变频器分类

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+
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Ud
Id
变
器
-
电压源型和电流源型变频器示意图
电压源型变频器（Voltage Source Inverter—VSI ），直流环节采用大电容 滤波，因而直流电压波形比较平直，在理 想情况下是一个内阻为零的恒压源，输出 交流电压是矩形波或阶梯波，有时简称电 压型变频器。
电流源型变频器（Current Source Inverter — CSI），直流环节采用大电感滤 波，直流电流波形比较平直，相当于一个 恒流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波， 或简称电流型变频器。
DC
AC ~ 50Hz
不控整流
(CVCF)
PWM逆 变器
AC
(VVVF)
调压调频
PWM变压变频器的应用之所以如此广泛，是 由于它具有如下的一系列优点：
1）在主电路整流和逆变两个单元中，只有逆变 单元可控，通过它同时调节电压和频率，结构 简单。采用全控型的功率开关器件，只通过驱 动电压脉冲进行控制，电路也简单，效率高。
• 普通交-直-交变压变频器的基本结构
SCR可控 整流器
六拍 逆变器
AC ~ 50Hz
DC
AC
调压
调频
可控整流器调压、六拍逆变器调频的交-直-交变压变频器
二. 交-交变压变频器
交-交变压变频器的基本结构如下图所示， 它只有一个变换环节，把恒压恒频 （CVCF）的交流电源直接变换成VVVF输 出，因此又称直接式变压变频器。
交-直-交和交-交变压变频器(按结构分)
从整体结构上看，电力电子变压变频器 可分为交-直-交和交-交两大类。
一.交-直-交变压变频器 交-直-交变压变频器先将工频交流电源通
过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成 可控频率和电压的交流，如下图所示。
• 交-直-交变压变频器基本结构
恒压恒频 (CVCF)
2）输出电压波形虽是一系列的PWM波， 但由于采用了恰当的PWM控制技术，正弦 基波的比重较大，影响电机运行的低次谐 波受到很大的抑制，因而转矩脉动小，提 高了系统的调速范围和稳态性能。
3）逆变器同时实现调压和调频，动态响应 不受中间直流环节滤波器参数的影响，系 统的动态性能也得以提高。
4）采用不可控的二极管整流器，电源侧 功率因素较高，且不受逆变输出电压大小 的影响。
• 性能比较
两类变频器在主电路上虽然只是滤波环 节的不同，在性能上却带来了明显的差异， 主要表现如下：
（1）无功能量的缓冲 在调速系统中，逆 变器的负载是异步电机，属感性负载。在 中间直流环节与负载电机之间，除了有功 功率的传送外，还存在无功功率的交换。 滤波器除滤波外还起着对无功功率的缓冲 作用，使它不致影响到交流电网。
频率决定于正、反两组整流装置的切换频 率。如果控制角一直不变，则输出平均电 压是方波，如下图 b 所示。
•输出电压波形
u0
正组通
正组通
反组通
反组通 t
图6-13b 方波形平均输出电压波形
• 控制方式（ 2 ）
调制控制方式
要获得正弦波输出，就必须在每一组整流装 置导通期间不断改变其控制角。
例如：在正向组导通的半个周期中，使控制角 由
直流斩波器：将恒定直流电压通过电子器件的开关 作用变换为可调直流电压的装置
特点：功率因数提高了，但输出谐波分量仍较大
AC ~ 50Hz
(CVCF)
DC
DC
不控整流
斩波器
调压
逆变
调频
AC (VVVF)
3、用不可控整流器整流，PWM逆变器 同时变压变频
不控整流提高功率因数， SPWM逆变器可使 谐波分量减少，
有时为了突出其变频功能，也称作周波 变换器（Cycloconveter）。
• 交-交变压变频器的基本结构
CVCF
AC 50Hz~
VVVF
交－交变频
AC
交-交变压变频器（直接变频装置）
常用的交-交变压变频器输出的每一相都 是一个由正、反两组晶闸管可控整流装置 反并联的可逆线路。
也就是说，每一相都相当于一套直流可 逆调速系统的反并联可逆线路（下图a）。
电压源型和电流源型变频器
在交-直-交变压变频器中，按照中间 直流环节直流电源性质的不同，变频器可 以分成电压源型和电流源型两类，两种类 型的实际区别在于直流环节采用怎样的滤 波器。下图绘出了电压源型和电流源型变 频器的示意图。
• 两种类型变频器结构
a) 电压源变频器
+
逆
Ud
Cd
变
器
-
b) 电流源变频器
中间直流环节
变压变频 (VVVF)
AC ~ 50Hz
整流
DC 逆变
AC
交-直-交变压变频器（间接变频装置）
1、用可控整流器变压，用逆变器变频
优点：结构简单控制方便 缺点：电压频率较低时电网断功率因数较小；
输出谐波较大
AC ~ 50Hz
可控整流
DC
(CVCF)
调压
逆变
调频
AC
(VVVF)
2、用不可控整流器整流，斩波器变压， 逆变器变频
/2（对应于平均电压 u0 = 0）逐渐减小到 0（对 应于 u0 最大），然后再逐渐增加到 /2（ u0 再变 为0），如下图所示。
•输出电压波形
=
2
=0
u0
=
2
A
B
C
0
D
wt
E
F
图6-14 交-交变压变频器的单相正弦波输出电压波形
当角按正弦规律变化时，半周中的
平均输出电压即为图中虚线所示的正弦波。 对反向组负半周的控制也是这样。
•交-交变压变频器的基本电路结构
VF ~ 50Hz
+ Id
-
- VR
负 载
u0
-Id +
~ 50Hz
a) 电路结构 图6-13a 交-交变压变频器每一相的可逆线路
•交-交变压变频器的控制方式
整半周控制方式 正、反两组按一定周期相互切换，在负载 上就获得交变的输出电压 u0 ， u0 的幅值决
定于各组可控整流装置的控制角 ， u0 的
交-直-交变压变频器与交-交变压变频器 比较(表5-1）
交-交变压变频器虽然在结构上只有一个变 换环节，省去了中间直流环节，看似简单， 但所用的器件数量却很多，总体设备相当 庞大。(表5-1）
不过这些设备都是直流调速系统中常 用的可逆整流装置，在技术上和制造工艺 上都很成熟，目前国内有些企业已有可靠 的产品。
PWM变压变频器常用的功率开关器件 有：P-MOSFET，IGBT，GTO和替代GTO 的电压控制器件如IGCT、IEGT等。
受到开关器件额定电压和电流的限制，
对于特大容量电机的变压变频调速仍只好 采用半控型的晶闸管（SCR），并用可控 整流器调压和六拍逆变器调频的交-直-交 变压变频器，见下图。