第4讲-变频器原理及应用

1、变频器原理与应用（第2版）第2章1第第4讲讲变频器原理与应用（第2版）第2章2总结总结 绝缘栅双极晶体管（绝缘栅双极晶体管（IGBTIGBT）交交-直直-交变频器主电路包括三个组成部分：交变频器主电路包括三个组成部分： 整流电路、中间电路、逆变电路整流电路、中间电路、逆变电路整流电路整流电路不可控整流电路不可控整流电路( (组成、组成、原理原理)可控整流电路可控整流电路( (组成、组成、原理原理)可控整流电路控制原则可控整流电路控制原则对触发脉冲的要求对触发脉冲的要求不同控制不同控制角角时输出电压波形时输出电压波形变频器原理与应用（第2版）第2章33.2 3.2 中间电路中间电路 变频器的中间

2、电路有变频器的中间电路有滤波电路滤波电路和和制动电路制动电路等不同的形式等不同的形式。 3.2.13.2.1滤波电路滤波电路 虽然利用虽然利用整流电路整流电路可以从电网的交流电源可以从电网的交流电源得到直流电压得到直流电压或或直流电流直流电流，但是这种电压或电流含有频率为电源频率，但是这种电压或电流含有频率为电源频率6 6倍倍的的纹波，纹波，则则逆变逆变后的交流电压、电流也产生后的交流电压、电流也产生纹波纹波。因此，。因此，必须对整流电路的输出进行必须对整流电路的输出进行滤波滤波，以减少电压或电流的波，以减少电压或电流的波动。这种电路称为动。这种电路称为滤波电路滤波电路。变频器原理与应用（第2

3、版）第2章41. 1. 电容滤波电容滤波 通常用大容量通常用大容量电容电容对整流电路输出对整流电路输出电压电压进行进行滤波滤波。由于电容量比。由于电容量比较大，一般采用较大，一般采用电解电容电解电容。 二极管整流器在电源接通时，电容中将流过较大的二极管整流器在电源接通时，电容中将流过较大的充电电流充电电流( (亦称亦称浪涌电流浪涌电流) )，有可能，有可能烧坏二极管烧坏二极管，必须采取相应措施。图，必须采取相应措施。图3-73-7给出几种给出几种抑制浪涌电流抑制浪涌电流的方式。的方式。 a)a)接入交流电抗接入交流电抗 b)b)接入直流电抗接入直流电抗 c)c)串联充电电阻串联充电电阻 图图3

4、-7 3-7 抑制浪涌电流抑制浪涌电流的方式的方式抑制浪抑制浪涌电流涌电流变频器原理与应用（第2版）第2章5 采用大电容滤波后再送给逆变器，这样可使加于负载上的采用大电容滤波后再送给逆变器，这样可使加于负载上的电压值不受电压值不受负载变动的影响，基本保持恒定。该变频电源类似于电压源，因而称负载变动的影响，基本保持恒定。该变频电源类似于电压源，因而称为为电压型变频器电压型变频器。电压型变频器的电路框图如图。电压型变频器的电路框图如图3-83-8所示。所示。电压型变频电压型变频器逆变电压波形为方波，而电流的波形经电动机负载的滤波后接近于器逆变电压波形为方波，而电流的波形经电动机负载的滤波后接近于正

5、弦波，如图正弦波，如图3-9所示。所示。 图3-8 电压型变频器的电路框图 图3-9 电压型变频器的电压和电流波形 保持负载保持负载电压恒定电压恒定变频器原理与应用（第2版）第2章62. 2. 电感滤波电感滤波 采用大容量采用大容量电感电感对整流电路输出电流进行滤波，称为对整流电路输出电流进行滤波，称为电感滤波电感滤波。由。由于经电感滤波后加于逆变器的于经电感滤波后加于逆变器的电流值稳定不变电流值稳定不变，所以输出电流基本不受，所以输出电流基本不受负载的影响，电源外特性类似电流源，因而称为负载的影响，电源外特性类似电流源，因而称为电流型变频器电流型变频器。图。图3-10所示为电流型变频器的电路

6、框图。图所示为电流型变频器的电路框图。图3-11所示为电流型变频器输出电压所示为电流型变频器输出电压及电流波形。及电流波形。 图3-10 电流型变频器的电路框图 图3-11 电流型变频器输出电压及电流波形 保持负载保持负载电流电流恒定恒定变频器原理与应用（第2版）第2章73.2.2 3.2.2 制动电路制动电路 利用设置在利用设置在直流回路直流回路中的中的制动电阻制动电阻吸收电动机的再生电能的方式称为吸收电动机的再生电能的方式称为动力制动或动力制动或再生制动再生制动。 图图3-123-12为制动电路的原理图。制动电路介于整流器和逆变器之间，图为制动电路的原理图。制动电路介于整流器和逆变器之间，

7、图中的制动单元包括中的制动单元包括晶体管晶体管V VB B、二极管二极管VDVDB B和制动和制动电阻电阻R RB B。如果回馈能量较如果回馈能量较大或要求大或要求强制动强制动，还可以选用接于，还可以选用接于H H、G G两点上的外接制动电阻两点上的外接制动电阻R REBEB。 外接制动外接制动电阻电阻制动电阻制动电阻吸吸收再生电能收再生电能逆逆变变整流整流变频器原理与应用（第2版）第2章83.3 逆变电路的工作原理及基本形式逆变电路的工作原理及基本形式 3.3.1 3.3.1 逆变电路的工作原理逆变电路的工作原理 逆变电路也简称为逆变电路也简称为逆变器，逆变器，图图3-13a 3-13a 所

8、示为单相桥式逆变器，四个桥所示为单相桥式逆变器，四个桥臂由开关构成，输入直流电压臂由开关构成，输入直流电压E E，逆变器负载是电阻逆变器负载是电阻R R。当将开关当将开关S S1 1、S S4 4闭合，闭合，S S2 2、S S3 3断开时，电阻上得到断开时，电阻上得到左正右负左正右负的电压；间隔一段时间后将的电压；间隔一段时间后将开关开关S S1 1、S S4 4打开，打开，S S2 2、S S3 3闭合，电阻上得到闭合，电阻上得到右正左负右正左负的电压。我们以的电压。我们以频频率率f f交替切换交替切换S S1 1、S S4 4和和S S2 2、S S3 3，在电阻上就可以得到图在电阻上就

9、可以得到图3-13b3-13b所示的电压所示的电压波形。波形。 a) 单相桥式逆变电路单相桥式逆变电路 b) 工作电压波形 图3-13 逆变器工作原理 变频器原理与应用（第2版）第2章93.3.2 逆变电路的逆变电路的基本型式基本型式 1.半桥半桥逆变电路逆变电路 图图3-14a 为半桥逆变电路原理图，直流电压为半桥逆变电路原理图，直流电压Ud加在两个串联的足够大的电容加在两个串联的足够大的电容两端，并使得两个电容的连接点为直流电源的两端，并使得两个电容的连接点为直流电源的中点中点，即每个电容上的电压为，即每个电容上的电压为Ud/2。由两个导电臂交替工作使负载得到交变电压和电流，每个导电臂由一

10、个由两个导电臂交替工作使负载得到交变电压和电流，每个导电臂由一个功率晶体管与一个反并联二极管所组成成。功率晶体管与一个反并联二极管所组成成。 a) 半桥逆变电路半桥逆变电路 b) 工作波形工作波形图图3-14 半桥逆变电路及工作波形半桥逆变电路及工作波形中中点点V1V2反馈反馈能量能量反馈反馈能量能量变频器原理与应用（第2版）第2章102. 全桥逆变电路全桥逆变电路 电路原理如图电路原理如图3-15a所示。直流电压所示。直流电压Ud接有大电容接有大电容C，电路中的电路中的四个桥臂四个桥臂，桥，桥臂臂1、4和桥臂和桥臂2、3组成两对，工作时，组成两对，工作时，设设t2时刻时刻之前之前V1、V4导

11、通，负载上的电导通，负载上的电压极性为压极性为左正右负左正右负，负载电流，负载电流io由左向右由左向右。t2时刻给时刻给V1、V4关断信号关断信号，给，给V2、V3导通信号导通信号，则，则V1、V4关断，但感性负载中的电流关断，但感性负载中的电流io方向不能突变，于是方向不能突变，于是VD2、VD3导通续流，负载两端电压的极性为导通续流，负载两端电压的极性为右正左负右正左负。当。当t3时刻时刻io降至零时，降至零时，VD2-、VD3截止，截止，V2、V3导通，导通，io开始反向开始反向。同样在。同样在t4时刻给时刻给V2、V3关断信号，给关断信号，给V1、V4导通信号后，导通信号后，V2、V3

12、关断，关断，io方向不能突变，由方向不能突变，由VD1、VD4导通续流。导通续流。t5时刻时刻io降至零时，降至零时，VD1、VD4截止，截止，V1、V4导通，导通，io反向，如此反复循环，两对交替反向，如此反复循环，两对交替各导通各导通180。其输出电压。其输出电压uO和负载电流和负载电流iO见图见图3-15b 所示。所示。 a) 全桥逆变电路全桥逆变电路 b) 工作波形工作波形 吸收吸收能量能量反馈反馈能量能量V1V1V4V2V3变频器原理与应用（第2版）第2章113.4 SPWM3.4 SPWM控制技术控制技术 3.4.1 3.4.1 概述概述 PAM (Pulse Amplitude

13、Modulation)脉幅脉幅调制调制型型，是，是一种一种改变改变电压源的电压电压源的电压Ud或电流源或电流源Id的的幅值幅值，进行输出控，进行输出控制的方式。制的方式。 PWM (Pulse Width Modulation) 脉宽脉宽调制调制型，是靠型，是靠改变脉冲改变脉冲宽度宽度来控制来控制输出输出电压电压，通过改变调制，通过改变调制周期周期来控制来控制其输出其输出频率频率。 SPWM（Sinusoidal PWM）正弦波脉宽调制型正弦波脉宽调制型 ，SPWM控制方式控制方式就是对逆变电路就是对逆变电路开关器件开关器件的的通断通断进行控制，进行控制，使输出端得到一系列使输出端得到一系列幅

14、值相等幅值相等而而宽度不等宽度不等的脉冲，用这些的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波所需要的波形。脉冲来代替正弦波所需要的波形。 变频器原理与应用（第2版）第2章12重要理论基础重要理论基础面积等效原理面积等效原理冲量冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其环节上时，其效果基本相同效果基本相同。冲量冲量窄脉冲的面积窄脉冲的面积效果基本相同效果基本相同环节的输出响应波形基本相同环节的输出响应波形基本相同图图6-1 6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲形状不同而冲量相同的各种窄脉冲d)单位脉冲函数单位脉冲函数f (t)d d (t)tOa)矩形脉冲矩形脉

15、冲b)三角形脉冲三角形脉冲c)正弦半波脉冲正弦半波脉冲tOtOtOf (t)f (t)f (t)3.4.2 SPWM3.4.2 SPWM控制的基本原理控制的基本原理变频器原理与应用（第2版）第2章13Ou t若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。OutSPWM波Out如何用一系列等幅不等宽的脉冲等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波Out等幅不等幅不等宽等宽常用的方法：载波的方法：希望输出波形作为调制信号（正弦波）接受调制的信号作为载波（三角波）变频器原理与应用（第2版）第2章143.4.3 PWM3.4.3 PWM逆变电路的控制方式逆变电路的控制方式1. 1. 单极性方式单极

16、性方式（单相桥逆变）（单相桥逆变）Ur （调制信号）（调制信号）正半正半周周，V1保持保持通通，V2保持保持断断。当当uruc （载波信（载波信号）号）时使时使V4通，通，V3断，断，uo=Ud 。当当uruc时时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。如如io0，V1和V4通，如io0，VD1和VD4通， uo=Ud 。当当uruc时时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号。如如io0，VD2和VD3通，uo=-Ud 。图6-6 双极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。变频器原理与应用（第2版）第2章16图6

17、-5 双极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud图6-5 单极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud 对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制，由于对开关器件通断控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的差别。变频器原理与应用（第2版）第2章173.4.4 SPWM逆变器的调制方式逆变器的调制方式 在在SPWM逆变器中，逆变器中， 三角波电压频率：三角波电压频率：ft 调制波电压频率调制波电压频率(即逆变器的输出频率即逆变器的输出频率)： fr 之比：之比：Nftfr 称为称为载波比载波比，也称为，也称为调制

18、比调制比 根据载波比的根据载波比的变化变化与否，与否，PWM调制方式调制方式可分为：可分为： 同步同步式调制方式式调制方式 异步异步式调制方式式调制方式 分段同步分段同步式调制方式式调制方式变频器原理与应用（第2版）第2章18 1. 1. 同步调制方式同步调制方式 载波比载波比N N等于等于常数常数时称时称同步调制方式同步调制方式。同步调制方式。同步调制方式在逆变器输出电压每个周期内所采用的三角波电压数目是在逆变器输出电压每个周期内所采用的三角波电压数目是固定的，因而所产生的固定的，因而所产生的SPWMSPWM脉冲数是一定的。脉冲数是一定的。 优点：优点：是在逆变器输出是在逆变器输出频率频率变

19、化的变化的整个范围内整个范围内，皆可，皆可保持输出波形的正、负半波保持输出波形的正、负半波完全对称完全对称，只有奇次谐波存在。，只有奇次谐波存在。而且能严格保证逆变器输出三相波形之间具有而且能严格保证逆变器输出三相波形之间具有120120相位相位移移的对称关系。的对称关系。 缺点：缺点：是是当逆变器输出当逆变器输出频率频率很低时很低时，每个周期内的，每个周期内的SPWMSPWM脉冲数脉冲数过少过少，低频低频谐波分量较大谐波分量较大，使负载电动机产生，使负载电动机产生转矩转矩脉动和噪声脉动和噪声。变频器原理与应用（第2版）第2章19 2. 2. 异步调制方式异步调制方式 在逆变器的整个变频范围内

20、，在逆变器的整个变频范围内，载波比载波比N N不是一个常数。不是一个常数。一般在改变调制波频率一般在改变调制波频率f fr r时保持三角波频率时保持三角波频率f ft t不变，因而不变，因而提高了低频时的载波比，这样逆变器输出电压每个周期内提高了低频时的载波比，这样逆变器输出电压每个周期内PWMPWM脉冲数可随输出频率的降低而增加，相应地可减少负脉冲数可随输出频率的降低而增加，相应地可减少负载电动机的转矩脉动与噪声，改善了调速系统的低频工作载电动机的转矩脉动与噪声，改善了调速系统的低频工作特性。特性。但异步调制方式在改善低频工作性能的同时，又失但异步调制方式在改善低频工作性能的同时，又失去了同

21、步调制的优点。当去了同步调制的优点。当载波比载波比N N随着输出频率的降低而随着输出频率的降低而连续变化时，它不可能总是连续变化时，它不可能总是3 3的倍数势必使输出电压波的倍数势必使输出电压波形及其形及其相位相位都发生变化，都发生变化，难以保持三相输出的难以保持三相输出的对称性对称性，因，因而引起电动机工作不平稳。而引起电动机工作不平稳。变频器原理与应用（第2版）第2章20 3. 3. 分段同步调制方式分段同步调制方式 实际应用中，实际应用中，多多采用分段同步调制方式，它集同步采用分段同步调制方式，它集同步和异步调制方式和异步调制方式之所长之所长，而克服了两者的，而克服了两者的不足不足。 在

22、一定频率范围内采用同步调制，以保持输出波形对在一定频率范围内采用同步调制，以保持输出波形对称的优点；称的优点； 在低频运行时，使载波比有级地增大，以采纳异步调在低频运行时，使载波比有级地增大，以采纳异步调制的长处，这就是分段同步调制方式。制的长处，这就是分段同步调制方式。 具体地说，把整个变频范围具体地说，把整个变频范围划分为若干频段划分为若干频段，在每个，在每个频段内都维持频段内都维持N N恒定恒定，而对不同的频段取，而对不同的频段取不同的不同的N N值值，频率，频率低时，低时，N N值取大些。值取大些。 采用分段同步调制方式，需要增加调制脉冲采用分段同步调制方式，需要增加调制脉冲切换电路切

23、换电路，从而增加控制电路的从而增加控制电路的复杂性复杂性。变频器原理与应用（第2版）第2章213.4.5 SPWM波形成的方法波形成的方法 1. 1. 自然采样法自然采样法 自然采样法即计算自然采样法即计算正弦信号正弦信号波波和和三角三角载波的载波的交点交点，从而求出相，从而求出相应的应的脉宽脉宽和和间歇时间间歇时间，生成，生成SPWMSPWM波形。图波形。图3-253-25表示截取一段正弦表示截取一段正弦与三角波相交的实时状况。检测与三角波相交的实时状况。检测出交点出交点A A是是发出脉冲发出脉冲的初始时刻，的初始时刻，B B点点是是脉冲结束脉冲结束时刻。时刻。 T TC C：为三角波的周期

24、；为三角波的周期； T T2 2：为为ABAB之间的脉宽时间之间的脉宽时间 t t1 1、t t3 3：为间歇时间。为间歇时间。 显然，显然，T TC C= = t t1 1+ + t t2 2+ + t t3 3。图图3-21 自然采样法自然采样法A是是脉冲脉冲初始初始时刻时刻B是是脉冲脉冲结束结束时刻时刻变频器原理与应用（第2版）第2章22 2. 数字控制法数字控制法 数字控制法，是由微机存储预先计算好的数字控制法，是由微机存储预先计算好的SPWM数据数据表格，控制时根据指令调出，由微机的输出接口输出。表格，控制时根据指令调出，由微机的输出接口输出。 3. 采用采用SPWM专用集成芯片专用

25、集成芯片 用微机产生用微机产生SPWM波，其效果受到指令功能、运算速波，其效果受到指令功能、运算速度、存储容量等限制，有时难以有很好的实时性，因此，度、存储容量等限制，有时难以有很好的实时性，因此，完全依靠软件生成完全依靠软件生成SPWM波实际上很难适应波实际上很难适应高频变频器高频变频器的的要求。要求。 随着微电子技术的发展，已开发出一批用于发生随着微电子技术的发展，已开发出一批用于发生SPWM信号的集成电路芯片。目前已投入市场的信号的集成电路芯片。目前已投入市场的SPWM芯片进口的有芯片进口的有HEF4725、SLE4520，国产的有国产的有THP4725、ZPS-101等。有些单片机本身

26、就带有等。有些单片机本身就带有SPWM端口，如端口，如8098、80C196MC等。等。 变频器原理与应用（第2版）第2章23本本 章章 小小 结结 交交- -直直- -交变频器的主电路包括三个组成部分：交变频器的主电路包括三个组成部分：整流电整流电路、中间电路和逆变电路。路、中间电路和逆变电路。 整流电路整流电路把电源提供的交流电压变换为直流电压，电把电源提供的交流电压变换为直流电压，电路型式分为路型式分为不可控整流电路和可控整流电路。不可控整流电路和可控整流电路。 中间电路中间电路分为分为滤波电路滤波电路和和制动电路制动电路等不同的形式，滤等不同的形式，滤波电路是对整流电路的输出进行波电路

27、是对整流电路的输出进行电压或电流电压或电流滤波，经大电滤波，经大电容滤波的直流电提供给逆变器的称为容滤波的直流电提供给逆变器的称为电压型逆变器电压型逆变器，经大，经大电感滤波的直流电提供给逆变器的称为电感滤波的直流电提供给逆变器的称为电流型逆变器电流型逆变器；制；制动电路是利用设置在直流回路中的动电路是利用设置在直流回路中的制动电阻制动电阻或或制动单元制动单元吸吸收电动机的再生电能实现动力制动。收电动机的再生电能实现动力制动。 逆变电路逆变电路是将直流电变换为频率和幅值可调节的交流是将直流电变换为频率和幅值可调节的交流电，对逆变电路中功率器件的开关控制一般采用电，对逆变电路中功率器件的开关控制

28、一般采用SPWMSPWM控制控制方式方式。变频器原理与应用（第2版）第2章24第第4章章 交交-交变频技术交变频技术 4.1 4.1 单相输出交单相输出交- -交变频电路交变频电路 4.1.1 4.1.1 电路组成及基本工作原理电路组成及基本工作原理 图图4-14-1是单相输出交是单相输出交-交变频电路的原理框图，电路交变频电路的原理框图，电路由由P P（正）正）组和组和N N（负）负）组反并联的晶闸管变流电路构成，组反并联的晶闸管变流电路构成，两组变流电路接在同一个交流电源，两组变流电路接在同一个交流电源，Z Z为负载为负载。 交交-交变频器交变频器输出的方波输出的方波 如图如图42所示。所

29、示。 图图4-1 4-1 单相输出交单相输出交-交变频电路的原理框图交变频电路的原理框图 图图4-2 输出的方波输出的方波 变频器原理与应用（第2版）第2章25 为了使输出电压的波形接近为了使输出电压的波形接近正弦波正弦波，可以按正弦规律，可以按正弦规律对控制角对控制角 进行调制进行调制，即可得到如图，即可得到如图4 4-3-3所示的波形。调制所示的波形。调制方法方法是，在半个周期内让变流器的是，在半个周期内让变流器的控制角控制角 按按正弦规律正弦规律从从9090逐渐减小到逐渐减小到0 0或某个值，然后再逐渐增大到或某个值，然后再逐渐增大到9090。 图图4 4-3-3 单相输出交单相输出交-

30、交变频电路输出交流电压波交变频电路输出交流电压波形形 变频器原理与应用（第2版）第2章264.1.2 感阻性负载时的相控调制感阻性负载时的相控调制 如果把交如果把交-交变频电路理想化，交变频电路理想化，忽略忽略变流电路换相时变流电路换相时输出电压的输出电压的脉动分量脉动分量，就可以把电路等效为图，就可以把电路等效为图4-4a所示的所示的正弦波交流电源和二极管的串联。其中交流电源表示变流正弦波交流电源和二极管的串联。其中交流电源表示变流电路可输出电路可输出交流正弦电压交流正弦电压，二极管二极管体现了变流电路只允许体现了变流电路只允许电流电流单方单方向流过。向流过。 图图4- 44- 4a 理想化

31、交理想化交-交变频电路交变频电路 变频器原理与应用（第2版）第2章274.1.2 感阻性负载时的相控调制感阻性负载时的相控调制 图图4-4b给出了一个周期内负载电压、电流波形及正负两组变流电给出了一个周期内负载电压、电流波形及正负两组变流电路的电压、电流波形。路的电压、电流波形。 图图4-44-4b 整流与逆变状态波形整流与逆变状态波形 变频器原理与应用（第2版）第2章28 图图4- 5 4- 5 单相输出交单相输出交- -交变频电路输出电压和电流的波形图交变频电路输出电压和电流的波形图负组负组逆变逆变正组整流正组整流正组正组逆变逆变负组整流负组整流变频器原理与应用（第2版）第2章294.1.

32、3 输入输出特性输入输出特性 1输出上限频率输出上限频率 就常用的就常用的6脉波三相桥式电路而言，一般认为，输出脉波三相桥式电路而言，一般认为，输出上限频率不高于电网频率的上限频率不高于电网频率的1/31/2。电网为。电网为50Hz时，交时，交-交变频电路的交变频电路的输出上限频率约为输出上限频率约为20Hz。 2. 输入功率因数输入功率因数 交交-交变频电路采用的是相位控制方式，因此其输入交变频电路采用的是相位控制方式，因此其输入电流的相位总是滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。电流的相位总是滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。从图从图4-3可以看出，在输出电压的一个周期内，可以看出，在

33、输出电压的一个周期内，角是以角是以90为中心而前后变化的。输出电压比越小，半周期内为中心而前后变化的。输出电压比越小，半周期内的平均值越靠近的平均值越靠近90，位移因数越低。另外，负载的功率，位移因数越低。另外，负载的功率因数因数越低越低，输入功率因数也越低输入功率因数也越低。 变频器原理与应用（第2版）第2章30交交- -交变频器的交变频器的特点特点 1) 1) 因为是直接变换，没有中间环节，所以比一般的变因为是直接变换，没有中间环节，所以比一般的变频器频器效率要高效率要高。 2) 2) 由于其交流输出电压是直接由交流输入电压波的某由于其交流输出电压是直接由交流输入电压波的某些部分包络所构成

34、，因而其输出频率比输入交流电源的些部分包络所构成，因而其输出频率比输入交流电源的频频率低率低得多，输出得多，输出波形较好波形较好。 3) 3) 由于变频器按电网电压过零由于变频器按电网电压过零自然换相自然换相，故可采用，故可采用普普通晶闸管通晶闸管。 4) 4) 由于输出上限频率不高于电网频率的由于输出上限频率不高于电网频率的1/31/31/21/2，因因受电网频率限制，通常输出电压的受电网频率限制，通常输出电压的频率较低频率较低。 5) 5) 交交-交变频电路采用的是交变频电路采用的是相位控制方式相位控制方式，因此其输，因此其输入电流的相位总是滞后于输入电压，需要电网提供无功功入电流的相位总

35、是滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。率。功率因数较低功率因数较低，特别是在低速运行时更低，需要适当，特别是在低速运行时更低，需要适当补偿。补偿。 变频器原理与应用（第2版）第2章314.2 4.2 三相输出交三相输出交- -交变频电路交变频电路 三相输出交三相输出交-交变频电路主要应用于交变频电路主要应用于大功率交流电机大功率交流电机调速系统，三相输出调速系统，三相输出交交-交变频电路是由交变频电路是由三组三组输出电压相位各差输出电压相位各差12120 0的的单相单相交交-交交变频电路组成的，变频电路组成的，所以其控制原理与所以其控制原理与单相单相交交-交变频电路相同。下面简单介绍一下三交

36、变频电路相同。下面简单介绍一下三相相交交-交变交变频电路接线方式。频电路接线方式。 4.2.1 4.2.1 公共交流母线进线方式公共交流母线进线方式 图图4-6 公共交流母线进线方式的三相交公共交流母线进线方式的三相交-交变频电路简图交变频电路简图变频器原理与应用（第2版）第2章324.2.2 4.2.2 输出星形联结方式输出星形联结方式 图图4-7 4-7 输出星形联结方式的输出星形联结方式的三三相相交交- -交变频电路原理图交变频电路原理图优点：优点：效率高效率高接近正弦波接近正弦波缺点：缺点：接线复杂接线复杂输出频率低输出频率低功率因数低功率因数低输入电流谐波大输入电流谐波大应用：大容量

37、低速应用：大容量低速变频器原理与应用（第2版）第2章33本本 章章 小小 结结 交交-交变频就是把电网频率的交流电变换成交变频就是把电网频率的交流电变换成可调频率的交流电，此类变频器能量可调频率的交流电，此类变频器能量转换效率转换效率较高较高，多应用于大功率的三相，多应用于大功率的三相异步异步电动机和电动机和同同步步电动机的电动机的低速变频调速低速变频调速。但由于交。但由于交- -交变频输交变频输出频率低（一般为电网频率的出频率低（一般为电网频率的1/31/31/21/2）和）和功功率因数低率因数低，使其应用受到限制。，使其应用受到限制。 变频器原理与应用（第2版）第2章34作业作业P32-1

38、P45-4P52-4交作业时间：交作业时间：3月月27日日变频器原理与应用（第2版）第2章35练习练习试用框图说明交-直-交变频器的主电路包括那些组成部分？简述各部分的功能。变频器原理与应用（第2版）第2章36第第5章章 高（中）压变频器高（中）压变频器 5.1 5.1 高（中）压变频器概述高（中）压变频器概述 5.1.1 5.1.1 高（中）压变频器的分类高（中）压变频器的分类 高（中）压变频器按主电路的结构方式分为：高（中）压变频器按主电路的结构方式分为： 交交- -交方式交方式和和交交- -直直- -交交方式。方式。 5.1.2 高（中）压变频调速系统的基本形式高（中）压变频调速系统的基

39、本形式 （1）直接高）直接高-高型高型 直接直接高高-高高型（也有的称为直接中型（也有的称为直接中-中型）变频调速系统的电路结构如中型）变频调速系统的电路结构如图图5-2所示所示。 图5-2 直接高-高型变频调速系统变频器原理与应用（第2版）第2章37 （2 2）高）高- -中型中型 高-中型变频调速系统的电路结构如图5-3所示。 图5-3 高-中型变频调速系统 （3 3）高）高- -低低- -高型高型 高-低-高型（有的也称为中-低-中型）变频调速系统的电路结构如图5-4所示。 图5-4 高-低-高型变频调速系统变频器原理与应用（第2版）第2章385.1.3 5.1.3 高（中）压变频器的应

40、用高（中）压变频器的应用 1 1拖动风机或水泵拖动风机或水泵 2 2压缩机、鼓风机、轧机或其它工作机械压缩机、鼓风机、轧机或其它工作机械 (1) (1) 可精确地调节可精确地调节速度速度或或流量流量，保证工艺，保证工艺质量质量。 (2) (2) 可直接与工作机械可直接与工作机械耦合耦合，省去减速机等，省去减速机等中间中间机械环机械环节，减少投资和中间费用。节，减少投资和中间费用。 (3) (3) 可接受可接受计算机计算机或或PLCPLC的模拟或数字信号，进行的模拟或数字信号，进行实时实时控控制，且制，且控制性能优越控制性能优越。 3 3要求起动性能好的机械要求起动性能好的机械 实现实现“软软”

41、起动。电机速度从零开始起动：可使电机起动。电机速度从零开始起动：可使电机电流限制在规定值以下电流限制在规定值以下(一般在额定电流的一般在额定电流的1.52倍以内倍以内)，以选定的以选定的加速度平稳升加速度平稳升速，直到指定速度。速，直到指定速度。 变频器原理与应用（第2版）第2章395.1.4 5.1.4 高（中）压变频器的技术要求高（中）压变频器的技术要求 1. 1. 可靠性要求高可靠性要求高 2. 2. 对电网的电压波动容忍度大对电网的电压波动容忍度大 3. 3. 降低谐波对电网的影响降低谐波对电网的影响 4. 4. 改善功率因数改善功率因数 5. 5. 抑制输出谐波成分抑制输出谐波成分

42、6. 6. 抑制共模电压和抑制共模电压和d du ud dt t的影响的影响 变频器原理与应用（第2版）第2章405.2 5.2 高（中）压变频器的主电路结构高（中）压变频器的主电路结构 5.2.1 5.2.1 晶闸管晶闸管电流型电流型变频器变频器 晶闸管电流型变频晶闸管电流型变频器采用晶闸管三相桥器采用晶闸管三相桥式整流电路将交流变式整流电路将交流变为直流，然后再经晶为直流，然后再经晶闸管三相桥式逆变电闸管三相桥式逆变电路将直流变为频率可路将直流变为频率可调的交流，将其输出调的交流，将其输出以控制电机运行和调以控制电机运行和调速。由于在它的直流速。由于在它的直流母线上串联有平波电母线上串联有

43、平波电抗器，因此该变频器抗器，因此该变频器称为电流型变频器。称为电流型变频器。LC滤波器滤波器LC滤波器滤波器结构相同结构相同变频器原理与应用（第2版）第2章415.2.2 GTO5.2.2 GTO电流型电流型变频器变频器 电路中，变压器二次绕组采用电路中，变压器二次绕组采用Y和和不同联结组别，是不同联结组别，是为了获得互差60的六相电压，既可以减少整流后的电压纹波，也可以降低电网的谐波。GTO器件器件串联串联GTO器件器件变频器原理与应用（第2版）第2章425.2.3 1GBT5.2.3 1GBT并联多重化并联多重化PWMPWM电压型电压型变频器变频器图图5-7所示为并联多重化所示为并联多重

44、化PWM电压型变频器电路图电压型变频器电路图。 二组三相桥二组三相桥式整流电路式整流电路IGBT构成一个构成一个桥式逆变单元桥式逆变单元去除去除PWM的调制的调制波中的高频成分波中的高频成分二组三相桥二组三相桥式整流电路式整流电路IGBT构成一个构成一个桥式逆变单元桥式逆变单元去除去除PWM的调制的调制波中的高频成分波中的高频成分二组三相桥二组三相桥式整流电路式整流电路IGBT构成一个构成一个桥式逆变单元桥式逆变单元去除去除PWM的调制的调制波中的高频成分波中的高频成分二组三相桥二组三相桥式整流电路式整流电路IGBT构成一个构成一个桥式逆变单元桥式逆变单元变频器原理与应用（第2版）第2章435

45、3 高压变频器对电动机的影响及防治措施高压变频器对电动机的影响及防治措施 在高压变频器中，对电动机的影响起决定作用的是逆在高压变频器中，对电动机的影响起决定作用的是逆变频器的变频器的电路结构电路结构和和控制特性控制特性，逆变器逆变器主要通过输出谐主要通过输出谐波、输出电压变化率波、输出电压变化率dudt和共模电压来影响电动机的和共模电压来影响电动机的绝缘和使用寿命，这些因素产生的影响如表绝缘和使用寿命，这些因素产生的影响如表5-4所示。所示。 变频器原理与应用（第2版）第2章445.3.1 输出谐波输出谐波对电动机的影响及防治措施对电动机的影响及防治措施 输出谐波对电动机的输出谐波对电动机的影

46、响主要影响主要有：有：谐波引起电动机的温升过高；谐波引起电动机的温升过高；转矩脉动和噪声增加；转矩脉动和噪声增加；经常采用的防治措施一般有两种：经常采用的防治措施一般有两种：一是设置输出滤波器；一是设置输出滤波器；二是改变逆变器的结构或联接形式，以降低输二是改变逆变器的结构或联接形式，以降低输出谐波。使其作用到电机上的输出波形接近正出谐波。使其作用到电机上的输出波形接近正弦波。弦波。变频器原理与应用（第2版）第2章455.3.2 输出输出电压变化率电压变化率对电动机的影响及对电动机的影响及防治措施防治措施 对于电压型变频器，当输出电压的变化率对于电压型变频器，当输出电压的变化率(d(du ud dt t) )比较比较高时高时，会加速了电动机绝缘的，会加速了电动机绝缘的老化老化。特别是当变频器与电动。特别是当变频器与电动机之间的电缆距离机之间的