變頻器原理與應(yīng)用 第3版 課件 王廷才 第3-5章 交-直-交變頻技術(shù)、交-交變頻技術(shù)、高（中）壓變頻器

第三章

交-直-交變頻技術(shù)

交-直-交變頻器的主電路框圖如圖3-1所示。主電路包括三個組成部分：整流電路、中間電路和逆變電路。圖3-1交-直-交變頻器的主電路框圖《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章3.1整流電路

3.1.1不可控整流電路不可控整流電路使用的元件為功率二極管，不可控整流電路按輸入交流電源的相數(shù)不同分為單相整流電路、三相整流電路和多相整流電路。三相橋式整流電路如圖3-2所示。

圖3-2三相橋式整流電路

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章三相不可控整流電路分析

三相橋式整流電路共有六只整流二極管，其中VD1、VD3、VD5三只管子的陰極連接在一起，稱為共陰極組；VD4、VD6、VD2三只管子的陽極連接在一起，稱為共陽極組。

共陰極組三只二極管VD1、VD3、

VD5在t1、t3、t5換流導(dǎo)通；共陽極組三只二極管VD2、VD4、VD6在t2、

t4、t6換流導(dǎo)通。一個周期內(nèi)，每只二極管導(dǎo)通1／3周期，即導(dǎo)通角為120°。通過計算可得到負(fù)載電阻

RL上的平均電壓為

Uo=2.34U2(3-1)

圖3-3三相橋式電路的電壓波形

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章3.1.2可控整流電路

3.1.2可控整流電路三相橋式全控整流電路，如圖3-4所示。

圖3-4三相橋式可控整流電路

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章可控整流電路工作原理

三相交流電源電壓uR、uS、uT正半波的自然換相點(diǎn)為1、3、5，負(fù)半波的自然換相點(diǎn)為2、4、6。當(dāng)α＝0°時，讓觸發(fā)電路先后向各自所控制的6只晶閘管的門極(對應(yīng)自然換相點(diǎn))送出觸發(fā)脈沖，即在三相電源電壓正半波的1、3、5點(diǎn)向共陰極組晶閘管VT1、VT3、VT5輸出觸發(fā)脈沖；在三相電源電壓負(fù)半波的2、4、6點(diǎn)向陽極組晶閘管VT2、VT4、VT6輸出觸發(fā)脈沖，負(fù)載上所得到的整流輸出電壓ud波形如圖3-5b

所示的由三相電源線電壓uRS、uRT、uST、

uSR、uTR和uRS的正半波所組成的包絡(luò)線。圖3-5b三相橋式全控電路電壓波形

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章可控整流電路控制原則

1)三相全控橋整流電路任一時刻必須有兩只晶閘管同時導(dǎo)通，才能形成負(fù)載電流，其中一只在共陽極組，另一只在共陰極組。

2)整流輸出電壓ud波形是由電源線電壓uRS、uRT、uST、uSR、uTR和uRS的輪流輸出所組成的。晶閘管的導(dǎo)通順序為：（VT6和VT1）→（VT1和VT2）→（VT2和VT3）→（VT3和VT4）→（VT4和VT5）→（VT5和VT6）。

3)六只晶閘管中每管導(dǎo)通120°，每間隔60°有一只晶閘管換流。

4）觸發(fā)方式：可采用單寬脈沖觸發(fā)，也可采用雙窄脈沖觸發(fā)?！蹲冾l器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章

不同控制角時輸出電壓波形

α＝60°時的電壓波形圖3-6α＝60°時的電壓波形

三相橋式可控整流電路輸出電壓平均值計算三相橋式可控整流電路所帶負(fù)載為電感性時，輸出電壓平均值可用下式計算

Ud=2.34U2cosα(3-2)《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章3.2中間電路

變頻器的中間電路有濾波電路和制動電路等不同的形式。

3.2.1濾波電路雖然利用整流電路可以從電網(wǎng)的交流電源得到直流電壓或直流電流，但是這種電壓或電流含有頻率為電源頻率6倍的紋波，則逆變后的交流電壓、電流也產(chǎn)生紋波。因此，必須對整流電路的輸出進(jìn)行濾波，以減少電壓或電流的波動。這種電路稱為濾波電路?！蹲冾l器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章1.電容濾波

通常用大容量電容對整流電路輸出電壓進(jìn)行濾波。由于電容量比較大，一般采用電解電容。

二極管整流器在電源接通時，電容中將流過較大的充電電流(亦稱浪涌電流)，有可能燒壞二極管，必須采取相應(yīng)措施。圖3-7給出幾種抑制浪涌電流的方式。

a)接入交流電抗b)接入直流電抗c)串聯(lián)充電電阻圖3-7抑制浪涌電流的方式《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章

采用大電容濾波后再送給逆變器，這樣可使加于負(fù)載上的電壓值不受負(fù)載變動的影響，基本保持恒定。該變頻電源類似于電壓源，因而稱為電壓型變頻器。電壓型變頻器的電路框圖如圖3-8所示。電壓型變頻器逆變電壓波形為方波，而電流的波形經(jīng)電動機(jī)負(fù)載的濾波后接近于正弦波，如圖3-9所示。

圖3-8電壓型變頻器的電路框圖圖3-9電壓型變頻器的電壓和電流波形

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章2.電感濾波

采用大容量電感對整流電路輸出電流進(jìn)行濾波，稱為電感濾波。由于經(jīng)電感濾波后加于逆變器的電流值穩(wěn)定不變，所以輸出電流基本不受負(fù)載的影響，電源外特性類似電流源，因而稱為電流型變頻器。圖3-10所示為電流型變頻器的電路框圖。圖3-11所示為電流型變頻器輸出電壓及電流波形。圖3-10電流型變頻器的電路框圖圖3-11電流型變頻器輸出電壓及電流波形

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章3.制動電路

利用設(shè)置在直流回路中的制動電阻吸收電動機(jī)的再生電能的方式稱為動力制動或再生制動。圖3-12為制動電路的原理圖。制動電路介于整流器和逆變器之間，圖中的制動單元包括晶體管VB、二極管VDB和制動電阻RB。如果回饋能量較大或要求強(qiáng)制動，還可以選用接于H、G兩點(diǎn)上的外接制動電阻REB。圖3-12為制動電路的原理圖《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章3.3逆變電路的工作原理及基本形式3.3.1逆變電路的工作原理逆變電路也簡稱為逆變器，圖3-13a所示為單相橋式逆變器，四個橋臂由開關(guān)構(gòu)成，輸入直流電壓E，逆變器負(fù)載是電阻R。當(dāng)將開關(guān)S1、S4閉合，S2、S3斷開時，電阻上得到左正右負(fù)的電壓；間隔一段時間后將開關(guān)S1、S4打開，S2、S3閉合，電阻上得到右正左負(fù)的電壓。我們以頻率f交替切換S1、S4和S2、S3，在電阻上就可以得到圖3-13b所示的電壓波形。

a)單相橋式逆變電路b)工作電壓波形圖3-13逆變器工作原理

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章3.3.2逆變電路的基本型式1.半橋逆變電路

圖3-14a為半橋逆變電路原理圖，直流電壓Ud加在兩個串聯(lián)的足夠大的電容兩端，并使得兩個電容的連接點(diǎn)為直流電源的中點(diǎn)，即每個電容上的電壓為Ud/2。由兩個導(dǎo)電臂交替工作使負(fù)載得到交變電壓和電流，每個導(dǎo)電臂由一個功率晶體管與一個反并聯(lián)二極管所組成。

a)b)

圖3-14半橋逆變電路及工作波形

a)半橋逆變電路b)工作波形《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章2.全橋逆變電路

電路原理如圖3-15a所示。直流電壓Ud接有大電容C，電路中的四個橋臂，橋臂1、4和橋臂2、3組成兩對，工作時，設(shè)t2時刻之前V1、V4導(dǎo)通，負(fù)載上的電壓極性為左正右負(fù)，負(fù)載電流io由左向右。t2時刻給V1、V4關(guān)斷信號，給V2、V3導(dǎo)通信號，則V1、V4關(guān)斷，但感性負(fù)載中的電流io方向不能突變，于是VD2、VD3導(dǎo)通續(xù)流，負(fù)載兩端電壓的極性為右正左負(fù)。當(dāng)t3時刻io降至零時，VD2-、VD3截止，V2、V3導(dǎo)通，io開始反向。同樣在t4時刻給V2、V3關(guān)斷信號，給V1、V4導(dǎo)通信號后，V2、V3關(guān)斷，io方向不能突變，由VD1、VD4導(dǎo)通續(xù)流。t5時刻io降至零時，VD1、VD4截止，V1、V4導(dǎo)通，io反向，如此反復(fù)循環(huán)，兩對交替各導(dǎo)通180°。其輸出電壓uO和負(fù)載電流iO見圖3-15b所示。

a)全橋逆變電路

b)工作波形《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章3.4SPWM控制技術(shù)

3.4.1概述

PAM(PulseAmplitudeModulation)脈幅調(diào)制型，是一種改變電壓源的電壓Ud或電流源Id的幅值，進(jìn)行輸出控制的方式。

PWM(PulseWidthModulation)脈寬調(diào)制型，是靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變調(diào)制周期來控制其輸出頻率。

SPWM（SinusoidalPWM）正弦波脈寬調(diào)制型，SPWM控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波所需要的波形。《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章3.4.2SPWM控制的基本原理

采樣控制理論有這樣一個結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積，效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。例如圖3-20所示的三種窄脈沖形狀不同，但面積相同（假如都等于1）。當(dāng)它們分別加在同一個慣性環(huán)節(jié)上時，其輸出響應(yīng)基本相同。且脈沖越窄，其輸出差異越小。

圖3-20沖量相等形狀不同的三種窄脈沖《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章

根據(jù)上述理論，正弦波可用一系列等幅不等寬的脈沖來代替。如圖3-21所示。圖3-21《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章3.4.3PWM逆變電路的控制方式

1.單極性方式

單極性控制方式波形見圖3-23，載波uc在調(diào)制信號波ur的正半周為正極性的三角波，在負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。

圖3-23單極性控制方式波形《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章

2.雙極性控制方式

雙極性控制方式波形見圖3-24，在ur的半個周期內(nèi)，三角波載波是在正負(fù)兩個方向變化的，所得到的PWM波形也是在兩個方向變化的。

圖3-24雙極性控制方式波形《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章3.4.4SPWM逆變器的調(diào)制方式

在SPWM逆變器中，三角波電壓頻率ft與調(diào)制波電壓頻率(即逆變器的輸出頻率)fr之比N＝ft／fr稱為載波比，也稱為調(diào)制比。根據(jù)載波比的變化與否，PWM調(diào)制方式可分為同步式、異步式和分段同步式?！蹲冾l器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章1.同步調(diào)制方式載波比N等于常數(shù)時稱同步調(diào)制方式。同步調(diào)制方式在逆變器輸出電壓每個周期內(nèi)所采用的三角波電壓數(shù)目是固定的，因而所產(chǎn)生的SPWM脈沖數(shù)是一定的。其優(yōu)點(diǎn)是在逆變器輸出頻率變化的整個范圍內(nèi)，皆可保持輸出波形的正、負(fù)半波完全對稱，只有奇次諧波存在。而且能嚴(yán)格保證逆變器輸出三相波形之間具有120°相位移的對稱關(guān)系。缺點(diǎn)是當(dāng)逆變器輸出頻率很低時，每個周期內(nèi)的SPWM脈沖數(shù)過少，低頻諧波分量較大，使負(fù)載電動機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲?！蹲冾l器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章

(2)異步調(diào)制方式

在逆變器的整個變頻范圍內(nèi)，載渡比N不是一個常數(shù)。一般在改變調(diào)制波頻率fr時保持三角波頻率ft不變，因而提高了低頻時的載波比，這樣逆變器輸出電壓每個周期內(nèi)PWM脈沖數(shù)可隨輸出頻率的降低而增加，相應(yīng)地可減少負(fù)載電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動與噪聲，改善了調(diào)速系統(tǒng)的低頻工作特性。但異步調(diào)制方式在改善低頻工作性能的同時，又失去了同步調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)載波比N隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時，它不可能總是3的倍數(shù)．勢必使輸出電壓波形及其相位都發(fā)生變化，難以保持三相輸出的對稱性，因而引起電動機(jī)工作不平穩(wěn)?！蹲冾l器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章

(3)分段同步調(diào)制方式

實際應(yīng)用中，多采用分段同步調(diào)制方式，它集同步和異步調(diào)制方式之所長，而克服了兩者的不足。在一定頻率范圍內(nèi)采用同步調(diào)制，以保持輸出波形對稱的優(yōu)點(diǎn)，在低頻運(yùn)行時，使載波比有級地增大，以采納異步調(diào)制的長處，這就是分段同步調(diào)制方式。具體地說，把整個變頻范圍劃分為若干頻段，在每個頻段內(nèi)都維持N恒定，而對不同的頻段取不同的N值，頻率低時，N值取大些。采用分段同步調(diào)制方式，需要增加調(diào)制脈沖切換電路，從而增加控制電路的復(fù)雜性?！蹲冾l器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章3.4.5SPWM波形成的方法

1.自然采樣法

自然采樣法即計算正弦信號波和三角載波的交點(diǎn)，從而求出相應(yīng)的脈寬和間歇時間，生成SPWM波形。圖3-25表示截取一段正弦與三角波相交的實時狀況。檢測出交點(diǎn)A是發(fā)出脈沖的初始時刻，B點(diǎn)是脈沖結(jié)束時刻。TC為三角波的周期；t2為AB之間的脈寬時間，t1和t3為間歇時間。顯然，TC=t1+t2+t3。

圖3-21自然采樣法《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章2.數(shù)字控制法數(shù)字控制法，是由微機(jī)存儲預(yù)先計算好的SPWM數(shù)據(jù)表格，控制時根據(jù)指令調(diào)出，由微機(jī)的輸出接口輸出。

3.采用SPWM專用集成芯片

用微機(jī)產(chǎn)生SPWM波，其效果受到指令功能、運(yùn)算速度、存儲容量等限制，有時難以有很好的實時性，因此，完全依靠軟件生成SPWM波實際上很難適應(yīng)高頻變頻器的要求。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，已開發(fā)出一批用于發(fā)生SPWM信號的集成電路芯片。目前已投入市場的SPWM芯片進(jìn)口的有HEF4725、SLE4520，國產(chǎn)的有THP4725、ZPS--101等。有些單片機(jī)本身就帶有SPWM端口，如8098、80C196MC等。

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章本章小結(jié)

交-直-交變頻器的主電路包括三個組成部分：整流電路、中間電路和逆變電路。整流電路把電源提供的交流電壓變換為直流電壓，電路型式分為不可控整流電路和可控整流電路。中間電路分為濾波電路和制動電路等不同的形式，濾波電路是對整流電路的輸出進(jìn)行電壓或電流濾波，經(jīng)大電容濾波的直流電提供給逆變器的稱為電壓型逆變器，經(jīng)大電感濾波的直流電提供給逆變器的稱為電流型逆變器；制動電路是利用設(shè)置在直流回路中的制動電阻或制動單元吸收電動機(jī)的再生電能實現(xiàn)動力制動。逆變電路是將直流電變換為頻率和幅值可調(diào)節(jié)的交流電，對逆變電路中功率器件的開關(guān)控制一般采用SPWM控制方式。《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章

謝謝！《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第3章第4章

交-交變頻技術(shù)

4.1單相輸出交-交變頻電路

4.1.1電路組成及基本工作原理圖4-1是單相輸出交-交變頻電路的原理框圖，電路由P（正）組和N（負(fù)）組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，兩組變流電路接在同一個交流電源，Z為負(fù)載。交-交變頻器輸出的方波如圖4－2所示。圖4-1單相輸出交-交變頻電路的原理框圖圖4-2輸出的方波《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第4章

為了使輸出電壓的波形接近正弦波，可以按正弦規(guī)律對控制角α進(jìn)行調(diào)制，即可得到如圖4-3所示的波形。調(diào)制方法是，在半個周期內(nèi)讓變流器的控制角α按正弦規(guī)律從90°逐漸減小到0°或某個值，然后再逐漸增大到90°。

圖4-3

單相輸出交-交變頻電路輸出交流電壓波形《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第4章4.1.2感阻性負(fù)載時的相控調(diào)制

如果把交-交變頻電路理想化，忽略變流電路換相時輸出電壓的脈動分量，就可以把電路等效為圖4-4a所示的正弦波交流電源和二極管的串聯(lián)。其中交流電源表示變流電路可輸出交流正弦電壓，二極管體現(xiàn)了變流電路只允許電流單方向流過。

圖4-4a理想化交-交變頻電路《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第4章4.1.2感阻性負(fù)載時的相控調(diào)制

圖4-4b給出了一個周期內(nèi)負(fù)載電壓、電流波形及正負(fù)兩組變流電路的電壓、電流波形。

圖4-4b整流與逆變狀態(tài)波形

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第4章

圖4-5是單相輸出交-交變頻電路輸出電壓和電流的波形圖。

圖4-5單相輸出交-交變頻電路輸出電壓和電流的波形圖《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第4章4.1.3輸入輸出特性

1．輸出上限頻率就常用的6脈波三相橋式電路而言，一般認(rèn)為，輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/3～1/2。電網(wǎng)為50Hz時，交-交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。

2.輸入功率因數(shù)交-交變頻電路采用的是相位控制方式，因此其輸入電流的相位總是滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無功功率。從圖4-3可以看出，在輸出電壓的一個周期內(nèi)，α角是以90°為中心而前后變化的。輸出電壓比越小，半周期內(nèi)α的平均值越靠近90°，位移因數(shù)越低。另外，負(fù)載的功率因數(shù)越低，輸入功率因數(shù)也越低?！蹲冾l器原理與應(yīng)用(第3版）》第4章交-交變頻器的特點(diǎn)1)因為是直接變換，沒有中間環(huán)節(jié)，所以比一般的變頻器效率要高。

2)由于其交流輸出電壓是直接由交流輸入電壓波的某些部分包絡(luò)所構(gòu)成，因而其輸出頻率比輸入交流電源的頻率低得多，輸出波形較好。

3)由于變頻器按電網(wǎng)電壓過零自然換相，故可采用普通晶閘管。

4)由于輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/3～1/2，因受電網(wǎng)頻率限制，通常輸出電壓的頻率較低。

5)交-交變頻電路采用的是相位控制方式，因此其輸入電流的相位總是滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無功功率。功率因數(shù)較低，特別是在低速運(yùn)行時更低，需要適當(dāng)補(bǔ)償。

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第4章4.2三相輸出交-交變頻電路

三相輸出交-交變頻電路主要應(yīng)用于大功率交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，三相輸出交-交變頻電路是由三組輸出電壓相位各差120°的單相交-交變頻電路組成的，所以其控制原理與單相交-交變頻電路相同。下面簡單介紹一下三相交-交變頻電路接線方式。

4.2.1公共交流母線進(jìn)線方式圖4-6公共交流母線進(jìn)線方式的三相交-交變頻電路簡圖《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第4章4.2.2輸出星形聯(lián)結(jié)方式

圖4-7輸出星形聯(lián)結(jié)方式的三相交-交變頻電路原理圖《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第4章本章小結(jié)

交-交變頻就是把電網(wǎng)頻率的交流電變換成可調(diào)頻率的交流電，此類變頻器能量轉(zhuǎn)換效率較高，多應(yīng)用于大功率的三相異步電動機(jī)和同步電動機(jī)的低速變頻調(diào)速。但由于交-交變頻輸出頻率低（一般為電網(wǎng)頻率的1/3～1/2）和功率因數(shù)低，使其應(yīng)用受到限制。

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第4章

謝謝！《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第4章第5章高（中）壓變頻器

5.1高（中）壓變頻器概述

5.1.1高（中）壓變頻器的分類高（中）壓變頻器按主電路的結(jié)構(gòu)方式分為交-交方式和交-直-交方式。

5.1.2高（中）壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本形式

（1）直接高-高型直接高-高型（也有的稱為直接中-中型）變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。

圖5-2直接高-高型變頻調(diào)速系統(tǒng)《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章

（2）高-中型高-中型變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。

圖5-3高-中型變頻調(diào)速系統(tǒng)（3）高-低-高型高-低-高型（有的也稱為中-低-中型）變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖5-4所示。

圖5-4高-低-高型變頻調(diào)速系統(tǒng)《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章5.1.3高（中）壓變頻器的應(yīng)用

1．拖動風(fēng)機(jī)或水泵

2．壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、軋機(jī)或其它工作機(jī)械

(1)可精確地調(diào)節(jié)速度或流量，保證工藝質(zhì)量。

(2)可直接與工作機(jī)械耦合，省去減速機(jī)等中間機(jī)械環(huán)節(jié)，減少投資和中間費(fèi)用。

(3)可接受計算機(jī)或PLC的模擬或數(shù)字信號，進(jìn)行實時控制，且控制性能優(yōu)越。

3．要求起動性能好的機(jī)械實現(xiàn)“軟”起動。電機(jī)速度從零開始起動：可使電機(jī)電流限制在規(guī)定值以下(一般在額定電流的1.5～2倍以內(nèi))，以選定的加速度平穩(wěn)升速，直到指定速度。

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章5.1.4高（中）壓變頻器的技術(shù)要求

1.可靠性要求高

2.對電網(wǎng)的電壓波動容忍度大

3.降低諧波對電網(wǎng)的影響

4.改善功率因數(shù)

5.抑制輸出諧波成分

6.抑制共模電壓和du／dt的影響《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章5.2高（中）壓變頻器的主電路結(jié)構(gòu)

5.2.1晶閘管電流型變頻器

圖5-5所示為晶閘管電流型變頻器的主電路。圖5-5晶閘管電流型變頻器的主電路

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章

晶閘管電流型變頻器采用晶閘管三相橋式整流電路將交流變?yōu)橹绷鳎缓笤俳?jīng)晶閘管三相橋式逆變電路將直流變?yōu)轭l率可調(diào)的交流，將其輸出以控制電機(jī)運(yùn)行和調(diào)速。由于在它的直流母線上串聯(lián)有平波電抗器，因此該變頻器稱為電流型變頻器。《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章5.2.2GTO電流型變頻器

GTO電流型變頻器的主電路如圖5-6所示。

圖5-6GTO電流型變頻器的主電路《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章

圖5-6電路中，變壓器二次繞組采用Y和Δ不同聯(lián)結(jié)組別，是為了獲得互差60°的六相電壓，既可以減少整流后的電壓紋波，也可以降低電網(wǎng)的諧波。整流部分采用SCR器件，逆變部分采用了可關(guān)斷晶閘管GTO，開關(guān)頻率為180Hz。電路可以說是電流源和PWM技術(shù)的結(jié)合(簡稱“CSI-PWM技術(shù)”)。由于采用脈寬調(diào)制方式，輸出諧波降低，濾波器可大大減小，但不能省去。實際使用中常加電容濾波器，為防止電容與電動機(jī)的電感在換向過程中產(chǎn)生諧振，其數(shù)值需仔細(xì)選擇?！蹲冾l器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章5.2.31GBT并聯(lián)多重化PWM電壓型變頻器圖5-7所示為并聯(lián)多重化PWM電壓型變頻器電路圖。

圖5-7并聯(lián)多重化PWM電壓型變頻器主電路《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章

圖5-7采用二極管構(gòu)成二組三相橋式整流電路，按12脈波組態(tài)，輸出為二重式，每組由六個IGBT構(gòu)成一個橋式逆變單元。輸出濾波器用來去除PWM的調(diào)制波中的高頻成分并減少du／dt、di／dt的影響，由于頻率高，濾波器的體積很小?！蹲冾l器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章5.2.4三電平高（中）壓變頻器

IGBT三電平高壓變頻器的主電路如圖5-8所示。圖5-8IGBT三電平高（中）壓變頻器的主電路

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章

圖5-8中，變頻器的整流部分由兩個三相橋電路串聯(lián)，輸出12脈波的直流電壓，大大減少了電網(wǎng)側(cè)的諧波成分。同時，直流側(cè)采用兩個相同的電解電容串聯(lián)濾波，在中間的連接處引出一條線與逆變電路中的鉗位二極管相接，若將該節(jié)點(diǎn)視為參考點(diǎn)（電壓為零），則加到逆變器的電平有三個：Ud、0、-Ud。所以逆變器部分是由IGBT和箝位二極管組成的三電平電壓型逆變器?！蹲冾l器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章

圖5-10所示為三電平變頻器輸出相電壓、相電流波形。圖中階梯形PWM波為電壓波形，近似正弦波為電流波形(Ud為峰值電壓)。這種變頻器輸出的線電壓有5個電平，輸出諧波小，du/dt小，使電動機(jī)電流波形的失真度從17%降低為2%左右。

圖5-10三電平變頻器輸出電壓、電流波形《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章5.2.5五電平高（中）壓變頻器

圖5-11為五電平逆變器主電路，其工作原理與三電平逆變器相似.

圖5-11五電平逆變器主電路

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章

這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：在器件耐壓相同的條件下，能輸出更高的交流電壓，適合制造更高電壓等級的變頻器。缺點(diǎn)是：用單個逆變器難以控制有功功率傳遞，存在電容電壓均壓問題。

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章5.3風(fēng)光JD-BP37/38系列高壓變頻器簡介5.3.1風(fēng)光JD-BP37/38系列高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5-13所示。

圖5-13風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章

風(fēng)光JD-BP37/38系列高壓變頻器采用多功率單元串聯(lián)的方法解決了用低電壓的IGBT實現(xiàn)高壓變頻的困難，由圖5-13可見，JD-BP37/38系列高壓變頻器采用6級小功率低電壓IGBT的PWM變頻單元，分別進(jìn)行整流、濾波、逆變，將其串聯(lián)疊加起來得到高壓三相變頻輸出?！蹲冾l器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章

圖5-14所示為功率單元電路圖，每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，這不但調(diào)試、維修方便，而且備份也十分經(jīng)濟(jì)圖5-14為功率單元電路《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章

圖5-15所示為電壓疊加的原理圖。例如，對于額定輸出電壓為6kV的變頻器，每相由6個低壓為580V的IGBT功率單元串聯(lián)而成，則疊加后輸出相電壓最高可達(dá)3,480V，線電壓為3,480V=6,000V左右。圖5-15電壓疊加的原理《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章5.3.2JD-BP37/38系列高壓變頻器的柜體結(jié)構(gòu)

圖5-17所示為風(fēng)光JD-BP37/38系列高壓變頻器的柜體結(jié)構(gòu)，主要由開關(guān)柜、變壓器柜、功率單元柜和控制柜等組成圖5-17風(fēng)光JD-BP37/38系列高壓變頻器的柜體結(jié)構(gòu)《變頻器原理與應(yīng)用(第3版）》第5章5.3.3高壓變頻器的運(yùn)行操作方式

當(dāng)高壓變頻器處于保養(yǎng)或檢修時，就需要將電動機(jī)投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行，以保證生產(chǎn)的連續(xù)性.圖5-18a所示為變頻工