變頻器的電路結(jié)構(gòu)

1、變頻器的電路結(jié)構(gòu)第1頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 變頻器按控制方式可以分為：U/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差率控制變頻器、矢量控制變頻器和直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器。2.1 變頻調(diào)速的基本原理及變頻器結(jié)構(gòu)第2頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，常須考慮的一個(gè)重要因素是：希望保持電機(jī)中每極磁通量 m 為額定值不變。如果磁通太弱，沒(méi)有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果過(guò)分增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)。2.1.1 變頻器的恒U/f控制原理第3頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12

2、分，星期二對(duì)于直流電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，只要對(duì)電樞反應(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)償， m 保持不變是很容易做到的。在交流異步電機(jī)中，磁通 m 由定子和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)合成產(chǎn)生，要保持磁通恒定就需要費(fèi)一些周折了。 2.1.1 變頻器的恒U/f控制原理第4頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 定子每相電動(dòng)勢(shì)（2-1） 式中：Eg 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值，單位為V； 定子頻率，單位為Hz； 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； 基波繞組系數(shù)； 每極氣隙磁通量，單位為Wb。 f1N1kN1m2. 2.1.1 變頻器的恒U/f控制原理第5頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二

3、由式（2-1）可知，只要控制好 Eg 和 f1 ，便可達(dá)到控制磁通m 的目的，對(duì)此，需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。 2.1.1 變頻器的恒U/f控制原理第6頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二（1） 基頻以下調(diào)速 由式（2-1）可知，要保持 m 不變，當(dāng)頻率 f1 從額定值 f1N 向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低 Eg ，使 常值 （2-3） 即采用恒值電動(dòng)勢(shì)頻率比的控制方式。 2.1.1 變頻器的恒U/f控制原理第7頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 恒壓頻比的控制方式 然而，繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，

4、可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓 U1 Eg，則得（2-5） 這是恒壓頻比的控制方式。2.1.1 變頻器的恒U/f控制原理第8頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 但是，在低頻時(shí) U1 和 Eg 都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時(shí)，需要人為地把電壓 U1 抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。 帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性示于下圖中的 b 線，無(wú)補(bǔ)償?shù)目刂铺匦詣t為a 線。 2.1.1 變頻器的恒U/f控制原理第9頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二OUsf 1圖2-30 恒壓頻比控制特性 帶壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l

5、比控制特性UsNf 1Na 無(wú)補(bǔ)償 b 帶定子壓降補(bǔ)償 2.1.1 變頻器的恒U/f控制原理第10頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二（2） 基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從 f1N 向上升高，但定子電壓U1 卻不可能超過(guò)額定電壓U1N ，最多只能保持U1 = U1N ，這將迫使磁通與頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。 把基頻以下和基頻以上兩種情況的控制特性畫(huà)在一起，如下圖所示。 2.1.1 變頻器的恒U/f控制原理第11頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二f1N 變壓變頻控制特性圖2-31 異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性

6、 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速UsUsNmNm恒功率調(diào)速mUsf1O2.1.1 變頻器的恒U/f控制原理第12頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 如果電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時(shí)所帶的負(fù)載都能使電流達(dá)到額定值，即都能在允許溫升下長(zhǎng)期運(yùn)行，則轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化，按照電力拖動(dòng)原理，在基頻以下，磁通恒定時(shí)轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”性質(zhì)，而在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，基本上屬于“恒功率調(diào)速”。2.1.1 變頻器的恒U/f控制原理第13頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二U/f控制變頻器的實(shí)現(xiàn)方式有兩種1. 整流變壓、逆變變頻方式2.1.1 變頻器的恒U/f控制原理（3）

7、U/f控制變頻器的構(gòu)成 第14頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二U/f控制變頻器的實(shí)現(xiàn)方式有兩種2.1.1 變頻器的恒U/f控制原理（3） U/f控制變頻器的構(gòu)成 2. 逆變變壓變頻方式第15頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二2.1.1 變頻器的恒U/f控制原理（4） U/f控制變頻器的機(jī)械特性P15.圖2-3(a)(b)第16頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二思考題：什么是U/f控制？為什么變頻調(diào)速時(shí)還需要變壓？第17頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二2.1.2 變頻器的基本構(gòu)成 變頻器技

8、術(shù)是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換（整流、逆變），又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此分成功率轉(zhuǎn)換（主電路）和弱電控制（控制電路）兩大部分。 主電路要解決與強(qiáng)電大電流有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題；控制電路要解決基于現(xiàn)代控制理論的控制策略和智能控制策略的硬、軟件開(kāi)發(fā)問(wèn)題，在目前狀況下主要全數(shù)字控制技術(shù)。CVCFVVVF第18頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二2.1.2 變頻器的基本構(gòu)成 變頻器技術(shù)是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換（整流、逆變），又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此分成功率轉(zhuǎn)換（主電路）

9、和弱電控制（控制電路）兩大部分。 主電路要解決與強(qiáng)電大電流有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題；控制電路要解決基于現(xiàn)代控制理論的控制策略和智能控制策略的硬、軟件開(kāi)發(fā)問(wèn)題，在目前狀況下主要全數(shù)字控制技術(shù)。CVCFVVVF第19頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二3.1.1 通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)原理 通用變頻器硬件結(jié)構(gòu)第20頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二（1）整流電路組成：VD1VD6。功能：將工頻交流電整流為脈動(dòng)直流電。當(dāng)電源線電壓為380V時(shí)，整流器件的最大反向電壓一般為1000V，最大整流電流為通用變頻器額定電流的2倍。 （2）

10、濾波電路組成：C1、C2、R1、R2。功能：將脈動(dòng)直流電變?yōu)檩^平滑的直流電。原理：電容濾波原理、電阻分壓原理。 第21頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二3逆變電路組成：VT1VT6、VD7VD12。功能：將直流電變?yōu)轭l率和電壓可調(diào)的三相交流電。4指示電路組成：R4、HL。第22頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二5制動(dòng)單元組成：VT7、R5功能：消耗電動(dòng)機(jī)制動(dòng)過(guò)程中的回饋能量，保護(hù)變頻器。制動(dòng)單元工作原理：電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，回饋電流通過(guò)VD7VD12給C1、C2充電。當(dāng)電容兩端電壓升到一定程度時(shí)，計(jì)算機(jī)控制VT7 導(dǎo)通，電容通過(guò)R5和VT7放電，電

11、阻發(fā)熱消耗能量，電容兩端電壓降低，電動(dòng)機(jī)制動(dòng)。第23頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二（1）不可控整流電路1.整流電路整流電路分為可控整流電路和不可控整流電路兩種。特點(diǎn)：不可控整流電路簡(jiǎn)單，優(yōu)點(diǎn)是輸入電流和電源電壓基本可保持同相位，cos1。但是整流器的輸出端如果接電容濾波，輸入電流不是正弦波，有較大的畸變，所以功率因數(shù)不為1。513V第24頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二（2）可控整流電路1.整流電路特點(diǎn)：可控整流電路波形有較大的畸變，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生干擾，功率因數(shù)比不可控整流低。 現(xiàn)在變頻器通常采用不可控整流。第25頁(yè)，共287頁(yè)，2022年

12、，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二2 濾波電路 在交-直-交變壓變頻器中，按照中間直流環(huán)節(jié)直流電源性質(zhì)的不同或者說(shuō)按儲(chǔ)能環(huán)節(jié)（濾波方式）不同，逆變器可以分成電壓源型和電流源型兩類，兩種類型的實(shí)際區(qū)別在于直流環(huán)節(jié)采用怎樣的濾波器。下圖繪出了電壓源型和電流源型逆變器的示意圖。第26頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 兩種類型逆變器結(jié)構(gòu)LdIdCdUdUd+-a) 電壓源逆變器b) 電流源逆變器 電壓源型和電流源型逆變器示意圖2 濾波電路第27頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二電壓源型逆變器（Voltage Source Inverter -VSI

13、 ），直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波，因而直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一個(gè)內(nèi)阻為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，有時(shí)簡(jiǎn)稱電壓型逆變器。2 濾波電路第28頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二電流源型逆變器（Current Source Inverter- CSI），直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波，直流電流波形比較平直，相當(dāng)于一個(gè)恒流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，或簡(jiǎn)稱電流型逆變器。 2 濾波電路第29頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 性能比較 兩類逆變器在主電路上雖然只是濾波環(huán)節(jié)的不同，在性能上卻帶來(lái)了明顯的差異，主要表現(xiàn)如下： （1）無(wú)

14、功能量的緩沖 在調(diào)速系統(tǒng)中，逆變器的負(fù)載是異步電機(jī)，屬感性負(fù)載。在中間直流環(huán)節(jié)與負(fù)載電機(jī)之間，除了有功功率的傳送外，還存在無(wú)功功率的交換。濾波器除濾波外還起著對(duì)無(wú)功功率的緩沖作用，使它不致影響到交流電網(wǎng)。2 濾波電路第30頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 因此，兩類逆變器的區(qū)別還表現(xiàn)在采用什么儲(chǔ)能元件（電容器或電感器）來(lái)緩沖無(wú)功能量。 （2）能量的回饋 用電流源型逆變器給異步電機(jī)供電的電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)有一個(gè)顯著特征，就是容易實(shí)現(xiàn)能量的回饋，從而便于四象限運(yùn)行，適用于需要回饋制動(dòng)和經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械。2 濾波電路第31頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日

15、，19點(diǎn)12分，星期二 下面以由晶閘管可控整流器UCR和電流源型串聯(lián)二極管式晶閘管逆變器CSI構(gòu)成的交-直-交變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)（如下圖所示）為例，說(shuō)明電動(dòng)運(yùn)行和回饋制動(dòng)兩種狀態(tài)。2 濾波電路第32頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二圖2-20-a 電流源型交-直-交變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的兩種運(yùn)行狀態(tài)M3+-UdIdLdCSI 電動(dòng)Te 逆變UCRa）電動(dòng)運(yùn)行 電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)P2 濾波電路第33頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 當(dāng)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，UCR的控制角 ，電動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)速運(yùn)行，電功率的傳送方向如上圖a所示。2 濾波電路第34頁(yè)，共287頁(yè)，2022年

16、，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二圖2-20-b 電流源型交-直-交變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的兩種運(yùn)行狀態(tài)M3+-UdIdLdCSI 90o有源逆變1 發(fā)電Te整流UCRb）逆變運(yùn)行逆變運(yùn)行狀態(tài)P2 濾波電路第35頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二如果降低變壓變頻器的輸出頻率 1，或從機(jī)械上抬高電機(jī)轉(zhuǎn)速 ，使 1 90 ，則異步電機(jī)轉(zhuǎn)入發(fā)電狀態(tài)，逆變器轉(zhuǎn)入整流狀態(tài)，而可控整流器轉(zhuǎn)入有源逆變狀態(tài)，此時(shí)直流電壓Ud 立即反向，而電流 Id 方向不變，電能由電機(jī)回饋給交流電網(wǎng)（圖b）。 2 濾波電路第36頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 與此相反，采用電

17、壓源型的交-直-交變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)和四象限運(yùn)行卻很困難，因?yàn)槠渲虚g直流環(huán)節(jié)有大電容鉗制著電壓的極性，不可能迅速反向，而電流受到器件單向?qū)щ娦缘闹萍s也不能反向，所以在原裝置上無(wú)法實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。2 濾波電路第37頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 必須制動(dòng)時(shí)，只得在直流環(huán)節(jié)中并聯(lián)電阻實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)，或者與UCR反并聯(lián)一組反向的可控整流器，用以通過(guò)反向的制動(dòng)電流，而保持電壓極性不變，實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。這樣做，設(shè)備要復(fù)雜多了。 2 濾波電路第38頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 （3）動(dòng)態(tài)響應(yīng) 正由于交-直-交電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的直流

18、電壓可以迅速改變，所以動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較快，而電壓源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)就慢得多。 （4）輸出波形 電壓源型逆變器輸出的電壓波形為方波，電流源型逆變器輸出的電流波形為方波（見(jiàn)下表）。 2 濾波電路第39頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二表2-1 兩種逆變器輸出波形比較2 濾波電路第40頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 （4）應(yīng)用場(chǎng)合 電壓源型逆變器屬恒壓源，電壓控制響應(yīng)慢，不易波動(dòng)，所以適于做多臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行時(shí)的供電電源，或單臺(tái)電機(jī)調(diào)速但不要求快速起制動(dòng)和快速減速的場(chǎng)合。采用電流源型逆變器的系統(tǒng)則相反，不適用于多電機(jī)傳動(dòng)，但可以滿足快速起

19、制動(dòng)和可逆運(yùn)行的要求。2 濾波電路第41頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 從整體結(jié)構(gòu)（變流環(huán)節(jié)不同）上看，電力電子變壓變頻器可分為交-直-交和交-交兩大類。 （1）交-直-交變壓變頻器 交-直-交變壓變頻器先將工頻交流電源通過(guò)整流器變換成直流，再通過(guò)逆變器變換成可控頻率和電壓的交流，如下圖所示。3 逆變電路第42頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 交-直-交變壓變頻器基本結(jié)構(gòu)圖2-21 交-直-交（間接）變壓變頻器 變壓變頻(VVVF)中間直流環(huán)節(jié)恒壓恒頻(CVCF)逆變DCACAC50Hz整流3 逆變電路第43頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，

20、5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 由于這類變壓變頻器在恒頻交流電源和變頻交流輸出之間有一個(gè)“中間直流環(huán)節(jié)”，所以又稱間接式的變壓變頻器。 具體的整流和逆變電路種類很多，當(dāng)前應(yīng)用最廣的是由二極管組成不控整流器和由功率開(kāi)關(guān)器件（P-MOSFET，IGBT等）組成的脈寬調(diào)制（PWM）逆變器，簡(jiǎn)稱PWM變壓變頻器，如下圖所示。3 逆變電路第44頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 交-直-交PWM變壓變頻器基本結(jié)構(gòu)圖2-22 交-直-交PWM變壓變頻器變壓變頻(VVVF)中間直流環(huán)節(jié)恒壓恒頻(CVCF)PWM逆變器DCACAC50Hz調(diào)壓調(diào)頻C3 逆變電路第45頁(yè)，共287頁(yè)，

21、2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 PWM變壓變頻器的應(yīng)用之所以如此廣泛，是由于它具有如下的一系列優(yōu)點(diǎn)： （1）在主電路整流和逆變兩個(gè)單元中，只有逆變單元可控，通過(guò)它同時(shí)調(diào)節(jié)電壓和頻率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。采用全控型的功率開(kāi)關(guān)器件，只通過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓脈沖進(jìn)行控制，電路也簡(jiǎn)單，效率高。 3 逆變電路第46頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 （2）輸出電壓波形雖是一系列的PWM波，但由于采用了恰當(dāng)?shù)腜WM控制技術(shù)，正弦基波的比重較大，影響電機(jī)運(yùn)行的低次諧波受到很大的抑制，因而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，提高了系統(tǒng)的調(diào)速范圍和穩(wěn)態(tài)性能。3 逆變電路第47頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，

22、19點(diǎn)12分，星期二 （3）逆變器同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻，動(dòng)態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能也得以提高。 （4）采用不可控的二極管整流器，電源側(cè)功率因素較高，且不受逆變輸出電壓大小的影響。 3 逆變電路第48頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 PWM變壓變頻器常用的功率開(kāi)關(guān)器件有：P-MOSFET，IGBT，GTO和替代GTO的電壓控制器件如IGCT、IEGT等。 受到開(kāi)關(guān)器件額定電壓和電流的限制，對(duì)于特大容量電機(jī)的變壓變頻調(diào)速仍只好采用半控型的晶閘管（SCR），并用可控整流器調(diào)壓和六拍逆變器調(diào)頻的交-直-交變壓變頻器。 3 逆變電路第49頁(yè)，共28

23、7頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 交-直-交變壓變頻器中的逆變器一般接成三相橋式電路，以便輸出三相交流變頻電源，下圖為6個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)器件VT1 VT6 組成的三相逆變器主電路，圖中用開(kāi)關(guān)符號(hào)代表任何一種電力電子開(kāi)關(guān)器件。3 逆變電路第50頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 三相橋式逆變器主電路結(jié)構(gòu)CdVT1VT3VT5VT4VT6VT2UVWUd 2Ud 2RL圖2-23 三相橋式逆變器主電路3 逆變電路NN第51頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二控制方式 控制各開(kāi)關(guān)器件輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，可使輸出端得到三相交流電壓。在某一瞬

24、間，控制一個(gè)開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷，同時(shí)使另一個(gè)器件導(dǎo)通，就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)器件之間的換流。在三相橋式逆變器中，有180導(dǎo)通型和120導(dǎo)通型兩種換流方式。3 逆變電路第52頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二（1）180導(dǎo)通型控制方式 同一橋臂上、下兩管之間互相換流的逆變器稱作180導(dǎo)通型逆變器。例如，當(dāng)VT1關(guān)斷后，使VT4導(dǎo)通，而當(dāng)VT4關(guān)斷后，又使VT1導(dǎo)通。這時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的區(qū)間是180，其他各相亦均如此。由于每隔60有一個(gè)器件開(kāi)關(guān)，在180導(dǎo)通型逆變器中，除換流期間外，每一時(shí)刻總有3個(gè)開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通。3 逆變電路第53頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日

25、，19點(diǎn)12分，星期二 但須注意，必須防止同一橋臂的上、下兩管同時(shí)導(dǎo)通，否則將造成直流電源短路，謂之“直通”。為此，在換流時(shí)，必須采取“先斷后通”的方法，即先給應(yīng)關(guān)斷的器件發(fā)出關(guān)斷信號(hào)，待其關(guān)斷后留一定的時(shí)間裕量，叫做“死區(qū)時(shí)間”，再給應(yīng)導(dǎo)通的器件發(fā)出開(kāi)通信號(hào)。3 逆變電路第54頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短視器件的開(kāi)關(guān)速度而定，器件的開(kāi)關(guān)速度越快時(shí)，所留的死區(qū)時(shí)間可以越短。為了安全起見(jiàn)，設(shè)置死區(qū)時(shí)間是非常必要的，但它會(huì)造成輸出電壓波形的畸變。3 逆變電路第55頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 輸出波形 tOtOtOtO

26、tOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUNiUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62Ud3圖2-24 電壓型逆變電路的波形第56頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 （2）120導(dǎo)通型控制方式 120導(dǎo)通型逆變器的換流是在不同橋臂中同一排左、右兩管之間進(jìn)行的。例如，VT1關(guān)斷后使VT3導(dǎo)通，VT3關(guān)斷后使VT5導(dǎo)通，VT4關(guān)斷后使VT6導(dǎo)通等等。這時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件一次連續(xù)導(dǎo)通120，在同一時(shí)刻只有兩個(gè)器件導(dǎo)通，如果負(fù)載電機(jī)繞組是Y聯(lián)結(jié)，則只有兩相導(dǎo)電，另一相懸空。 3 逆變電路第57頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星

27、期二 電流型三相橋式逆變電路的輸出波形 tOtOtOtOIdiViWuUViU3 逆變電路第58頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二（2） 交-交變壓變頻器 交-交變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，它只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，把恒壓恒頻（CVCF）的交流電源直接變換成VVVF輸出（轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同），因此又稱直接式變壓變頻器。 有時(shí)為了突出其變頻功能，也稱作周波變換器（Cycloconveter）。 3 逆變電路第59頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 交-交變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu)圖2-27 交-交（直接）變壓變頻器交交變頻AC50HzACCVCFVVV

28、F3 逆變電路第60頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 常用的交-交變壓變頻器輸出的每一相都是一個(gè)由正、反兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。 也就是說(shuō)，每一相都相當(dāng)于一套直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的反并聯(lián)可逆線路（下圖a）。3 逆變電路第61頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二交-交變壓變頻器的基本電路結(jié)構(gòu)VRVFId-Id+-+a) 電路結(jié)構(gòu)負(fù)載50Hz50Hzu0圖2-28-a 交-交變壓變頻器每一相的可逆線路3 逆變電路第62頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二交-交變壓變頻器的控制方式整半周控制方式 正、反兩組按一定

29、周期相互切換，在負(fù)載上就獲得交變的輸出電壓 u0 ， u0 的幅值決定于各組可控整流裝置的控制角 ， u0 的頻率決定于正、反兩組整流裝置的切換頻率。如果控制角一直不變，則輸出平均電壓是方波，如下圖 b 所示。3 逆變電路第63頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二圖2-28 -b 方波型平均輸出電壓波形tu0正組通反組通正組通反組通輸出電壓波形3 逆變電路第64頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 調(diào)制控制方式 要獲得正弦波輸出，就必須在每一組整流裝置導(dǎo)通期間不斷改變其控制角。例如：在正向組導(dǎo)通的半個(gè)周期中，使控制角 由/2（對(duì)應(yīng)于平均電壓 u0

30、 = 0）逐漸減小到 0（對(duì)應(yīng)于 u0 最大），然后再逐漸增加到 /2（ u0 再變?yōu)?），如下圖所示。3 逆變電路第65頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二2AOw ta =a = 0 p 2a = p BCDEFu0圖2-29 交-交變壓變頻器的單相正弦波輸出電壓波形輸出電壓波形3 逆變電路第66頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 當(dāng)角按正弦規(guī)律變化時(shí)，半周中的平均輸出電壓即為圖中虛線所示的正弦波。對(duì)反向組負(fù)半周的控制也是這樣。 3 逆變電路第67頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 三相交交變頻電路 三相交交變頻電

31、路可以由3個(gè)單相交交變頻電路組成，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。 如果每組可控整流裝置都用橋式電路，含6個(gè)晶閘管（當(dāng)每一橋臂都是單管時(shí)），則三相可逆線路共需36個(gè)晶閘管，即使采用零式電路也須18個(gè)晶閘管。第68頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 三相交交變頻器的基本結(jié)構(gòu)第69頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路第70頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二三相橋式交交變頻電路第71頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 因此，這樣的交-交變壓變頻器雖然在結(jié)構(gòu)上只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，

32、省去了中間直流環(huán)節(jié)，看似簡(jiǎn)單，但所用的器件數(shù)量卻很多，總體設(shè)備相當(dāng)龐大。 不過(guò)這些設(shè)備都是直流調(diào)速系統(tǒng)中常用的可逆整流裝置，在技術(shù)上和制造工藝上都很成熟，目前國(guó)內(nèi)有些企業(yè)已有可靠的產(chǎn)品。3 逆變電路第72頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 這類交-交變頻器的其他缺點(diǎn)是：輸入功率因數(shù)較低，諧波電流含量大，頻譜復(fù)雜，因此須配置諧波濾波和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。其最高輸出頻率不超過(guò)電網(wǎng)頻率的 1/3 1/2，一般主要用于軋機(jī)主傳動(dòng)、球磨機(jī)、水泥回轉(zhuǎn)窯等大容量、低轉(zhuǎn)速的調(diào)速系統(tǒng)，供電給低速電機(jī)直接傳動(dòng)時(shí)，可以省去龐大的齒輪減速箱。3 逆變電路第73頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日

33、，19點(diǎn)12分，星期二 近年來(lái)又出現(xiàn)了一種采用全控型開(kāi)關(guān)器件的矩陣式交-交變壓變頻器，類似于 PWM控制方式，輸出電壓和輸入電流的低次諧波都較小，輸入功率因數(shù)可調(diào)，能量可雙向流動(dòng)，以獲得四象限運(yùn)行，但當(dāng)輸出電壓必須為正弦波時(shí)，最大輸出輸入電壓比只有0.866。目前這類變壓變頻器尚處于開(kāi)發(fā)階段，其發(fā)展前景是很好的。 3 逆變電路第74頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二思考題：變頻器由幾部分組成，各部分都具有什么功能。變頻器種類很多，其中按濾波方式可分為什么類型。第75頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二根據(jù)變頻器的變流環(huán)節(jié)的不同進(jìn)行分類 ：（1）

34、交直交變頻器 交直交變頻器是先將頻率固定的交流電“整流”成直流電，再把直流電“逆變”成頻率任意可調(diào)的三相交流電，又稱間接式變頻器。目前應(yīng)用廣泛的通用型變頻器都是交直交變頻器。（2）交交變頻器 交交變頻器就是把頻率固定的交流電直接轉(zhuǎn)換成頻率任意可調(diào)的交流電，而且轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同，又稱直接式變頻器或周波變頻器。 2.2 變頻器的分類與特點(diǎn)第76頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二2.2 變頻器的分類與特點(diǎn)根據(jù)直流電路的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)（或?yàn)V波方式）分類頻器的變流環(huán)節(jié)的不同進(jìn)行分類 ：（1）電壓型變頻器電壓型變頻器的儲(chǔ)能元件為電容器，其特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件采用大電容，負(fù)載的

35、無(wú)功功率將由它來(lái)緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故稱電壓型變頻器，常選用于負(fù)載電壓變化較大的場(chǎng)合。 （2）電流型變頻器電流型變頻器的儲(chǔ)能元件為電感線圈，因此其特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，緩沖無(wú)功功率，即扼制電流的變化，使電壓接近正弦波，由于該直流內(nèi)阻較大，故稱電流型變頻器。第77頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二2.2 變頻器的分類與特點(diǎn) 根據(jù)電壓的調(diào)制方式分類 （1）正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）變頻器正弦波脈寬調(diào)制變頻器是指輸出電壓的大小是通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)的，且載頻信號(hào)用等腰三角波，而基準(zhǔn)信號(hào)采用正弦波。中、小容量的通用變

36、頻器幾乎全都采用此類變頻器。 （2）脈幅調(diào)制（PAM）變頻器脈幅調(diào)制變頻器是指將變壓與變頻分開(kāi)完成，即在把交流電整流為直流電的同時(shí)改變直流電壓的幅值，而后將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟姇r(shí)改變交流電頻率的變壓變頻控制方式。 第78頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二2.2 變頻器的分類與特點(diǎn)根據(jù)控制方式分類 ：（1）U/F控制（2）轉(zhuǎn)差頻率控制（3）矢量控制（4）直接轉(zhuǎn)矩控制第79頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二2.2 變頻器的分類與特點(diǎn)根據(jù)輸入電源的相數(shù)分類 （1）三進(jìn)三出變頻器變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)都是三相交流電。絕大多數(shù)變頻器都屬此類。 （2）單

37、進(jìn)三出變頻器變頻器的輸入側(cè)為單相交流電，輸出側(cè)是三相交流電，俗稱“單相變頻器”。該類變頻器通常容量較小，且適合在單相電源情況下使用，如家用電器里的變頻器均屬此類。 第80頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二2.2 變頻器的分類與特點(diǎn)根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性分類 （1）P型機(jī)變頻器適用于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的變頻器。（2）G型機(jī)變頻器適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的變頻器。（3）P/G合一型變頻器同一種機(jī)型既可以使用變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，又可以適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；同時(shí)在變轉(zhuǎn)矩方式下，其標(biāo)稱功率大一檔。第81頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二2.2 變頻器的分類與特點(diǎn)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合分類 （1）

38、通用變頻器通用變頻器的特點(diǎn)是其通用性，可應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī)傳動(dòng)、工業(yè)生產(chǎn)及民用、建筑等各個(gè)領(lǐng)域。通用變頻器的控制方式，已經(jīng)從最簡(jiǎn)單的恒壓頻比控制方式向高性能的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等發(fā)展。（2）專用變頻器專用變頻器的特點(diǎn)是其行業(yè)專用性，它針對(duì)不同的行業(yè)特點(diǎn)集成了可編程控制器以及很多硬件外設(shè)，可以在不增加外部板件的基礎(chǔ)上直接應(yīng)用于行業(yè)中。比如，恒壓供水專用變頻器就能處理供水中變頻與工頻切換、一拖多控制等。第82頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二思考題：什么是交-直-交類型變頻器，根據(jù)濾波環(huán)節(jié)其分成幾種類型？什么是單相變頻器？第83頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，

39、19點(diǎn)12分，星期二2.3 正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)1. SPWM調(diào)制原理 以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波（Carrier wave），并用頻率和期望波相同的正弦波作為調(diào)制波（Modulation wave），當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。第84頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二第85頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二圖2-38 PWM調(diào)制原理第86頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日

40、，19點(diǎn)12分，星期二 按照波形面積相等的原則，每一個(gè)矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，因而這個(gè)序列的矩形波與期望的正弦波等效。這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制（Sinusoidal pulse width modulation，簡(jiǎn)稱SPWM），這種序列的矩形波稱作SPWM波。 第87頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二2. SPWM控制方式如果在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)，三角載波只在正或負(fù)的一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的SPWM波也只處于一個(gè)極性的范圍內(nèi)，叫做單極性控制方式。如果在正弦調(diào)制波半個(gè)周期內(nèi)，三角載波在正負(fù)極性之間連續(xù)變化，則SPWM波也是在正負(fù)之間變化，叫

41、做雙極性控制方式。第88頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二（1）單極性PWM控制方式第89頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二（2）雙極性PWM控制方式第90頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二3. SPWM波形的實(shí)現(xiàn)模擬電子電路 采用正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器和比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的SPWM控制。數(shù)字控制電路硬件電路；軟件實(shí)現(xiàn)。第91頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 模擬電子電路第92頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 數(shù)字控制電路（軟件實(shí)現(xiàn)方法）自然采樣法只是把同樣的

42、方法數(shù)字化， 自然采樣法的運(yùn)算比較復(fù)雜；規(guī)則采樣法在工程上更實(shí)用的簡(jiǎn)化方法，由于簡(jiǎn)化方法的不同，衍生出多種規(guī)則采樣法。第93頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二（1）自然采樣法原理 將三相正弦波與三角波比較，在波形相交點(diǎn)自然地確定脈沖的采樣點(diǎn)和開(kāi)關(guān)點(diǎn)。即采樣點(diǎn)和開(kāi)關(guān)點(diǎn)重合。第94頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二優(yōu)點(diǎn)：1、基波幅值與調(diào)制度M成正比，利于調(diào)壓；2、高次諧波隨著載波比N與調(diào)制度M的增大而減小，有利于波形正弦化。缺點(diǎn)：1、實(shí)時(shí)控制時(shí)難以計(jì)算脈沖寬度；2、離線計(jì)算，利用查表法輸出PWM波，占有內(nèi)存過(guò)大，不符合微機(jī)等采樣周期的控制要求。第

43、95頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二（2）規(guī)則采樣法 在載波三角波的固定點(diǎn)對(duì)正弦波進(jìn)行采樣，以確定脈沖的前沿和后沿時(shí)刻，而并不管此時(shí)是否發(fā)生正弦調(diào)制波與載波三角波相交。也就是說(shuō)采樣點(diǎn)和開(kāi)關(guān)點(diǎn)不重合，采樣點(diǎn)是固定的，開(kāi)關(guān)點(diǎn)是變化的。開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換時(shí)刻可以利用簡(jiǎn)單的三角函數(shù)在線地計(jì)算出來(lái)，滿足了微機(jī)全數(shù)字控制的需要。第96頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二規(guī)則采樣法的種類：第97頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二對(duì)稱規(guī)則采樣中生成的PWM脈寬較實(shí)際的正弦波與三角波自然相交的脈寬偏小，使變頻電源的輸出電壓較低。第98頁(yè)，共2

44、87頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二不規(guī)則采樣中，雖能更真實(shí)地反映自然采樣，但由于在一個(gè)載波周期中需要采樣兩次，極大地增加了數(shù)據(jù)的處理量。第99頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二在實(shí)際采樣中我們采用的是平均對(duì)稱規(guī)則采樣。采樣時(shí)刻設(shè)在三角載波的谷底處，以此刻的正弦波數(shù)值為中心，確定PWM脈沖的前后沿。第100頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二平均規(guī)則采樣法原理 三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期Tc第101頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二平均規(guī)則采樣法原理 自然采樣法中，脈沖中點(diǎn)不和三角波一周期的中點(diǎn)

45、（即負(fù)峰點(diǎn)）重合第102頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二平均規(guī)則采樣法原理 規(guī)則采樣法使兩者重合，每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都以相應(yīng)的三角波中點(diǎn)為對(duì)稱，使計(jì)算大為簡(jiǎn)化第103頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二平均規(guī)則采樣法原理 在三角波的負(fù)峰時(shí)刻tD對(duì)正弦信號(hào)波采樣得D點(diǎn)，過(guò) D作水平直線和三角波分別交于A、B點(diǎn)，在A點(diǎn)時(shí)刻 tA和B點(diǎn)時(shí)刻 tB控制開(kāi)關(guān)器件的通斷第104頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二平均規(guī)則采樣法原理 脈沖寬度 和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近第105頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12

46、分，星期二平均規(guī)則采樣法原理 正弦調(diào)制信號(hào)波式中，M 稱為調(diào)制度，0 M 1；r為信號(hào)波角頻率。第106頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二平均規(guī)則采樣法原理 從圖中可得因此可得第107頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 根據(jù)上述采樣原理和計(jì)算公式，可以用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制產(chǎn)生SPWM波形，具體實(shí)現(xiàn)方法有：查表法可以先離線計(jì)算出相應(yīng)的脈寬 等數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中，然后在調(diào)速系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制過(guò)程中通過(guò)查表和加、減運(yùn)算求出各相脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間。第108頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二實(shí)時(shí)計(jì)算法事先在內(nèi)存中存放正弦函數(shù)和Tc /2值

47、，控制時(shí)先查出正弦值，與調(diào)速系統(tǒng)所需的調(diào)制度M作乘法運(yùn)算，再根據(jù)給定的載波頻率查出相應(yīng)的Tc /2值，由計(jì)算公式計(jì)算脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間。第109頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 由于PWM變壓變頻器的應(yīng)用非常廣泛，已制成多種專用集成電路芯片作為SPWM信號(hào)的發(fā)生器，應(yīng)用較多的有HEF4752、SLE4520、SA8281、SA8282、SA4828等。后來(lái)更進(jìn)一步把它做在微機(jī)芯片里面，生產(chǎn)出多種帶PWM信號(hào)輸出口的電機(jī)控制用的8位、16位微機(jī)芯片和DSP。 數(shù)字控制電路（硬件電路實(shí)現(xiàn)方法）第110頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二4. PW

48、M調(diào)制方法載波比載波頻率 fc與調(diào)制信號(hào)頻率 fr 之比N，既 N = fc / fr 根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制。第111頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二（1）異步調(diào)制 異步調(diào)制載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不同步的調(diào)制方式。通常保持 fc 固定不變，當(dāng) fr 變化時(shí)，載波比 N 是變化的；在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱；第112頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二當(dāng) fr 較低時(shí)，N 較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多

49、，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較??；當(dāng) fr 增高時(shí)，N 減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM 脈沖不對(duì)稱的影響就變大。第113頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二（2）同步調(diào)制 同步調(diào)制N 等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步。基本同步調(diào)制方式，fr 變化時(shí)N不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定；三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取 N 為3的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱；第114頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡像對(duì)稱，N應(yīng)取奇數(shù)；fr 很低時(shí)，fc 也很低，由調(diào)制帶來(lái)的諧波不易濾除；fr 很高時(shí)，fc 會(huì)過(guò)高，使開(kāi)關(guān)器

50、件難以承受。第115頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二同步調(diào)制三相PWM波形 ucurUurVurWuuUNuVNOtttt000uWN2Ud-2Ud第116頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二（3）分段同步調(diào)制把 fr 范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持N恒定，不同頻段N不同；在 fr 高的頻段采用較低的N，使載波頻率不致過(guò)高；在 fr 低的頻段采用較高的N，使載波頻率不致過(guò)低；第117頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 分段同步調(diào)制方式第118頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二（4）混合

51、調(diào)制 可在低頻輸出時(shí)采用異步調(diào)制方式，高頻輸出時(shí)切換到同步調(diào)制方式，這樣把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，和分段同步方式效果接近。第119頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二5. PWM逆變器主電路及輸出波形圖6-19 三相橋式PWM逆變器主電路原理圖調(diào)制電路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4ucV6VD6V5VD5VUWNNC+C+urUurVurW2Ud2UdVT1VT4VT3VT6VT5VT2第120頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二圖6-20 三相橋式PWM逆變器的雙極性SPWM波形 uuUNOw tOOOOUd2-Ud2uVNuWNuUVu

52、UNw tw tw tw tOw turUurVurWucUd23Ud2第121頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 圖6-20為三相PWM波形，其中urU 、urV 、urW為U，V，W三相的正弦調(diào)制波， uc為雙極性三角載波；uUN 、uVN 、uWN 為U，V，W三相輸出與電源中性點(diǎn)N之間的相電壓矩形波形； uUV為輸出線電壓矩形波形，其脈沖幅值為+Ud和- Ud ；uUN為三相輸出與電機(jī)中點(diǎn)N之間的相電壓。第122頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二思考題：什么是基本Uf控制方式？為什么在基本Uf控制基礎(chǔ)上還要進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償？在U/f控制方

53、式下，當(dāng)輸出頻率比較低時(shí)，會(huì)出現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩不足的情況，要求變頻器具有什么功能。說(shuō)明SPWM控制技術(shù)的原理。什么是SPWM的平均規(guī)則采樣法？第123頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二2.4 電流滯環(huán)跟蹤PWM(CHBPWM)控制 技術(shù) 應(yīng)用PWM控制技術(shù)的變壓變頻器一般都是電壓源型的，它可以按需要方便地控制其輸出電壓，為此前面兩小節(jié)所述的PWM控制技術(shù)都是以輸出電壓近似正弦波為目標(biāo)的。第124頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 但是，在電流電機(jī)中，實(shí)際需要保證的應(yīng)該是正弦波電流，因?yàn)樵诮涣麟姍C(jī)繞組中只有通入三相平衡的正弦電流才能使合成的電磁轉(zhuǎn)矩為

54、恒定值，不含脈動(dòng)分量。因此，若能對(duì)電流實(shí)行閉環(huán)控制，以保證其正弦波形，顯然將比電壓開(kāi)環(huán)控制能夠獲得更好的性能。 第125頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 常用的一種電流閉環(huán)控制方法是電流滯環(huán)跟蹤 PWM（Current Hysteresis Band PWM CHBPWM）控制，具有電流滯環(huán)跟蹤 PWM 控制的 PWM 變壓變頻器的A相控制原理圖如下圖。第126頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二1. 滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制原理 圖6-22電流滯環(huán)跟蹤控制的A相原理圖負(fù)載L+-iiaia*V1V42Ud2UdVD4VD1HBCVT1VT4第

55、127頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 圖中，電流控制器是帶滯環(huán)的比較器，環(huán)寬為2h。 將給定電流 i*a 與輸出電流 ia 進(jìn)行比較，電流偏差 ia 超過(guò)時(shí) h，經(jīng)滯環(huán)控制器HBC控制逆變器 A相上（或下）橋臂的功率器件動(dòng)作。B、C 二相的原理圖均與此相同。第128頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 采用電流滯環(huán)跟蹤控制時(shí)，變壓變頻器的電流波形與PWM電壓波形如下圖。如果， ia i*a ， 且i*a - ia h，滯環(huán)控制器 HBC輸出正電平，驅(qū)動(dòng)上橋臂功率開(kāi)關(guān)器件VT1導(dǎo)通，變壓變頻器輸出正電壓，使 ia增大。當(dāng)ia增長(zhǎng)到與i*a相等

56、時(shí)，雖然ia =0，但HBC仍保持正電平輸出，保持導(dǎo)通，使ia繼續(xù)增大。直到達(dá)到ia = i*a + h ， ia = h ，使滯環(huán)翻轉(zhuǎn)，HBC輸出負(fù)電平，關(guān)斷VT1 ，并經(jīng)延時(shí)后驅(qū)動(dòng)VT4第129頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 但此時(shí)未必能夠?qū)ǎ伸峨姍C(jī)繞組的電感作用，電流不會(huì)反向，而是通過(guò)二極管VD4續(xù)流，使VT1受到反向鉗位而不能導(dǎo)通。此后， ia逐漸減小，直到到達(dá)滯環(huán)偏差的下限值，使 HBC 再翻轉(zhuǎn)， VT1又重復(fù)使導(dǎo)通。這樣， VT1與VD4交替工作，使輸出電流給定值之間的偏差保持在范圍內(nèi)，在正弦波上下作鋸齒狀變化。從圖 中可以看到，輸出電流是十分接近

57、正弦波的。第130頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流 圖6-23電流滯環(huán)跟蹤控制時(shí)的電流波形第131頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 下圖給出了在給定正弦波電流半個(gè)周期內(nèi)的輸出電流波形和相應(yīng)的相電壓波形?？梢钥闯?，在半個(gè)周期內(nèi)圍繞正弦波作脈動(dòng)變化，不論在的上升段還是下降段，它都是指數(shù)曲線中的一小部分，其變化率與電路參數(shù)和電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)有關(guān)。第132頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二三相電流跟蹤型PWM逆變電路 圖6-24 三相電流跟蹤型PWM逆變電路 +-iUi*UV4+-iVi*V

58、+-iWi*WV1V6V3V2V5UdUVWVT1VT4VT6VT2VT3VT5第133頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二三相電流跟蹤型PWM逆變電路輸出波形 第134頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 因此，輸出相電壓波形呈PWM狀，但與兩側(cè)窄中間寬的SPWM波相反，兩側(cè)增寬而中間變窄，這說(shuō)明為了使電流波形跟蹤正弦波，應(yīng)該調(diào)整一下電壓波形。第135頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的環(huán)寬有關(guān)，同時(shí)還受到功率開(kāi)關(guān)器件允許開(kāi)關(guān)頻率的制約。當(dāng)環(huán)寬選得較大時(shí)，可降低開(kāi)關(guān)頻率，但電流波形失真較多，諧

59、波分量高；如果環(huán)寬太小，電流波形雖然較好，卻使開(kāi)關(guān)頻率增大了。這是一對(duì)矛盾的因素，實(shí)用中，應(yīng)在充分利用器件開(kāi)關(guān)頻率的前提下，正確地選擇盡可能小的環(huán)寬。第136頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二2.5 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù) （或稱磁鏈跟蹤控制技術(shù)）本節(jié)提要問(wèn)題的提出空間矢量的定義電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)電壓空間矢量的線性組合與SVPWM控制 第137頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 問(wèn)題的提出 經(jīng)典的SPWM控制主要著眼于使變壓變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波，并未顧及輸出電流的波形。而

60、電流滯環(huán)跟蹤控制則直接控制輸出電流，使之在正弦波附近變化，這就比只要求正弦電壓前進(jìn)了一步。然而交流電動(dòng)機(jī)需要輸入三相正弦電流的最終目的是在電動(dòng)機(jī)空間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。2.5 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù) （或稱磁鏈跟蹤控制技術(shù)）第138頁(yè)，共287頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)12分，星期二 如果對(duì)準(zhǔn)這一目標(biāo)，把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，按照跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)控制逆變器的工作，其效果應(yīng)該更好。這種控制方法稱作“磁鏈跟蹤控制”，下面的討論將表明，磁鏈的軌跡是交替使用不同的電壓空間矢量得到的，所以又稱“電壓空間矢量PWM（SVPWM，Space Vecto