三相電壓型逆變器課程設(shè)計(jì)

1、三相電壓型逆變器一電力電子器件的發(fā)展： 1.概述：1957年可控硅(晶閘管)的問世，為半導(dǎo)體器件應(yīng)用于強(qiáng)電領(lǐng)域的自動(dòng)控制邁出了重要的一步，電力電子開始登上現(xiàn)代電氣傳動(dòng)技術(shù)舞臺(tái)，這標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生。20世紀(jì)60年代初已開始使用電力電子這個(gè)名詞，進(jìn)入70年代晶閘管開始派生各種系列產(chǎn)品，普通晶閘管由于其不能自關(guān)斷的特點(diǎn)，屬于半控型器件，被稱作第一代電力電子器件。隨著理論研究和工藝水平的不斷提高，以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力雙極性晶體管（BJT）和電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件迅速發(fā)展，被稱作第二代電力電子器件。80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGB

2、T）為代表的復(fù)合型第三代電力電子器件異軍突起，而進(jìn)入90年代電力電子器件開始朝著智能化、功率集成化發(fā)展，這代表了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向電子技術(shù)被認(rèn)為是現(xiàn)代科技發(fā)展的主力軍，電力電子就是電力電子學(xué)，又稱功率電子學(xué)，是利用電子技術(shù)對(duì)電力機(jī)械或電力裝置進(jìn)行系統(tǒng)控制的一門技術(shù)性學(xué)科，主要研究電力的處理和變換，服務(wù)于電能的產(chǎn)生、輸送、變換和控制。（電力電子的發(fā)展動(dòng)向）電力電子技術(shù)包括功率半導(dǎo)體器件與IC技術(shù)、功率變換技術(shù)及控制技術(shù)等幾個(gè)方面，其中電力電子器件是電力電子技術(shù)的重要基礎(chǔ)，也是電力電子技術(shù)發(fā)展的“龍頭”。 電力電子器件(Power Electronic Device)又稱為功率半導(dǎo)體器

3、件，用于電能變換和電能控創(chuàng)電路中的大功率(通常指電流為數(shù)十至數(shù)千安，電壓為數(shù)百伏以上)電子器件。廣義上電力電子器件可分為電真空器件(Electron Device)和半導(dǎo)體器件(Semiconductor Device)兩類。2.發(fā)展：A.整流管：整流管是電力電子器件中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣泛的一種器件。目前主要有普通整流管、快恢復(fù)整流管和肖特基整流管三種類型。電力整流管在改善各種電力電子電路的性能、降低電路損耗和提高電源使用效率等方面發(fā)揮著非常重要的作用。目前，人們已通過新穎結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和大規(guī)模集成電路制作工藝的運(yùn)用，研制出集PIN整流管和肖特基整流管的優(yōu)點(diǎn)于一體的具有MPS、SPEED和SSD

4、等結(jié)構(gòu)的新型高壓快恢復(fù)整流管。它們的通態(tài)壓降為IV左右，反向恢復(fù)時(shí)間為PIN整流管的1/2，反向恢復(fù)峰值電流為PIN整流管的1/3。B.晶閘管： 自1957年美國(guó)通用電氣公司GE研制出第一個(gè)晶閘管開始，其結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和工藝的改革，為新器件開發(fā)研制奠定了基礎(chǔ)，其后派生出各種系列產(chǎn)品。1964年，GE公司成功開發(fā)雙向晶閘管，將其應(yīng)用于調(diào)光和馬達(dá)控制；1965年，小功率光觸發(fā)晶閘管問世，為其后出現(xiàn)的光耦合器打下了基礎(chǔ)；60年代后期，出現(xiàn)了大功率逆變晶閘管，成為當(dāng)時(shí)逆變電路的基本元件；逆導(dǎo)晶閘管和非對(duì)稱晶閘管于1974年研制完成。C.門極可關(guān)斷晶閘管： GTO可達(dá)到晶閘管相同水平的電壓、電流等級(jí)，工作頻

5、率也可擴(kuò)展到1kHz。1964年，美國(guó)第一次試制成功了0.5kV/10A的GTO。自70年代中期開始，GTO的研制取得突破，相繼出世了1300V/600A、25OOV/I000A、4500V/2400A的產(chǎn)品，目前已達(dá)到9kV/25kA/0.8kHz及6 kV/6kA/1kHz的水平。GTO包括對(duì)稱、非對(duì)稱和逆導(dǎo)三種類型。非對(duì)稱GTO相對(duì)于對(duì)稱GTO，具有通態(tài)壓降小、抗浪涌電流能力強(qiáng)、易于提高耐壓能力(3000v以上)的特點(diǎn)。逆導(dǎo)型GTO，由于是在同一芯片上將GTO與整流二極管反并聯(lián)制成的集成器件，因此不能承受反向電壓，主要用于中等容量的牽引驅(qū)動(dòng)中。 在當(dāng)前各種自關(guān)斷器件中，GTO容量最大，工

6、作頻率最低， 通態(tài)壓降大、/dvdt及/didt耐量低，需要龐大的吸收電路。但其在大功率電力牽引驅(qū)動(dòng)中有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此它在中高壓領(lǐng)域中必將占有一席之地。D.大功率晶體管： GTR是一種電流控制的雙極雙結(jié)電力電子器件，20世紀(jì)70年代中期，雙極性晶體管(BJT)擴(kuò)展到高功率領(lǐng)域，產(chǎn)生大功率晶體管(GTR)，它由基極(B)電流bi的正、負(fù)控制集電極(C)和發(fā)射極(E)的通、斷，也屬全控型器件。由于能承受上千伏電壓，具有大的電流密度和低的通態(tài)壓降，曾經(jīng)風(fēng)靡一時(shí)，在20世紀(jì)七八十年代成為逆交器、變頻器等電力電子裝置的主導(dǎo)功率開關(guān)器件，開關(guān)頻率可達(dá)5kHz。但是GTR存在許多不足:對(duì)驅(qū)動(dòng)電流波形有一定

7、要求，驅(qū)動(dòng)電路較復(fù)雜；存在局部熱點(diǎn)引起的二次擊穿現(xiàn)象，安全工作區(qū)(SOA)??；通態(tài)損耗和關(guān)斷時(shí)存儲(chǔ)時(shí)間(st)存在矛盾，要前者小必須工作于深飽和，而如深飽和，st便長(zhǎng)，既影響開關(guān)頻率，又增加關(guān)斷損耗大;承受/dvdt及/didt能力低;單管電流放大倍數(shù)小，為增加放大倍數(shù)，聯(lián)成達(dá)林頓電路又使管壓降增加等等，而為改善性能(抑制/dvdt及/didt，改變感性負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)負(fù)載線使在SOA內(nèi)，減小動(dòng)態(tài)損耗)，運(yùn)用時(shí)必須加緩沖電路。目前的器件水平約為：1800V/800A，2kHz；1400V/600A，2kHz；600V/3A，100kHz。E.功率MOSFET: 功率MOSFET是一種電壓控制型單極

8、晶體管，它是通過柵極電壓來控制漏極電流的，因而它的一個(gè)顯著特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)功率??；僅由多數(shù)載流子導(dǎo)電，無少子存儲(chǔ)效應(yīng)，高頻特性好，工作頻率高達(dá)100kHz以上，為所有電力電子器件中頻率之最，因而最適合應(yīng)用于開關(guān)電源、高頻感應(yīng)加熱等高頻場(chǎng)合；沒有二次擊穿問題，安全工作區(qū)廣，耐破壞性強(qiáng)。功率MOSFET的缺點(diǎn)是電流容量小、耐壓低、通態(tài)壓降大，不適宜運(yùn)用于大功率裝置。順便強(qiáng)調(diào)一下，由于MOSFET管內(nèi)阻與電壓成比例，它在要求低壓(331V)電源的電腦和通信等領(lǐng)域則可大顯身手，目前MOSFET的導(dǎo)通電阻可減小至610m，主要用于高頻開關(guān)電源的同步電流。F.絕緣柵雙極晶體管（IGBT） 20世紀(jì)

9、80年代絕緣柵雙極晶體管是一種復(fù)合型器件，綜合了少子器件(G T O、G T R)和多子器件(MOSFET)各自的優(yōu)良特性，既有輸入阻抗高，開關(guān)速度快，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，又有輸出電流密度大，通態(tài)壓降下，電壓耐量高的長(zhǎng)處。 IGBT可視為雙極型大功率晶體管與功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的復(fù)合。通過施加正向門極電壓形成溝道、提供晶體管基極電流使IGBT導(dǎo)通；反之，若提供反向門極電壓則可消除溝道、使IGBT因流過反向門極電流而關(guān)斷。IGBT集GTR通態(tài)壓降小、載流密度大、耐壓高和功率MOSFET驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)于一身，因此備受人們青睞。它的研制成功為提高電力電子裝置的性能，

10、特別是為逆變器的小型化、高效化、低噪化提供了有利條件。比較而言，IGBT的開關(guān)速度低于功率MOSFET，卻明顯高于GTR；IGBT的通態(tài)壓降同GTR相近，但比功率MOSFET低得多；IGBT的電流、電壓等級(jí)與GTR接近，而比功率MOSFET高。由于IGBT具有上述特點(diǎn)，在中等功率容量(600V以上)的UPS、開關(guān)電源及交流電機(jī)控制用PWM逆變器中，IGBT已逐步替代GTR成為核心元件。 IGBT早已做到1800V/800A，10kHz;1200V/600A，20kHz的商品化，600V/100A的硬開關(guān)工作頻率可達(dá)150kHz。高壓IGBT已有3300V/1200A和4500V/900A的器件

11、。由于IGBT的綜合優(yōu)良性能，事實(shí)上已取代了GTR，現(xiàn)在成為中、小功率逆變器、變頻器等成為了電力電子裝置的主流器件。目前，已經(jīng)研制出的高功率溝槽柵結(jié)構(gòu)IGBT(Trench IGBT)模塊是高耐壓大電流IGBT通常采用的結(jié)構(gòu)，它避免了大電流IGBT模塊內(nèi)部大量的電極引線，提高了可靠性和減少了引線電感.其缺點(diǎn)是芯片面積利用率下降.所以這種平板結(jié)構(gòu)的高壓大電流IGBT模塊將在高壓、大功率變流器中獲得廣泛應(yīng)用。3.軟開關(guān)與硬開關(guān)：硬開關(guān)：1.開關(guān)損耗大。開通時(shí)，開關(guān)器件的電流上升和電壓下降同時(shí)進(jìn)行；關(guān)斷時(shí)，電壓上升和電流下降同時(shí)進(jìn)行。電壓、電流波形的交疊產(chǎn)生了開關(guān)損耗，該損耗隨開關(guān)頻率的提高而急速增

12、加。2.感性關(guān)斷電尖峰大。當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，電路的感性元件感應(yīng)出尖峰電壓，開關(guān)頻率愈高，關(guān)斷愈快，該感應(yīng)電壓愈高。此電壓加在開關(guān)器件兩端，易造成器件擊穿。3.容性開通電流尖峰大。當(dāng)開關(guān)器件在很高的電壓下開通時(shí)，儲(chǔ)存在開關(guān)器件結(jié)電容中的能量將以電流形式全部耗散在該器件內(nèi)。頻率愈高，開通電流尖峰愈大，從而引起器件過熱損壞。另外，二極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)存在反向恢復(fù)期，開關(guān)管在此期間內(nèi)的開通動(dòng)作，易產(chǎn)生很大的沖擊電流。頻率愈高，該沖擊電流愈大，對(duì)器件的安全運(yùn)行造成危害。4.電磁干擾嚴(yán)重。隨著頻率提高，電路中的di/dt和dv/dt增大，從而導(dǎo)致電磁干擾（EMI）增大，影響整流器和周圍電子設(shè)備的工作。軟開關(guān)

13、：上述問題嚴(yán)重阻礙了開關(guān)器件工作頻率的提高。近年來開展的軟開關(guān)技術(shù)研究為克服上述缺陷提供了一條有效的途徑。和硬開關(guān)工作不同，理想的軟關(guān)斷過程是電流先降到零，電壓在緩慢上升到斷態(tài)值，所以關(guān)斷損耗近似為零。由于器件關(guān)斷前電流已下降到零，解決了感性關(guān)斷問題。理想的軟開通過程是電壓先降到零，電流在緩慢上升到通態(tài)值，所以開通損耗近似為零，器件結(jié)電容的電壓亦為零，解決了容性開通問題。同時(shí)，開通時(shí)，二極管反向恢復(fù)過程已經(jīng)結(jié)束，因此二極管方向恢復(fù)問題不存在。4.應(yīng)用與展望： 電力電子應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，用電領(lǐng)域中的電力電子技術(shù)有電動(dòng)機(jī)的優(yōu)化運(yùn)行、高能量密度的電源應(yīng)用；信息領(lǐng)域中電力電子技術(shù)為信息技術(shù)提供先進(jìn)的電

14、源和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，日益成為信息產(chǎn)品中不可缺少的一部分；發(fā)電領(lǐng)域中的電力電子技術(shù)有發(fā)電機(jī)的直流勵(lì)磁、水輪發(fā)電機(jī)的變頻勵(lì)磁、環(huán)保型能源發(fā)電；儲(chǔ)能領(lǐng)域中的電力電子技術(shù)有蓄電池與電容器組儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能發(fā)電、超導(dǎo)線圈的磁場(chǎng)儲(chǔ)能；輸電領(lǐng)域中的電力電子技術(shù)有動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償（SVC）技術(shù)、高壓直流輸電（HVDCT）技術(shù)、消除諧波改善電網(wǎng)供電品質(zhì)等。近年來，電力電子的環(huán)境及產(chǎn)業(yè)都有了很大的變化。整體而言，電力電子技術(shù)的發(fā)展在許多應(yīng)用領(lǐng)域上獲得了認(rèn)同。 然而，任何器件的發(fā)展，總是決定于兩個(gè)因數(shù)，一是應(yīng)用的需要，一是器件本身在理論上和工藝上的突破。電力電子器件的發(fā)展也是這樣，它大致有如下幾個(gè)方面：A.現(xiàn)有器件擴(kuò)大

15、容量提高性能。例如GTO，采用大直徑均勻技術(shù)和全壓接式結(jié)構(gòu)，通過電子壽命控制，折衷通態(tài)電壓和關(guān)斷損耗二者之間矛盾，可望開發(fā)出12kV/10kA的器件。例如IGBT，探索內(nèi)部功率引線盡量由超聲壓焊或改壓接式結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步提高工作可靠性。 B.開發(fā)新的器件。一是根據(jù)器件本身的特點(diǎn)提出。例如MOS門控晶閘管(MCT)，雖經(jīng)十幾年的研制，由于結(jié)構(gòu)、工藝復(fù)雜，合格率低，成本高，沒有達(dá)到期望的4.5kV/2kA的水平而暫被擱置，但有望具有MOS管優(yōu)良的開關(guān)特性和晶閘管非常低的通態(tài)壓降，并易于得到高的耐壓，仍可能繼續(xù)研制。C.是為了滿足一些新的應(yīng)用需要。例如為適用于傳遞極強(qiáng)的峰值功率(數(shù)兆瓦)、極短的持續(xù)時(shí)

16、間(數(shù)百納秒)的放電閉合開關(guān)應(yīng)用場(chǎng)合，如激光器、高強(qiáng)度照明、放電點(diǎn)火、電磁發(fā)射器和雷達(dá)調(diào)制器需要，提出一種脈沖功率閉合開關(guān)晶閘管(PPCST)，它能在數(shù)千伏的高壓下快速開通，不需要放電電極，具有很長(zhǎng)的使用壽命，體積小，價(jià)格較低，可望取代目前尚在應(yīng)用的高壓離子閘流管、引燃管，火花間隙開關(guān)或真空開關(guān)等。D.走集成化之路。經(jīng)歷標(biāo)準(zhǔn)模塊、智能模塊，現(xiàn)在又發(fā)展到用戶專用功率模塊(ASPM)階段。ASPM是把一臺(tái)(套)電力電子裝置(系統(tǒng))的所有硬件盡量以芯片形式封裝在一個(gè)模塊內(nèi)。這樣，裝置(或系統(tǒng))的體積達(dá)到最小，所有引線減至最少，寄生電感、電容降到最低，可靠性大為提高。它將有助于實(shí)現(xiàn)電能變換和信息處理的

17、集成化和高頻化。E.尋找新材料。至今，許多實(shí)用的電力電子器件均是由硅材料制成的，它們已發(fā)展得相當(dāng)成熟。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)理想功率器件特性的追求，人們逐漸轉(zhuǎn)向?qū)π滦桶雽?dǎo)體材料制作新型半導(dǎo)體功率器件的探求，近年來還出現(xiàn)了很多性能優(yōu)良的新型化合物半導(dǎo)體材料，如砷化鎵(GaAs)、碳化硅(SiC)、磷化銦(InP)及鍺化硅(SiGe)等。由它們作為基礎(chǔ)材料制成的電力電子器件正不斷涌現(xiàn)。二逆變器簡(jiǎn)述：1.逆變器概述及其工作原理：逆變器（inverter）是把直流電能（電池、蓄電瓶）轉(zhuǎn)變成交流電（一般為220v50HZ正弦或方波）。通俗的講，逆變器是一種將直流電（DC）轉(zhuǎn)化為交流電（AC）的裝置。它由逆變橋

18、、控制邏輯和濾波電路組成。廣泛適用于空調(diào)、家庭影院、電動(dòng)砂輪、電動(dòng)工具、縫紉機(jī)、DVD、VCD、電腦、電視、洗衣機(jī)、抽油煙機(jī)、冰箱，錄像機(jī)、按摩器、風(fēng)扇、照明等。簡(jiǎn)單逆變器的工作原理如下所述。通過一個(gè)震蕩芯片，或者特定的電路，控制著震蕩信號(hào)輸出，比如輸出50HZ信號(hào)，然后這個(gè)信號(hào)通過放大，推動(dòng)MOS管場(chǎng)效應(yīng)管或晶體閘管不斷開關(guān)，這樣直流電輸入之后，經(jīng)過這個(gè)MOS管的開關(guān)動(dòng)作，就形成一定的交流特性，經(jīng)過修正電路修正，就可以得到類似電網(wǎng)上的那種正弦波交流，然后送入一個(gè)變壓器，這個(gè)變壓器就是工頻變壓器，他是220V to 24V的變壓器，即輸入220V的話輸出就是24V，輸入24V輸出則為220V，

19、其實(shí)就是一般的24V變壓器。 然后變壓器輸出，輸出后再送到穩(wěn)壓電路，保護(hù)電路，送給負(fù)載使用。2.逆變器發(fā)展歷史：從20世紀(jì)后期19世紀(jì)通過的中間，直流到交流電源轉(zhuǎn)換為完成使用旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器或電動(dòng)發(fā)電機(jī)組（鎂套）。在20世紀(jì)初真空管和充氣管開始被用于逆變器的開關(guān)電路研究。 所用的管型最廣泛的是閘流管。從上世紀(jì)90年代初到目前為止，風(fēng)行于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的家用逆變電源，經(jīng)歷了多次改變。最初的逆變電源為自激推挽飽和式變換器，兩只推挽開關(guān)管靠變壓器的磁飽和，或開關(guān)管的相對(duì)飽和進(jìn)行換向。此類原始的飽和式變換器電路，效率低，損耗大，且因開關(guān)管的截止時(shí)間延遲，產(chǎn)生兩管共態(tài)導(dǎo)通幾乎是必然的，因而可靠性極差。其后，某些小生

20、產(chǎn)廠又生產(chǎn)采用分立件組裝，由多諧振蕩器驅(qū)動(dòng)的它激式逆變電源。它激式變換器開關(guān)管靠驅(qū)動(dòng)脈沖控制換向，“飽和”形成的損耗有所降低，但共態(tài)導(dǎo)通現(xiàn)象仍未得到有效抑制，擊穿開關(guān)管仍難以避免。上述兩類逆變電源均利用DC/AC變換器的基本電路，產(chǎn)生波形接近矩形波的交變電壓輸出。目前的逆變器如果直觀其電路結(jié)構(gòu)，無一例外地采用開關(guān)電源專用雙端驅(qū)動(dòng)IC組成它激式逆變電路。此類驅(qū)動(dòng)集成電路都具有幾乎相同的功能方框圖，只是具體組成有差別。由于設(shè)計(jì)用于大功率開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)器，IC內(nèi)部除設(shè)有兩路時(shí)序不同的驅(qū)動(dòng)輸出外，還有死區(qū)時(shí)間設(shè)定電路，PWM穩(wěn)壓電路和開關(guān)電流控制電路，由其組成逆變電源，不僅效率、可靠性大為提高，功能也更

21、為完善。大功率變換器（包括逆變器）的電路結(jié)構(gòu)無一例外采用推挽、半橋或橋式開關(guān)電路。用于中、小功率DC/AC逆變DC供電為蓄電池，顯然，采用串聯(lián)供電的半橋式或橋式電路是不適宜的。一般采用飽和壓降較小的鍺大功率管作推挽開關(guān)(例如常見UPS電源中的MJ11033)，在12V24V供電下求得較高的效率。如果說自激式變換器屬第一代產(chǎn)品，那么，第二代產(chǎn)品應(yīng)屬它激驅(qū)動(dòng)的雙極型開關(guān)管變換器（原有UPS大多為這種電路）。第二代產(chǎn)品效率、可靠性遠(yuǎn)高過第一代產(chǎn)品，但也存在著固有的弱點(diǎn)。為了將12V直流變成220V交變電壓，且同時(shí)得到一定的輸出功率，首先開關(guān)管的電流必須足夠大。例如Aixcom生產(chǎn)的變換器，輸出功率為

22、200W時(shí)，要求開關(guān)管BVceo為40Vlcm40A。如按第二代產(chǎn)品的方式采用雙極型開關(guān)管時(shí)，由于大功率管HFE極少超過20，要求其基極驅(qū)動(dòng)電流必須在2A以上，以致驅(qū)動(dòng)IC的輸出需經(jīng)過至少三級(jí)放大，才能滿足需要（例如UPS600中，由中功率管8050、大功率管TIP41C作驅(qū)動(dòng)放大器，驅(qū)動(dòng)4只MJ4502)，顯然使電路復(fù)雜化，調(diào)試也極困難。在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了第三代交換器，而此類產(chǎn)品正以極快的速度普及于變換器、開關(guān)電源中。Aixcom公司開發(fā)的汽車逆變器，可認(rèn)為是此類產(chǎn)品的典型應(yīng)用。第三代開關(guān)變換器基于MOSFET管的電壓控制特性進(jìn)行工作，理論上說這種加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管無需驅(qū)動(dòng)功率，因此不存在驅(qū)

23、動(dòng)電流的多次放大，驅(qū)動(dòng)IC只要使MOS絕緣柵充電過程中輸出一定的脈沖幅度，即可使開關(guān)管導(dǎo)通，然而其柵極并不消耗功率。開關(guān)管導(dǎo)通后，絕緣柵形成的電容又在脈沖下降為低電平時(shí)通過驅(qū)動(dòng)IC放大形成灌電流。如此一來，不僅變換器的電路極為簡(jiǎn)單，而且MOSFET管有電流自動(dòng)分配功能，可以并聯(lián)運(yùn)用而無需加入均流電阻。三電壓型逆變器：TIS6采用GTO、GTR、IGBT、MOSFET等自關(guān)斷器件，D1D6是與S1S6反并聯(lián)的二極管，其作用是為感性負(fù)載提供續(xù)流回路。圖中L和R為負(fù)載相電感和相電阻。電路中當(dāng)控制信號(hào)為三相互差120 °的方波信號(hào)時(shí)，可以控制每個(gè)開關(guān)導(dǎo)通180 ° （180

24、76;導(dǎo)電型）或120 ° （120 °導(dǎo)電型）。相鄰兩個(gè)功率元件的導(dǎo)通時(shí)間互差60 °三相電壓源型方波逆變器驅(qū)動(dòng)波形四交流逆變器：首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?。然后用電子元件?duì)直流電進(jìn)行開關(guān)。變?yōu)榻涣麟?。一般功率較大的變頻器用可控硅，并設(shè)一個(gè)可調(diào)頻率的裝置，使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，用來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào)。變頻器廣泛用于交流電機(jī)的調(diào)速中，變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)際逐漸走向成熟。變頻器不僅調(diào)速平滑，范圍大，效率高，啟動(dòng)電流小，運(yùn)行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。因此，交流變頻調(diào)速已逐漸取代

25、了過去的傳統(tǒng)滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染、煙機(jī)生產(chǎn)線及樓宇、供水等領(lǐng)域。一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。 1. 整流電路 整流電路的功能是把交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源。整流電路一般都是單獨(dú)的一塊整流模塊. 2. 平波電路 平波電路在整流器、整流后的直流電壓中含有電源6倍頻率脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)，為了抑制電壓波動(dòng)采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓(電流)，一般通用變頻器電源的直流部分對(duì)主電路而言有余量，故省去電感而采用簡(jiǎn)單電容濾波平波電路。 3. 控制電路 現(xiàn)在變頻調(diào)速器基本系用16位、32位單片機(jī)或DSP

26、為控制核心，從而實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。 變頻器是輸出電壓和頻率可調(diào)的調(diào)速裝置。提供控制信號(hào)的回路稱為主控制電路，控制電路由以下電路構(gòu)成:頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”。運(yùn)算電路的控制信號(hào)送至“驅(qū)動(dòng)電路”以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉(zhuǎn)拒控制、PID或其它方式 4 逆變電路 逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓，以所確定的時(shí)間使上橋、下橋的功率開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷。從而可以在輸出端U、V、W三相上得到相位互差120°電角度的三相交流電壓。五逆變電路： 1.無源逆變電路工作原理

27、：無源逆變：逆變器的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而是直接接到負(fù)載，即將直流電逆變成某一頻率或可變頻率的交流電供給負(fù)載。它在交流電機(jī)變頻調(diào)速、感應(yīng)加熱、不停電電源等方面應(yīng)用十分廣泛，是構(gòu)成電力電子技術(shù)的重要內(nèi)容。上圖中單相橋式逆變電路工作原理：開關(guān)T1、T4閉合，T2、T3斷開：u0=Ud；開關(guān)T1、T4斷開，T2、T3閉合：u0=Ud;當(dāng)以頻率fS交替切換開關(guān)T1、T4和T2、T3時(shí)，則在電阻R上獲得如圖4.2.4(b)所示的交變電壓波形，其周期Ts=1/fS，這樣，就將直流電壓E變成了交流電壓uo。uo含有各次諧波，如果想得到正弦波電壓，則可通過濾波器濾波獲得。圖4.2.1(a)中主電路開關(guān)T1T4

28、，它實(shí)際是各種半導(dǎo)體開關(guān)器件的一種理想模型。逆變電路中常用的開關(guān)器件有快速晶閘管、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、功率晶體管（GTR）、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）、絕緣柵晶體管（IGBT）。2.電壓型半橋逆變電路：電壓型逆變電路半橋逆變電路結(jié)構(gòu)及波形：它由兩個(gè)導(dǎo)電臂構(gòu)成，每個(gè)導(dǎo)電臂由一個(gè)全控器件和一個(gè)反并聯(lián)二極管組成。在直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的足夠大的電容C1和C2，且滿足C1=C2。設(shè)感性負(fù)載連接在A、0兩點(diǎn)間。T1和T2之間存在死區(qū)時(shí)間，以避免上、下直通，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)兩晶閘管均無驅(qū)動(dòng)信號(hào)。電壓型半橋逆變電路在一個(gè)周期內(nèi)，電力晶體管T1和T2的基極信號(hào)各有半周正偏，半周反偏，且互補(bǔ)。若負(fù)載為阻

29、感負(fù)載，設(shè)t2時(shí)刻以前，T1有驅(qū)動(dòng)信號(hào)導(dǎo)通，T2截止，則u0=Ud/2。t2時(shí)刻關(guān)斷的T1，同時(shí)給T2發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)。由于感性負(fù)載中的電流i。不能立即改變方向，于是D2導(dǎo)通續(xù)流，u0=Ud /2。t3時(shí)刻i。降至零，D2截止，T2導(dǎo)通，i。開始反向增大，此時(shí)仍然有u0=Ud /2。在t4時(shí)刻關(guān)斷T2，同時(shí)給T1發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)，由于感性負(fù)載中的電流i。不能立即改變方向，D1先導(dǎo)通續(xù)流，此時(shí)仍然有u0=Ud /2 ；t5時(shí)刻i。降至零，T1導(dǎo)通，u0=Ud/2電壓型半橋逆變電路波形3. 電壓型單相全橋逆變電路： ·電路工作過程：全控型開關(guān)器件T1和T4構(gòu)成一對(duì)橋臂，T2和T3構(gòu)成一對(duì)橋臂,T

30、1和T4同時(shí)通、斷；T2和T3同時(shí)通、斷。T1(T)4與T2(T3)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，即T1和T4有驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，T2和T3無驅(qū)動(dòng)信號(hào)，反之亦然，兩對(duì)橋臂各交替導(dǎo)通180°。 ·純電阻負(fù)載時(shí)：輸出方波電壓瞬時(shí)值： 輸出方波電壓有效值：基波分量有效值：同單相半橋逆變電路相比，在相同負(fù)載的情況下，其輸出電壓和輸出電流的幅值為單相半橋逆變電路的兩倍。電壓型單相全橋逆變電路圖電壓型單相全橋逆變電路電壓、電流波形圖六電壓型三相逆變電路：1.工作過程：電壓型三相橋式逆變電路的基本工作方式為180°導(dǎo)電型，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角為180°，同一相上下橋臂交替導(dǎo)電的縱向換流方式，各相開始導(dǎo)電的時(shí)間依次相差120°。在一個(gè)周期內(nèi)，6個(gè)開關(guān)管觸發(fā)導(dǎo)通的次序?yàn)門1T2T3T4T5T6 ，依次相隔60°，任一時(shí)刻均有三個(gè)管子同時(shí)導(dǎo)通，導(dǎo)通的組合順序?yàn)門1T2T3，T2T3T4，T3T4T5，T4T5T6，T5T6T1，T6T