异步电动机变频调速系统

1、将交流电变换成直流电的过程称为整将交流电变换成直流电的过程称为整流，将直流电变换为交流电的过程称为逆流，将直流电变换为交流电的过程称为逆变。同一套可控电力电子变流电路既可作变。同一套可控电力电子变流电路既可作为整流又可作逆变，这种装置称变流器，为整流又可作逆变，这种装置称变流器，根据逆变输出交流电能去向的不同，逆变根据逆变输出交流电能去向的不同，逆变电路又可分为有源逆变与无源逆变。有源电路又可分为有源逆变与无源逆变。有源逆变是将直流电变成和电网同频率、同相逆变是将直流电变成和电网同频率、同相位、同大小的交流反送到电网去的过程；位、同大小的交流反送到电网去的过程；而无源逆变则是将直流电变成某一频

2、率或而无源逆变则是将直流电变成某一频率或可调频率的交流电直接供给负载（如交流可调频率的交流电直接供给负载（如交流电动机、电炉等）使用的过程。电动机、电炉等）使用的过程。26.126.1变频调速的基本工作原理变频调速的基本工作原理 无源逆变是将直流电转变为负载所需要的不同频率和电压无源逆变是将直流电转变为负载所需要的不同频率和电压值的交流电。实现无源逆变的装置称为无源逆变器（简称逆变值的交流电。实现无源逆变的装置称为无源逆变器（简称逆变器），因无源逆变经常与变频概念联系在一起，所以又把调压、器），因无源逆变经常与变频概念联系在一起，所以又把调压、调频的逆变器特称为变频器，逆变器应包括调频的逆变器

3、特称为变频器，逆变器应包括3部分电路。部分电路。（1）主电路。它是能量变换的主体，包括相应的电力电子器）主电路。它是能量变换的主体，包括相应的电力电子器件及吸收电力电子器件上换流过电压的缓冲电路，其电路结构件及吸收电力电子器件上换流过电压的缓冲电路，其电路结构也像整流电路那样有零式和桥式、单相和多相之分。也像整流电路那样有零式和桥式、单相和多相之分。（2）电力电子器件的门控电路。）电力电子器件的门控电路。（3）控制电路。完成对主电路的控制，实现逆变。）控制电路。完成对主电路的控制，实现逆变。 无源逆变被广泛应用在交流电动机变频调速，这种交流传无源逆变被广泛应用在交流电动机变频调速，这种交流传动

4、装置性能可靠，动、静态性能卓越，节能恒频的逆变器主要动装置性能可靠，动、静态性能卓越，节能恒频的逆变器主要用于感应加热炉的电源，逆变器还被应用于不停电电源用于感应加热炉的电源，逆变器还被应用于不停电电源UPS等等方面。方面。10.4.1逆变器的工作原理逆变器的工作原理如右图所示，四个桥臂由开关构成，输如右图所示，四个桥臂由开关构成，输入直流电压入直流电压E，负载为电阻，负载为电阻R。当将开。当将开关关S1和和S4闭合，闭合，S2和和S3断开时，电阻断开时，电阻上得到左正右负的电压，间隔一段时间上得到左正右负的电压，间隔一段时间后将开关后将开关S1、S4打开，打开，S2、S3闭合，闭合，电阻上得

5、到右正左负的电压。若以频率电阻上得到右正左负的电压。若以频率f交替切换交替切换S1、S4和和S2、S3，在电阻上，在电阻上就可以得到图就可以得到图b所示的电压波形。所示的电压波形。显然这是一种幅值为显然这是一种幅值为E的周期性交的周期性交变电压，随着电压的变化，电流也变电压，随着电压的变化，电流也从一个臂转移到另外一个臂，通常从一个臂转移到另外一个臂，通常将这一过程称为换相或换流。对逆将这一过程称为换相或换流。对逆变器来说，关键的问题就是换流。变器来说，关键的问题就是换流。研究换流方式主要是研究如何使器研究换流方式主要是研究如何使器件关断。件关断。换流方式：换流方式：1、负载换流、负载换流 由

6、负载提供换流电压，即负载电流的相位超前负载电压的场合，都可以实现负载由负载提供换流电压，即负载电流的相位超前负载电压的场合，都可以实现负载电流。图电流。图a示为基本的负载电流逆变电路，示为基本的负载电流逆变电路，4个桥臂均由晶闸管组成。其负载是电阻、个桥臂均由晶闸管组成。其负载是电阻、电感串联后再和电容并联，整个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性。在实际电电感串联后再和电容并联，整个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性。在实际电路中，电容往往是为改善负载功率因素，使其略呈容性而接入。在直流侧串入了一个路中，电容往往是为改善负载功率因素，使其略呈容性而接入。在直流侧串入了一个很大的电感很大的电

7、感Ld，因而在工作过程中可以认为，因而在工作过程中可以认为id基本没有变动。基本没有变动。 该电路的工作波形如图该电路的工作波形如图b所示。由于直流电流近似为恒值，所示。由于直流电流近似为恒值， 4个桥臂开关的切换个桥臂开关的切换u0CLRVT4VT3VT2VT1Ldidi0Edii0u0i0u00uVTit tt tt tt t000iVT2 iVT3uVT4uVT1iVT1 iVT4t t1 1负载换流电路及工作波形负载换流电路及工作波形 a）电路图）电路图 b）波形图）波形图a）b）使电流流通路使电流流通路径改变，所以径改变，所以负载电流基本负载电流基本呈矩形波。因呈矩形波。因为负载工作

8、在为负载工作在对基波电流接对基波电流接近并联谐振的近并联谐振的状态，故对基状态，故对基波的阻抗很大波的阻抗很大而对谐波的阻而对谐波的阻抗很小，因此抗很小，因此负载电压负载电压u0波波形接近正弦波。形接近正弦波。换流方式：换流方式：1、负载换流负载换流 设在设在t1t1时刻前时刻前VT1VT1、VT4VT4为通态，为通态，VT2VT2、VT3VT3为断态，为断态，u0u0、i0i0均为正，均为正，VT2VT2、VT3VT3上施加的电压即为上施加的电压即为u0。在。在t1时刻触发时刻触发VT2、VT3使其开通，负载电压使其开通，负载电压u0就通过就通过VT2、VT3分别加到分别加到VT4、VT1上

9、，使其承受反向电压而关断，电流从上，使其承受反向电压而关断，电流从VT1、VT4转移到转移到VT3、VT2。触发。触发VT2、VT3的时刻的时刻t1必须在必须在u0过零前并过零前并留有足够的裕量，才能使换相顺利完成。从留有足够的裕量，才能使换相顺利完成。从VT2、VT3到到VT4、VT1的换流过的换流过程和上述情况类似。程和上述情况类似。u0CLRVT4VT3VT2VT1Ldidi0Edii0u0i0u00uVTit tt tt tt t000iVT2 iVT3uVT4uVT1iVT1 iVT4t t1 1负载换流电路及工作波形负载换流电路及工作波形 a）电路图）电路图 b）波形图）波形图a）

10、b）u0CLRVT4VT3VT2VT1Ldidi0Edii0u0i0u00uVTit tt tt tt t000iVT2 iVT3uVT4uVT1iVT1 iVT4t t1 1负载换流电路及工作波形负载换流电路及工作波形 a）电路图）电路图 b）波形图）波形图a）b）负载负载SC2、强迫换流、强迫换流 逆变器中大量使用电容元件组成换流电路，利用逆变器中大量使用电容元件组成换流电路，利用电容器的储能作用在需要换流的时刻产生短暂的反向电容器的储能作用在需要换流的时刻产生短暂的反向脉冲电压，强迫导通的管子关断。脉冲电压，强迫导通的管子关断。直接耦合式强迫换流工作原理图直接耦合式强迫换流工作原理图在强

11、迫换流方式中，由换流电在强迫换流方式中，由换流电路内电容直接提供换流电压的路内电容直接提供换流电压的方式称为直接耦合式强迫换流方式称为直接耦合式强迫换流（电压换流），其工作原理如（电压换流），其工作原理如左图所示，在晶闸管左图所示，在晶闸管VT处于通处于通态时，预先给电容器态时，预先给电容器C按图中所按图中所示极性充电，如果合上开关示极性充电，如果合上开关S，就可以使晶闸管被施加反向电就可以使晶闸管被施加反向电压关断。压关断。+VT负载负载SC2、强迫换流、强迫换流 如果通过换流电路内的电容和电感的耦合来提供换流电压或换流电流，如果通过换流电路内的电容和电感的耦合来提供换流电压或换流电流，则称

12、为电感耦合式强迫换流（电流换流）。图则称为电感耦合式强迫换流（电流换流）。图a）中的晶闸在）中的晶闸在LC振荡第一个振荡第一个半周期内关断，图半周期内关断，图b）中的晶闸在）中的晶闸在LC振荡第二个半周期内关断，因为在晶闸振荡第二个半周期内关断，因为在晶闸管导通期间，两图中电容器所充的电压极性不同。在图管导通期间，两图中电容器所充的电压极性不同。在图a）中，接通开关）中，接通开关S后，后，LC振荡电流将反向流过晶闸管振荡电流将反向流过晶闸管VT，与，与VT的负载电流相减，直到的负载电流相减，直到VT的合成正的合成正向电流减到零后，再流过二极管向电流减到零后，再流过二极管VD。在图。在图b）中，

13、接通开关）中，接通开关S后，后，LC振荡电振荡电流正向流过流正向流过VT并和并和VT中原有负载电流叠加，中原有负载电流叠加，经半个振荡周期经半个振荡周期 电感耦合式强迫换流工作原理图电感耦合式强迫换流工作原理图a）先反向电流）先反向电流 b）先正向电流）先正向电流VD+VT负载负载SCVD+VT后，振荡电流反向流过后，振荡电流反向流过VT，直到，直到VT的合成正的合成正向电流减至零后，再流向电流减至零后，再流过二极管过二极管VD。在这两。在这两种情况下，晶闸管都是种情况下，晶闸管都是在正向电流减至零且二在正向电流减至零且二极管开始流过电流时关极管开始流过电流时关断。二极管上的管压降断。二极管上

14、的管压降就是加在晶闸管上的反就是加在晶闸管上的反向电压。向电压。LC3、器件换流、器件换流 得用全控型器件自关断能力进行关断，在得用全控型器件自关断能力进行关断，在采用采用IGBT、电力、电力MOSFET、GTO、GTR等全等全控型器件的电路中，其换流方式即为器件换流。控型器件的电路中，其换流方式即为器件换流。4、电网换流、电网换流 由电网提供换流电压。如前所述的可控整由电网提供换流电压。如前所述的可控整流电路，无论其工作在整流状态还是有源逆变流电路，无论其工作在整流状态还是有源逆变状态，都是借助于电网电压实现换流的，都属状态，都是借助于电网电压实现换流的，都属于电网换流。在换流时，只要把负的

15、电网电压于电网换流。在换流时，只要把负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。这种施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。这种换流方式不需要器件具有门极可关断能力，也换流方式不需要器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加任何元件，但是它不适用于不需要为换流附加任何元件，但是它不适用于没有交流电网的无源逆变电路。没有交流电网的无源逆变电路。 逆变电路的基本类型逆变电路的基本类型1、按直流侧电源性质、按直流侧电源性质 根据直流侧电源的性质可分为电压型逆变器（根据直流侧电源的性质可分为电压型逆变器（VSI）和电流型逆变器）和电流型逆变器（CSI）。直）。直交逆变器都由直流电源提供能量。为了使直流

16、电源的电压或交逆变器都由直流电源提供能量。为了使直流电源的电压或电流稳定，并与负载进行无功功率的交换，在逆变器的直流侧必须设置储电流稳定，并与负载进行无功功率的交换，在逆变器的直流侧必须设置储能元件，如电感器或电容器。采用大电容能元件，如电感器或电容器。采用大电容Cd作为储能和滤波元件的逆变器，作为储能和滤波元件的逆变器， Cd 的存在是为了保证电压的稳定，故称之为电压型逆变器；采用大电感的存在是为了保证电压的稳定，故称之为电压型逆变器；采用大电感Ld作为储能和滤波元件的逆变器，作为储能和滤波元件的逆变器， Ld 的设置是为了使直流电流保持稳定，故的设置是为了使直流电流保持稳定，故称之为电流型

17、逆变器。称之为电流型逆变器。 CdLd交流输入交流输入交流输出交流输出交流输出交流输出交流输入交流输入电压型逆变器电压型逆变器电流型逆变器电流型逆变器2、按主电路结构、按主电路结构 半桥逆变器、全桥逆变器、二电平逆变器、多电平逆变器。半桥逆变器、全桥逆变器、二电平逆变器、多电平逆变器。 3、按所用器件及其关断方式、按所用器件及其关断方式 依据逆变器所用的电力电子器件及其关断（换流）方式的依据逆变器所用的电力电子器件及其关断（换流）方式的不同可分为自关断（用全控型开关，如不同可分为自关断（用全控型开关，如IGBT、电力、电力MOSFET、MCT和和IGCT等）、强迫关断（换流）、交流电源电动势换

18、流等）、强迫关断（换流）、交流电源电动势换流逆变器（有源逆变器）、负载反电动势或负载谐振换流逆变器。逆变器（有源逆变器）、负载反电动势或负载谐振换流逆变器。4、按负载的控制要求、按负载的控制要求 当逆变器向负载供电时，其输出的电压（电流）和频率往当逆变器向负载供电时，其输出的电压（电流）和频率往往是需要根据负载的控制要求而变化，所以根据逆变器的电压往是需要根据负载的控制要求而变化，所以根据逆变器的电压和频率的控制方式的不同可分为：和频率的控制方式的不同可分为：（1）脉冲宽度调制（）脉冲宽度调制（PWM），），PWM逆变器逆变器。（2）脉冲幅值调制（）脉冲幅值调制（PAM），），PAM逆变器逆变

19、器。（3）用阶梯波调幅或用数台逆变器通过变压器实现串并联的）用阶梯波调幅或用数台逆变器通过变压器实现串并联的移相调压，移相调压，方波或阶梯波逆变器方波或阶梯波逆变器。10.4.3 基本逆变电路基本逆变电路1、半桥逆变电路、半桥逆变电路 单相半桥逆变电路的电路如图所示，它有两个桥臂，直流电压单相半桥逆变电路的电路如图所示，它有两个桥臂，直流电压Ud加在加在两个串联足够大的电容器两端，并使得两个电容的连接点为直流电源的中两个串联足够大的电容器两端，并使得两个电容的连接点为直流电源的中点，即在每个电容上的电压为点，即在每个电容上的电压为Ud/2。负载连接在直流电源中点和两个桥臂。负载连接在直流电源中

20、点和两个桥臂连接点之间。由两个导电桥臂交替工作，使负载得到交变电压和电流，每连接点之间。由两个导电桥臂交替工作，使负载得到交变电压和电流，每个导电桥臂由一个可控器件与一个反并联二极管组成，并联二极管是考虑个导电桥臂由一个可控器件与一个反并联二极管组成，并联二极管是考虑对于感性负载，交流电流滞后电压一个相位角。当两组开关管已经反向时，对于感性负载，交流电流滞后电压一个相位角。当两组开关管已经反向时，感性负载电流仍将在滞后角时间内，保持原来的流通方向。故若强迫开断感性负载电流仍将在滞后角时间内，保持原来的流通方向。故若强迫开断这一感性负载电流的通路，必然引起过电压，将造成器件损坏，所以并联这一感性

21、负载电流的通路，必然引起过电压，将造成器件损坏，所以并联二极管构成滞后电流通路。二极管构成滞后电流通路。电路工作时，两只电路工作时，两只IGBT V1、V2栅极信号交栅极信号交替正偏和反偏，两者互补导通与截止。若电路替正偏和反偏，两者互补导通与截止。若电路负载为感性，其工作波形如图，输出电压为矩负载为感性，其工作波形如图，输出电压为矩形波，幅值为形波，幅值为Um=Ud/2。负载电流。负载电流i0的波形与的波形与负载阻抗角有关。设负载阻抗角有关。设t2时刻之前时刻之前V1导通，电容导通，电容器器C1两端的电压通过导通的两端的电压通过导通的V1加在负载上，加在负载上，极性为右正左负，使负载电流极性

22、为右正左负，使负载电流i0由右向左。在由右向左。在t2时刻给时刻给V1关断信号，给关断信号，给V2导通信号，则导通信号，则V1关断，使感性负载中的电流关断，使感性负载中的电流i0方向不能突变，方向不能突变，于是于是VD2导通续流，电容器导通续流，电容器C2两端电压通过两端电压通过导通的导通的VD2加在负载两端，极性为左正右负。加在负载两端，极性为左正右负。当当t3时刻时刻i0降至零时，降至零时，VD2截止，截止，V2导通，导通，i0开开始反向。同样，在始反向。同样，在t4时刻给时刻给V2关断信号，给关断信号，给V1导通信号后，导通信号后，V2关断，关断，i0方向不能突变，由方向不能突变，由VD

23、1导通续流，导通续流，t5时刻时刻i0降至零时，降至零时，VD1截止，截止，V1导通，导通，i0反向。反向。 由上分析可见，当由上分析可见，当V1或或V2导通时，负载电流与电压同方向，直流侧向负载提导通时，负载电流与电压同方向，直流侧向负载提供能量，而当供能量，而当VD1或或VD2导通时，负载电流与电压反方向，负载中电感的能量向直导通时，负载电流与电压反方向，负载中电感的能量向直流侧反馈，反馈回的能量暂时储存在直流侧电容器中，电容器起缓冲作用。由于二流侧反馈，反馈回的能量暂时储存在直流侧电容器中，电容器起缓冲作用。由于二极管极管VD1、VD2是负载向直流侧反馈能量的通道，故称反馈二极管；同时是

24、负载向直流侧反馈能量的通道，故称反馈二极管；同时VD1、VD2又起着使负载电流连续的作用，因此也称为续流二极管。如电路中的开关器件又起着使负载电流连续的作用，因此也称为续流二极管。如电路中的开关器件为普通晶闸管，则需附加电容换流电路才能正常工作。半桥逆变电路常用于几千瓦为普通晶闸管，则需附加电容换流电路才能正常工作。半桥逆变电路常用于几千瓦以下的小功率逆变电源中。以下的小功率逆变电源中。 由上分析可见，当由上分析可见，当V1或或V2导通时，负载电流与电压同方向，导通时，负载电流与电压同方向，直流侧向负载提供能量，而当直流侧向负载提供能量，而当VD1或或VD2导通时，负载电流与导通时，负载电流与

25、电压反方向，负载中电感的能量向直流侧反馈，反馈回的能量电压反方向，负载中电感的能量向直流侧反馈，反馈回的能量暂时储存在直流侧电容器中，电容器起缓冲作用。由于二极管暂时储存在直流侧电容器中，电容器起缓冲作用。由于二极管VD1、VD2是负载向直流侧反馈能量的通道，故称反馈二极管；是负载向直流侧反馈能量的通道，故称反馈二极管；同时同时VD1、VD2又起着使负载电流连续的作用，因此也称为续又起着使负载电流连续的作用，因此也称为续流二极管。如电路中的开关器件为普通晶闸管，则需附加电容流二极管。如电路中的开关器件为普通晶闸管，则需附加电容换流电路才能正常工作。半桥逆变电路常用于几千瓦以下的小换流电路才能正

26、常工作。半桥逆变电路常用于几千瓦以下的小功率逆变电源中。功率逆变电源中。2、单相全、单相全桥逆变电路桥逆变电路它有四个桥臂，把桥臂它有四个桥臂，把桥臂1和和4作为一对，桥臂作为一对，桥臂2和和3作为作为加一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通加一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通180。直流电压。直流电压Ud接有大电容接有大电容C，使电源电压稳定。，使电源电压稳定。其输出电压其输出电压u0的波形和单相半桥逆变电路的波形相同，的波形和单相半桥逆变电路的波形相同，也是矩形波，其幅值为也是矩形波，其幅值为Um=Ud，较单相半桥电路输出，较单相半桥电路输出电压幅值高出电压幅值高出1倍，在

27、负载相同的情况下，其输出电倍，在负载相同的情况下，其输出电流的波形同上，仅幅值增加流的波形同上，仅幅值增加1倍。倍。2、单相全、单相全桥逆变电路桥逆变电路它有四个桥臂，把桥臂它有四个桥臂，把桥臂1和和4作为一对，桥臂作为一对，桥臂2和和3作为作为加一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通加一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通180。直流电压。直流电压Ud接有大电容接有大电容C，使电源电压稳定。，使电源电压稳定。其输出电压其输出电压u0的波形和单相半桥逆变电路的波形相同，的波形和单相半桥逆变电路的波形相同，也是矩形波，其幅值为也是矩形波，其幅值为Um=Ud，较单相半桥电路输出，较单相

28、半桥电路输出电压幅值高出电压幅值高出1倍，在负载相同的情况下，其输出电倍，在负载相同的情况下，其输出电流的波形同上，仅幅值增加流的波形同上，仅幅值增加1倍。倍。 全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最多的。对全桥逆变器全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最多的。对全桥逆变器输出电压的波形定量分析如下：把幅值为输出电压的波形定量分析如下：把幅值为Ud的矩形波的矩形波u0按傅氏按傅氏级数展开得级数展开得)5sin513sin31(sin40tttUudddUUU9 . 02201由此可得基波的幅值由此可得基波的幅值U01m和基波有效值和基波有效值U01分别为：分别为：ddmUUU27. 1401该式对于半

29、桥逆变电路也是适用的，只是式中的该式对于半桥逆变电路也是适用的，只是式中的Ud要换成要换成Ud/2。 上述分析的都是上述分析的都是u0在正负电压各为在正负电压各为180矩形脉冲时的情况。矩形脉冲时的情况。在这种情况下，要改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流在这种情况下，要改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压电压Ud来实现。来实现。 在在RL负载时，还可以采用移相的方式来调节逆变电路的输负载时，还可以采用移相的方式来调节逆变电路的输出电压，这种方式称为移相调压。移相调压实际上就是调节输出出电压，这种方式称为移相调压。移相调压实际上就是调节输出电压脉冲的宽度。电压脉冲的宽度。3、带中心

30、抽头变压器的逆变电路、带中心抽头变压器的逆变电路 带中心抽头变压器的逆变电路的电路如图所示。交替驱动两个带中心抽头变压器的逆变电路的电路如图所示。交替驱动两个IGBT，通过变压器的耦合给负载加上矩形波交流电压。两个二极管的作用也是给通过变压器的耦合给负载加上矩形波交流电压。两个二极管的作用也是给负载电感中储藏的无功能量提供反馈通道。在负载电感中储藏的无功能量提供反馈通道。在Ud和负载参数相同，且变压和负载参数相同，且变压器一次侧器一次侧2个绕组和二次侧绕组匝比为个绕组和二次侧绕组匝比为1：1：1的情况下，该电路的输出电的情况下，该电路的输出电压压u0和输出电流的波形及幅值与全桥逆变电路完全相同

31、。该电路虽然比全和输出电流的波形及幅值与全桥逆变电路完全相同。该电路虽然比全桥电路少用了一半开关器件，但器件承受的电压却为桥电路少用了一半开关器件，但器件承受的电压却为2Ud，比全桥高，比全桥高1倍，倍，且必须有一个变压器。且必须有一个变压器。负载u0i0UdTV2V14、三相桥式逆变电路、三相桥式逆变电路 在需要进行更大功率的逆变电路，或者负载要求在需要进行更大功率的逆变电路，或者负载要求提供三相电源时，需采用三相桥式逆变电路，电路如提供三相电源时，需采用三相桥式逆变电路，电路如图。图。电压型和电流型逆变器电压型和电流型逆变器10.5.1 电压型逆变器电压型逆变器 直流侧是电压源的称为电压型

32、逆变器，电压型逆变器直流直流侧是电压源的称为电压型逆变器，电压型逆变器直流侧一般接有大电容，直流电压基本无脉动，直流回路呈低阻抗，侧一般接有大电容，直流电压基本无脉动，直流回路呈低阻抗，相当于电压源。相当于电压源。1、电压型逆变器的主要特点：、电压型逆变器的主要特点：（1）由于直流电压源的恒压作用，交流侧电压波形为矩形波，）由于直流电压源的恒压作用，交流侧电压波形为矩形波，与负载阻抗角无关，而交流侧电流波形及其相位因负载阻抗角与负载阻抗角无关，而交流侧电流波形及其相位因负载阻抗角的不同而异。的不同而异。（2）当交流侧为电感性负载时，需要提供无功功率，直流侧）当交流侧为电感性负载时，需要提供无功

33、功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的能电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的能量提供通路，各臂都需并联二极管。量提供通路，各臂都需并联二极管。（3）逆变电路从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，因直）逆变电路从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，因直流电压无脉动，必然由直流电流的脉动影响功率的脉动。流电压无脉动，必然由直流电流的脉动影响功率的脉动。2、电压型逆变器的工作原理、电压型逆变器的工作原理电路采用电路采用IGBT作为作为可控元件，可控元件，由由6个桥臂个桥臂组成。为组成。为了分析问了分析问题的方便，题的方便，直流侧画直流侧画出了假定出了假定中性点中

34、性点N。三相电压型桥式逆变电路的基本工作方式为三相电压型桥式逆变电路的基本工作方式为180导电方式，即每个桥臂的导电方式，即每个桥臂的导电角度为导电角度为180，同一组桥上下两个桥臂交替导电，因为每次换相都是在，同一组桥上下两个桥臂交替导电，因为每次换相都是在同一相上下两个桥臂之间进行，因此称为纵向换相。同一相上下两个桥臂之间进行，因此称为纵向换相。6个管子控制导通的顺个管子控制导通的顺序为序为V1到到V6，控制间隔为，控制间隔为60，在任一瞬间，将有在任一瞬间，将有3个桥臂同时导通，可能个桥臂同时导通，可能是上面一个桥臂，下面两个桥臂，也可能是上面两个桥臂，下面一个桥臂同是上面一个桥臂，下面

35、两个桥臂，也可能是上面两个桥臂，下面一个桥臂同时导通时导通。ZUZVZWNZUZWNZVZUZWNZVNZVZVZWZUNZUZWZVN+-+-ZUZW0 3/3/3/23/23/43/43/53/525、6、1 6、1、2 1、2、3 2、3、4 3、4、5 4、5、6 导通导通管号管号 等值等值电路电路 模模式式 线线电电压压相相电电压压uUNuVNuWNuUVuVWuWU+Ud/3 +2Ud/3 +Ud/3 -Ud/3 -2Ud/3 -Ud/3-2Ud/3 -Ud/3 +Ud/3 +2Ud/3 +Ud/3 -Ud/3+Ud/3 -Ud/3 -2Ud/3 -Ud/3 +Ud/3 +2Ud/

36、3 +Ud +Ud 0 -Ud -Ud 0-Ud 0 +Ud +Ud 0 -Ud 0 -Ud -Ud 0 +Ud +Ud 180导通方式工作的三相逆变器的等效电路及相电压和线电压导通方式工作的三相逆变器的等效电路及相电压和线电压电压型三相桥式逆变电路的工作波形电压型三相桥式逆变电路的工作波形若将其输出的三相称为若将其输出的三相称为U（A）相、）相、V（B）相和相和W（C）相。对于）相。对于U相来说，相来说，V1导通时，导通时，UUN=Ud/2，当，当V4导通时，导通时， UUN=-Ud/2。因此，。因此， UUN是矩形波。是矩形波。V、W两相的情况和两相的情况和U相类似，相类似， UVN、 U

37、WN的波形的波形形状和形状和UUN相同，只是相位依次相差相同，只是相位依次相差120。波形如图所示。设负载中性点波形如图所示。设负载中性点N与直流电源与直流电源假定中性点假定中性点N之间的电压为之间的电压为uNN，则负载各，则负载各相的相电压为相的相电压为NNNUUNuuuNNNVVNuuuNNNWWNuuu)(31)(31WNVNUNNWNVNUNNuuuuuuu把各式相整理得设负载为三相负载对称，设负载为三相负载对称，uUN + uVN + uWN=0)(31NWNVNUNNuuuu电压型三相桥式逆变电路的工作波形电压型三相桥式逆变电路的工作波形 UUN的波形也为矩形波，的波形也为矩形波，

38、幅值为幅值为 Ud/6，频率为，频率为 UUN的的3倍。同理可画出倍。同理可画出 UUN、 UVN、UWN的波形。根据的波形。根据uUNuVN=uUV ，也可画出，也可画出uUV的的波形。电压波形。电压uVW和和uWU的波形与的波形与uUV波形形状相同，只是依次相波形形状相同，只是依次相差差120，可见相电压是六阶，可见相电压是六阶梯波，线电压是梯波，线电压是120宽的矩宽的矩形波。形波。 相电流的波形与负载的阻相电流的波形与负载的阻抗角抗角有关，图示为感性负载有关，图示为感性负载60uc时使时使V4通，通，V3断，断，u0=Ud；当；当uruc时时使使V4断断 ，V3通，通，u0=0。在调制

39、信号正弦波。在调制信号正弦波ur负半周，负半周，V1保持断，保持断，V2保持通，当保持通，当uruc时使时使V3断断 ，V4通，通，u0=0。波形如下图。波形如下图。 单极性PWM控制方式原理波形图6-7调制电路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4ucV6VD6V5VD5VUWNNC+C+urUurVurW2Ud2Ud三相桥式PWM变频电路双极性双极性PWM控控制方式的制方式的三相桥式三相桥式逆变电路逆变电路如图所示。如图所示。U、V、W三相的三相的PWM控制通控制通常公用一个三角波载波常公用一个三角波载波uc，三，三相调制信号为相调制信号为urU、urV、urW依次相差依次相差120。U

40、相的控制规律：当相的控制规律：当urUuc时，给时，给V1导通信号，给导通信号，给V4关断信号，关断信号，uUN=Ud/2；当；当urUuc时，给时，给V4导通信号，给导通信号，给V1关断信号，关断信号，uUN=-Ud/2。当给。当给V1（V4）加导通信号时，可能是）加导通信号时，可能是V1（V4）导）导通，也可能是通，也可能是VD1（VD4）导通，这要由阻感负载中电流的方向）导通，这要由阻感负载中电流的方向来决定。来决定。 双极性PWM控制方式原理波形图6-10ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud2Ud三相桥式PWM变频波形uUN、uVN和和uWN的的PWM波波形

41、只有形只有Ud/2两种电平，两种电平，uUV 波形可由波形可由uUN-uVN得出，得出，当桥臂当桥臂1和桥臂和桥臂6通时，通时，uUV=Ud，当桥臂，当桥臂3和桥臂和桥臂4通通时，时，uUV=-Ud，当桥臂，当桥臂1和桥和桥臂臂3或桥臂或桥臂4和桥臂和桥臂6通时，通时，uUV=0。因此，逆变电路的。因此，逆变电路的输出线电压输出线电压PWM波由波由Ud和和0的的3种电平构成，负载相种电平构成，负载相电压电压PWM波由波由（2/3Ud）、）、 （1/3Ud）和和0共共5种电平组成。种电平组成。 在电压型逆变电路的在电压型逆变电路的PWM的控制中，同一相上下两桥臂的驱动信号是互补的，为的控制中，同

42、一相上下两桥臂的驱动信号是互补的，为防止上下桥臂直通造成短路，在上下两桥臂通断切换时要留一小段上下桥臂都施加关防止上下桥臂直通造成短路，在上下两桥臂通断切换时要留一小段上下桥臂都施加关断信号的死区时间。死区时间的长短主要由器件关断时间决定，死区时间会给断信号的死区时间。死区时间的长短主要由器件关断时间决定，死区时间会给PWM波带来影响，使其稍稍偏离正弦波。波带来影响，使其稍稍偏离正弦波。（2）按载波频率与控制频率之间的关系可分为异步）按载波频率与控制频率之间的关系可分为异步调制和同步调制调制和同步调制1）异步调制。在）异步调制。在PWM控制电路中，载波频率控制电路中，载波频率fC与调制信号频与

43、调制信号频率率 之比之比 ，称为载波比。，称为载波比。fffNC 异步调制是指载波信号和调制信号不保持同步的调制方式。在异步调异步调制是指载波信号和调制信号不保持同步的调制方式。在异步调制方式中，通常保持制方式中，通常保持fC固定不变，因而当固定不变，因而当 变化时，载波比变化时，载波比N是变化的。是变化的。这时这时PWM波的正负半周的脉冲数和相位就不会随时对称了。在采用异步调波的正负半周的脉冲数和相位就不会随时对称了。在采用异步调制方式时，要求尽量提高载波频率，以使在调制信号频率较高时仍能保持较制方式时，要求尽量提高载波频率，以使在调制信号频率较高时仍能保持较大的载波比，改善输出特性。大的载

44、波比，改善输出特性。2）同步调制。脉冲调制波在任何输出频率情况下，正、负半周始终保持完）同步调制。脉冲调制波在任何输出频率情况下，正、负半周始终保持完全对称，即载波比全对称，即载波比N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式。等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式。这时正、负半周的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。这种方式在输出这时正、负半周的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。这种方式在输出频率低时，谐波影响较显著。频率低时，谐波影响较显著。3）分段同步调制。为了扬长避短，可将同步调制和异步调制结合起来，成）分段同步调制。为了扬长避短，可将同步调制和异步调制结合起来，成为分段同步调制方式，实用的为分段同步调制方式，实用的SPWM逆变器多采用此方式。逆变器多采用此方式。 在一定频率范围内采用同步调制，以保持输出波形对称优点。当频率降在一定频率范围内采用同步调制，以保持输出波形对称优点。当频率降低较多是，如果仍保持载波比低较多是，如果仍保持载波比N不变的同步调制，输出电压谐波将会增大。不变的同步调制，输出电压谐波将会增大。为了避免这个缺点，