第二章變頻器工作原理整流逆變

1第二章變頻器工作原理關(guān)鍵詞：整流、逆變22.1整流電路AC／DC變換電路是能夠直接將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路，泛稱整流電路。一、整流電路的分類自本世紀20年代迄今已經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段：第一階段：旋轉(zhuǎn)式變流機組（電動機－發(fā)電機組）；第二階段：靜止式離子整流器；第三階段：靜止式半導體整流器；3旋轉(zhuǎn)式變流機組和靜止式離子整流器的技術(shù)經(jīng)濟性能均不及半導體整流器，因而在世界范圍內(nèi)已為后者所取代。靜止式半導體整流器，按照電路中變流器件的開關(guān)頻率不同，所有的半導體變流電路可劃分力低頻和高頻兩大類。對于整流電路而言，前者是指傳統(tǒng)相控式整流電路，是所有半導體變流電路中歷史最久，技術(shù)最成熟，應用也最廣泛的一種電路，后者是指最近才發(fā)展起來的斬控式（PWM）整流電路，是所有半導體變流電路中發(fā)展歷史最短的一種電路，是斬波控制方式和高頻自關(guān)斷器件發(fā)展的技術(shù)產(chǎn)物。42.2整流電路的分類5單相半波可控整流電路及波形（1）在U2的正半周，VT承受正向電壓，0～ωt1期間，無觸發(fā)脈沖，VT處于正向阻斷狀態(tài)，UVT＝U2，Ud=0;（2）ωt1以后，VT由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導通，則Ud=U2,UVT=0,Id=U2/R，一直到π時刻；（3）π～2π期間，U2反向，VT由于承受反向電壓而關(guān)斷,UVT=U2,Ud=0。以后不斷重復以上過程。6帶電感性負載的單相半波電路及其波形

7單相橋式全控整流電路圖（純電阻負載）8單相全控橋帶電感性負載時的電路及波形

92.3三相橋式全控整流電路三相全橋的特點：應用最為廣泛.三相橋式全控整流電路與三相半波電路相比，輸出整流電壓提高一倍，輸出電壓的脈動較小、變壓器利用率高且無直流磁化問題。由于在整流裝置中，三相橋電路晶閘管的最大失控時間只為三相半波電路的一半，故控制快速性較好，因而在大容量負載供電、電力拖動控制系統(tǒng)等方面獲得廣泛的應用。102.3.1共陰極三相半波可控整流電路電阻負載

圖3-19三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路如圖3-19所示。為得到零線，變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)為避免3次諧波流入電源接成三角形。三個晶閘管分別接入a、b、c三相電源，它們的陰極連接在—起，稱為共陰極接法，這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線方便。圖3-19三相半波可控整流電路112.3.2共陽極三相半波可控整流電路電路共陽極電路，即將三個晶閘管的陽極連在一起，其陰極分別接變壓器三相繞組，變壓器的零線作為輸出電壓的正端，晶閘管共陽極端作為輸出電壓的負端，如圖2-26所示。這種共陽極電路接法，對于螺栓型晶閘管的陽根可以共用散熱器，使裝置結(jié)構(gòu)簡化；但三個觸發(fā)器的輸出必須彼此絕緣。圖3-26三相半波可控整流電路2.4SPWM變頻器的工作原理--三相橋式整流電路13由于三相橋式整流電路是兩組三相半波整流電路的串聯(lián)，因此輸出電壓是三相半波的兩倍。當輸出電流連續(xù)時：由于變壓器規(guī)格并末改變，整流電壓卻比三相半波時大一倍，因此輸出功率加大一倍。變壓器利用率提高了，而晶閘管的電流定額不變。在輸出整流電壓相同的情況下，三相橋式晶閘管的電壓定額可以比三相半波電路的晶閘管低一半。14帶電阻負載時的工作情況1.工作原理和波形分析：(1)α

=0時的情況對于共陰極組的3個晶閘管，陽極所接交流電壓值最大的一個導通；對于共陽極組的3個晶閘管，陰極所接交流電壓值最低（或者說負得最多）的導通；任意時刻共陽極組和共陰極組中各有1個SCR處于導通狀態(tài)。其余的SCR均處于關(guān)斷狀態(tài)。觸發(fā)角α的起點，仍然是從自然換相點開始計算，注意正負方向均有自然換相點。圖2-18三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=0時的波形

動畫15從線電壓波形看，

ud為線電壓中最大的一個，因此ud波形為線電壓的包絡(luò)線。

表3-1三相橋式全控整流電路電阻負載α

=0時晶閘管工作情況時段IIIIIIIVVVI共陰極組中導通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb動畫16三相橋式全控整流電路的特點：（1)兩個SCR同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各有一個SCR導通，且不能為同相的兩個SCR（否則沒有輸出）。（2）對觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60；共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120；同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。動畫17（3）ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，所以三相全橋電路稱為6脈波整流電路；（4）需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖：可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)(大于600)

另一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）：在Ud的六個時間段，均給應該導通的SCR提供觸發(fā)脈沖，而不管其原來是否導通。所以每隔600就需要提供兩個觸發(fā)脈沖。

實際提供脈沖的順序為：1,2-2,3-3,4-4,5-5,6-6,1-1,2，不斷重復。（5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同為：動畫18三相橋式全控整流電路原理圖

19三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=0時的波形

20

三相橋式全控整流電路電阻負載α=0時晶閘管工作情況

時段IIIIIIIVVVI共陰極組中導通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=ucub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb21三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=30時的波形

22三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=60時的波形

23三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=90時的波形24三相橋式全控整流電路帶電感性負載α=0時的波形

25三相橋式全控整流電路帶電感性負載α=30時的波形26三相橋式整流電路帶電感性負載，α=90時的波形

~380V50HZf

=0~500HZ圖3-1變頻調(diào)速

變頻調(diào)速f

變極對數(shù)調(diào)速P

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速S2.5變頻調(diào)速原理交—直—交變頻器基本結(jié)構(gòu)圖3-2交—直—交變頻器主回路圖整流器濾波器逆變器三相逆變橋示意圖圖3-3

三相逆變橋變頻器及應用技術(shù)變頻變壓的實現(xiàn)1.單相逆變橋原理a）單相逆變橋電路b）負載所得電壓波形變頻器及應用技術(shù)變頻變壓的實現(xiàn)2.變頻方法a）頻率較高b）頻率較低變頻器及應用技術(shù)變頻變壓的實現(xiàn)3.三相逆變橋a）三相逆變電路b）輸出電壓波形變頻器及應用技術(shù)SPWM1.交—直—交a）電路框圖b）頻率較高c）頻率較低輸出電壓為方波，電流為正弦波（1）電壓型脈寬調(diào)制（PWM）（2）電流型輸出電壓為正弦波，電流為方波變頻器及應用技術(shù)SPWM串聯(lián)二極管式電流型變頻器主電路及電流波形2.電壓型正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）變頻器及應用技術(shù)SPWM2.6SPWM變頻器的工作原理：

所謂正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)就是把正弦波等效為一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形，如圖4所示，等效的原則是面積相等。（1）單極性調(diào)制a）頻率較高b）頻率較低

采用三角波和正弦波相交獲得的PWM波形直接控制各個開關(guān)可以得到脈沖寬度和各脈沖間的占空比可變的呈正弦變化的輸出脈沖電壓電壓，能獲得理想的控制效果，輸出電流近似正弦波。變頻器及應用技術(shù)SPWM（2）雙極性脈寬調(diào)制變頻器及應用技術(shù)SPWM2.7控制芯片

DSP－電機控制專用CPUTI公司產(chǎn)品實時控制，快速處理數(shù)據(jù)同一機器周期同時處理多條指令

CPLD－大規(guī)?？删幊踢壿嬯嚵?/p>

XILINX產(chǎn)品系統(tǒng)邏輯構(gòu)成和保護電路簡化數(shù)字邏輯

MCU－單片機

ATMEL公司產(chǎn)品顯示與鍵盤

控制線路板變頻器及應用技術(shù)SPWM功率器件電機控制算法功率器件V/F控制SCRGTR矢量控制IGBT計算機技術(shù)單片機DSPIGBT大容量

IPM更高速率和容量如，矩陣式變頻器大功率傳動使用變頻器，體積大，價格高未來發(fā)展方向完美無諧波，PWM技術(shù)SPWM技術(shù)PWM優(yōu)化新一代開關(guān)技術(shù)無速度矢量控制電流矢量V/F70年代80年代60年代90年代高速DSP專用芯片2000年代超靜音變頻器開始流行解決了GTR噪聲問題變頻器性能大幅提升大批量使用，取代直流算法優(yōu)化

更大容量更高開關(guān)頻率PWM技術(shù)空間電壓矢量