任务1.3 了解变频器工作原理讲解

任务1.3了解变频器的工作原理1.3.1变频器内部结构1.3.2交-直-交变频器1.3.3交-交变频器1.3.4SPWM控制技术1.3.5变频器的控制方式

1.3.1变频器内部结构变频器的构成1.3.1变频器内部结构1、主电路

给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，称为主电路。其主电路有三部分构成，将工频电源变换为直流电的“整流电路”，吸收整流和逆变时产生的电压脉动的“滤波电路”，以及将直流电变换为交流电的“逆变电路”。另外，异步电动机需要制动时，有时要附加“制动电路”。1.3.1变频器内部结构2、控制电路

控制电路由以下电路组成，频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压/电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”。交-直-交变频器（VariableVoltageVariableFrequency，简称VVVF电源）是由AC/DC、DC/AC两类基本的变流电路组合形成，又称为间接交流变流电路，最主要的优点是输出频率不再受输入电源频率的制约。主电路包括三个组成部分：整流电路、中间电路和逆变电路。

1.3.2交-直-交变频器1．整流电路（1）单相整流电路1）单相半波可控整流电路1.3.2交-直-交变频器1.3.2交-直-交变频器

触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a表示,也称触发角或控制角。导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为，用θ表示。VT的a移相范围为180

这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。2）单相桥式相控整流电路1.3.2交-直-交变频器工作原理及波形分析

VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断1.3.2交-直-交变频器（2）三相桥式全控整流电路应用最为广泛共阴极组——阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）编号：1、3、5，4、6、21.3.2交-直-交变频器a=0

时的情况假设将电路中的晶闸管换作二极管进行分析对于共阴极阻的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通对于共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的导通任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态1.3.2交-直-交变频器

三相桥式全控整流电路的特点（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60

共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120

，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120

同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180

（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发另一种是双脉冲触发（常用）1.3.2交-直-交变频器2、逆变电路逆变电路的基本工作原理单相桥式逆变电路为例S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正

S1、S4断开，S2、S3闭合时，uo为负，把直流电变成了交流电

改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同1.3.2交-直-交变频器2、逆变电路（1）单相半桥电压型逆变电路电路结构

工作原理V1和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，互补uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2io波形随负载而异，感性负载时V1或V2通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供能量VD1或VD2通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈VD1、VD2称为反馈二极管,还使io连续，又称续流二极管特点优点：简单，使用器件少缺点：交流电压幅值Ud/2，直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡用于几kW以下的小功率逆变电源单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合1.3.2交-直-交变频器1.3.2交-直-交变频器2、逆变电路（2）三相桥式电压型逆变电路电路结构

三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路应用最广的是三相桥式逆变电路可看成由三个半桥逆变电路组成180°导电方式每桥臂导电180°，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120°任一瞬间有三个桥臂同时导通每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流3、中间电路1.3.2交-直-交变频器（1）滤波电路3、中间电路（2）制动单元

1.3.2交-直-交变频器交交变频器结构1.3.3交-交变频器电路构成由P组和N组反并联的晶闸管变流电路构成，和直流电动机可逆调速用的四象限变流电路完全相同变流器P和N都是相控整流电路在半个周期内让P组a角按正弦规律从90°减到0°或某个值，再增加到90°，每个控制间隔内的平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再减到零。另外半个周期可对N组进行同样的控制1、概述PWM（PulseWidthModulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）2、SPWM控制的基本原理理论基础冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同冲量指窄脉冲的面积效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同低频段非常接近，仅在高频段略有差异1.3.4SPWM控制技术1.3.4SPWM控制技术用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波正弦半波N等分，可看成N个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等宽度按正弦规律变化SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可3、PWM逆变电路的控制方式1.3.4SPWM控制技术

结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补控制规律uo正半周，V1通，V2断，V3和V4交替通断负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负负载电流为正的区间，V1和V4导通时，uo等于UdV4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0负载电流为负的区间，V1和V4仍导通，io为负，实际上io从VD1和VD4流过，仍有uo=UdV4关断V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0uo总可得到Ud和零两种电平uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断，uo可得-Ud和零两种电平1.3.4SPWM控制技术单极性PWM控制方式（单相桥逆变）在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断ur正半周，V1保持通，V2保持断当ur>uc时使V4通，V3断，uo=Ud当ur<uc时使V4断，V3通，uo=0ur负半周，V1保持断，V2保持通当u