变频器培训课件

波有正有负，所得 PWM 波也
u
ur uc
有正有负，其幅值只有±Ud 两
O
种电平。
wt
同样在调制信号 ur 和载波信号
uo Ud
uof uo
uc 的交点时刻控制器件的通断。
O
wt
ur 正负半周，对各开关器件的 -Ud
控制规律相同。
图6-6 双极性 PWM
（B）
控制方式波形
u uc ur6.2.1 计算法u 和调制ur u法c
（B）
绝缘栅双极晶体管
1 ) IGBT 的结构和工作原理
三端器件：栅极 G 、集电极 C 和发射极 E 。
IGBT 比 VDMOSFET 多一层 P+ 注入区，具有很强的通流 能力。
（B）
图1-22 IGBT 的结构、简化等效电路和电气图形符号
a) 内部结构断面示意图 b) 等效电路 c) 简化等效电路 d) 电气图形符号
a） 电路图
b）波形
2.4.2 电容滤波的三相不可控
1 ) 基本原理
整流电路
某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中 最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。
当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ud 按指数 规律下降。
ud uab ud uac ia
d 0q p 3
p
wt
id
（C）
ia
O
wt
b) ia
O
wt
（C）
c)
图2-32 考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形
a）电路原理图 b）轻载时的交流侧电流波形 c）重载时的交流侧电流波形
5.4.2 多电平逆变电路
例:“完美无谐波”高压变频器
为减少输入电流中的谐波、提高 功率因数，工频变压器采用相位彼此 差开相等电角度的多副边结构，每一 组副边接一个图 b) 所示的基本功率 单元。高压变频器每一相由若干个基 本功率单元串联组成 ( 图 a) 为 3 个单 元串联 )，实现高压输出。
Tm KmIa Ia Km:系数； ：磁通； ：电枢电流
P T M nM
9550
晶闸管的结构与工作原理
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
（C）
平板型晶闸管外形及结构
1.4 典型全控型器件 ·引言
常用的典型全控型器件
GTR 、电力 MOSFET 和 IGBT 等器件 的常用封装形式。
（B）
10
（C）
6.2.1 计算法和调制法
• 单极性 PWM 控制方式（单相桥
逆V变1 和）V2 、V3 和 V4 的通断
彼此互补。在 ur 和 uc 的交
点时刻控制 IGBT 的通断。
u
ur 正半周，V1 保持通，V2 保持断。
uc ur
当 ur > uc 时使 V4 通，V3 断， O
wt
uo = Ud 。
变频器输入电流波形
2.4.1 电容滤波的单相不可控整流 电路
感容滤波的二极管整流电路
实际应用为此情况，但分析复杂。
Ud 波形更平直，电流 i2 的上升段平缓了许多，这对于 电路的工作是有利的。
i2,u2,ud u2
ud
i2
0
dq
p
wt
（C）
a)
b)
图2-29 感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形
（B）
a) uo
io
t1 t2
t
b)
图5-1 逆变电路及其波形举例
8
6.1 PWM 控制的基本思想
重要理论基础 —— 面积等效原
理
采样控制理论中的一个重要结论：
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有
惯性的环节上时，其效果基本相同。
冲量 效果基本相同
窄脉冲的面积 环节的输出响应波形基本相同
f (t)
f (t)
O
wt O
wt
uo
uo
Ud
uof
uo
u of
uo
Ud
O
wt O
wt
-Ud
-Ud
图 6-5 单极性 PWM 控制方式波形 图 6-6 双极性 PWM 控制方式波形
对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单极性调
制，也可采用双极性调制，由于对开关器件通断控制的规律不
同，它们的输出波形也有较大的差别。
注：1、试比较以上两种方式的异同点。2、哪种方式效果相对更好？ （B） 3、若用示波器观察以上两波形会看到什么结果？
f (t)
f (t)
d (t)
O
tO
tO
t
O
t
a) 矩形脉冲 b) 三角形脉冲 c) 正弦半波脉冲 d) 单位脉冲函数
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
9
（B）
PWM 控制的基本思想
如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
u
SPWM 波 u
O
ω>t
O
>ωt
u
O
ω>t
若要改变等效输出正 弦波幅值，按同一比例 改变各脉冲宽度即可。
当 ur < uc 时使 V4 断，V3 通， uo
uo = 0 。
Ud
uo uof
ur 负半周，请同学们自己分析。 O
wt
（B）
表示 uo 的基波分量
-Ud 图6-5 单极性 PWM 控制方式波形
• 双极性 PWM 控制方式（单相桥 逆在变ur）和 uc 的交点时刻控制
IGBT 的通断。
在 ur 的半个周期内，三角波载
O
wt
a)
ห้องสมุดไป่ตู้
b)
图2-30 电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形
2.4.2 电容滤波的三相不可控 整流电路
考虑实际电路中存在的交流侧电感以及为抑制冲击电流 而串联的电感时的工作情况：
电流波形的前沿平缓了许多，有利于电路的正常工 作。随着负载的加重，电流波形与电阻负载时的交流侧 电流波形逐渐接近。
变频器培训
变频器： 将电网电压提供的恒压恒频转换成电压 和频率都可以通过控制改变的转换器，使电 动机可以在变频电压的电源驱动下发挥更好
的工作性能。
主要的公式
公式： n 60 f 2p
u iR e
R为电枢绕组内阻，e为旋转电动势
u iR 4.44 fN f: 旋转速度；N：线圈匝数； ：磁通
功率模块与功率集成电路
例：部分功率模块、IPM、电力半导体器件及驱动电路
（A）
单相桥式逆变电路
逆变电路最基本的工作 原理 —— 改变两组开 关切换频率，可改变输 出交流电频率。
阻感负载时，io 相位滞 后于 uo ，波形也不同。
电阻负载时，负载电流 io 和 uo 的波形相同，相 位也相同。
S1 ~ S4 是桥式电路的 4 个臂，由电力电子器件 及辅助电路组成。
1.4.3 电力场效应晶体管
电力 MOSFET 的结构
b）
a）
图1-19 电力 MOSFET 的结构和电气图形符号
是单极型晶体管。
导电机理与小功率 MOS 管相同，但结构上多采用垂直 导电结构，又称为 VMOSFET 。
采用多元集成结构，不同的生产厂家采用了不同设计。
图 a ) 为垂直导电双扩散结构，即 VDMOSFET 。