1、 4.1 逆變的概念逆變的概念 逆變電路是把直流電逆變成交流電的電路。按照負載逆變電路是把直流電逆變成交流電的電路。按照負載 性質的不同，逆變分為有源逆變和無源逆變。當可控性質的不同，逆變分為有源逆變和無源逆變。當可控 整流電路工作在逆變狀態時，如果把該電路的交流側整流電路工作在逆變狀態時，如果把該電路的交流側 接到交流電源上，把直流電逆變成與交流電源同頻率接到交流電源上，把直流電逆變成與交流電源同頻率 的交流電返送到電網上去，則稱作有源逆變。如果可的交流電返送到電網上去，則稱作有源逆變。如果可 控整流電路的交流側不與電網聯接，而直接接到無源控整流電路的交流側不與電網聯接，而直接接到無源 負載

2、，則稱為無源逆變或變頻。負載，則稱為無源逆變或變頻。 4.2 有源逆變電路有源逆變電路 4.2.1 單相雙半波有源逆變電路單相雙半波有源逆變電路 w1 1、電路結構、電路結構 2、工作原理、工作原理 w1）整流狀態（）整流狀態（090） w當當等于零時，輸出電壓瞬時值等于零時，輸出電壓瞬時值ud在整個周期內全部為正；在整個周期內全部為正； 當當900時，時，ud在整個周期內有正有負，但正面積總是在整個周期內有正有負，但正面積總是 大于負面積，故平均值大于負面積，故平均值Ud為正值，其極性是上正下負，如為正值，其極性是上正下負，如 上圖上圖a。通常。通常Ud略大于略大于E，此時電流，此時電流Id

3、從從Ud的正端流出，從的正端流出，從 E的正端流進。電機的正端流進。電機M吸收電能，作電動運行，電路把從交吸收電能，作電動運行，電路把從交 流電網吸收的電能轉變成直流電能輸送給電動機，電路工流電網吸收的電能轉變成直流電能輸送給電動機，電路工 作在整流狀態，電機作在整流狀態，電機M工作在電動狀態工作在電動狀態。 w2）逆變狀態（）逆變狀態（90180） w逆變是將電機吸收的直流電能轉變成交流反饋回電網。逆變是將電機吸收的直流電能轉變成交流反饋回電網。 w由于晶閘管的單向導電性，負載電流由于晶閘管的單向導電性，負載電流Id不能改變方向，只有不能改變方向，只有 將將E反向，即電機作發電運行才能回饋電

4、能；為避免反向，即電機作發電運行才能回饋電能；為避免Ud與與E 順接，此時將順接，此時將Ud的極性也反過來，如上圖的極性也反過來，如上圖b示。要使示。要使Ud反反 向，向，應該大于應該大于90。 w當當在在90180間變動時，輸出電壓瞬時值間變動時，輸出電壓瞬時值ud在整個在整個 周期內有正有負，但負面積大于正面積，故平均值周期內有正有負，但負面積大于正面積，故平均值Ud為負為負 值，見上圖值，見上圖b所示。此時所示。此時E略大于略大于Ud，電流，電流Id的流向是從的流向是從E的的 正端流出，從正端流出，從Ud的正端流入，逆變電路吸收從電機反送來的正端流入，逆變電路吸收從電機反送來 的直流電能

5、，并將其轉變成交流電能反饋回電網，這就是的直流電能，并將其轉變成交流電能反饋回電網，這就是 該電路的有源逆變狀態。該電路的有源逆變狀態。 w要使整流電路工作在逆變狀態，必須滿足兩個條件：要使整流電路工作在逆變狀態，必須滿足兩個條件： w1）變流器的輸出）變流器的輸出Ud能夠改變極性（內部條件）。由于晶閘能夠改變極性（內部條件）。由于晶閘 管的單向導電性，電流管的單向導電性，電流Id不能改變方向，為實現有源逆變，不能改變方向，為實現有源逆變， 必須改變必須改變Ud的極性。即讓變流器的控制角的極性。即讓變流器的控制角90即可。即可。 w2）須有外接的提供直流電能的電源）須有外接的提供直流電能的電源

6、E。E也要能改變極性，也要能改變極性， 且有且有 （外部條件）。（外部條件）。 w3、逆變角、逆變角 w逆變狀態時的控制角稱為逆變角逆變狀態時的控制角稱為逆變角，規定以規定以=處作為計量處作為計量 角的起點，大小由計量起點向左計算。滿足如下關系：角的起點，大小由計量起點向左計算。滿足如下關系： d UE 4.2.2 逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗與最小逆變角的限制 1 1、逆變失敗、逆變失敗 w可控整流電路運行在逆變狀態時，一旦發生換相失敗，電可控整流電路運行在逆變狀態時，一旦發生換相失敗，電 路又重新工作在整流狀態，外接的直流電源就會通過晶閘路又重新工作在整流狀態，外接的直流電源就會通過

7、晶閘 管電路形成短路，使變流器的輸出平均電壓管電路形成短路，使變流器的輸出平均電壓Ud和直流電和直流電 動勢動勢E變成順向串聯，由于變流電路的內阻很小，將出現變成順向串聯，由于變流電路的內阻很小，將出現 很大的短路電流流過晶閘管和負載，這種情況稱為逆變失很大的短路電流流過晶閘管和負載，這種情況稱為逆變失 敗，或稱為逆變顛覆。敗，或稱為逆變顛覆。 w造成逆變失敗的原因：造成逆變失敗的原因： （1 1）觸發電路工作不可靠。不能適時、準確地給各晶閘）觸發電路工作不可靠。不能適時、準確地給各晶閘 管分配觸發脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等。管分配觸發脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等。 （2）晶閘管發生故障。器

8、件失去阻斷能力，或器件不能晶閘管發生故障。器件失去阻斷能力，或器件不能 導通。導通。 （3）交流電源異常。在逆變工作時，電源發生缺相或突交流電源異常。在逆變工作時，電源發生缺相或突 然消失而造成逆變失敗。然消失而造成逆變失敗。 （4）換相裕量角不足，引起換相失敗。應考慮變壓器漏換相裕量角不足，引起換相失敗。應考慮變壓器漏 抗引起的換相重疊角、晶閘管關斷時間等因素的影響。抗引起的換相重疊角、晶閘管關斷時間等因素的影響。 w交流側電抗對逆變換相過程的影響 2、最小逆變角最小逆變角確定的方法確定的方法 最小逆變角最小逆變角的大小要考慮以下因素：的大小要考慮以下因素： （1）換相重疊角換相重疊角。此值

9、與電路形式、工作電流大小、觸發。此值與電路形式、工作電流大小、觸發 角大小有關。即角大小有關。即 根據根據= -，設，設 =，則則 ： （2）晶閘管關斷時間）晶閘管關斷時間 tq 所對應的電角度所對應的電角度。折算后的電角度。折算后的電角度 約約4度度5度；度； m U XI sin2 )cos(cos 2 Bd m U XI sin2 1cos 2 Bd （3）安全裕量角）安全裕量角?？紤]到脈沖調整時不對稱、電網波動、?？紤]到脈沖調整時不對稱、電網波動、 畸變與溫度等影響，還必須留一個安全裕量角，一般取畸變與溫度等影響，還必須留一個安全裕量角，一般取 為為10度左右。度左右。 w綜上所述，最

10、小逆變角為：綜上所述，最小逆變角為： w w為了可靠防止為了可靠防止進入進入min區內，在要求較高的場合，可區內，在要求較高的場合，可 在觸發電路中加一套保護線路，使在觸發電路中加一套保護線路，使在減小時不能進入在減小時不能進入 min區內，或在區內，或在min處設置產生附加安全脈沖的裝置，處設置產生附加安全脈沖的裝置， 萬一當工作脈沖進入萬一當工作脈沖進入min區內時，由安全脈沖在區內時，由安全脈沖在min處處 觸發晶閘管，防止逆變失敗。觸發晶閘管，防止逆變失敗。 00 min 3530 4.2.3 有源逆變的應用有源逆變的應用 w一、應用之一一、應用之一 晶閘管串級調速晶閘管串級調速 w串

11、級調速的原理：轉子電流表達式 w 2 20 2 2 f20 2 sXR EsE I w工程上為實現方便，次同步串級調速系統是用不可控整流器工程上為實現方便，次同步串級調速系統是用不可控整流器 將轉子電動勢將轉子電動勢sE20整流為直流電動勢，并與轉子整流回路中整流為直流電動勢，并與轉子整流回路中 串入的直流附加電動勢進行合成，通過改變逆變角的大小，串入的直流附加電動勢進行合成，通過改變逆變角的大小， 實現低同步轉速的電動運行。采用直流附加電動勢的原因是：實現低同步轉速的電動運行。采用直流附加電動勢的原因是： 由于工程上獲取與轉子感應電勢由于工程上獲取與轉子感應電勢sE20反相位同頻率且頻率隨反

12、相位同頻率且頻率隨 轉子頻率變化的交流變頻電源轉子頻率變化的交流變頻電源Ef比較困難，所以在次同步串比較困難，所以在次同步串 級調速系統中采用整流器將轉子電動勢級調速系統中采用整流器將轉子電動勢sE20整流為直流電動整流為直流電動 勢，再與轉子回路中串入的直流附加電動勢進行比較。而可勢，再與轉子回路中串入的直流附加電動勢進行比較。而可 調直流附加電動勢在工程上比較容易實現。調直流附加電動勢在工程上比較容易實現。 w晶閘管串級調速系統的基本構成如下圖所示。系統中，直流晶閘管串級調速系統的基本構成如下圖所示。系統中，直流 附加電動勢是由晶閘管有源逆變器附加電動勢是由晶閘管有源逆變器UI產生的，改變

13、逆變角就產生的，改變逆變角就 改變了逆變電勢，相當于改變了直流附加電動勢，即可實現改變了逆變電勢，相當于改變了直流附加電動勢，即可實現 串級調速。串級調速。 二、應用之二二、應用之二兩組晶閘管反并聯時電動機兩組晶閘管反并聯時電動機 的可逆運行的可逆運行 w下圖為兩組晶閘管反并聯電路的框圖。設P為正組，N為反 組，電路有四種工作狀態。 w（1）正組整流）正組整流 w上左圖為正組整流工作狀態。設上左圖為正組整流工作狀態。設P在控制角在控制角作用下輸出整作用下輸出整 流電壓流電壓Ud，加于電動機，加于電動機M使其正轉。當使其正轉。當P組處于整流工作組處于整流工作 狀態時，反組狀態時，反組N不能也工作

14、在整流狀態，否則會使電流不能也工作在整流狀態，否則會使電流Id1 不經過負載不經過負載M，而只在兩組晶閘管之間流通，這種電流稱，而只在兩組晶閘管之間流通，這種電流稱 為環流，環流實質上是兩組晶閘管電源之間的短路電流。為環流，環流實質上是兩組晶閘管電源之間的短路電流。 因此，當正組整流時，反組應關斷或處于待逆變狀態。所因此，當正組整流時，反組應關斷或處于待逆變狀態。所 謂待逆變，就是謂待逆變，就是N組由逆變角組由逆變角控制處于逆變狀態但無逆變控制處于逆變狀態但無逆變 電流。要做到這一點，可使電流。要做到這一點，可使 。這樣，正組。這樣，正組P的平的平 均 電 流 供 電 動 機 正 轉 ， 反

15、組均 電 流 供 電 動 機 正 轉 ， 反 組 N處 于 待 逆 變 狀 態 。 由處 于 待 逆 變 狀 態 。 由 于于 ，故沒有平均電流流過反組，不產生真正的，故沒有平均電流流過反組，不產生真正的 逆變逆變。 dd UU dd UU w（2）反組逆變）反組逆變 w當要求正向制動時，流過電動機當要求正向制動時，流過電動機M的電流的電流Id必須反向才能必須反向才能 得到制動力矩，由于晶閘管的單向導電性，這只有利用反得到制動力矩，由于晶閘管的單向導電性，這只有利用反 組組N的逆變。為此，只要降低的逆變。為此，只要降低 且使且使 ， 則則N組產生逆變，流過電流組產生逆變，流過電流Id2，電機電

16、流，電機電流Id反向，反組有反向，反組有 源逆變將電勢能源逆變將電勢能E通過反組通過反組N送回電網，實現回饋制動。送回電網，實現回饋制動。 w（3）反組整流）反組整流 wN組整流，使電動機反轉，其過程與正組整流類似。組整流，使電動機反轉，其過程與正組整流類似。 w（4）正組逆變）正組逆變 wP組逆變，產生反向制動轉矩，其過程與組反逆變類似。組逆變，產生反向制動轉矩，其過程與組反逆變類似。 d U )( dd UUE 4.3 無源逆變（變頻）電路無源逆變（變頻）電路 4.3.1 變頻概述及變頻器的種類變頻概述及變頻器的種類 w將直流電能變換成交流電能供給無源負載的過程稱為無逆將直流電能變換成交流

17、電能供給無源負載的過程稱為無逆 變。用于逆變的直流電能通常是由電網提供的交流電整流變。用于逆變的直流電能通常是由電網提供的交流電整流 得來的。我們把得來的。我們把“將電網提供的恒壓恒頻將電網提供的恒壓恒頻CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)交流電變換為變壓變頻交流電變換為變壓變頻 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)交流電供給交流電供給 負載負載”的過程稱為變頻，實現變頻的裝置叫變頻器。的過程稱為變頻，實現變頻的裝置叫變頻器。 1 1、變頻器的分類、變頻器的分類 2、靜止型常規變頻器及特點、靜止型常規變

18、頻器及特點 （1）間接（交）間接（交-直直-交）變壓變頻裝置交）變壓變頻裝置 w交交-直直-交變頻器的主要構成環節如下圖交變頻器的主要構成環節如下圖a示。它先把交流電轉換為直流電，示。它先把交流電轉換為直流電， 經過中間濾波環節后，再把直流電逆變成變壓變頻的交流電，故又稱為經過中間濾波環節后，再把直流電逆變成變壓變頻的交流電，故又稱為 間接變頻器。間接變頻器。 w按照不同的控制方式，間接變頻器又有下圖按照不同的控制方式，間接變頻器又有下圖b、c、d三種情況。三種情況。 整流逆變 中間直流環節 DC AC 50Hz 恒壓恒頻 （CVCF） AC 變壓變頻 （VVVF） (a) 可控 整流 逆變

19、DC AC 50Hz 調壓調頻 AC （VVVF） (b) 不控 整流 逆變 DC AC 調頻 AC 50Hz斬波器 DC 調壓 (c) VVVF 50Hz 不控 整流 PWM 逆變 AC DC （VVVF） 調壓調頻 (d) AC 圖6-7 間接變壓變頻裝置的不同結構形式 w1）用可控整流器調壓、用逆變器調頻）用可控整流器調壓、用逆變器調頻 此裝置的調壓和調頻在兩個環節上分別進行。但輸入環節此裝置的調壓和調頻在兩個環節上分別進行。但輸入環節 采用晶閘管可控整流，電網端功率因數低，而輸出環節采采用晶閘管可控整流，電網端功率因數低，而輸出環節采 用晶閘管三相六拍逆變器，輸出諧波較大。用晶閘管三相

20、六拍逆變器，輸出諧波較大。 w2）用不可控整流器整流、斬波器調壓、再用逆變器調頻）用不可控整流器整流、斬波器調壓、再用逆變器調頻 該裝置的輸入環節采用不可控整流器，只整流不調壓，再該裝置的輸入環節采用不可控整流器，只整流不調壓，再 增設斬波器進行脈寬調壓。輸入功率因數高，但輸出逆變增設斬波器進行脈寬調壓。輸入功率因數高，但輸出逆變 環節諧波仍較大。環節諧波仍較大。 w3）用不可控整流器整流、脈寬調制逆變器調壓調頻）用不可控整流器整流、脈寬調制逆變器調壓調頻 這類裝置的輸入用不可控整流器，輸入功率因數高；用這類裝置的輸入用不可控整流器，輸入功率因數高；用 PWM逆變，則輸出諧波可以減少。輸出波形

21、已經非常逼逆變，則輸出諧波可以減少。輸出波形已經非常逼 近正弦波，因而又稱之為正弦脈寬調制逆變器。近正弦波，因而又稱之為正弦脈寬調制逆變器。 （2）直接（交）直接（交-交）變壓變頻裝置交）變壓變頻裝置 w交交-交變頻器是把工頻交流電直接變換成不同頻率交流電交變頻器是把工頻交流電直接變換成不同頻率交流電 的過程，它不通過中間直流環節，故又稱為直接變頻器或的過程，它不通過中間直流環節，故又稱為直接變頻器或 周波變換器。因為沒有中間環節，僅用一次變換就實現了周波變換器。因為沒有中間環節，僅用一次變換就實現了 變頻，效率較高。主要構成環節如下圖所示。變頻，效率較高。主要構成環節如下圖所示。 4.3.2

22、 交電壓型、電流型交交電壓型、電流型交-直直-交變頻電路交變頻電路 1 1、交、交- -直直- -交電壓型、電流型變頻器及其比較交電壓型、電流型變頻器及其比較 交交-直直-交變頻器就是把工頻交流電先通過整流器整成直流，交變頻器就是把工頻交流電先通過整流器整成直流， 然后再通過變換器，把直流電逆變成為頻率可調的交流電。然后再通過變換器，把直流電逆變成為頻率可調的交流電。 根據交根據交-直直-交變壓變頻器的中間濾波環節是采用電容性元交變壓變頻器的中間濾波環節是采用電容性元 件或是電感性元件，可以將交件或是電感性元件，可以將交-直直-交變頻器分為電壓型變交變頻器分為電壓型變 頻器和電流型變頻器兩大類

23、。兩類變頻器的區別主要在于頻器和電流型變頻器兩大類。兩類變頻器的區別主要在于 中間直流環節采用什么樣的濾波元件。中間直流環節采用什么樣的濾波元件。 w（1）交）交-直直-交電壓型變頻器交電壓型變頻器 w當直流環節采用大電容濾波時，電壓波形比較平直，相當當直流環節采用大電容濾波時，電壓波形比較平直，相當 于一個內阻抗為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形或階梯于一個內阻抗為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形或階梯 波，這類變頻裝置叫電壓型變頻器，如圖所示的電壓型變波，這類變頻裝置叫電壓型變頻器，如圖所示的電壓型變 頻器輸入采用二極管整流，輸出采用頻器輸入采用二極管整流，輸出采用GTR的六拍逆變的六拍逆變。

24、 w（2）交）交-直直-交電流型變頻器交電流型變頻器 w當中間直流環節采用大電感濾波時，電流波形較平直，因當中間直流環節采用大電感濾波時，電流波形較平直，因 而電源內阻抗大，輸出是一個恒流源，輸出交流電流是矩而電源內阻抗大，輸出是一個恒流源，輸出交流電流是矩 形波或階梯波，這類變頻裝置叫電流型變頻器，見下圖。形波或階梯波，這類變頻裝置叫電流型變頻器，見下圖。 （3）交）交-直直-交電壓型和電流型變頻器比較交電壓型和電流型變頻器比較 w1）無功能量的緩沖不同）無功能量的緩沖不同 w變頻器帶感性負載時，無功能量只能靠直流環節中濾波器的變頻器帶感性負載時，無功能量只能靠直流環節中濾波器的 儲能元件來

25、緩沖。電壓型變頻器用電容儲能，而電流型變頻儲能元件來緩沖。電壓型變頻器用電容儲能，而電流型變頻 器用電感儲能。器用電感儲能。 w2 2）調速時的動態響應調速時的動態響應 w電流型變頻器的直流電壓可迅速改變，所以由它供電的調速電流型變頻器的直流電壓可迅速改變，所以由它供電的調速 系統動態響應比較快，而電壓型供電的系統動態響應慢。系統動態響應比較快，而電壓型供電的系統動態響應慢。 w3 3）適用范圍適用范圍 w 電壓型變頻器適用于多臺電動機同步運行時的供電電源而不電壓型變頻器適用于多臺電動機同步運行時的供電電源而不 要求快速加減速的場合。電流型變頻器由于濾波電感的作用，要求快速加減速的場合。電流型

26、變頻器由于濾波電感的作用， 對負載變化的反應遲緩，適合于單電機傳動，但可以滿足快對負載變化的反應遲緩，適合于單電機傳動，但可以滿足快 速起制動和可逆運行的要求。速起制動和可逆運行的要求。 w4）回饋制動）回饋制動 w電流型變頻調速系統易實現回饋制動。當電流型變頻調速系統易實現回饋制動。當UR工作在整流狀態工作在整流狀態 （90，則電動，則電動 機進入發電狀態，且直流電壓機進入發電狀態，且直流電壓Ud立即反向，而電流立即反向，而電流Id方向不方向不 變。于是，逆變器變成整流器，而整流器變。于是，逆變器變成整流器，而整流器UR轉入有源逆變狀轉入有源逆變狀 態，電能由電機回饋給交流電網。如圖態，電能

27、由電機回饋給交流電網。如圖b。 w電壓型變頻調速系統要實現回饋制動卻比較困難，因中間環電壓型變頻調速系統要實現回饋制動卻比較困難，因中間環 節大電容的電壓極性不能反向，原裝置無法實現回饋制動。節大電容的電壓極性不能反向，原裝置無法實現回饋制動。 若要制動只有采用能耗制動或與可控整流器反并聯設置另一若要制動只有采用能耗制動或與可控整流器反并聯設置另一 組反向整流器，并使其工作在有源逆變狀態，以通過反向制組反向整流器，并使其工作在有源逆變狀態，以通過反向制 動電流，實現回饋制動。動電流，實現回饋制動。 電流型變頻調速系統的電動和回饋制動兩種運行狀態電流型變頻調速系統的電動和回饋制動兩種運行狀態 4

28、.4 無源逆變（變頻）電路的原理無源逆變（變頻）電路的原理 w無源逆變電路種類很多，最常見的有單相半橋逆變電路、無源逆變電路種類很多，最常見的有單相半橋逆變電路、 單相全橋逆變電路、三相全橋逆變電路等，而這些電路又單相全橋逆變電路、三相全橋逆變電路等，而這些電路又 各有電壓和電流型兩種形式。各有電壓和電流型兩種形式。 4.4.1 單相半橋逆變電路單相半橋逆變電路 4.4.2 單相全橋逆變電路單相全橋逆變電路 半橋電路結構簡單，所用管子比全橋少一半，相應減少了管半橋電路結構簡單，所用管子比全橋少一半，相應減少了管 壓降損耗，但輸出電壓降低一半，若要獲得相同的輸出電壓，壓降損耗，但輸出電壓降低一半

29、，若要獲得相同的輸出電壓， 勢必需要帶中間抽頭的勢必需要帶中間抽頭的2Ud的直流電源；在實際應用中，全橋的直流電源；在實際應用中，全橋 逆變電路更為普遍。電壓型單相全橋逆變電路如下圖逆變電路更為普遍。電壓型單相全橋逆變電路如下圖a所示。所示。 4.4.3 三相橋式逆變電路三相橋式逆變電路 w在需要大功率變換或負載要求三相電源時，可采用三相橋式在需要大功率變換或負載要求三相電源時，可采用三相橋式 逆變電路，其主電路比單相全橋逆變電路多了一條橋臂。電逆變電路，其主電路比單相全橋逆變電路多了一條橋臂。電 壓型三相橋式逆變電路如下圖所示，當對波形有較高要求時，壓型三相橋式逆變電路如下圖所示，當對波形有

30、較高要求時， 可采用可采用PWM控制方法，以抑制較大的高次諧波。控制方法，以抑制較大的高次諧波。 w三相橋式逆變電路主要有三相橋式逆變電路主要有180導電型的交導電型的交-直直-交電壓型和交電壓型和 120導電型的交導電型的交-直直-交電流型變頻器，下面以討論晶閘管交電流型變頻器，下面以討論晶閘管 交交-直直-交變頻器為主。交變頻器為主。 2、180度導電型的交度導電型的交-直直-交電壓型變頻器交電壓型變頻器 （1）主電路組成）主電路組成 變頻器的主電路由整流器、中間濾波電容及晶閘管逆變器變頻器的主電路由整流器、中間濾波電容及晶閘管逆變器 組成，下圖是串聯電感式電壓型變頻器逆變部分的電路，組成

31、，下圖是串聯電感式電壓型變頻器逆變部分的電路， 圖中只畫出了電容濾波器及晶閘管逆變器部分。整流器可圖中只畫出了電容濾波器及晶閘管逆變器部分。整流器可 采用單相或三相整流電路。采用單相或三相整流電路。Cd為濾波電容，逆變器中為濾波電容，逆變器中 VT1VT6為主晶閘管，為主晶閘管，VD1VD6為反饋二極管，提供續流為反饋二極管，提供續流 回路，回路，RU、RV、RW為衰減電阻，為衰減電阻，L1L6為換流電感，為換流電感， C1C6為換流電容，為換流電容，ZU、ZV、ZW為變頻器的三相對稱負載。為變頻器的三相對稱負載。 w三相串聯電感式電壓型變頻器逆變部分主電路三相串聯電感式電壓型變頻器逆變部分主

32、電路 w該逆變器的該逆變器的6個晶閘管按一定的導通規則通斷，將濾波電個晶閘管按一定的導通規則通斷，將濾波電 容容Cd送來的直流電壓送來的直流電壓Ud逆變成頻率可調的交流電。調壓逆變成頻率可調的交流電。調壓 靠前級的可控整流電路完成?？壳凹壍目煽卣麟娐吠瓿?。 （2）晶閘管導通規則及輸出波形分析）晶閘管導通規則及輸出波形分析 w逆變器中逆變器中6個晶閘管的導通順序為個晶閘管的導通順序為 VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1，各晶閘管的觸，各晶閘管的觸 發間隔為發間隔為60。電壓型逆變器通常采用。電壓型逆變器通常采用180導電型，即導電型，即 每個晶閘管導通每個晶閘管導通180電角度后被關斷

33、，由同相的另一個電角度后被關斷，由同相的另一個 晶閘管換流導通。每組晶閘管導電間隔為晶閘管換流導通。每組晶閘管導電間隔為120。按照每。按照每 個晶閘管觸發間隔為個晶閘管觸發間隔為60，觸發導通后維持，觸發導通后維持180才被關才被關 斷的特征斷的特征(180導電型導電型)，可以得到，可以得到6個晶閘管在個晶閘管在360區間區間 里的導通情況，如下表所示。里的導通情況，如下表所示。 （3）逆變器中晶閘管的導通情況（）逆變器中晶閘管的導通情況（180電壓型）電壓型） 晶閘管晶閘管 區間區間 0060012001800240030003600 VT1導通導通導通導通導通導通 VT2導通導通導通導通

34、導通導通 VT3導通導通導通導通導通導通 VT4導通導通導通導通導通導通 VT5導通導通導通導通導通導通 VT6導通導通導通導通導通導通 （4）每個）每個60區間內的負載等效電路區間內的負載等效電路 dUW d VWU V dV d VWU WU UUU U ZZZ Z UU U ZZZ ZZ UU 3 1 3 2 / 3 1 / / 00 0 dU0 0 00 00 00 UWWU dWVVW dVUUV UUU UUUU UUUU （6）輸出線電壓）輸出線電壓 （5）輸出相電壓）輸出相電壓 （7）60120區間的相、線電壓值區間的相、線電壓值 dW dV dU UU UU UU 3 1 3

35、 1 3 2 0 0 0 dWU VW dUV UU U UU 0 （8）逆變器相電壓和線電壓計算值（）逆變器相電壓和線電壓計算值（180電壓型）電壓型） （9）180逆變器輸出的相電壓、線電壓波形逆變器輸出的相電壓、線電壓波形 （10）相、線電壓波形的有效值）相、線電壓波形的有效值 pl dUVWUVWUV dUoWVU UU UtduUUU UtduUUU 3 3 2 2 1 3 2 2 1 2 0 2 2 0 2 000 （11）180導電型逆變器工作規律總結：導電型逆變器工作規律總結： w 每個脈沖間隔每個脈沖間隔60區間內有區間內有3個晶閘管導通，它們分屬個晶閘管導通，它們分屬 于逆

36、變橋的共陰極組和共陽極組。于逆變橋的共陰極組和共陽極組。 w 在在3個導通元件中，若屬于同一組的有個導通元件中，若屬于同一組的有2個元件，則元個元件，則元 件所對應相的相電壓為件所對應相的相電壓為 ，另，另1個元件所對應相的相個元件所對應相的相 電壓為電壓為 。 w共陽極組元件所對應相的相電壓為正，共陰極組元件所共陽極組元件所對應相的相電壓為正，共陰極組元件所 對應相的相電壓為負。對應相的相電壓為負。 w三個相電壓相位互差三個相電壓相位互差120；相電壓之和為；相電壓之和為0。 w 線電壓等于相電壓之差；三個線電壓相位互差線電壓等于相電壓之差；三個線電壓相位互差120； 線電壓之和為線電壓之和

37、為0。 w 線電壓為線電壓為 倍相電壓。倍相電壓。 d U 3 1 d U 3 2 3 2、120度導電型的交度導電型的交-直直-交電流型變頻器交電流型變頻器 在在180導電型的電壓型逆變器中，晶閘管的換流是在導電型的電壓型逆變器中，晶閘管的換流是在 同一相中進行的。有可能使直流電源發生短路；另需同一相中進行的。有可能使直流電源發生短路；另需 要外接換流衰減電阻、換流電感、換流電容等元件才要外接換流衰減電阻、換流電感、換流電容等元件才 能完成換流，使得逆變器體積增加、成本提高、換流能完成換流，使得逆變器體積增加、成本提高、換流 損耗加大。為此，引入損耗加大。為此，引入120導電型的電流型逆變器

38、，導電型的電流型逆變器， 該逆變器晶閘管的換流是在同一組中進行的，不存在該逆變器晶閘管的換流是在同一組中進行的，不存在 電源短路問題，也不需要換流衰減電阻和換流電感等電源短路問題，也不需要換流衰減電阻和換流電感等 元件。元件。 （1）120度度電流型變頻器主電路組成電流型變頻器主電路組成 w輸入端采了可控整流，濾波電感輸入端采了可控整流，濾波電感L將整流器的輸出強制變將整流器的輸出強制變 成直流電流成直流電流Id。逆變器部分沒有調壓功能，只將。逆變器部分沒有調壓功能，只將6個晶閘個晶閘 管按一定的導通規則通斷，將電感管按一定的導通規則通斷，將電感L送來的恒流送來的恒流Id逆變成逆變成 頻率可調

39、的交流電。頻率可調的交流電。 （2）晶閘管導通規則及輸出波形分析）晶閘管導通規則及輸出波形分析 w逆變器中逆變器中6個晶閘管的導通順序為個晶閘管的導通順序為 wVT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1，各晶閘管的，各晶閘管的 觸發間隔為觸發間隔為60。電流型逆變器通常采用。電流型逆變器通常采用120導電型，即導電型，即 每個晶閘管導通每個晶閘管導通120電角度后被關斷，由同一組的另一個電角度后被關斷，由同一組的另一個 晶閘管換流導通。按照每個晶閘管觸發間隔為晶閘管換流導通。按照每個晶閘管觸發間隔為60，觸發，觸發 導通后維持導通后維持120才被關斷的特征才被關斷的特征(120導電型導電型)，

40、可以得到，可以得到 6個晶閘管在個晶閘管在360區間里的導通情況，如下表所示。區間里的導通情況，如下表所示。 （3）晶閘管的導通情況（）晶閘管的導通情況（120電流型）電流型） 晶閘管晶閘管 區間區間 0060012001800240030003600 VT1導通導通導通導通 VT2導通導通導通導通 VT3導通導通導通導通 VT4導通導通導通導通 VT5導通導通導通導通 VT6導通導通導通導通 （4） 每個每個 60區區 間間 內的內的 負負 載等效電載等效電 路路 （5）逆變器相電流計算值（）逆變器相電流計算值（120電流型）電流型） 相、線相、線 電電 壓壓 區區 間間 006001200

41、1800240030003600 IUNIdId0-Id-Id0 IVN-Id0IdId0-Id IWN0-Id-Id0IdId （6） 120導電型逆變器輸出的相電流波導電型逆變器輸出的相電流波 （7）120導電型導電規律總結導電型導電規律總結 每個脈沖觸發間隔每個脈沖觸發間隔60內，有內，有2個晶閘管元件導通，它們個晶閘管元件導通，它們 分屬于逆變橋的共陰極組和共陽極組。分屬于逆變橋的共陰極組和共陽極組。 在在2個導通元件中，每個元件所對應相的相電流為個導通元件中，每個元件所對應相的相電流為Id。而。而 不導通元件所對應相的電流為不導通元件所對應相的電流為0。 共陽極組中元件所通過的相電流

42、為正，共陰極組元件所通共陽極組中元件所通過的相電流為正，共陰極組元件所通 過的相電流為負。過的相電流為負。 w 每個脈沖間隔每個脈沖間隔60內的相電流之和為內的相電流之和為0。 4.5 正弦波脈寬調制正弦波脈寬調制(SPWM)變頻器變頻器 w脈寬調制（脈寬調制（PWM）技術是利用全控型電力電子器件的導通和關斷把直流電）技術是利用全控型電力電子器件的導通和關斷把直流電 壓變成一定形狀的電壓脈沖序列，實現變壓、變頻控制并消除諧波的技術。壓變成一定形狀的電壓脈沖序列，實現變壓、變頻控制并消除諧波的技術。 w目前，工程中主要采用的目前，工程中主要采用的PWM技術是正弦技術是正弦PWM（SPWM），這是

43、因為變），這是因為變 頻器輸出的電壓或電流波形接近于正弦波形。頻器輸出的電壓或電流波形接近于正弦波形。SPWM方案多種多樣，歸納方案多種多樣，歸納 起來可分為電壓正弦起來可分為電壓正弦PWM 、電流正弦、電流正弦PWM和磁通正弦和磁通正弦PWM等三種基本等三種基本 類型，其中電壓正弦類型，其中電壓正弦PWM和電流正弦和電流正弦PWM是從電源角度出發的是從電源角度出發的SPWM ， 磁通正弦磁通正弦PWM （也稱為電壓空間矢量（也稱為電壓空間矢量PWM ）是從電機角度出發的）是從電機角度出發的SPWM 方法。方法。PWM型變頻器的主要特點是：型變頻器的主要特點是： w1）主電路只有一個可控功率環

44、節，開關元件少，控制線路結構得以簡化；）主電路只有一個可控功率環節，開關元件少，控制線路結構得以簡化； w2）整流側使用了不可控整流器，電網功率因數與逆變器輸出電壓無關，基）整流側使用了不可控整流器，電網功率因數與逆變器輸出電壓無關，基 本上接近于本上接近于1； w3）VVVF在同一環節實現，與中間儲能元件無關，變頻器的動態響應快；在同一環節實現，與中間儲能元件無關，變頻器的動態響應快； w4）通過對）通過對PWM控制方式的控制，能有效地抑制或消除低次諧波，實現接控制方式的控制，能有效地抑制或消除低次諧波，實現接 近正弦形的輸出交流電壓波形。近正弦形的輸出交流電壓波形。 4.5.1 電壓正弦脈

45、寬調制的工作原理電壓正弦脈寬調制的工作原理 1、電壓正弦脈寬調制原理、電壓正弦脈寬調制原理 （1）正弦脈寬調制原理）正弦脈寬調制原理 正弦脈寬調制（正弦脈寬調制（SPWM）波是與正弦波等效的一系列等幅）波是與正弦波等效的一系列等幅 不等寬的矩形脈沖波，如下圖不等寬的矩形脈沖波，如下圖a所示。等效的原則是每一所示。等效的原則是每一 區間的面積相等。如果把一個正弦半波分作區間的面積相等。如果把一個正弦半波分作n等分，然后等分，然后 把每一等分正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個與之面把每一等分正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個與之面 積相等的矩形脈沖來代替，矩形脈沖的幅值不變，各脈沖積相等的矩形脈沖

46、來代替，矩形脈沖的幅值不變，各脈沖 的中點與正弦波每一等分的中點相重合，見圖的中點與正弦波每一等分的中點相重合，見圖b。這樣，。這樣， 由由n個等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波的個等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波的 半周波形等效，稱作半周波形等效，稱作SPWM波形。波形。 電壓正弦波脈寬調制電壓正弦波脈寬調制(SPWM)波形波形 （2） SPWM變壓變頻器主電路原理圖變壓變頻器主電路原理圖 （3）單極式）單極式SPWM波的形成波的形成 （4）正弦波與雙極性三角波的調制）正弦波與雙極性三角波的調制 （5）三相雙極式正弦脈寬調制和）三相雙極式正弦脈寬調制和SPWM波形波形 2、

47、SPWM逆變器的同步調制和異步調制逆變器的同步調制和異步調制 wSPWM逆變器有一個重要參數逆變器有一個重要參數載波比載波比N，它被定義為，它被定義為 載波頻率載波頻率fc與調制波頻率與調制波頻率fr之比，用之比，用N表示表示，即即 w w N= w視載波比的變化與否，有同步調制與異步調制之分。視載波比的變化與否，有同步調制與異步調制之分。 r c f f w（1）同步調制）同步調制 w在改變在改變fr的同時成正比地改變的同時成正比地改變fc，使載波比，使載波比N=常數。優點常數。優點 是可以保證輸出電壓半波內的矩形脈沖數是固定不變的，是可以保證輸出電壓半波內的矩形脈沖數是固定不變的， 如果取

48、如果取N等于等于3的倍數，則同步調制能保證輸出波形的正、的倍數，則同步調制能保證輸出波形的正、 負半波始終保持對稱，并能嚴格保證三相輸出波形之間具負半波始終保持對稱，并能嚴格保證三相輸出波形之間具 有互差有互差120的對稱關系。但是，當輸出頻率很低時，由的對稱關系。但是，當輸出頻率很低時，由 于相鄰兩脈沖間的間距增大，諧波會顯著增加，使負載電于相鄰兩脈沖間的間距增大，諧波會顯著增加，使負載電 機產生較大的脈動轉矩和較強的噪聲，這是同步調制方式機產生較大的脈動轉矩和較強的噪聲，這是同步調制方式 在低頻時的主要缺點。在低頻時的主要缺點。 w（2）異步調制）異步調制 w異步調制在整個變頻范圍內，載波

49、比異步調制在整個變頻范圍內，載波比N不等于常數。不等于常數。 在改變調制波頻率在改變調制波頻率fr時保持三角載波頻率時保持三角載波頻率fc不變，提高不變，提高 了低頻時的載波比。這樣，輸出電壓半波內的矩形脈了低頻時的載波比。這樣，輸出電壓半波內的矩形脈 沖數可隨輸出頻率的降低而增加，改善了系統的低頻沖數可隨輸出頻率的降低而增加，改善了系統的低頻 工作性能。但異步調制在改善低頻工作性能的同時，工作性能。但異步調制在改善低頻工作性能的同時， 當載波比當載波比N隨著輸出頻率的降低而連續變化時，它不隨著輸出頻率的降低而連續變化時，它不 可能總是可能總是3的倍數，必將使輸出電壓波形及其相位都發的倍數，必

50、將使輸出電壓波形及其相位都發 生變化，難以保持三相輸出的對稱性，因而引起電機生變化，難以保持三相輸出的對稱性，因而引起電機 工作不平穩。工作不平穩。 （3）分段同步調制）分段同步調制 w為揚長避短，可將同步調制和異步調制結合起來，成為揚長避短，可將同步調制和異步調制結合起來，成 為分段同步調制方式。為分段同步調制方式。 w即在一定頻率范圍內采用同步調制，以保持輸出波形即在一定頻率范圍內采用同步調制，以保持輸出波形 對稱的優點；當頻率降低較多時，可使載波比對稱的優點；當頻率降低較多時，可使載波比N分段分段 有級地加大，以采納異步調制的長處，這就是分段同有級地加大，以采納異步調制的長處，這就是分段

51、同 步調制方式。具體地說，把整個變頻范圍劃分成若干步調制方式。具體地說，把整個變頻范圍劃分成若干 頻段，每個頻段內都維持載波比頻段，每個頻段內都維持載波比N恒定，而對不同的恒定，而對不同的 頻段取不同的頻段取不同的N值，頻率低時，值，頻率低時，N值取大些，一般大致值取大些，一般大致 按等比級數安排。按等比級數安排。 3、SPWM的實現方法的實現方法 （1）自然采樣法）自然采樣法 w自然采樣法是按照正弦波與三角形波交點進行脈沖寬度與自然采樣法是按照正弦波與三角形波交點進行脈沖寬度與 間隙時間的采樣，從而生成間隙時間的采樣，從而生成SPWM波形。具體是截取任意波形。具體是截取任意 一段正弦波與三角

52、載波的一個周期長度內的相交情況。一段正弦波與三角載波的一個周期長度內的相交情況。A點點 為脈沖發生時刻，為脈沖發生時刻，B點為脈沖結束時刻，在三角波的一個周點為脈沖結束時刻，在三角波的一個周 期期Tt內，內，t2為為SPWM波的高電平時間，稱作脈寬時間，波的高電平時間，稱作脈寬時間，t1與與 t3則為低電平時間，稱為間隙時間。顯然則為低電平時間，稱為間隙時間。顯然Tt=t1+t2+t3。 2 B 2 A sin1 2/ 2 sin1 2/ 2 t tM T t tM T s t s t BA 2 22 sinsin 2 1 2 tt MT ttt ss t 自然采樣法 規則采樣法 w（2）規則采樣法）規則采樣法 w規則采樣法有：規則采樣規則采樣法有：規則采樣法、規則