第6章 交直交变频电路基础
交-直-交变频电路
交-直-交变频电路一、交-直-交变频电路变速调频系统中的电力电子变流器，除了由交-交变频器外，使用最广泛的是交-直-交变频器。
交-直-交变频器先将交流电整流为直流电，再将直流电逆变为交流电，因此这类电路又称为间接交流变流电路。
整流器逆变器AC 输入DC DCAC输出整流器为二极管三相桥式不控整流器或大功率组成的全控整流器；逆变器是大功率晶体管组成的三相桥式电路，其作用正好与整流器相反，它是将恒定的直流电交换为可调电压，可调频率的交流电；滤波器是用电容器或电抗器对整流后的电压或电流进行滤波。
当负载电动机需要频繁、快速制动时，通常要求具有再生反馈电力的能力。
整流电路：采用的是不可控整流，它和电容器之间的直流电压和直流电流极性不变，只能由电源向直流电路输送功率，而不能由直流电路向电源反馈电力。
不能再生反馈的电压型间接交流变流电路逆变电路：能量是可以双向流动的，若负载能量反馈到中间直流电路，而又不能反馈回交流电源，这将导致电容电压升高，称为泵升电压，泵升电压过高会危及整个电路的安全。
不能再生反馈的电压型间接交流变流电路电路中加入一个由电力晶体管V0和能耗电阻R0组成的泵升电压限制电路，当泵升电压超过一定数值时，使V0导通，把从负载反馈的能量消耗在R0上，这种电路可运用于对电动机制动时间有一定要求的调速系统中。
带有泵升电压限制电路的电压型间接交流变流电路利用可控变流器实现再生反馈的电压型间接交流变流电路电路增加了一套变流电路，使其工作于有源逆变状态，可实现电动机的再生制动；当负载回馈能量时，中间直流电压极性不变，而电流反向，通过控制变流器将电能反馈回电网。
三、交-交变频电路与交-直-交变频电路比较变频电路类型比较内容交-交型交-直-交型换能形式一次换能，效率高两次换能，效率较低换流方式电网电压自然换流强迫或负载换流，或自关断器件使用器件数量多，利用率低较少，利用率高调频范围电网频率无限制输入功率因数较低一般相控调压时，低频低压时低；不控整流时（PWM逆变）较高适用场合低速、大功率交流电机拖动系统各种交流电机拖动系统，稳压和不停电电源交-交变频电路与交-直-交变频电路比较四、小结THANK YOU。
交-交变频器和交直交变频器的工作原理_理论说明
交-交变频器和交直交变频器的工作原理理论说明1. 引言1.1 概述交流变频器和交直交变频器作为电力调节装置在现代工业领域具有广泛的应用。
它们通过控制电压和频率来实现对电动机转速的调节，从而满足不同工况下的需求。
本文将深入探讨这两种变频器的工作原理及其理论说明。
1.2 文章结构本文将分为五个部分进行阐述。
第一部分为引言，介绍文章的背景和目标；第二部分将详细阐述交流变频器的工作原理，包括基本原理、输入输出特性以及控制策略；第三部分将重点讲解交直交变频器的工作原理，包括脉宽调制技术、桥式整流器以及逆变器设计；第四部分将通过建立数学模型并进行系统特性分析，展示这些变频器工作原理的模拟与分析过程；最后一部分是结论，总结文章要点并展望这些变频器在未来的研究意义与发展前景。
1.3 目的本文旨在全面了解和揭示交流变频器和交直交变频器的工作原理，并通过数学模型建立与系统特性分析来更好地理解其原理与工作机制。
通过本文的阅读，读者将能够深入了解交流变频器和交直交变频器在工业领域中的应用以及其对电动机的调节控制效果，为相关技术的研究和实践提供有益参考。
这样会清晰重点说明引言部分的内容。
2. 交流变频器的工作原理:2.1 基本原理：交流变频器是一种电力调节设备，用于将固定频率和振幅的交流电转换为可调节频率和振幅的交流电。
其基本原理是通过控制电压和频率来实现对电机转速的调节。
在交流变频器中，主要由三个部分组成：整流器、逆变器和中间直流环节。
整流器将交流电源转换为直流，并通过逆变器将直流电源再次转换为可调节的交流电源。
2.2 输入输出特性：交流变频器通常具有宽输入电压范围和高输出功率因数。
可以接受不同工作条件下的输入，如不同的供应电压、负载波动等，并产生稳定且可调节的输出。
其中，输入特性包括输入相位角、输入功率因数等；输出特性包括额定输出功率、容量因数、效率等。
这些特性决定了交流变频器在工业应用中的适用性以及对于不同负载情况下的响应能力。
交直交变频器电路原理图分析
交直交变频器电路原理图分析导语：交－交变频器也叫周波变换器，是把电网固定频率的交流电，经过功率半导体电路直接转变为频率可调的交流电的过程。
交－交变频器也叫周波变换器，是把电网固定频率的交流电，经过功率半导体电路直接转变为频率可调的交流电的过程。
它不同于普通的变频器，没有交流整流到直流再逆变成交流的环节，是交－交变换的结构，这种技术一般用在大型功率装置上变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。
变频器靠内部IGBT 的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。
随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
交直交变频器电路原理图解析交直交变频器的工作原理是借助微电子器件、电力电子器件和控制技术，先将工频电源经过二极管整流成直流电，再由电力电子器件把直流电逆变为频率可调的交流电源。
交直交变频器工作原理图如下所示：由图可知，变频器由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成。
各部分的功能如下：1.整流器它的作用是把三相（或单相）交流电源整流成直流电。
在SPWM变频器中，大多采用全波整流电路。
大多数中、小容量的变频器中，整流器件采用不可控的整流二极管或者二极管模块。
2.逆变器它的作用与整流器相反，是将直流电逆变为电压和频率可变的交流电，以实现交流电机变频调速。
逆变电路由开关器件构成，大多采用桥式电路，常称逆变桥。
在SPWM变频器中，开关器件接受控制电路中SPWM调制信号的控制，将直流电逆变成三相交流电。
3.控制电路这部分电路由运算电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成，一般均采用大规模集成电路。
第六章交流交流(ACAC)变换
第六章交流—交流（AC—AC）变换AC—AC变换是一种可以改变电压大小、频率、相数的交流—交流电力变换技术。
只改变电压大小或仅对电路实现通断控制而不改变频率的电路，称为交流调压电路和交流调功电路、或交流无触点开关。
从一种频率交流变换成另一种频率交流的电路则称为交—交变频器，它有别于交—直—交二次变换的间接变频，是一种直接变频电路。
为了解决相控式晶闸管型交—交变频器输入、输出波形差、谐波严重的弊病，在基于双向自关断功率开关的基础上目前正在研究一种所谓的矩阵式变换器，它是一种具有十分优良输入、输出特性的特殊形式交—交变频器。
本章将分节介绍交流调压（交流调功或交流无触点开关）、交—交变频及矩阵式变换器的相关内容。
6.1 交流调压电路交流调压电路采用两单向晶闸管反并联（图6-1(a)）或双向晶闸（图6-1（b）），实现对交流电正、负半周的对称控制，达到方便地调节输出交流电压大小的目的，或实现交流电路的通、断控制。
因此交流调压电路可用于异步电动机的调压调速、恒流软起动，交流负载的功率调节，灯光调节，供电系统无功调节，用作交流无触点开关、固态继电器等，应用领域十分广泛。
图6-1 交流调压电路交流调压电路一般有三种控制方式，其原理如图6-2所示。
图6-2 交流调压电路控制方式（1）通断控制通断控制是在交流电压过零时刻导通或关断晶闸管，使负载电路与交流电源接通几个周波，然后再断开几个周波，通过改变导通周波数与关断周波数的比值，实现调节交流电压大小的目的。
通断控制时输出电压波形基本正弦，无低次谐波，但由于输出电压时有时无，电压调节不连续，会分解出分数次谐波。
如用于异步电机调压调速，会因电机经常处于重合闸过程而出现大电流冲击，因此很少采用。
一般用于电炉调温等交流功率调节的场合。
（2）相位控制与可控整流的移相触发控制相似，在交流的正半周时触发导通正向晶闸管、负半周时触发导通反向晶闸管，且保持两晶闸的移相角相同，以保证向负载输出正、负半周对称的交流电压波形。
第6章 交直交变频电路基础PPT课件
CZ
00 ~600
600 ~1200
1200 ~1800
9
6.1 变频器的基本概念
三.逆变器中的电子开关 1.逆变器对电子开关的要求： ➢对正向电流既能控制开通，又能控制关断。 ➢高开关速度和低能量损耗。 ➢有足够的电压和电流定额。 ➢提供滞后电流通路。 采用逆导型电力电子开关(由单向导电电子开关与开关二极管反并联而成) 2.器件换流方式：电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称换相 自换流型：采用全控型器件。 强迫换流：附加强迫换流环节实现晶闸管的关断。 负载换流：利用负载电流自然过零实现晶闸管的关断。
第六章 交-直-交变频电路基础
第一节 变频器的基本概念 第四节 全控型器件逆变器
1
6.1 变频器的基本概念
一.变频器的基本工作原理
1.变频器的电路构成
A C
D C
D C
A C
整 流 器 滤 波 器 逆 变 器
输 入
输 出
整流器:将固定频率和电压的交流电能整流为直流电能, 可以是不可控的，也可以是可控的。
根据调制波形的不同，可分为：
单脉冲调制：在输出电压波形的半周期内只有一个脉冲。
多脉冲调制：在输出电压波形的半周期内有多个脉冲。
正弦波脉宽调制：在输出电压波形的半周期内为多脉冲调制，而且每个 脉冲的宽度按正弦规律变化。
6
6.1 变频器的基本概念
二.变频器中逆变器的基本类型 1.按直流输入端滤波器分类 电压型逆变器： 中间直流环节采用大电容作为滤波器， 逆变器的输入电压平直且电源阻抗很小， 类似于电压源。 电流型逆变器：中间直流环节采用大电感作为滤波器， 逆变器的输入电流平直且电源阻抗很大， 类似于电流源。
交直交变频器主电路结构的工作原理
交直交变频器主电路结构的工作原理交直交变频器是一种电力电子变流设备，用于将固定频率的交流电转换为可调频率的交流电。
其主电路结构包括整流器、中间直流环节和逆变器三部分。
下面将详细介绍交直交变频器的工作原理。
整流器是交直交变频器的第一部分。
其作用是将输入的交流电转换为直流电。
整流器通常采用可控硅器件，如二极管和可控整流器，通过控制可控硅的导通角来实现对输入交流电的整流。
整流器的输出电压为固定的直流电压，其大小取决于控制可控硅的导通角度以及输入交流电的大小。
接下来是中间直流环节，它用于将整流器输出的直流电进行滤波和稳压。
中间直流环节通常由电容器和电感器组成，通过它们的相互作用将整流器输出的脉动直流电转换为平滑的直流电，并保持输出电压的稳定。
中间直流环节的作用是为逆变器提供稳定的直流电源。
最后是逆变器，它将中间直流环节输出的直流电转换为可调频率的交流电。
逆变器通常采用可控硅或晶闸管等器件，通过控制这些器件的导通和关断来实现对输出交流电的调节。
逆变器的输出电压和频率可以根据需要进行调整，从而实现对电机的速度和转矩的控制。
除了主电路结构外，交直交变频器还包括控制电路和保护电路。
控制电路用于对整个变频器进行控制，包括对整流器和逆变器的开关角度进行控制，从而实现对输出电压和频率的调节。
保护电路用于监测变频器的工作状态，一旦发生异常情况（如过电流、过压、过温等），保护电路会及时关闭整流器和逆变器，以保护变频器和被控制设备的安全运行。
总结起来，交直交变频器的主电路结构包括整流器、中间直流环节和逆变器三部分。
通过整流器将输入的交流电转换为直流电，再经过中间直流环节进行滤波和稳压，最后由逆变器将直流电转换为可调频率的交流电。
控制电路和保护电路则用于对整个变频器进行控制和保护。
交直交变频器的工作原理既复杂又精确，但它的应用广泛，可以实现对电机的精确控制，提高能源利用率，降低能耗，具有重要的经济和环境意义。
电力电子技术基础 第6章 AC-AC变换-交流调压和交交变频器
图6-1 单相交流调压电路（电阻式负载）
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
u1
2、单相交流调压电路 （阻感式负载）
0j a
p
2p
wt
波形与工作原理
VT1
i0
VT2
R i2
~u1
u0
L
uG uG1
uG2
0
wt
u0
0j a
p
p+ a
wt
i00wtqFra bibliotekuVT
0
wt
图6-2 阻感负载电路波形
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
电力电子技术课程讲座
第6章 AC/AC变换——交交变流电路 6.1 概述
交流-交流变流电路（AC/AC Converter）即把一种形式的交流变成另一种形式 交流的电路。在进行AC-AC变流时，可改变相应的电压(电流)、频率和相数等。
交流-交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环节）和间接方式（有中 间直流环节）两种。
+
p
a p
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
2、单相交流调压电路 （电阻式负载）
1.0
功率因数 λ
0.8
P U0I0 U0 sin 2a + p a
S U1I0 US
2p
p
✓ α越大，输出电压越低，功率因数也越低。 ✓ 移相范围： ✓ 图中输出电压虽是交流，但不是正弦波，没有偶次谐
O
✓
时刻，开通VT2，此时i2流过负载，u0 = u1；
✓在
期间，无VT通，由相应的VT承担u0电压，u0 = 0。
p+a
交—直—交变频技术
基本组成电路有整流电路和逆变电路两部分 根据变频电源的性质可分为电压型变频和电流 型变频。
3．1 交—直—交变频的基本电路 3.1.1 交—直—交电压型变频 1．电压型逆变器的基本电路 直流电源并联的大电容使直流输出电压具有电压源的 特性，内阻很小。这使逆变器的交流输出电压被钳位为矩形 波，与负载性质无关。
3．1 交—直—交变频的基本电路
3.1.1 交—直—交电压型变频 1．电压型逆变器的基本电路 反并联的续流二极管，为负载的滞后电流提供一条反馈到电源的通路。六 只功率开关每隔60°电角度触发导通一只，相邻两相的功率开关触发导通时间 互差120°，一个周期共换相六次，对应六个不同的工作状态(又称六拍)。根 据功率开关的导通持续时间不同、可以分为180°导电型和120°导电型两种 工作方式。
3．1 交—直—交变频的基本电路 3.1.1 交—直—交电压型变频 2．电压型逆变器及电压调节方式 (1)电压型变频 最简单的电压型变频由可控整流器和电压型逆变器组成，用可 控整流器调压，逆变器调频，如图所示。这种变频由于能量只能 单方向传送，不能适应再生制动运行，应用场所受到限制。 为适应再生制动运行，在中间直流电路中设法将再生能量处理 掉，即在电容cd的两端并联一条由耗能电阻R与功率开关(可以是 晶闸管或自关断器件)相串联的电路，如图所示。 该方法适用于小容量系统。
3．1 交—直—交变频的基本电路 3.1.1 交—直—交电压型变频 3．串联电感式电压型变频 按照逆变器的工作原理，功率开关的导通规律是：逆变器中 的电流必须从一只功率开关准确地转移到另一只功率开关中去， 这个过程称为换相。 图3—9示出三相串联电感式变频器的主电路
3．1 交—直—交变频的基本电路
3．1 交—直—交变频的基本电路
第6章 交直交变频电路基础
反馈二极管用于提供负载滞后电流通路，可向电源反馈能量。反馈二极管与 晶体管配合工作，在主开关元件关断后，同一相另一桥臂上的反馈二极管导 通，为负载续流。
-
任何时刻都有 个电子开关导通，换流在同一相的两个桥臂上进行。 3
其输出电压波形与负载的功率因数无关。
半周期内星形负载的等值电路为：
A + E Z C B Z Z
00 ~ 600
+ E -
A B C Z Z Z + E -
A Z B C Z Z
600 ~ 1200
1200 ~ 1800
6.1 变频器的基本概念
6.1 变频器的基本概念
2.变频器的工作原理
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负
6.1 变频器的基本概念
2.变频器的工作原理 改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。 电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。 阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同。 阻感负载工作过程分析：
6.4 全控型器件逆变器
三.三相桥式电压型逆变器 三相桥式电压型逆变器
uA , uB , uC为电动机三相绕组 进线端对绕组中点 '的电压， O uO是O' 对电源中点 的电压。 O
改变V1 ~V6控制信号的周期， 就可以改变输出电压的频率
PWM控制技术 控制技术
PWM (Pulse Width Modulation)：脉宽调制 Modulation)：脉宽调制 脉宽调制技术：通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的 脉宽调制技术：通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的 波形（含形状和幅值） PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实现PWM控制变得 PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实现PWM控制变得 十分容易。 PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性 PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性 能大大提高，因此它在 电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。 PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电子 PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电子 技术中的重要地位。现在使用的各种逆变电路都采用了PWM技术。 技术中的重要地位。现在使用的各种逆变电路都采用了PWM技术。
交直交变频器主电路结构的工作原理
交直交变频器主电路结构的工作原理交直交变频器是一种用于调节电机转速的电力调节装置，主要由整流器、滤波器、逆变器和控制电路组成。
其工作原理是将交流电源输入整流器，将交流电转换为直流电后通过滤波器，然后由逆变器将直流电转换为频率可调的交流电，最后通过控制电路实现对电机转速的精确控制。
交直交变频器的主电路结构如下图所示：整流器—滤波器—逆变器—电机整流器的作用是将交流电源输入，将交流电转换为直流电。
整流器通常采用可控硅整流器，通过控制可控硅的导通和截止来实现对交流电的整流。
整流后的直流电经过滤波器进行滤波，去除直流电中的脉动成分，使输出的直流电平稳。
接下来，滤波器的作用是对整流后的直流电进行滤波，消除直流电中的脉动成分，使输出的直流电平稳。
滤波器通常由电容和电感组成，通过电容的充电和放电以及电感的储能和释能来实现对直流电的滤波。
然后，逆变器的作用是将滤波后的直流电转换为频率可调的交流电。
逆变器通常采用可控硅逆变器或者智能功率模块逆变器，通过控制逆变器的开关管的导通和截止来实现对直流电的逆变。
逆变器可以根据控制信号的不同，输出不同频率的交流电，从而实现对电机转速的调节。
控制电路的作用是对整个交直交变频器进行控制和保护。
控制电路通常由微处理器或者专用的控制芯片组成，通过接收外部的控制信号和反馈信号，实时监测电机的转速和工作状态，并根据设定的转速要求，调节逆变器的输出频率，从而实现对电机转速的精确控制。
同时，控制电路还具有过载保护、过压保护、欠压保护等功能，以确保电机和变频器的安全运行。
交直交变频器通过整流器、滤波器、逆变器和控制电路的协同工作，实现了对电机转速的精确调节。
其主电路结构清晰明了，每个部分都发挥着重要的作用。
通过合理的控制和保护机制，交直交变频器可以在不同负载和工况下，实现电机转速的稳定调节和高效运行，广泛应用于工业生产和生活领域中。
交交变频电路
u1 O 0.6
t
uG1 O uG2 O uo O io O uVT O
t t t
t
t
图4-2 图6-2 阻感负载单相交 流调压电路及其波形
6.1.1 单相交流调压电路
4．斩控式交流调压电路
采用全控型器件作为开关器件 工作原理
基本原理和直流斩波电路有类似之处 u1正半周，用V1进行斩波控制，V3提 供续流通道 u1负半周，用V2进行斩波控制，V4提 供续流通道 设斩波器件（V1或V2）导通时间为 ton，开关周期为T，则导通比a = ton/T，改变a 可调节输出电压
电力电子技术
Power Electronic Technology
内蒙古大学电子信息工程学院自动化系
第6 章 交流电力控制电路和交交变频电路
6.1 交流调压电路 6.1.1 单相交流调压电路 6.1.2 三相交流调压电路 6.2 其他交流电力控制电路 6.2.1 交流调功电路 6.2.2 交流电力电子开关 6.3 交—交变频电路 6.3.1 单相交—交变频电路 6.3.2 三相交—交变频电路
控制对象时间常数很大，以周波数为单位控制即可 通常晶闸管导通时刻为电源电压过零的时刻，负载电压电流都是正 弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染
6.2.1 交流调功电路
电阻负载时的工作情况 控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期导 通，后M－N个周期关断 当M=3、N=2时的电路波形如图6-11 负载电压和负载电流（也即电源电流）的重复周 期为M倍电源周期
电压相位相互错开120° 的单相交交变频电路构成 • 电源进线通过进线电抗器 接在公共的交流母线上 • 因为电源进线端公用，所 以三组的输出端必须隔离。 为此，交流电动机的三个 绕组必须拆开 • 主要用于中等容量的交流 调速系统
交-直-交和交-交变压变频器
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。
1.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。
2. 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 - 交 变 压 变 频 器 的 基 本 电 路 结 构
VF + Id ~ 50Hz
-
负 u0 载
- VR
-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
•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
•输出电压波形
a
=
p 2
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
VVVF
AC 50Hz~
交－交变频
AC
图6-12 交-交（直接）变压变频器
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）。
三相桥式交交变频电路
a=0
u0
a
=
p 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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.单极性PWM控制方式
V1 Ud + V2 ur uc
uc
VD1 R VD2 uo
V3 L V4
VD3 调制信号ur为正弦波
ur正半周：uc为正极性三角波 ur负半周：uc为负极性三角波 VD4 即ur与uc保持相同极性
信号波 载波
u
调制 电路
ur
图6-4
u r 正半周：V1保持通态，V2 保持断态
1.主电路 2.工作过程及波形分析 1和4一对，2和3另一对，成对桥臂 同时导通，两对交替各导通180° 当负载为感性时，V1 、 V4关断后，由 VD2、VD3提供负载续流回路，电流过零 时V2 、 V3导通； V2 、 V3关断后，由VD1、VD4提供负载 续流回路，电流过零时V1 、 V4导通；
6.4 全控型器件逆变器
三.三相桥式电压型逆变器
u A , u B , u C 为电动机三相绕组 进线端对绕组中点O'的电压， u O 是O' 对电源中点O的电压。
改变V1 ~ V6 控制信号的周期， 就可以改变输出电压的频率
PWM控制技术
PWM (Pulse Width Modulation)：脉宽调制
PWM控制技术
结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明
V1 Ud + V2 ur uc VD1 R VD2 uo V3 L V4 VD3
工作时V1和V2通断互补， V3和V4通断也互补
控制规律：
VD4
信号波 载波
调制 电路 图6-4
以uo正半周为例，V1通， V2断，V3和V4交替通断
6.1 变频器的基本概念
一.变频器的基本工作原理 1.变频器的电路构成
AC 输入 DC DC AC 输出
整流器
滤波器
逆变器
整流器:将固定频率和电压的交流电能整流为直流电能, 可以是不可控的，也可以是可控的。
滤波器:将脉动的直流量滤波成平直的直流量,可以对 直流电压滤波(用电容),也可以对直流电流滤波(用电感)
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
ωt
u
O
>
O
ωt
>
u
O
ωt
>
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。
PWM控制技术 • 对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM 波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：
Ud O
t
-U d
• 根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的 PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。
PWM控制技术
SPWM
SPWM是指按正弦波规律调制输出脉冲列电压中的各脉冲宽度， 使输出脉冲列电压在斩控周期内的平均值对时间按正弦规律变化。 SPWM技术采用等腰三角波电压作为载波信号，正弦波电压作为 调制信号，通过正弦波电压与三角波电压信号相比较的方法，确 定各分段矩形脉冲的宽度。 由于三角波两腰间的宽度随其高度线性变化，当任一条不超过三 角波幅值的光滑曲线与三角波相交时，都会得到脉冲宽度正比于 该曲线值的一组等幅，等距的矩形脉冲列。故用正弦波电压信号 作为调制信号时，可获得脉宽正比于正弦值等幅等距的矩形脉冲 列。 根据三角波和正弦波相对极性不同，可分为单极性SPWM和 双极性SPWM。
其输出电压波形与负载的功率因数无关。
半周期内星形负载的等值电路为：
A + E Z C B Z Z
0 0 ~ 60 0
+ E -
A B C Z Z Z
60 0 ~ 120 0
A + E Z B C Z Z
120 0 ~ 180 0
6.1 变频器的基本概念
1200 导电型逆变器 当三相逆变器的6个电子开关按顺序相差600 导通，每个电子开关导通1200
t
t3 t1 t2 V1 V2 VD1 b) VD1 VD2 t4 t5 t6 V1 V2 VD2
t
导通 元件
6.4 全控型器件逆变器
二.单相全桥式逆变器
+
V1 Ud C V2 VD1 uo VD2 a) Um O -Um io O t3 t1 V1 V4 t2 V2 V3 t4 t5 V1 V4 t6 V3 VD3 R io L VD4
6.1 变频器的基本概念
2.变频器的工作原理
S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负
6.1 变频器的基本概念
2.变频器的工作原理 改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。 电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。
600 ~ 1200
A + E Z B C Z Z
120 0 ~ 180 0
6.1 变频器的基本概念
三.逆变器中的电子开关 1.逆变器对电子开关的要求： 对正向电流既能控制开通，又能控制关断。 高开关速度和低能量损耗。
有足够的电压和电流定额。
提供滞后电流通路。 采用逆导型电力电子开关(由单向导电电子开关与开关二极管反并联而成)
因为逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载，无论电动机处于 电动或发电制动状态，其功率因数总不会为1，总会有无功功率的 交换，要靠中间直流环节的储能元件来缓冲。
逆变器:将直流电能逆变为交流电能,直接供给负载,它 的输出频率和电压均与交流输入电源无关,称为无源逆 变器。它是变频器的核心。
6.1 变频器的基本概念
脉宽调制技术：通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的 波形（含形状和幅值）
PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实现PWM控制变得 十分容易。 PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性 能大大提高，因此它在 电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。 PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电子 技术中的重要地位。现在使用的各种逆变电路都采用了PWM技术。
负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负。 负载电流为正的区间，V1和V4导通时，uo等于Ud
V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0 负载电流为负的区间， V1和V4仍导通，io为负，实际上io从VD1和VD4 流过， 仍有uo=Ud V4关断V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0 uo总可得到Ud和零两种电平 uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断，uo可得-Ud和零两种 电平
阻感负载时， o相位滞后于 o，波形也不同
i
u
。
阻感负载工作过程分析：
uo S1 Ud S2 a) io 负载 S3 uo S 4 io t1 t2 b) t
t1前：S1、S4通，uo和io均为正。 t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，uo变负，但io不能立刻反向。
io从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感能量 向电源反馈，io逐渐减小，t2时刻降为零，之后io才反向并增大
Ud O
-
t
Ud
PWM控制技术 计算法
•根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM 波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通 断，就可得到所需PWM波形 •本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化 时，结果都要变化
调制法
把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为 载波，经过信号波的调制得到所期望的PWM波形。 在载波与调制波的交点时刻对电路中开关器件的通断进行 控制，得到宽度正比于调制信号波幅值的脉冲。
V4
-
t
t
uo波形同半桥电路的uo，幅值高出一倍Um=Ud
io波形和半桥电路的io相同，幅值增加一倍。
导通 元件 VD1
VD4
VD2 VD3
VD1 VD4 b)
VD2 VD3
6.4 全控型器件逆变器
三.三相桥式电压型逆变器
逆变器6个桥臂的电子开关 由晶体管和反馈二极管组成 V1 ~ V6为主开关元件 VD1 ~ VD6为反馈二极管
t
O
u r u c时，V4导通， u O u d u r u c时，V3导通， u O 0 ur负半周：V1保持断态，V2保持通态
uo Ud
uo uof
O -Ud
t
ur uc时，V4导通， uO 0 ur uc时，V3导通， uO －ud
2.双极性PWM控制方式
+
V1 A
V3
V5 Z u2 N O
ua Z Z
ub
uc
E
B C
t
-
V4
V6
V2
任何时刻都有2个电子开关导通，换流在同一组相邻桥臂上进行。
其输出电压波形及基波幅值和相位均受负载功率因数的影响。
半周期内星形负载的等值电路为：
+ E A B C Z Z Z
00 ~ 600
+ E -
A Z B C Z Z
PWM控制技术
一.PWM控制的基本原理
冲量指窄脉冲的面积
f (t) f (t )
指环节的输出响应波形基本相同
f (t) f (t )
d (t )
O a)方波窄脉冲
t O
t t O t O b) 三角波窄脉冲 c)状不同而冲量相同的各种窄脉冲
PWM控制技术
一.PWM控制的基本原理
2.器件换流方式：电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称换相
自换流型：采用全控型器件。
强迫换流：附加强迫换流环节实现晶闸管的关断。
负载换流：利用负载电流自然过零实现晶闸管的关断。
6.4 全控型器件逆变器
一.单相半桥式逆变器