电力电子技术——电力电子设备

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6.1.1 通用变频器中的整流环节
不可控整流电路
整流电路分为可控整流电路和不可控整流电路两种。不 可控整流电路由功率二极管组成，对于三相变频器一般采用 三相桥式结构。整流输出的直流电压与电源电压成正比，如 果电源相电压有效值为U，则输出直流电压（或输出电压平 均值）为2.34 U，随电源电压变化，不能随意调节。不可控 整流电路简单，另一优点是输入电流和电源电压基本可保持 同相位。
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6.1.1 通用变频器中的整流环节
可控整流电路
可控整流电路由晶闸管组成，一般为三相桥式全控 电路，输出电压可以调节。如果改变控制角，可以使晶 闸管电路工作在整流和逆变两种状态。逆变状态可以把 中间电路中储存的能量回馈给电网。用一组晶闸管组成 的整流电路可以作到输出电压Ud改变方向，但输出电流 Id不能改变方向，在Ud-Id平面上工作在第1、2象限。还 有一种叫做可逆式的整流电路，主电路由两组三相桥式 可控电路组成，两组整流桥都可以工作在整流和逆变两 种状态，输出电压和输出电流均可正可负，可在Ud-Id平 面上的4个象限工作。这种结构的整流电路用于电流型 变频器，能量可以在电网和负载之间双向传递。
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6.1.1 通用变频器中的整流环节
电路结构及工作模式
+ Id
交
交
交
Ud
交
_
交 1交
交 2交
Id 第1组 逆变
0 第2组 整流
第1组 整流
Ud
第2组 逆变
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6.1.2 通用变频器中的中间环节
滤波元件决定电源形式
无论是哪种形式的整流电路，其输出电压和电流如果不加 处理都有一定的波动，必须对其进行滤波才能提供给逆变器 使用。对整流输出的滤波是中间环节的一个重要任务。滤波 元件可以是电容，也可以是电感，在整流电路的输出端并联 电容进行滤波使逆变器的输入相当于接一个电压源，这种变 频器因此叫做电压源型变频器。如果在整流电路的输出端串 联电感滤波，逆变器输入端相当于接电流源，变频器也因之 叫做电流源型。
第6章 电力电子设备
1 6.1 通用变频器 2 6.2 软启动器 3 6.3 晶闸管交流调功器 4 6.4 不间断电源UPS 5 6.5 开关电源
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6.1 通用变频器
通用变频器
6.1.1 通用变 频器中的整 流环节
<>
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6.1.2 通 用变频 器中的 中间环 节
6.1.3 通用 变频器中的 逆变环节
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6.1 通 用 变 频 器 ： 知 名 品 牌 变 频 器
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西门子 安川
ABB 日立
三菱
福凌
3
6.1
n
通
用
变
f1
频
f2
器
f3
：
f4
基 本 原
f1>f2>f3>f4>f5
f5
0
T
理
交流异步电动机的转速n为
n 60 f (1 s) p
变频调速是通过变频器 向电机的定子输出一个 电压，其频率可以连续
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6.1.2 通用变频器中的中间环节
限制电容充电电流的措施
交
LAC
交
交
交
交a交
交交 交交 交交
交
LDC 交交 交交 交交 交
交b交
S R 交 交 交
交c 交
电压源型滤波器电容的容量都很大，一般为多个电解 电容串并联组成，所以在设备刚接通电源时会产生很大的 瞬间充电电流，为限制这个电流，可采用多种措施，如图
三相交流异步电动机的输入功率为
P1 3U1I1 cos1
式中 P1——电机输入功率（W）； U1——定子相电压（V）； I1——定子相电流（A）； φ1 ——定子电路功率因数角。
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6.1.2 通用变频器中的中间环节
动力制动制动电阻
由于制动电阻的功率 和体积都较大，通常通 过接线端子接在变频器 的外部。
RG
VT
交
交
交
动力制动就是为电容上的过量的能量的释放寻找一个途径。 具体方法是，在中间环节中接入一条支路，由一个全控型开 关器件和一个能耗电阻组成。平时电子开关处于关断状态， 制动支路不起作用，进入制动状态，当电容电压上升到某规 定值时，电子开关VT导通，电容的能量经VT释放在制动电阻 上。
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6.1.3 通用变频器中的逆变环节
① PAM控制方式
该工作方式是在输出交流电的每一个周期中6个电子开关 通断一次，通断的顺序为：1→2→3→4→5→6→1。输出电 压的波形为方波或阶梯波，电子开关的导通持续时间为120º 或180º。120º导电和180º导电型的输出线电压和相电压的波 形是不同的，第三章已作过较详细的介绍，不再赘述。
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6.1.2 通用变频器中的中间环节
电流源型整流电路
交
Id
交 交
交 交 交
M 3~
交
电流型滤波电路用电感进行滤波，其结构如图。电感的作用 使整流电路的输出电流保持恒定，相当于一个恒流源。电流型 变频器的主要优点是可以使被驱动的异步电机工作在电动状态， 也可以使电机工作在回馈制动状态，正因为如此，整流电路采 用晶闸管可控整流。
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6.1.3 通用变频器中的逆变环节
电力电子开关可以直 接采用全控型电力电
+
S1
S3 S5
子器件，如GTR、
M
GTO、IGBT等，也可
3~
以采用晶闸管加辅助
换流电路组成电子开
_ S4
S6 S2
关。
三相输出的变频器的逆变电路尽管在开关元件的选用、 电子开关的构成、控制方式等多个方面有很大的差异， 但其逆变电路的基本拓扑结构都是一个三相桥式电路， 有6个桥臂，每个桥臂为一个电力电子开关，如图
式中f——定子电压频率（Hz）； p——极对数； s——转差率。
地改变，从而达到调速 的目的。采用变频调速 的异步电动机的机械特 性如图
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6.1
通
用交 变交 频交 器交
： 基 本 原 理
交交交 交交交交 交交交 交交交交
M 3~
交交交
通用变频器多为交-直-交结构，把来自电网的工频交流电 变换成负载所需的其它频率和电压的交流电，主要由整流 器、中间环节、逆变器和控制电路组成。
不可控整流器的输出端如果接电容滤波，输入电流不是 正弦波，有较大的畸变，所以功率因数不为1。
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6.1.1 通用变频器中的整流环节
不可控整流电路加斩波器
交 流 电 网
在一些小容量的PAM变频器中，整流电路可以在不可控整 流器的输出端接一个直流斩波器，起到调节整流电压的作 用，斩波器的形式多为降压型。如图