變頻電路PPT課件

1、第7章 變頻電路 變頻電路 第7章 變頻電路 7.1 7.1 變頻電路的基本工作原理變頻電路的基本工作原理 7.2 7.2 諧振式變頻電路諧振式變頻電路 7.3 7.3 三相橋式變頻電路三相橋式變頻電路 7.4 7.4 交交交變頻電路交變頻電路 7.5 7.5 脈寬調(diào)制（脈寬調(diào)制（PWMPWM）型變頻電路）型變頻電路 習(xí)題及思考題習(xí)題及思考題 第7章 變頻電路 變頻電路 圖7-1（a）所示為單相橋式變頻電路，該圖中UD為通過整 流電路將交流電整流而得的直流電源，晶閘管V1、V4稱為正組， V2、V3稱為反組。當(dāng)控制電路使V1、V4導(dǎo)通， V2、V3關(guān)斷時(shí)， 在輸出端獲得正向電壓uo；當(dāng)控制電路

2、使V2、V3導(dǎo)通， V1、V4 關(guān)斷時(shí)， 輸出端獲得反向電壓uo ，即交替導(dǎo)通正組、反組的 晶閘管， 并且改變其導(dǎo)通關(guān)斷的頻率，就可在輸出端獲得頻 率不同的方波，其輸出波形如圖7-1（b）所示。如果改變正組 和反組的控制角的大小，則可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓幅值的調(diào)節(jié)。 7.1 變頻電路的基本工作原理變頻電路的基本工作原理 第7章 變頻電路 變頻電路 圖 7-1 單相輸出交直交變頻電路 (a) 電路； (b) 輸出電壓 uo V 2 V 1 V 4 V 3 UD (a)(b) 0t uo 第7章 變頻電路 變頻電路 電路原理如圖7-2（a）所示。電路由具有相同特征的兩組 晶閘管整流電路反并聯(lián)構(gòu)成，將其中

3、一組稱為正組整流器，另 外一組稱為反組整流器。如果正組整流器工作，反組整流器被 封鎖，負(fù)載端輸出電壓為上正下負(fù)；如果反組整流器工作，正 組整流器被封鎖，則負(fù)載端得到的輸出電壓為上負(fù)下正。這樣， 只要交替地以低于電源頻率切換正、反組整流器的工作狀態(tài)， 即可在負(fù)載端獲得交變的輸出電壓。 7.1.2 單相輸出交單相輸出交交變頻電路交變頻電路 第7章 變頻電路 變頻電路 圖 7-2 單相輸出交交變頻電路及波形圖(控制角不變) (a) 電路； (b) 輸出電壓 Z uo 正 組反 組 交 流 輸 入交 流 輸 入 (a)(b) 0t uo 反 組 通 正 組 通 第7章 變頻電路 變頻電路 如果在一個(gè)周

4、期內(nèi)控制角是固定不變的，則輸出電壓波 形為矩形波，如圖7-2（b）所示。矩形波中含有大量的諧波， 對(duì)電機(jī)的工作不利。如果控制角不固定，在正組工作的半個(gè) 周期內(nèi)讓控制角按正弦規(guī)律從90逐漸減小到0，然后再由 0逐漸增加到90，那么正組整流電路的輸出電壓的平均值就 按正弦規(guī)律變化?？刂平菑牧阍龃蟮阶畲?，然后從最大減小到 零，變頻電路輸出波形如圖7-3所示（三相交流輸入），該圖中 AG點(diǎn)為觸發(fā)控角的時(shí)刻。在反組工作的半個(gè)周期內(nèi)采用同樣 的控制方法， 就可得到接近正弦波的輸出電壓。 第7章 變頻電路 變頻電路 圖 7-3 交交變頻電路的輸出波形(控制角變化) 0 A B C D E F G uaubu

5、cuaubucuaubucuaub 輸出電壓 p / 2 uo p 0 p / 2 t 平均輸出電壓 第7章 變頻電路 變頻電路 同交直交變頻電路相比， 交交變頻電路有以下優(yōu)缺點(diǎn)。 1 1 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) (1）只有一次變流，且利用電網(wǎng)電源進(jìn)行換流，不需要另 接換流元件，提高了變流效率。 (2） 可以很方便地實(shí)現(xiàn)四象限工作。 (3） 低頻時(shí)輸出波形接近正弦波。 7.1.3 兩種變頻電路的比較兩種變頻電路的比較 第7章 變頻電路 變頻電路 2 2 缺點(diǎn)缺點(diǎn) (1） 接線復(fù)雜， 使用的晶閘管數(shù)目多。 (2） 受電網(wǎng)頻率和交流電路各脈沖數(shù)的限制， 輸出頻率低。 (3） 采用相控方式， 功率因數(shù)較低。 第7

6、章 變頻電路 變頻電路 由于上述的優(yōu)缺點(diǎn)，交交變頻電路主要用于500 kW或 1000 kW以上，轉(zhuǎn)速在600 r/min 以下的大功率、低轉(zhuǎn)速的交 流調(diào)速裝置中，目前已在礦石碎機(jī)、水泥球磨機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、鼓 風(fēng)機(jī)及軋鋼機(jī)主傳動(dòng)裝置中獲得較多的應(yīng)用。它既可用于異步 電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)， 也可用于同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。 而交直交變頻電路主要用于金屬熔煉、感應(yīng)加熱的中 頻電源裝置，可將蓄電池的直流電變換為50 Hz交流電的不停 電電源、變頻變壓電源（VVVF）和恒頻恒壓電源等。通常又將 交直交變頻電路稱為無源逆變電路。 第7章 變頻電路 變頻電路 7.2 諧振式變頻電路諧振式變頻電路 7.2.1 7.2.1 并聯(lián)諧

7、振式變頻電路并聯(lián)諧振式變頻電路 圖7-4所示電路即為并聯(lián)諧振變頻電路的主電路。L為負(fù)載， 換流電容C與之并聯(lián)，L1L4為四只電感量很小的電感，用于限 制晶閘管電流上升率di/dt；由三相可控整流電路獲得電壓連續(xù) 可調(diào)的直流電源UD，經(jīng)過大電感LD濾波，加到由四個(gè)晶閘管組成 的變頻橋兩端，通過該變頻電路的相應(yīng)工作，將直流電變換為 所需頻率的交流電供給負(fù)載。 上述變頻電路在直流環(huán)節(jié)中設(shè)置大電感濾波，使直流輸出 電流波形平滑，從而使變頻電路輸出電流波形近似于矩形。由 于直流回路串聯(lián)了大電感，故電源的內(nèi)阻抗很大，類似于恒流 源， 因此這種變頻電路又被稱為電流源型變頻電路。 第7章 變頻電路 變頻電路

8、圖7-4 并聯(lián)諧振式變頻電路 L3 L4 V 2 V 4 LR C uo L1 L2 V 1 V 3 LD UD 第7章 變頻電路 變頻電路 圖7-4電路一般多用于金屬的熔煉、淬火及透熱的中頻 加熱電源。 當(dāng)變頻電路中V1、V4和V2、V3兩組晶閘管以一定 頻率交替導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)， 負(fù)載感應(yīng)線圈就流入中頻電流， 線圈中即產(chǎn)生相應(yīng)頻率的交流磁通，從而在熔煉爐內(nèi)的金屬 中產(chǎn)生渦流，使之被加熱至熔化。晶閘管交替導(dǎo)通的頻率接 近于負(fù)載回路的諧振頻率，負(fù)載電路工作在諧振狀態(tài)，從而 具有較高的效率。 第7章 變頻電路 變頻電路 圖7-5為變頻電路工作時(shí)晶閘管的換流過程。當(dāng)晶閘管V1、 V4觸發(fā)時(shí)，負(fù)載L得到

9、左正右負(fù)的電壓，負(fù)載電流io的流向如圖 7-5（a）虛線所示。由于負(fù)載上并聯(lián)了換流電容C，L和C形成的 并聯(lián)電路可近似工作在諧振狀態(tài)，負(fù)載成容性，使io超前負(fù)載 電壓uo一個(gè)角度，負(fù)載中電流及電壓波形如圖7-6所示。當(dāng)在 t2時(shí)刻觸發(fā)V2及V3晶閘管時(shí)，由于負(fù)載電壓uo的極性此時(shí)對(duì)V2及 V3而言為順極性，使iV2及iV3從零逐漸增大；反之因V2及V3的導(dǎo) 通，將uo電壓反加至V1及V4兩端，從而使iV1及iV4相應(yīng)減小，在 t2t4時(shí)間內(nèi)iV1和iV4從額定值減小至零，iV2和iV3則由零增加至 額定值， 電路完成了換流。 第7章 變頻電路 變頻電路 設(shè)換流期間時(shí)間為tr，從上述分析可見，t

10、r內(nèi)四個(gè)晶閘管皆處 于導(dǎo)通狀態(tài)，由于大電感LD的恒流作用及時(shí)間tr很短，故不會(huì) 出現(xiàn)電源短路的現(xiàn)象。雖然在t4時(shí)刻V1及V4中的電流已為零， 但不能認(rèn)為其已恢復(fù)阻斷狀態(tài)，此時(shí)仍需繼續(xù)對(duì)它們施加反壓， 施加反壓的時(shí)間應(yīng)大于晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq，換流電容C的作用 即可以提供滯后的反向電壓，以保證V1及V4的可靠關(guān)斷，圖7-6 中t4至t5的時(shí)間即為施加反壓的時(shí)間。根據(jù)上述分析，為保證 變頻電路可靠換流，必須在中頻電壓uo過零前的tf時(shí)刻去觸發(fā) V2及V3，tf應(yīng)滿足下式要求 qfrf tKtt 式中Kf為大于1的系數(shù)，一般取23，tf稱為觸發(fā)引前時(shí)間。 第7章 變頻電路 變頻電路 負(fù)載的功率因數(shù)角

11、由負(fù)載電流與電壓的相位差決定，從 圖7-6可知： t tr 2 ,其中為電路的工作頻率。 第7章 變頻電路 變頻電路 圖 7-5 變頻器的換流過程 (a) V1 , V4觸發(fā)； (b) 換流； (c) V2 , V3導(dǎo)通 V2 V4 L，R C V1 V3 UD ID io (a) (b)(c) V2 V4 L，R C V1 V3 UD ID io V2 V4 L，R C V1 V3 UD ID io 第7章 變頻電路 變頻電路 圖7-6 并聯(lián)諧振式逆變電路工作波形 0 u g1,4 t 0 u g2,3 t 0 i V iV1iV4iV2iV3 tt r 0 io t1t2 t3 t4 t5

12、 T / 2 t 0 u o t 第7章 變頻電路 變頻電路 在變頻電路的直流側(cè)并聯(lián)一個(gè)大電容C， 用電容儲(chǔ)能來緩 沖電源和負(fù)載之間的無功功率傳輸。從直流輸出端看，電源因 并聯(lián)大電容，其等效阻抗變得很小，大電容又使電源電壓穩(wěn)定， 因此具有恒電壓源特點(diǎn)，變頻電路輸出電壓接近矩形波，這種 變頻電路又被稱為電壓源型變頻電路。 圖7-7給出了串聯(lián)諧振式變頻電路的電路結(jié)構(gòu)，其直流側(cè)采 用不可控整流電路和大電容濾波，從而構(gòu)成電壓源型變頻電路。 電路為了續(xù)流，設(shè)置了反并聯(lián)二極管VD1VD4, 補(bǔ)償電容C和負(fù) 載電感線圈構(gòu)成串聯(lián)諧振電路。為了實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流，要求補(bǔ)償 以后的總負(fù)載呈容性, 即負(fù)載電流io超前負(fù)載

13、電壓uo的變化。 7.2.2 串聯(lián)諧振式變頻電路串聯(lián)諧振式變頻電路 第7章 變頻電路 變頻電路 電路工作時(shí)，變頻電路頻率接近諧振頻率，故負(fù)載對(duì)基 波電壓呈現(xiàn)低阻抗，基波電流很大，而對(duì)諧波分量呈現(xiàn)高阻 抗，諧波電流很小，所以負(fù)載電流基本為正弦波。另外，還 要求電路工作頻率低于電路的諧振頻率， 以使負(fù)載電路呈 容性， 負(fù)載電流io超前電壓uo，以實(shí)現(xiàn)換流。 第7章 變頻電路 變頻電路 圖 7-7 串聯(lián)諧振式變頻電路 UDCD V 1 VD1 A V 3 VD2 RLC V 2 VD3 V 4 VD4 B uo io 第7章 變頻電路 變頻電路 圖7-8 串聯(lián)諧振式逆變電路工作波形 0 u g1,4

14、 t 0 u g2,3 t tr 0 u AB U D UD t 0 i o t1t2 t3t4 t 導(dǎo) 通 器 件 V1 V4 VD 1 VD 4 V2 V3 VD 2 VD 3 V1 V4 第7章 變頻電路 變頻電路 圖7-8為電路輸出電壓和電流波形。設(shè)晶閘管V1、V4導(dǎo)通， 電流從A流向B，uAB左正右負(fù)。由于電流超前電壓，當(dāng)tt1時(shí)， 電流io為零，當(dāng)tt1時(shí)，電流反向。由于V2、V3未導(dǎo)通，反向 電流通過二極管VD1、VD4續(xù)流，V1、V4承受反壓關(guān)斷。當(dāng)tt2時(shí)， 觸發(fā)V2、V3，負(fù)載兩端電壓極性反向，即uAB左負(fù)右正，VD1、VD4 截止，電流從V2、V3中流過。當(dāng)tt3時(shí)，電流

15、再次反向， 電流 通過VD2、VD3續(xù)流，V2、V3承受反壓關(guān)斷。當(dāng)tt4時(shí)， 再觸發(fā) V2、V3。二極管導(dǎo)通時(shí)間tf即為晶閘管反壓時(shí)間，要使晶閘管可 靠關(guān)斷，tf應(yīng)大于晶閘管關(guān)斷時(shí)間tq。 串聯(lián)諧振式變頻電路啟動(dòng)和關(guān)斷容易，但對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性 較差。當(dāng)負(fù)載參數(shù)變化較大且配合不當(dāng)時(shí)，會(huì)影響功率輸出。 因此，串聯(lián)變頻電路適用于淬火熱加工等需要頻繁啟動(dòng)，負(fù)載 參數(shù)變化較小和工作頻率較高的場(chǎng)合。 第7章 變頻電路 變頻電路 7.3.1 7.3.1 電壓源型橋式變頻電路電壓源型橋式變頻電路 電路結(jié)構(gòu)如圖7-9所示。該圖中用六個(gè)大功率晶體管（GTR） 作為可控元件， V1與V4、V3與V6、V5與V2構(gòu)成

16、三對(duì)橋臂，二極 管VD1VD6為續(xù)流二極管。 電壓源型三相橋式變頻電路的基本工作方式為180導(dǎo)電 型，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角度為180，同一相上下橋臂交替導(dǎo) 電，各相開始導(dǎo)電的時(shí)間依次相差120。由于每次換流都在 同一相上下橋臂之間進(jìn)行，因此稱為縱向換流。在一個(gè)周期內(nèi)， 六個(gè)管子觸發(fā)導(dǎo)通的次序?yàn)閂1V6，依次相隔60，任意時(shí)刻 均有三個(gè)管子同時(shí)導(dǎo)通，導(dǎo)通的組合順序?yàn)閂1V2V3、V2V3V4, V3V4V5 , V4V5V6 , V5V6V1和V6V1V2，每種組合工作60電角度。 7.3 三相橋式變頻電路三相橋式變頻電路 第7章 變頻電路 變頻電路 VD5V 5 Za Zb Zc N VD2V

17、2 C VD3V 3 VD6V 6 VD1V 1 VD4V 4 B A UD 圖7-9 電壓源型三相橋式變頻電路 第7章 變頻電路 變頻電路 0t u AB U D U D 0t u g6 0t u g5 0t u g4 0t u g3 0t u g2 0t u g1 123456 圖 7-10 電壓源型變頻電路工作波形 第7章 變頻電路 變頻電路 0t u CN 0t u BN 0t u AN 0t u CA 0t u BC 圖 7-10 電壓源型變頻電路工作波形 第7章 變頻電路 變頻電路 為了分析方便，將一個(gè)工作周期分成六個(gè)區(qū)域。 在0t/3區(qū)域，給電力晶體管V1、V2、V3加有控制 脈

18、沖，即ug10，ug20，ug30，使V1、V2、V3同時(shí)導(dǎo)通， 此時(shí)AB兩點(diǎn)通過導(dǎo)通的V1、V3相當(dāng)于同時(shí)接在電源的正極， 而C點(diǎn)通過導(dǎo)通的V2接于電源的負(fù)極，所以該時(shí)區(qū)變頻橋的等 效電路如圖7-11所示。 第7章 變頻電路 變頻電路 圖 7-11 V1、V2、V3導(dǎo)通時(shí)的等效電路 ZbZa N Zc AB C UD 第7章 變頻電路 變頻電路 由此等效電路可得此時(shí)負(fù)載的線電壓為 UAB0 UBCUD UCA-UD 式中UD為變頻電路輸入的直流電壓。 第7章 變頻電路 變頻電路 負(fù)載的相電壓為 3 2 3 3 D CN D BN D AN U U U U U U 第7章 變頻電路 變頻電路

19、在t/3時(shí)，關(guān)斷V1，控制導(dǎo)通V4，即在/3 t2/3區(qū)域有V2、V3、V4同時(shí)導(dǎo)通，此時(shí)AC兩點(diǎn)通過導(dǎo)通 的V4、V2相當(dāng)于同時(shí)接在電源的負(fù)極，而B點(diǎn)通過導(dǎo)通的V3接 于電源的正極，所以該時(shí)區(qū)變頻橋的等效電路如圖7-12所示。 由此等效電路可得此時(shí)負(fù)載的線電壓為 0 CA DBC DAB U UU UU 第7章 變頻電路 變頻電路 負(fù)載的相電壓為 3 3 2 3 D CN D BN D AN U U U U U U 第7章 變頻電路 變頻電路 Zb ZaZc A B C UD 圖7-12 V2、V3、V4 導(dǎo)通時(shí)的等效電路 第7章 變頻電路 變頻電路 從圖7-10可以看出，負(fù)載線電壓為120

20、正、負(fù)對(duì)稱的矩 形波，相電壓為180正、負(fù)對(duì)稱的階梯波。三相負(fù)載電壓 相位相差120。由于每個(gè)控制脈沖的寬度為180，因此每 個(gè)開關(guān)元件的導(dǎo)通寬度也為180。如果改變控制電路中一 個(gè)工作周期T的長(zhǎng)度， 則可改變輸出電壓的頻率。 第7章 變頻電路 變頻電路 對(duì)于180導(dǎo)電型變頻電路，由于是縱向換流，存在著同 一橋臂上的兩個(gè)元件一個(gè)關(guān)斷，同時(shí)另一元件導(dǎo)通的時(shí)刻， 例如，在t/3時(shí)，要關(guān)斷V1， 同時(shí)控制導(dǎo)通V4，所以 為了防止同相上、下橋臂同時(shí)導(dǎo)通而引起直流電源的短路， 必須采取先斷后通的方法，即上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間必 須存在死區(qū)， 即兩個(gè)元件同時(shí)處于關(guān)斷狀態(tài)。 第7章 變頻電路 變頻電路 表

21、表7-1 7-1 三相變頻橋工作狀態(tài)表三相變頻橋工作狀態(tài)表 第7章 變頻電路 變頻電路 除180導(dǎo)電型外，三相橋式變頻電路還有120導(dǎo)電型的 控制方式， 即每個(gè)橋臂導(dǎo)通120，同一相上、下兩臂的導(dǎo)通 有60的間隔， 各相導(dǎo)通依次相差120。120導(dǎo)通型不存 在上、下開關(guān)元件同時(shí)導(dǎo)通的問題， 但當(dāng)直流電壓一定時(shí)， 其輸出交流線電壓有效值比180導(dǎo)通型低得多，直流電源電 壓利用率低。因此，一般電壓源型三相變頻電路都采用180 導(dǎo)電型控制方式。 改變變頻橋晶體管的觸發(fā)頻率或者觸發(fā)順序（V6V1）， 能改變輸出電壓的頻率及相序，從而可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速 與正反轉(zhuǎn)。 若采用晶閘管作為變頻橋的開關(guān)元件，

22、 必須附加換流電路。 第7章 變頻電路 變頻電路 圖 7-13 電流源型三相橋式變頻電路 V 5 VD5 Za Zb Zc N ic V 2 VD2 V 3 VD3 V 6 VD6 V 1 VD1 V 4 VD4 LD ib ia ID UD 7.3.2 電流源型三相橋式變頻電路電流源型三相橋式變頻電路 第7章 變頻電路 變頻電路 電流源型三相橋式變頻電路的基本工作方式是120導(dǎo)通方 式，每個(gè)可控元件均導(dǎo)通120，與三相橋式整流電路相似， 任意瞬間只有兩個(gè)橋臂導(dǎo)通。導(dǎo)通順序?yàn)閂1V6， 依次相隔 60, 每個(gè)橋臂導(dǎo)通120，這樣，每個(gè)時(shí)刻上橋臂組和下橋臂 組中都各有一個(gè)臂導(dǎo)通。 換流時(shí)，在上橋

23、臂組或下橋臂組內(nèi)依 次換流， 稱為橫向換流， 所以即使出現(xiàn)換流失敗，即出現(xiàn)上 橋臂（或下橋臂）兩個(gè)IGBT同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)刻， 也不會(huì)發(fā)生直流 電源短路的現(xiàn)象，上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間不必存在死區(qū)。 第7章 變頻電路 變頻電路 圖7-14 電流源型變頻電路工作波形 0 t ID ID ia 0t ib 0t ic 導(dǎo) 通 元 件 V6 V1 V1 V2 V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 V1 V2 V2 V3 V3 V4 V6 V1 第7章 變頻電路 變頻電路 （1） 0t/3， 已控制導(dǎo)通開關(guān)元件V1、V6，此時(shí) 電源電流通過V1、Za、Zb、V6構(gòu)成閉合回路。負(fù)載上分別有電 流i

24、a、ib流過，由于電路的直流側(cè)串入了大電感LD，使負(fù)載電 流波形基本無脈動(dòng)，因此電流ia、ib為方波輸出，其中ia與圖 7-13所示的參考方向一致為正，ib與圖示方向相反為負(fù), 負(fù)載 電流ic0。 在t/3 時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制電路使V6關(guān)斷，V2導(dǎo) 通， 進(jìn)入下一個(gè)時(shí)區(qū)。 第7章 變頻電路 變頻電路 （2）/3t2/3，此時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)元件為V1、V2。 電源電流通過V1、Za、Zc、V2構(gòu)成閉合回路。形成負(fù)載電流 ia、ic為方波輸出，其中ia與圖7-13所示的參考方向一致為正， ic與圖示方向相反為負(fù), 負(fù)載電流ib0。在t2/3時(shí)， 驅(qū)動(dòng)控制電路使V1關(guān)斷， V3導(dǎo)通， 進(jìn)入下一個(gè)時(shí)區(qū)。 （3）

25、/3t，此時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)元件為V2、V3。電 源電流通過V3、 Zb、 Zc、 V2構(gòu)成閉合回路。形成負(fù)載電流ib、 ic為方波輸出，其中ib與圖7-13所示的參考方向一致為正，ic 與圖示方向相反為負(fù), 負(fù)載電流ia0。 在t時(shí)，驅(qū)動(dòng) 控制電路使V2關(guān)斷，V4導(dǎo)通， 進(jìn)入下一個(gè)時(shí)區(qū)。 第7章 變頻電路 變頻電路 由圖7-14可以看出，每個(gè)IGBT導(dǎo)通的電角度均為120， 任一時(shí)刻只有兩相負(fù)載上有電流流過，總有一相負(fù)載上的電流 為零，所以每相負(fù)載電流波形是斷續(xù)、正負(fù)對(duì)稱的方波，將此 波形的平均值展開成傅氏級(jí)數(shù)有 ttt I I D 5sin 5 1 3sin 3 1 sin 32 0 輸出電流的

26、基波有效值I1和直流電流的關(guān)系為 DD III78. 0 6 1 第7章 變頻電路 變頻電路 由上式可以看出，電流波形正、負(fù)半周對(duì)稱，因此電流 諧波中只有奇次諧波，沒有偶次諧波。以三次諧波所占比重 最大。由于三相負(fù)載沒有接零線，故無三次諧波電流流過電 源，減少了諧波對(duì)電源的影響。由于沒有偶次諧波， 如果三 相負(fù)載是交流電動(dòng)機(jī)，則對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩也無影響。 第7章 變頻電路 變頻電路 電流源型三相橋式變頻電路的輸出電流波形與負(fù)載性質(zhì) 無關(guān), 輸出電壓波形由負(fù)載的性質(zhì)決定。如果是感性負(fù)載， 則負(fù)載電壓的波形超前電流的變化，近似成三角波或正弦波。 同樣，如果改變控制電路中一個(gè)工作周期T的長(zhǎng)度，則 可改變

27、輸出電流的頻率。 第7章 變頻電路 變頻電路 IGBT具有開關(guān)特性好，開關(guān)速度快等特性，但它的反向 電壓承受能力很差，其反向阻斷電壓UBM只有幾十伏。為了避 免它們?cè)陔娐分谐惺苓^高的反向電壓，圖中每個(gè)IGBT的發(fā)射 極都串有二極管，即VD1VD6。 它們的作用是，當(dāng)IGBT承受 反向電壓時(shí)，由于所串二極管同樣也承受反向電壓， 二極管 呈反向高阻狀態(tài)，相當(dāng)于在IGBT的發(fā)射極串接了一個(gè)大的分 壓電阻， 從而減小了IGBT所承受的反向電壓。 第7章 變頻電路 變頻電路 1 1 電壓源型變頻電路的主要特點(diǎn)電壓源型變頻電路的主要特點(diǎn) （1） 直流側(cè)接有大電容，相當(dāng)于電壓源，直流電壓基本 無脈動(dòng)， 直流

28、回路呈現(xiàn)低阻抗?fàn)顟B(tài)。 （2） 由于直流電壓源的箝位作用，交流側(cè)電壓波形為矩 形波，與負(fù)載阻抗角無關(guān)，而交流側(cè)電流波形因負(fù)載阻抗角的 不同而不同， 其波形接近三角波或正弦波。 （3） 當(dāng)交流側(cè)為電感性負(fù)載時(shí)需提供無功功率，直流 側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋能 量提供通道，各臂都并聯(lián)了續(xù)流二極管。 7.3.3 兩種變頻電路的特點(diǎn)兩種變頻電路的特點(diǎn) 第7章 變頻電路 變頻電路 （4） 變頻電路從直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率是脈動(dòng)的， 因直流電壓無脈動(dòng)，故功率的脈動(dòng)是由直流電流的脈動(dòng)來體 現(xiàn)的。 （5） 當(dāng)變頻電路的負(fù)載是電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果電動(dòng)機(jī)工作在 再生制動(dòng)狀態(tài)，就必須向交流電源反

29、饋能量。因直流側(cè)電壓 方向不能改變，只能靠改變直流電流的方向來實(shí)現(xiàn)，這就需 要給電路再反并聯(lián)一套變頻橋， 這將使電路變得復(fù)雜。 第7章 變頻電路 變頻電路 2 電流源型變頻電路的主要特點(diǎn)電流源型變頻電路的主要特點(diǎn) （1） 直流側(cè)接有大電感，相當(dāng)于電流源，直流電流基本 無脈動(dòng)， 直流回路呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)。 （2） 由于各開關(guān)器件主要起改變直流電流流通路徑的作 用， 故交流側(cè)電流為矩形波，與負(fù)載性質(zhì)無關(guān)， 而交流側(cè) 電壓波形因負(fù)載阻抗角的不同而不同。 （3） 直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，因電流不能反 向， 故可控器件不必反并聯(lián)二極管。 （4） 當(dāng)變頻電路的負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)，若變頻電路中的 交直變換

30、是可控整流時(shí)，則可很方便地實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，不 需另加一套變頻橋。 第7章 變頻電路 變頻電路 7.4.1 7.4.1 方波型交方波型交交變頻電路交變頻電路 1 1 單相負(fù)載單相負(fù)載 方波形交交變頻電路單相負(fù)載的電路原理圖見圖7-2， 具體內(nèi)容參見7.1.2節(jié)。 7.4 交交交變頻電路交變頻電路 第7章 變頻電路 變頻電路 2 2 三相負(fù)載三相負(fù)載 三相方波型交交變頻電路的主電路如圖7-15所示。它 的每一相由兩組反并聯(lián)的三相零式整流電路組成，這種連接 方式又稱為公共交流母線進(jìn)線方式。 整流器、為 正組 、 、 為反組。 每個(gè)正組由1、 3、 5晶閘管 組成， 每個(gè)反組由4、 6、 2晶閘管組成。

31、因此， 變頻電 路中的換流應(yīng)分成組與組之間換流和組內(nèi)換流兩種情況。 第7章 變頻電路 變頻電路 圖 7-15 三相方波型交交變頻電路 531 Za Zb Zc N ic C 264 531 ib B 264 531 ia A 264 a b c 第7章 變頻電路 變頻電路 組與組之間的換流順序?yàn)椤?、 、 、 、 、 ； 組內(nèi)換流的順序?yàn)?、 2、 3、 4、 5、 6、 1。 為了 在負(fù)載上獲得三相互差T/3（T為輸出電壓的周期）的電壓 波形， 任何時(shí)候都應(yīng)有一正一負(fù)兩組同時(shí)導(dǎo)通，所以每組導(dǎo) 電時(shí)間也應(yīng)為T/3，并每隔T/6換組一次。 雖然同一時(shí)刻應(yīng) 有一個(gè)正組和一個(gè)反組同時(shí)導(dǎo)通，但不允許同

32、一橋臂上的正、 反組同時(shí)導(dǎo)通，例如組和同時(shí)導(dǎo)通， 否則將會(huì)造成電源 短路。 每組橋內(nèi)晶閘管按1、 2、 3、 4、 5、 6、 1順序換 流， 各組及組內(nèi)導(dǎo)電次序如圖7-16所示。 第7章 變頻電路 變頻電路 圖 7-16 變頻電路各組的導(dǎo)電次序 62 64 531 V 264 IV 531 III 264 II 531 I T 第7章 變頻電路 變頻電路 先由圖7-16來分析組與組之間的換流情況。假設(shè)在第一個(gè) T/3的開始時(shí)刻，第組開始導(dǎo)通，而第組已經(jīng)導(dǎo)通了T/6的 時(shí)間，即此時(shí)為第組和第組同時(shí)導(dǎo)通；經(jīng)過T/6 后，組 已導(dǎo)通了T/3的時(shí)間，所以開始換流，組關(guān)閉，組導(dǎo)通， 此時(shí)是第組和第組同

33、時(shí)導(dǎo)通；再經(jīng)過T/6的時(shí)間，第組 已導(dǎo)通了T/3的時(shí)間，又進(jìn)行另一次換流，換為第組，此時(shí) 是第組和第組同時(shí)導(dǎo)通；以此類推，其它各組的換流情況 同上。 為了保證任何時(shí)刻都有兩組同時(shí)導(dǎo)通，換流只在導(dǎo)通 的兩組中的一組進(jìn)行，一組導(dǎo)通T/6后，另一組換流，不可能 出現(xiàn)兩組同時(shí)換流的現(xiàn)象。組與組之間的換流由控制電路中的 選組脈沖實(shí)現(xiàn)。 第7章 變頻電路 變頻電路 再來分析每組橋內(nèi)晶閘管的換流情況。由于此電路共由 18個(gè)晶閘管組成，任何時(shí)候都應(yīng)有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通， 因 此在一個(gè)周期T內(nèi)，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間為T/9，同組晶閘 管之間的換流與組與組之間的換流情況相似，兩個(gè)導(dǎo)通的晶 閘管中，其中一個(gè)導(dǎo)通一半

34、的時(shí)間，即T/18時(shí)進(jìn)行組內(nèi)換流， 所以每隔T/18的時(shí)間換流一次。以第組和第組導(dǎo)通時(shí)為 例來說明組內(nèi)之間的換流。 第7章 變頻電路 變頻電路 在T/6時(shí)刻有3、 4兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，經(jīng)過T/18后，第 組組內(nèi)換流， 3關(guān)斷5導(dǎo)通，此時(shí)為4、5晶閘管導(dǎo)通； 再過 T/18， 4已導(dǎo)通了T/9的時(shí)間， 第組組內(nèi)換流，4關(guān)斷，6 導(dǎo)通，此時(shí)為5、 6導(dǎo)通。 其它各組的組內(nèi)晶閘管的換流方 式相同。 組內(nèi)各晶閘管的換流是由控制電路中的移相脈沖來 實(shí)現(xiàn)的。 在電路中串接濾波電感，就形成電流源型變頻電路。三 相零式整流電路需18個(gè)晶閘管元件，若采用三相橋式接法， 則需要36個(gè)晶閘管元件。 第7章 變頻電路

35、變頻電路 圖 7-17 交交變頻電路導(dǎo)通次序及電流波形 0 u u A u B u C u A u B u C u A u B u C u A u B 電 源 電 壓 移 相 脈 沖 選 組 脈 沖 135 624 135 624 135 624 13 624 正 組 反 組 t t0 iA 0 iB t t iC 0 負(fù) 載 電 流 正 組 反 組 第7章 變頻電路 變頻電路 以A相負(fù)載的波形為例來說明。由圖7-15所示電路可知， 如果A相負(fù)載中有電流通過，必定是組和其它各組配合導(dǎo)通 或者是組和其它各組配合導(dǎo)通時(shí)，所以由圖7-17可以看出， 在組導(dǎo)通的T/3時(shí)間內(nèi)，A相負(fù)載上有正相電流， 且

36、導(dǎo)通 120（T/3）時(shí)間； 在第組導(dǎo)通時(shí)， A相負(fù)載上有負(fù)電流 通過，也導(dǎo)通120（T/3）時(shí)間。 由于組晶閘管依 次各導(dǎo)通120（T/3）， 又因是電流源型變頻電路，所以其 它兩相負(fù)載電流同A相一樣， 也是持續(xù)120的方波。 第7章 變頻電路 變頻電路 在每一個(gè)120的時(shí)間內(nèi)，都實(shí)現(xiàn)了組內(nèi)16晶閘管之間 的換流， 電源電流就正好變換一周。 三個(gè)120的時(shí)間內(nèi)， 電源電流變換三周， 所以電源頻率是負(fù)載電流頻率的三倍， 即系統(tǒng)輸出頻率為電源頻率的1/3， 實(shí)現(xiàn)了變頻。 上述電路中，由于輸出電壓為方波，其中含有較多諧波， 對(duì)負(fù)載不利。 為了克服這一缺點(diǎn)， 可采用正弦型交交變 頻電路， 使輸出電壓

37、的平均值按正弦規(guī)律變化。 第7章 變頻電路 變頻電路 1 1 輸出正弦波的調(diào)節(jié)方法輸出正弦波的調(diào)節(jié)方法 在圖7-15所示的交交變頻電路中，其輸出電壓在半個(gè) 周期中的平均值取決于變頻電路的控制角。 如果在半個(gè)周 期中控制角是固定不變的，則輸出電壓在半個(gè)周期中的平均 值是一個(gè)固定值。如果在半個(gè)周期中使導(dǎo)通組變頻電路的控制 角如圖7-3所示變化, 由/2（A點(diǎn)）逐漸減小到零（G點(diǎn)）， 然后再逐漸由0增加到/2， 即角在/20之間來回 變化（分別為B、 C、 D、 E、 F各點(diǎn)）， 那么變頻電路在半 個(gè)周期中輸出電壓的平均值就從0變到最大再減小到0，可獲得 按正弦規(guī)律變化的平均電壓。 7.4.2 正弦

38、波型交正弦波型交交變頻電路交變頻電路 第7章 變頻電路 變頻電路 2 2兩組變頻電路的工作狀態(tài)兩組變頻電路的工作狀態(tài) 圖 7-18 交交變頻電路 (a) 電路； (b) 電流波形 u i uPuN iPiN (a)(b) i u ui 0t1t2t3 t4t5 t 0 0 iP iN t t 逆 變整 流阻 斷 逆 變整 流阻 斷 正 組 狀 態(tài) 反 組 狀 態(tài) 第7章 變頻電路 變頻電路 通常,負(fù)載是感性的, 負(fù)載電壓與電流的波形如圖7-18（b） 所示。功率因數(shù)角為時(shí)，兩組變頻電路的工作狀態(tài)是：在負(fù) 載電流的正半周（t1t3），由于整流器的單向?qū)щ娦裕M 變頻電路有電流流過，反組變頻電路

39、被阻斷。但在正組變頻電 路導(dǎo)通的t1t2階段，正組變頻電路輸出電壓、電流都為正時(shí)， 它工作在整流狀態(tài)。而在t2t3階段，負(fù)載電流方向未改變， 但輸出電壓方向卻已變負(fù)，正組變頻電路處于逆變狀態(tài)。 在 t3t4階段，負(fù)載電流反向，正組變頻電路阻斷，反組變頻電 路工作，由于輸出電壓、輸出電流均為負(fù)，故反組變頻電路處 于整流狀態(tài)。 在t4t5階段，電流方向未變，但輸出電壓反向， 反組變頻電路處于逆變狀態(tài)。 第7章 變頻電路 變頻電路 根據(jù)以上分析可得出：哪組變頻電路應(yīng)導(dǎo)通是由電流的方 向所決定的，而與電壓的極性無關(guān)。 對(duì)于感性負(fù)載， 兩組 變頻電路均存在整流和逆變兩種工作狀態(tài)。 至于哪組變頻電 路是工

40、作在整流還是逆變狀態(tài)，應(yīng)視輸出電壓與電流是極性 相同還是相反而定。實(shí)際變頻電路輸出電壓波形由電源電壓 的若干片段拼湊而成，如圖7-19（a）所示。 第7章 變頻電路 變頻電路 變頻電路在感性負(fù)載下工作時(shí)，正組橋和反組橋均存在 整流和逆變兩種工作狀態(tài)，當(dāng)控制角處于/20時(shí)， 整流電壓上部面積大于下部面積，平均電壓為正，正組變頻 電路工作于整流狀態(tài)；當(dāng)/2時(shí)， 整流電壓上部面 積小于下部面積，平均電壓為負(fù)， 正組變頻電路工作于變頻 狀態(tài)。圖7-19給出了正組（共陰極）輸出的電壓波形， 反組 變頻電路（共陽極）工作狀態(tài)與正組相似。 這樣， 負(fù)載上 電壓的波形就由正組整流、 逆變和反組整流、 逆變四種

41、波 形組合而成。 第7章 變頻電路 變頻電路 圖 7-19 正組橋輸出電壓波形 (a) 整流狀態(tài)； (b) 逆變狀態(tài)； (c) 控制角連續(xù)變化時(shí)的輸出電壓波形 uo 輸出電壓 p 0 平均輸出電壓 p / 2 (a)(b) (c) 輸出電壓 p / 2 p / 2 p 第7章 變頻電路 變頻電路 調(diào)節(jié)控制角的深度，使角由/2到0的某一值 再回到/2連續(xù)變化，可方便地調(diào)節(jié)輸出電壓幅值。 當(dāng)控制 正、 反組變頻電路導(dǎo)通的頻率時(shí)， 即可改變輸出電壓的頻 率。 顯然，這種電路的輸出電壓頻率小于電源頻率。 只要調(diào)節(jié)圖7-15中每組整流電路的控制角由/2到 0的某一值再回到/2連續(xù)變化，負(fù)載上就可獲得三相

42、正 弦電壓波形。 第7章 變頻電路 變頻電路 7.5 脈寬調(diào)制（脈寬調(diào)制（PWM）型變頻電路）型變頻電路 1 1 脈寬調(diào)制變頻電路的基本工作原理脈寬調(diào)制變頻電路的基本工作原理 脈寬調(diào)制變頻電路簡(jiǎn)稱PWM變頻電路，常采用電壓源型交 直交變頻電路的形式，其基本原理是控制變頻電路開關(guān)元件 的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間比（即調(diào)節(jié)脈沖寬度）來控制交流電壓的大 小和頻率。下面以單相PWM變頻電路為例來說明其工作原理。 圖7-20為單相橋式變頻電路的主電路，由三相橋式整流電路獲 得一恒定的直流電壓，由四個(gè)全控型大功率晶體管V1V4作為開 關(guān)元件，二極管VD1VD4是續(xù)流二極管，為無功能量反饋到直 流電源提供通路。 7.

43、5.1 7.5.1 脈寬調(diào)制變頻電路概述脈寬調(diào)制變頻電路概述 第7章 變頻電路 變頻電路 圖 7-20 單相橋式PWM變頻電路 VD3 V 3 LR VD1 V 1 uo VD4 VD2 Ud A B C 調(diào) 制 電 路 ug1 ug2 ug3 ug4 ur uc 信 號(hào) 波 載 波 ug1ug3 V 2 ug2 V 4 ug4 第7章 變頻電路 變頻電路 當(dāng)改變V1、V2、V3、V4導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短和導(dǎo)通的順序時(shí)， 可得出圖7-21所示不同的電壓波形。圖7-21（a）為180導(dǎo) 通型輸出方波電壓波形，即V1、V4組和V2、V3組各導(dǎo)通T/2的時(shí) 間。 若在正半周內(nèi)，控制V1、V4和V2、V3輪

44、流導(dǎo)通（同理在負(fù) 半周內(nèi)控制V2、V3和V1、V4輪流導(dǎo)通），則在V1、V4和V2、V3分 別導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載上獲得正、負(fù)電壓； 在V1、V3和V2、V4導(dǎo)通時(shí)， 負(fù)載上所得電壓為零, 如圖7-21（b）所示。 第7章 變頻電路 變頻電路 若在正半周內(nèi)，控制V1、V4導(dǎo)通和關(guān)斷多次，每次導(dǎo)通和 關(guān)斷時(shí)間分別相等（負(fù)半周則控制V2、V3導(dǎo)通和關(guān)斷）， 則 負(fù)載上得到圖7-21（c）所示的電壓波形。 若將以上這些波形分解成傅氏級(jí)數(shù)，可以看出，其中諧 波成分均較大。 圖7-21（d）所示波形是一組脈沖列，其規(guī)律是：每個(gè)輸 出矩形波電壓下的面積接近于所對(duì)應(yīng)的正弦波電壓下的面積。 這種波形被稱之為脈寬調(diào)制波

45、形，即PWM波。由于它的脈沖寬 度接近于正弦規(guī)律變化，故又稱之為正弦脈寬調(diào)制波形， 即 SPWM。 第7章 變頻電路 變頻電路 根據(jù)采樣控制理論，脈沖頻率越高，SPWM波形便越接近于 正弦波。 變頻電路的輸出電壓為SPWM波形時(shí)，其低次諧波得到 很好的抑制和消除， 高次諧波又很容易濾去，從而可獲得畸變 率極低的正弦波輸出電壓。 由圖7-21（d）可看出，在輸出波形的正半周，V1、V4導(dǎo)通 時(shí)有輸出電壓，V1、V3導(dǎo)通時(shí)輸出電壓為零， 因此， 改變半個(gè) 周期內(nèi)V1、V3 、V4導(dǎo)通關(guān)斷的時(shí)間比， 即脈沖的寬度，即可實(shí) 現(xiàn)對(duì)輸出電壓幅值的調(diào)節(jié)（負(fù)半周，調(diào)節(jié)半個(gè)周期內(nèi)V2、V3和V2、 V4導(dǎo)通關(guān)斷

46、的時(shí)間比）。因V1、V4導(dǎo)通時(shí)輸出正半周電壓，V2、 V3導(dǎo)通時(shí)輸出負(fù)半周電壓，所以可以通過改變V1、V4和V2、V3交 替導(dǎo)通的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓頻率的調(diào)節(jié)。 第7章 變頻電路 變頻電路 圖 7-21 單相橋式變頻電路的幾種輸出波形 0 uo 0 uo 0 0 u o t t t t uo (a) (b) (c) (d) V1V4導(dǎo) 通 V2V3導(dǎo) 通 V1V4 導(dǎo) 通 V1V3 導(dǎo) 通 V2V3 導(dǎo) 通 V2V4 導(dǎo) 通 第7章 變頻電路 變頻電路 2 2 脈寬調(diào)制的控制方式脈寬調(diào)制的控制方式 PWM控制方式就是對(duì)變頻電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制， 使主電路輸出端得到一系列幅值相等而寬度不

47、相等的脈沖， 用這些脈沖來代替正弦波或者其它所需要的波形。從理論上講， 在給出了正弦波頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，脈沖波 形的寬度和間隔便可以準(zhǔn)確計(jì)算出來。然后按照計(jì)算的結(jié)果控 制電路中各開關(guān)器件的通斷， 就可以得到所需要的波形。但 在實(shí)際應(yīng)用中，人們常采用正弦波與等腰三角波相交的辦法來 確定各矩形脈沖的寬度和個(gè)數(shù)。 第7章 變頻電路 變頻電路 等腰三角波上下寬度與高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱，當(dāng) 它與任何一個(gè)光滑曲線相交時(shí)，就可得到一組等幅而脈沖寬 度正比該曲線函數(shù)值的矩形脈沖，這種方法稱為調(diào)制方法。 希望輸出的信號(hào)為調(diào)制信號(hào)，用ur表示，把接受調(diào)制的三角 波稱為載波，用uc表示。當(dāng)調(diào)制信

48、號(hào)是正弦波時(shí)，所得到的 便是SPWM波形，如圖7-22 所示。當(dāng)調(diào)制信號(hào)不是正弦波時(shí)， 也能得到與調(diào)制信號(hào)等效的PWM波形。 第7章 變頻電路 變頻電路 圖7-22 單極性PWM控制方式原理圖 0 u u c u r u o u of t 0t u 第7章 變頻電路 變頻電路 輸出為單相電壓時(shí)的電路稱為單相PWM變頻電路。該電路 的原理圖如圖7-20所示。該圖中載波信號(hào)uc在信號(hào)波的正半周 時(shí)為正極性的三角波，在負(fù)半周時(shí)為負(fù)極性的三角波，調(diào)制信 號(hào)ur和載波uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制變頻電路中大功率晶體管V3、V4 的通斷。各晶體管的控制規(guī)律如下： 在ur的正半周期，保持V1導(dǎo)通，V4交替通斷。當(dāng)ur

49、uc時(shí)， 使V4導(dǎo)通，負(fù)載電壓uoUD；當(dāng)uruc時(shí)，使V4關(guān)斷，由于電感 負(fù)載中電流不能突變，負(fù)載電流將通過VD3續(xù)流，負(fù)載電壓uo 0。 7.5.2 單相單相PWM變頻電路變頻電路 第7章 變頻電路 變頻電路 在ur的負(fù)半周期，保持V2導(dǎo)通，V3交替通斷。當(dāng)uruc時(shí)， 使V3導(dǎo)通，負(fù)載電壓uo-UD；當(dāng)ur uc時(shí)， 使V3關(guān)斷，負(fù)載 電流將通過VD4續(xù)流，負(fù)載電壓uo0。 這樣，便得到uo的SPWM波形，如圖7-22所示，該圖中uof表 示uo中的基波分量。像這種在ur的半個(gè)周期內(nèi)三角波只在一個(gè) 方向變化，所得到的PWM波形也只在一個(gè)方向變化的控制方式 稱為單極性PWM控制方式。 第7

50、章 變頻電路 變頻電路 調(diào)節(jié)調(diào)制信號(hào)ur的幅值可以使輸出調(diào)制脈沖寬度作相應(yīng)變 化，這能改變變頻電路輸出電壓的基波幅值，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸 出電壓的平滑調(diào)節(jié)； 改變調(diào)制信號(hào)ur的頻率則可以改變輸出電 壓的頻率，即可實(shí)現(xiàn)電壓、頻率的同時(shí)調(diào)節(jié)。所以，從調(diào)節(jié)的 角度來看，SPWM變頻電路非常適用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)中。 與單極性PWM控制方式對(duì)應(yīng)，另外一種PWM控制方式稱為雙 極性PWM控制方式。其頻率信號(hào)還是三角波， 基準(zhǔn)信號(hào)是正弦 波時(shí)，它與單極性正弦波脈寬調(diào)制的不同之處在于它們的極性 隨時(shí)間不斷地正、負(fù)變化，如圖7-23 所示，不需要如上述單極 性調(diào)制那樣加倒向控制信號(hào)。 第7章 變頻電路 變頻電路

51、圖7-23 雙極性PWM控制方式原理圖 0 u u r u c t t0 u o UD U D 第7章 變頻電路 變頻電路 單相橋式變頻電路采用雙極性控制方式時(shí)的PWM波形 如圖7-23所示，各晶體管控制規(guī)律如下： 在ur的正負(fù)半周內(nèi)，對(duì)各晶體管控制規(guī)律與單極性控 制方式相同，同樣在調(diào)制信號(hào)ur和載波信號(hào)uc的交點(diǎn)時(shí)刻 控制各開關(guān)器件的通斷。當(dāng)ur uc時(shí)，使晶體管V1、V4導(dǎo) 通，V2、V3關(guān)斷， 此時(shí)uoUD；當(dāng)ur uc時(shí)，使晶體管V2、 V3導(dǎo)通，V1、V4關(guān)斷， 此時(shí)uo-UD。 第7章 變頻電路 變頻電路 在雙極性控制方式中，三角載波在正、負(fù)兩個(gè)方向變化， 所得到的PWM波形也在正

52、、負(fù)兩個(gè)方向變化，在ur的一個(gè)周期 內(nèi)，PWM輸出只有UD兩種電平，變頻電路同一相上、下兩臂 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是互補(bǔ)的。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了防止上、下兩個(gè)橋 臂同時(shí)導(dǎo)通而造成短路，在給一個(gè)臂的開關(guān)器件加關(guān)斷信號(hào)， 必須延遲t時(shí)間，再給另一個(gè)臂的開關(guān)器件施加導(dǎo)通信號(hào)， 即有一段四個(gè)晶體管都關(guān)斷的時(shí)間。延遲時(shí)間t的長(zhǎng)短取決 于功率開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間。需要指出的是，這個(gè)延遲時(shí)間將 會(huì)給輸出的PWM波形帶來不利影響， 使輸出偏離正弦波。 第7章 變頻電路 變頻電路 圖7-24給出了電壓型三相橋式PWM變頻電器, 其控制方式為雙 極性方式。A、B、C三相的PWM控制共用一個(gè)三角波信號(hào)uc，三 相調(diào)制信號(hào)urA、

53、urB、urC分別為三相正弦波信號(hào)，三相調(diào)制信 號(hào)的幅值和頻率均相等，相位依次相差120。A、B、 C三相 的PWM控制規(guī)律相同?，F(xiàn)以A相為例，當(dāng)urAuc時(shí)，使V1導(dǎo)通， V4關(guān)斷；當(dāng)urAuc時(shí)，使V1關(guān)斷，V4導(dǎo)通。V1、V4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始 終互補(bǔ)。三相正弦波脈寬調(diào)制波形如圖7-25所示。 由圖可以 看出，任何時(shí)刻始終都有兩相調(diào)制信號(hào)電壓大于載波信號(hào)電壓， 即總有兩個(gè)晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，所以負(fù)載上的電壓是連續(xù)的 正弦波。其余兩相的控制規(guī)律與A相相同。 7.5.3 三相橋式三相橋式PWM變頻電路變頻電路 第7章 變頻電路 變頻電路 圖 7-24 三相橋式PWM變頻電路 VD5 負(fù) 載 VD

54、2 VD3 VD6 VD1V1 VD 4 調(diào) 制 電 路 C Ud urA urB urC uc ug1 V3 ug3 V5 ug5 V2V6V4 ug2ug6ug4 第7章 變頻電路 變頻電路 0 u u c u r t 0 u A t 0 u B t 0t u C 圖 7-25 三相雙極性PWM波形 第7章 變頻電路 變頻電路 HEF4725是全數(shù)字化的生成三相SPWM波的集成電路。這種芯 片既可以用于有換流電路的三相晶閘管變頻電路，也可用于由全 控型開關(guān)器件構(gòu)成的變頻電路。 對(duì)于后者，可輸出三相對(duì)稱的 SPWM波控制信號(hào)，調(diào)頻范圍為0200 Hz。 由于它生成的SPWM波 最大開關(guān)頻率比

55、較低，一般在1 kHz以下， 所以較適于以BJT或 GTO為開關(guān)器件的變頻電路，而不適于IGBT變頻電路。 HEF4725采用標(biāo)準(zhǔn)的28腳雙列直插式封裝，芯片用5 V（有的 10 V）電源，可提供三組相位互差120的互補(bǔ)輸出SPWM控制脈 沖，以供驅(qū)動(dòng)變頻電路的六個(gè)功率開關(guān)器件產(chǎn)生對(duì)稱的三相輸出。 當(dāng)用晶閘管時(shí)，需附加產(chǎn)生三對(duì)互補(bǔ)換流脈沖，用以控制換流電 路中的輔助晶閘管。 7.5.4 專用大規(guī)模集成電路芯片形成專用大規(guī)模集成電路芯片形成SPWM波波 第7章 變頻電路 變頻電路 它的內(nèi)部邏輯框圖和管腳示于圖7-26。它由三個(gè)計(jì)數(shù)器、 一 個(gè)譯碼器、三個(gè)輸出口和一個(gè)試驗(yàn)電路組成。三個(gè)輸出口分別對(duì)

56、應(yīng) 于變頻電路的R、Y、 B（相當(dāng)于A、 B、 C）三相，每個(gè)輸出口包括 主開關(guān)元件輸出端（M1、 M2）和換流輔助開關(guān)元件輸出端（C1、C2） 兩組信號(hào)。換流輔助開關(guān)信號(hào)是為晶閘管逆變器設(shè)置的。由控制輸 入端I選擇晶體管/晶閘管方式。 當(dāng)I置高電平時(shí)，為晶閘管工作方 式，主輸出為占空比13的觸發(fā)脈沖串，換流輸出為單脈沖；當(dāng)I置 低電平時(shí)，為晶體管工作方式，驅(qū)動(dòng)晶體管變頻電路輸出波形是雙 邊緣調(diào)制的脈寬調(diào)制波。為減小低頻諧波影響，在低頻時(shí)適當(dāng)提高 開關(guān)頻率與輸出頻率的比值，即載波比，采用多載波比分段自動(dòng)切 換方式， 分為八段，載波比分別為15、21、 30、 42、 60、 84、 120、 168。 這種方式不但調(diào)制頻率范圍寬， 而且可與輸出電壓同 步。 第7章 變頻電路 變頻電路 圖 7-26 HEF4725內(nèi)部邏輯框圖與管腳圖 8 9 10 11 輸 出 口 ORM1 ORM2 ORC1 ORC2 67 24 25 ILKOCT 22 21 20 19 輸 出 口 OYM1 OYM2 OYC1 OYC2 3 2 1 27 輸 出 口 OBM1 OBM2 OBC1 OBC2 13 151623 ABC RSYN 試 驗(yàn) 電 路 RCT計(jì) 數(shù) 器 譯 碼 器 526 CWVAV FCT計(jì) 數(shù) 器12 FCT VCT計(jì) 數(shù) 器 17 VCT 4 RCT 18 CSP (a