第二章 变频调速技术

第二章变频调速技术

2.1交-直-交变频器的基本电路交-直-交变频器的基本电路包括整流电路和逆变电路，整流电路将工频交流电整流成直流电，逆变电路再将直流电逆变成频率可调的三相交流电，是整流变换的逆过程。其核心部分为逆变器。变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开、关方式分类，可以分为PAM（脉幅调制）控制变频器、PWM（脉宽调制）控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。2.1交-直-交变频器的基本电路图2-1

交-直-交电压型变频器主电路2.1交-直-交变频器的基本电路三相逆变电路由六只具有单向导电性的功率半导体开关Sl~S6组成。每只功率开关上反并联一只续流二极管，为负载的滞后电流提供一条反馈到电源的通路。极据功率开关的导通持续时间不同，可以分为180°导电型和120°导电型两种工作方式。180°导电型各功率元件驱动脉冲波形如图2-3所示。状态S1S2S3S4S5S6状态1（0~60°）＋＋＋状态2（60°~120°）＋＋＋状态3（120°~180°）＋＋＋状态4（180°~240°）＋＋＋状态5（240°~300°）＋＋＋状态6（300°~3600°）＋＋＋表2-1

180°导电型逆变器功率开关导通规律

2.1交-直-交变频器的基本电路输出电压状态1状态2状态3状态4状态5状态6相电压uA0Ud/32Ud/3Ud/3-Ud/3-2Ud/3-Ud/3uB0-2Ud/3-Ud/3Ud/32Ud/3Ud/3-Ud/3uC0Ud/3-Ud/3-2Ud/3-Ud/3Ud/3Ud/3线电压uABUdUd0-Ud-Ud0uBC-Ud0UdUd0-UduCA0-Ud-Ud0UdUd表2-2

负载为丫接时各个工作状态下的输出电压

图2-5

三相电压型逆变器的输出电压波形（180°导电型）选择适当的坐标原点，对输出电压波形进行谐波分析，对相电压和线电压分别进行傅立叶分解：2．电压型变频器及电压调节方式（1）电压型变频器最简单的电压型变频器由可控整流器和电压型逆变器组成，用可控整流器调压，逆变器调频，如图2-6示。为适应再生制动运行，可在图2-6电路的基础上，增加附加电路。一种方法是，在中间直流电路中设法将再生能量处理掉，即在电容Cd的两端并联一条由耗能电阻R与功率开关(可以是晶闸管或自关断器件)相串联的电路，如图2-7所示。另一种方法是，在整流电路中设置再生反馈通路—反并联一组逆变桥，如图2-8所示。（2）电压调节方式一种是采用可控整流器整流，通过对触发脉冲的相位控制直接得到可调直流电压。。另一种是采用不控整流器整流，在直流环节增加斩波器，以实现调压，如图2-9所示。3．串联电感式电压型变频器图2-10

三相串联电感式电压型变频器的主电路L1~L6为换相电感C1~C6为换相电容RA~RC为环流衰减电阻图中Cd、Ld构成中间滤波环节，通常Ld很小，Cd很大。晶闸管VT1~VT6作为功率开关取代了图2-3中的Sl~S6。L1~L6为换相电感，位于同一桥臂上的两个换相电感是紧密耦合的，串联在两个主晶闸管之间，因而称之为串联电感式。C1~C6为换相电容，RA~RC为环流衰减电阻。该电路属于180°导电型，换相是在同—桥臂的两个晶闸管之间进行，采用补换相方式、即触发一个晶闸管去关断同一桥臂上的另—个晶闸管。3．串联电感式电压型变频器（1）换相前的状态3．串联电感式电压型变频器VT1稳定导通，C4充电至Ud，VT1,VT2,VT3导通（2）换相阶段3．串联电感式电压型变频器触发VT4,C4经L4和VT4组成的回路放电，L4感应出电势同时，C4还通过A、C相负载放电。（3）环流及反馈阶段3．串联电感式电压型变频器C4放电结束，iT4达到最大值，最后下降，L4感应电势极性变化，VD4承受正压导通，L4中存储电能经VT4和VD4形成环流，同时，维持负载电流，经VD4和VD5。（4）负载电流反向阶段3．串联电感式电压型变频器电感电流下降至0，VD4关断，负载电流过0，只触发脉冲足够宽，VT4再次导通，负载电流反向。流经如图，导通管子为VT3VT4VT2。换向结束。图2-12

换相时的电压、电流波形

2.1.2交-直-交电流型变频器1．电流型逆变器的基本电路表2-3

120°导电型逆变器功率开关导通规律状态S1S2S3S4S5S6状态1（0~60°）＋

＋状态2（60°~120°）＋＋

状态3（120°~180°）

＋＋状态4（180°~240°）

＋＋状态5（240°~300°）

＋＋状态6（300°~360°）

＋＋以状态1为例2.1.2交-直-交电流型变频器表2-4

负载为Δ接时各个工作状态下的输出电流输出电流状态1状态2状态3状态4状态5状态6线电流iA0IdId0-Id-Id0iB0-Id0IdId0-IdiC00-Id-Id0IdId相电流iAB2Id/3Id/3-Id/3-2Id/3-Id/3Id/3iBC-Id/3Id/32Id/3Id/3-Id/3-2Id/3iCA-Id/3-2Id/3-Id/3Id/32Id/3Id/3图2-15

三相电流型逆变器的输出电流波形（120°导电型）2．电流型变频器的再生制动运行图2-16

电流型变频器的电动状态与再生制动状态（a）电动状态（b）再生制动状态3．串联二极管式电流型变频器a．换相前的状态

b．晶间管换相及恒流充电阶段3．串联二极管式电流型变频器C是等效电容VT3导通，VT1受反压截止C先放电后充电，极性反向，当充电电压超过负载电压时，VD3导通VT1导通，A相导通C充电（3）二极管换相阶段（4）换相后的状态3．串联二极管式电流型变频器VD3导通后开始分流，直到电流全部转移到VD3,VD1关断从A相换到B相2.2脉宽调制型变频器图2-19

PWM变频器的主电路原理图PWM变频器的主电路如图2-19所示，由图可知，该变频器的主电路时由整流电路部分和逆变电路部分组成。整流电路完成将三相交流电转变为直流电的作用。逆变部分再将恒定的直流电转变为电压和频率均可调的三相交流电，以驱动三相异步电动机负载。2.2脉宽调制型变频器2.2.1

交-直部分

图2-20

PWM变频器交-直部分主电路图2-21PWM变频器交-直部分输