点：交变频器具有以下特点：v（1）结构紧凑，效率高，相当于一台取消了大容量贮能）结构紧凑，效率高，相当于一台取消了大容量贮能元件的双元件的双PWM变流器；变流器；v（2）输入相电流相位可控，能够实现功率因数为）输入相电流相位可控，能够实现功率因数为1或超前或超前的功率因数，因而具有类似同步电动机的无功补偿性能；的功率因数，因而具有类似同步电动机的无功补偿性能；v（3）可以输出正弦负载电压，且输出电压频率和幅值宽）可以输出正弦负载电压，且输出电压频率和幅值宽范围连续可调，特别是输出频率可高于基频，克服了整流范

20、围连续可调，特别是输出频率可高于基频，克服了整流器组合式交器组合式交-交变频器只能在基频以下调速的不足；交变频器只能在基频以下调速的不足；v（4）能够实现能量双向流动，便于电动机实现四象限运）能够实现能量双向流动，便于电动机实现四象限运行。行。v思考题：1.矩阵式交-交变频器的输出电压与输入电压有何关系？2.矩阵式交-交变频器的特点是什么？2.2 交交-直直-交变频器交变频器 从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为交-直-交和交-交两大类。交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，如下图所示。变压变频变压变频(VVVF)中间直流环节中间

21、直流环节恒压恒频恒压恒频(CVCF)逆变逆变DCACAC 50Hz整流整流2.2 交交-直直-交变频器交变频器 交交-直直-交交型型变变频频器器的的控控制制方方式式根根据据变变压压与与变变频频是是否否同同时时进进行行可可分分为为两种：两种：1.PAM控制方式控制方式 它它是是把把变变压压（VV）与与变变频频（VF）分分开开完完成成，前前面面的的环环节节用用来来改改变变直直流流电电压压的的幅幅值值，后后面面的的环环节节用用来来改改变变逆逆变变器器输输出出的的频频率率，这这种种分分别别控控制制直直流流电电压压幅幅值值和和交交流流输输出出频频率率的的方方法法称称为为脉脉冲冲幅幅值值调调制制方方式式（

22、Pulse Amplitude Modulation）方式，简称）方式，简称PAM控制方式；控制方式；2.PWM控制方式控制方式 它它是是把把变变压压（VV）与与变变频频（VF）集集中中于于逆逆变变器器完完成成，即即前前面面为为不不可可控控整整流流器器，中中间间直直流流电电压压恒恒定定，而而后后由由逆逆变变器器同同时时完完成成变变压压与与变变频频，逆逆变变器器采采用用脉脉冲冲宽宽度度调调制制（Pulse Width Modulation）的的方方式式，简简称称PWM控制方式。控制方式。2.2 交交-直直-交变频器交变频器交交-直直-交变频器根据不同的标准进行分类，如下所示：交变频器根据不同的标

23、准进行分类，如下所示： 在交-直-交变压变频器中，按照中间直流环节直流电源性质的不同，逆变器可以分成电压源型和电流源型两类.两种类型的实际区别在于直流环节采用怎样的滤波器。下图绘出了电压源型和电流源型逆变器的示意图。IdCdUd+-a)电压源逆变器b)电流源逆变器电压源型和电流源型逆变器示意图电压源型和电流源型逆变器示意图UdL2.2.1 2.2.1 交交-直直-交电压源型变压变频器交电压源型变压变频器v电压源型逆变器电压源型逆变器（Voltage Source InverterVSI），直流环节采用大电容滤波，因而直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻为零的恒压源，输出交流电压是矩形波

24、或阶梯波，有时简称电压型逆变器。交交-直直-交电压源型变压变频器的特点交电压源型变压变频器的特点中中间间直直流流环环节节采采用用大大电电容容滤滤波波，直直流流电电压压脉脉动动很很小小，近近似似为为电电压压源源，具具有有低低阻抗特性。阻抗特性。逆逆变变器器输输出出的的三三相相交交流流电电压压波波形形为为矩矩形形波波或或阶阶梯梯波波，不不受受负负载载参参数数的的影影响响，而交流侧电流波形因负载阻抗角的不同而不同，其波形接近三角波或正弦波。而交流侧电流波形因负载阻抗角的不同而不同，其波形接近三角波或正弦波。由由于于直直流流环环节节并并联联有有大大电电容容，直直流流电电压压的的极极性性不不能能改改变变

25、，直直流流电电流流受受整整流流电电路功率器件单向导电性的限制也不能改变流向。路功率器件单向导电性的限制也不能改变流向。当负载电动机需要做再生制动运行时：当负载电动机需要做再生制动运行时：v大大容容量量的的调调速速系系统统：需需与与整整流流电电路路反反并并联联一一组组逆逆变变桥桥，使使再再生生能能量量通通过过逆变桥回馈到交流电网。逆变桥回馈到交流电网。v当当系系统统容容量量较较小小时时，可可在在直直流流电电路路加加装装能能耗耗电电阻阻，当当再再生生能能量量回回馈馈到到直直流流电电路路，使使直直流流电电压压升升高高到到设设定定阈阈值值以以上上时时，控控制制与与能能耗耗电电阻阻串串联联的的功功率开关

26、器件导通，使再生能量消耗在电阻上。率开关器件导通，使再生能量消耗在电阻上。2.2.2 交交-直直-交电压源变频器的基本原理交电压源变频器的基本原理v1.逆变器主电路逆变器主电路 开关符号代表任何一种电力电子开关器件，如IGBT,MOSFET,GTR,GTO等。每只功率开关元件反并联一只续流二极管，为感性负载的滞后电流提供续流通路。逆变器直流环节并联有大容量滤波电容，当逆变器的负载为三相异步电动机时，这个电容同时又是缓冲负载无功功率的贮能元件。图图2-8 三相电压源逆变器主电路三相电压源逆变器主电路主电路构成如图主电路构成如图2-8所示。所示。v2.2.波形分析波形分析v在三相桥式逆变器中，有在

27、三相桥式逆变器中，有180180导通型和导通型和120120导通导通型两种换流方式。在某一瞬间，控制一个开关器件型两种换流方式。在某一瞬间，控制一个开关器件关断，同时使另一个器件导通，就实现了两个器件关断，同时使另一个器件导通，就实现了两个器件之间的换流。之间的换流。v在由半控型器件组成的逆变器中，这还取决于换流在由半控型器件组成的逆变器中，这还取决于换流电路的结构，如串联二极管式逆变器只能是电路的结构，如串联二极管式逆变器只能是120120 导通型，而串联电感式逆变器可以是导通型，而串联电感式逆变器可以是120120 导通型，导通型，也可以是也可以是180180 导通型。导通型。2.波形分析

28、波形分析 180180导通型逆变器导通型逆变器是指同一桥臂上、下两管之间互相是指同一桥臂上、下两管之间互相换流的逆变器。换流的逆变器。+UdABCZAZBZC图图2-10 V5、V6、V1导通时的等效电路导通时的等效电路O 例如，例如，当VT1关断后，使VT4导通，而当VT4关断后，又使VT1导通。这时，每个开关器件在一个周期内导通的区间是180，其他各相亦均如此。由于每隔60有一个器件开关，在180导通型逆变器中，除换流期间外，每一时刻总有3个开关器件同时导通。图2-9 180导电型电压源逆变器元件导通规律及输出电压波形2.波形分析v但须注意，必须防止同一桥臂的上、下两管同时导通，否则将造成

29、直流电源短路，谓之“直通”。为此，在换流时，必须采取“先断后通”的方法，即先给应关断的器件发出关断信号，待其关断后留一定的时间裕量，叫做“死区时间”，再给应导通的器件发出开通信号。死区时间的长短视器件的开关速度而定，器件的开关速死区时间的长短视器件的开关速度而定，器件的开关速度越快时，所留的死区时间可以越短。为了安全起见，设度越快时，所留的死区时间可以越短。为了安全起见，设置死区时间是非常必要的，但它会造成输出电压波形的畸置死区时间是非常必要的，但它会造成输出电压波形的畸变。变。v分析逆变器输出电压的谐波分量，可知相电压和线电压均不存在3及3的整数倍次谐波，但都存在（k=1，2，3，）次谐波，

30、特别是5次、7次谐波成分较大，会使负载电机的谐波损耗增加，发热加剧，负载转矩脉动较大，对电动机的运行十分不利。2.2.3 几种常见的几种常见的SCR交交-直直-交电压源逆变器交电压源逆变器 v1串联二极管式电压源逆变器串联二极管式电压源逆变器 VD1VD6:隔隔离离二二极极管管;C1C6:换相电容换相电容;Df1Df6及及R1R2 反反馈馈二极管和反馈电阻二极管和反馈电阻;C0:滤波电容器滤波电容器图2-11 串联二极管式电压源逆变器主电路交交-直直-交电压源交电压源PAMPAM变频器原理分析变频器原理分析 1 1逆变器主电路逆变器主电路 v 交交-直直-交电压源变频器由整流和逆变两部分组成交

31、电压源变频器由整流和逆变两部分组成.整流部分一般是由晶闸管元件组成的可控整流电路。整流部分一般是由晶闸管元件组成的可控整流电路。逆变器为交逆变器为交-直直-交电压源变频器的核心部分交电压源变频器的核心部分v三相电压源逆变器主电路构成如图三相电压源逆变器主电路构成如图2-112-11所示。所示。v三相逆变器的主电路由VT1VT6六个晶闸管组成，因为各桥臂晶闸管和二极管串联使用而得名。v串联二极管的作用串联二极管的作用是隔离换相电容与电机反电动势。vVD1VD6是隔离二极管是隔离二极管，其作用是使换相电容与负载隔离，防止换相电容通过负载放电，保证各晶闸管之间换相过程的正常进行。v各桥臂之间连接的电

32、容C1C6是换相电容vDf1Df6及R1R2是六个反馈二极管和两个反馈电阻，其中反馈二极管作为负载滞后电流和换相电容的放电通路。v在反馈二极管共阳极组和共阴极组之间并联有滤波电容器C0，这个电容同时又是一个储能元件，起缓冲感性负载无功功率的作用。vZA、ZB、ZC是三相对称负载 v图中的功率开关元件采用晶闸管，每只功率开关元件反并联一只续流二极管，为感性负载的滞后电流提供反馈通路，逆变器直流环节并联有大容量滤波电容，当逆变器的负载为三相异步电动机时，这个电容同时又是缓冲负载无功功率的贮能元件。2.2.工作原理及输出电压波形分析工作原理及输出电压波形分析v三相桥式逆变器的六只功率开关按VT1VT

33、6的顺序每隔60电角度触发导通一只，若每60为一个工作区间，则一个周期共换相六次（又称六拍），对应六个不同的工作区间。v逆变器采用120工作方式，即按VT1VT6的顺序每隔60依次触发导通，每个功率开关元件导通120，形成6个工作区间，各区间内元件的导通规律如表3-1所示。因此每一时刻有分别位于共阴极组和共阳极组且不同相的两只元件同时工作，只有两相负载同时流过电流。v图2-12示出了120导通型串联二极管式电压源逆变器各电压波形。2.2.3 几种常见的几种常见的SCR交交-直直-交电压源逆变器交电压源逆变器3.3.换流分析换流分析v以以T T2 2开通，开通，T T6 6关断为例关断为例v设系

34、统已经工作，即在设系统已经工作，即在T T2 2触发前，触发前，VTVT1 1,VT,VT6 6导通导通.v导通回路：导通回路：P-VTP-VT1 1-ZA-ZB-D-ZA-ZB-D6 6-VT-VT6 6-N-Nv同时同时C C1 1充电：充电：P-VTP-VT1 1-C-C1 1()-D()-D6 6-VT-VT6 6-N-N为关为关断断VT1VT1做准备。做准备。v注意：注意：C C6 6在在T T5 5,T,T6 6导通时已被充电（导通时已被充电（）v p-Tp-T5 5-D-D5-5-D D2 2-C-C6 6-T-T6 6-N-NUdU图图2-12 2-12(a)(a)串联二极管式

35、三相逆变器串联二极管式三相逆变器Df6Df4Df2BCOAC2VT4VT6VT2VT1VT3VT5VD4VD1VD3VD5VD6VD2C1C3C6UdC4C5PZAZBZCCoR1R2+Df1Df3Df5+vVT6关断后，C6继续放电，放电回路为：v C6(+)VT2NR2VDf6VD6C6(-)v注意：RF越大，放电越慢，T6承受的反压时间越长，T6关断越可靠。T6C6v在60120区间：v导通回路：P-VT1-VD1-ZA-ZC-VD2-VT2-Nv由于VT2的导通，VT6承受反压关断图图2-12(a)串联二极管式三相逆变器串联二极管式三相逆变器Df6Df4Df2BCOAC2VT4VT6V

36、T2VT1VT3VT5VD4VD1VD3VD5VD6VD2C1C3C6UdC4C5PZAZBZCCoR1R2+Df1Df3Df5+vVT6关断后，ZB产生反电势需要续流。v关断前：v续流回路：电感()VDf3-R1-P-VT1-VD1-ZA-电感（-）v此时，R1很小且管压降不计，则B点的电位P点电位。vT1 T2导通时的等效电路图oPUdABCVT2D2D1VT1R1ZA=ZB=ZC ;对称UA0=UB0=1/3UdUCO=-2/3U2.2.3 几种常见的几种常见的SCR交交-直直-交电压源逆变器交电压源逆变器图2-12 120导通型六阶梯波交-直-交电压源逆变器各电压波形(a)电阻性负载

37、(b)电感性负载v调压原理：改变整流器的控制角av调频原理：改变六相脉冲的间隔。4 4电路的工作特点电路的工作特点v（1）在逆变器中反馈电阻和换向电容的大小决定了晶闸管换流时的反偏压持续时间，因此反馈电阻R1和R2大小对逆变器换流能力影响较大。反馈电阻增加，换向电容放电时间长，晶闸管承受反偏压时间长，换流可靠。在电压型逆变器中，已能满足换流要求。反馈电阻的增大会引起逆变器输出电压的降低，在实际使用中可以采用电压负反馈来补偿压降，故影响不大。2）反馈电阻上产生损耗，影响效率，且频率越高损耗越大，所以这种变频器的最高效率为85左右。(3）低频时换流能力差频率越低，Ud电压越低，电容上的电压低，元件

38、承受反压低。措施：采用辅助充电电源；断续换流法（设VT6,VT1导通，当VT1,VT2导通瞬间：先通过调节控制角，使Ud=0,使VT1,VT6均关断，然后再触发VT1,VT2)。（4）为了防止逆变器轻载时电动机的振荡，往往在逆变器输出侧并联气隙可调的三相交流铁心电抗器，作为逆变器的假负载，保证逆变器有一定的最小负载电流（一般为额定负载的十分之一左右）。这种变频器适用于200Hz以下中小容量电动机变频调速，广泛应用于化纤、造纸和木材加工等工业部门。2串联电感式电压源逆变器串联电感式电压源逆变器图2-13串联电感式电压源逆变器主电路VT1VT6:主晶闸管主晶闸管;VD1VD6:反馈二极管反馈二极管

39、;C1C6:换流电容换流电容;L1L6:换流电感。换流电感。v2串联电感式电压源逆变器串联电感式电压源逆变器v采用采用180 导电方式导电方式 v这种逆变器是用一个主晶闸管的触发导通而使另一个主晶这种逆变器是用一个主晶闸管的触发导通而使另一个主晶闸管自动关断，只要换流元件选择恰当，有足够的容量，闸管自动关断，只要换流元件选择恰当，有足够的容量，就能够保证正常换流就能够保证正常换流 v为了保持必需的换流能力，该电路在低频时需要较大的换为了保持必需的换流能力，该电路在低频时需要较大的换流电容，否则会引起换流失败，而过大的换流电容在逆变流电容，否则会引起换流失败，而过大的换流电容在逆变器输出频率较高

40、时，又会产生过大的换流损耗。因此，这器输出频率较高时，又会产生过大的换流损耗。因此，这种逆变器的变频范围受到限制。种逆变器的变频范围受到限制。二、（一）交-直-交电流源变频器的特点v中间直流环节采用大电感滤波，因而直流电流脉动很小，近似为电流源，具有高阻抗特性，大电感同时又起到缓冲负载无功能量的作用。v逆变器的开关只改变电流的方向，三相交流输出电流波形为矩形波或阶梯波，而输出电压波形及相位随负载不同而变化。v由于直流侧电压可以迅速改变甚至反向，所以动态响应比较快，负载电动机可四象限运行。v因此主电路结构简单，安全可靠，非常适用于大容量或要求频繁正、反转运行的系统。IdVT1VT3VT5VT4VT6VT2UVWUdZAZBZCiAiBiC图图2-14 电流源三相桥式逆变电路电流源三相桥式逆变电路IdVT4VT6VT2VT1VT3VT5M3 VD4VD1VD3VD5VD6VD2 C1C3C5LC2 50HzC4C6ABC图图2-16串联二极管式电流型逆变器串联二极管式电流型逆变器