变频器的基本结构和工作原理.ppt

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1第三章第三章变频器的基本结构和工作原理变频器的基本结构和工作原理3.1概述概述3.2交交-直直-交交变频器变频器3.3SPWM控制技术控制技术3.4交交-交变频器交变频器23.1概述概述1、变频器是一种典型的采用了、变频器是一种典型的采用了变频技术变频技术的电动机驱动控制用的电动机驱动控制用电气设备电气设备2、变频器电路由、变频器电路由主电路主电路和和控制电路控制电路组成，其中主电路采用各组成，其中主电路采用各种种电力电子电路电力电子电路构成构成3、所谓电力电子电路是指利用电力电子器件对工业电能进行、所谓电力电子电路是指利用电力电子器件对工业电能进行变换和控制的大功率电子电路。

由于电力电子电路主要用来变换和控制的大功率电子电路。

由于电力电子电路主要用来处理高电压大电流的电能，为了减少电路对电能的损耗，电处理高电压大电流的电能，为了减少电路对电能的损耗，电力电子器件通常工作于开关状态，因此电力电子电路实质上力电子器件通常工作于开关状态，因此电力电子电路实质上是一种是一种大功率开关电路大功率开关电路4、电力电子电路是变频技术的具体实现，包括、电力电子电路是变频技术的具体实现，包括整流电路整流电路（AC-DC转换电路）、转换电路）、斩波电路斩波电路（DC-DC转换电路）、转换电路）、逆变逆变电路电路（DC-AC转换电路）、转换电路）、交交-交变频电路交变频电路（AC-AC转换电路转换电路33.2交交-直直-交变频器交变频器一、概述一、概述1、交、交-直直-交变频器是现在最常使用的变频器，按直流环节的交变频器是现在最常使用的变频器，按直流环节的储能方式分为电压型变频器、电流型变频器，按输出电压的储能方式分为电压型变频器、电流型变频器，按输出电压的调制方式分为调制方式分为PWM控制方式、控制方式、PAM控制方式，目前广泛采用控制方式，目前广泛采用PWM方式变频器方式变频器2、交、交-直直-交变频器电路结构如图，其中交变频器电路结构如图，其中主电路主电路包括包括整流电路整流电路、中间电路中间电路、逆变电路逆变电路4二、整流电路二、整流电路1、概述、概述整流电路（整流电路（RectifyingCircuit）是一种将交流电能转换为直）是一种将交流电能转换为直流电能的电路流电能的电路2、分类、分类

（1）按组成器件及控制能力：

）按组成器件及控制能力：

（a）不可控整流电路）不可控整流电路：

整流器件由不可控功率二极管组成，：

整流器件由不可控功率二极管组成，其直流整流电压和交流电源电压值之比固定不变其直流整流电压和交流电源电压值之比固定不变（b）半控整流电路）半控整流电路：

整流器件由可控开关器件和二极管混合：

整流器件由可控开关器件和二极管混合组成，负载电源极性不能改变，但电压平均值可以调节组成，负载电源极性不能改变，但电压平均值可以调节（c）全控整流电路）全控整流电路：

所有整流器件采用可控开关器件（：

所有整流器件采用可控开关器件（SCR、GTR、GTO、IGBT等），其输出直流电压平均值及极性可等），其输出直流电压平均值及极性可以通过控制元件的导通状况调节，功率既可以由电源向负载以通过控制元件的导通状况调节，功率既可以由电源向负载传送，也可以由负载反馈给电源传送，也可以由负载反馈给电源3.2交交-直直-交变频器交变频器52、分类、分类

（2）按交流电源相数：

单相整流、三相整流）按交流电源相数：

单相整流、三相整流（3）按电路结构）按电路结构：

（a）零式电路）零式电路：

指带零点或中性点的电路，又称半波电路：

指带零点或中性点的电路，又称半波电路（b）桥式电路）桥式电路：

是由两个半波电路串联而成，又称全波电路：

是由两个半波电路串联而成，又称全波电路（4）按控制方式：

）按控制方式：

（a）相控式电路）相控式电路：

通过控制开关器件触发脉冲的相位来控制通过控制开关器件触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式（b）斩波式电路）斩波式电路：

利用开关器件来实现通断控制，将直流电利用开关器件来实现通断控制，将直流电源电压断续加到负载上，通过通、断的时间变化来改变负载源电压断续加到负载上，通过通、断的时间变化来改变负载电压平均值，称为斩波控制方式电压平均值，称为斩波控制方式3.2交交-直直-交变频器交变频器二、整流电路二、整流电路63、不可控整流电路、不可控整流电路

（1）单相桥式整流电路）单相桥式整流电路（a）结构：

）结构：

4个二极管按桥式方式连接个二极管按桥式方式连接（b）工作原理过程）工作原理过程：

0区间区间：

A点电位高于点电位高于B点电位，点电位，VD1、VD4承受正向压降导通，承受正向压降导通，VD2、VD3承受反向压降而截止，承受反向压降而截止，电流电流id流通路径如图之流通路径如图之所示，所示，电流从电流从A+VD1RVD4B，由于由于VD1、VD4导通时管压降很小，导通时管压降很小，可忽略不计，故可以看做电源电压可忽略不计，故可以看做电源电压全部施加于负载电阻全部施加于负载电阻R上，上，即输出电压即输出电压ud=uAB=u23.2交交-直直-交变频器交变频器二、整流电路二、整流电路L1L2220V73、不可控整流电路、不可控整流电路

（1）单相桥式整流电路）单相桥式整流电路（b）工作原理过程）工作原理过程：

2区间区间：

B点电位高于点电位高于A点电位，点电位，VD2、VD3承受正向压降导通，承受正向压降导通，VD1、VD4承受反向压降而截止，承受反向压降而截止，电流电流id流通路径如图之流通路径如图之所示，所示，电流从电流从B+VD2RVD3A，由于由于VD2、VD3导通时管压降很小，导通时管压降很小，可忽略不计，故可以看做电源电压可忽略不计，故可以看做电源电压全部施加于负载电阻全部施加于负载电阻R上，上，即输出电压即输出电压ud=uBA=-u23.2交交-直直-交变频器交变频器二、整流电路二、整流电路L1L2220V83、不可控整流电路、不可控整流电路

（2）三相桥式整流电路）三相桥式整流电路（a）概述）概述常用于三相交流电源供电的电力电子设备如变频器等常用于三相交流电源供电的电力电子设备如变频器等可将三相交流电压转换成直流电压可将三相交流电压转换成直流电压（b）结构）结构包括包括6个整流二极管个整流二极管VD1、VD3、VD5阴极阴极连在一起，称共阴极组；连在一起，称共阴极组；VD2、VD4、VD6阳极阳极连在一起，称共阳极组连在一起，称共阳极组该三相变压器接法该三相变压器接法可消除高次谐波可消除高次谐波3.2交交-直直-交变频器交变频器二、整流电路二、整流电路93、不可控整流电路、不可控整流电路

（2）三相桥式整流电路）三相桥式整流电路（c）电压波形）电压波形3.2交交-直直-交变频器交变频器二、整流电路二、整流电路103、不可控整流电路、不可控整流电路

（2）三相桥式整流电路）三相桥式整流电路（d）工作原理）工作原理三相对称交流电源接入三相对称交流电源接入U、V、W后，在同一时刻后，在同一时刻共阴极组共阴极组阳极电位最高的那个二极管阳极电位最高的那个二极管优先导通，优先导通，共阳极组阴极电位最共阳极组阴极电位最低的那个二极管低的那个二极管优先导通，且只有以上两个二极管同时导通优先导通，且只有以上两个二极管同时导通构成回路，其余构成回路，其余4个二极管承受反向电压而截止个二极管承受反向电压而截止若把三相交流电压一个周期若把三相交流电压一个周期6等分，每份所占相位角为等分，每份所占相位角为60，在任意一个在任意一个60相位角内始终有共阴极组和共阳极组各一个二相位角内始终有共阴极组和共阳极组各一个二极管同时处于导通状态，且任意一个二极管导通角都是极管同时处于导通状态，且任意一个二极管导通角都是120同一相上下桥臂的共阴极组和共阳极组二极管不能同时导通同一相上下桥臂的共阴极组和共阳极组二极管不能同时导通在三相交流电压在三相交流电压自然换相点自然换相点（即任意两相电压波形交叉点即任意两相电压波形交叉点）同组二极管之间同组二极管之间换相换相导通导通（流过某流过某VD的电流迅速转移到其它的电流迅速转移到其它VD流通，此流通，此过程称为过程称为换相换相或或换流换流）3.2交交-直直-交变频器交变频器二、整流电路二、整流电路113、不可控整流电路、不可控整流电路

（2）三相桥式整流电路）三相桥式整流电路（e）工作过程）工作过程0t1期间：

期间：

uWuUuV,W点电位最高，点电位最高，V点电位点电位最低，最低，VD5、VD6优先导通，电流从优先导通，电流从WVD5RVD6V，忽略二极管，忽略二极管正向压降，负载电阻正向压降，负载电阻R上电压上电压ud=uWV，VD5导通后使导通后使VD1、VD3阴极电位为阴极电位为uW而承受反向电压截止。

而承受反向电压截止。

同理同理VD6导通使导通使VD4、VD2截止截止3.2交交-直直-交变频器交变频器二、整流电路二、整流电路123、不可控整流电路、不可控整流电路

（2）三相桥式整流电路）三相桥式整流电路（e）工作过程）工作过程t1t2期间：

期间：

刚过刚过t1，则，则uUuWuV,U点电位最高，点电位最高，V点电位最低，点电位最低，VD5与与VD1换相，换相，VD5截止，截止，VD1导通，导通，VD6仍旧导通，仍旧导通，即该期间即该期间VD1、VD6导通，其余截止，导通，其余截止，电流从电流从UVD1RVD6V，负载电阻负载电阻R上电压上电压ud=uUV3.2交交-直直-交变频器交变频器二、整流电路二、整流电路133、不可控整流电路、不可控整流电路

（1）三相桥式整流电路）三相桥式整流电路（e）工作过程）工作过程t2t3期间：

期间：

刚过刚过t2，则，则uUuVuW,U点电位最高，点电位最高，W点电位最低，点电位最低，VD6与与VD2换相，换相，VD6截止，截止，VD2导通，导通，VD1仍旧导通，仍旧导通，即该期间即该期间VD1、VD2导通，其余截止，导通，其余截止，电流从电流从UVD1RVD2W，负载电阻负载电阻R上电压上电压ud=uUW3.2交交-直直-交变频器交变频器二、整流电路二、整流电路143、不可控整流电路、不可控整流电路

（1）三相桥式整流电路）三相桥式整流电路（e）工作过程）工作过程依此类推：

依此类推：

可得如图电压波形，负载电阻端电压可得如图电压波形，负载电阻端电压等于变压器二次绕组等于变压器二次绕组线电压的包络值线电压的包络值。

VD导通状态顺序导通状态顺序：

（VD5、VD6）（VD1、VD6）（VD1、VD2）（VD3、VD2）（VD3、VD4）（VD5、VD4）（VD5、VD6），共阴极组共阴极组VD1、VD3、VD5在在t1、t3、t5每间隔每间隔120换相导通，换相导通，共阳极组共阳极组VD2、VD4、VD6在在t2、t4、t6每间隔每间隔120换相导通换相导通6管按顺序管按顺序VD1VD2VD3VD4VD5VD6每间隔每间隔60导通导通120相位角相位角3.2交交-直直-交变频器交变频器二、整流电路二、整流电路154、可控整流电路、可控整流电路

（1）单相半波可控整流电路）单相半波可控整流电路（a）概述）概述可控整流电路通常采用可控整流电路通常采用晶闸管作为整流器件，利用晶闸管作为整流器件，利用晶闸管的可控单向导电性，晶闸管的可控单向导电性，通过改变其通过改变其控制角控制角产生大小产生大小可调的输出直流电压，可调的输出直流电压，是相控式整流电路是相控式整流电路（b）结构）结构VT：

晶闸管：

晶闸管R：

电阻性负载：

电阻性负载电阻负载的特点：

电压与电流电阻负载的特点：

电压与电流成正比，两者波形相同成正比，两者波形相同3.2交交-直直-交变频器交变频器二、整流电路二、整流电路164、可控整流电路、可控整流电路

（1）单相半波可控整流电路）单相半波可控整流电路（c）工作原理过程）工作原理过程0t1期间：

期间：

u2上正下负，上正下负，VT承受正向电压，承受正向电压，G极无触发信号，极无触发信号，V