第3章-交直交变频技术

图3-4
并联耗能电阻的电压型变频器
方法二：在整流电路中设置再生反馈通路—反并联一组逆变桥，使再生 电能返馈到交流电网。该方法可用于大容量系统。
图3-5 反并联逆变桥的电压型变频器
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（2）电压调节方式
一种是采用可控整流器整流，通过对触发脉冲的相位控制直接得到可调 直流电压，见前图3-3。该方式电路简单，但电网侧功率因数低，特别是低电 压时，更为严重。 另一种是采用不控整流器整流，在直流环节增加斩波器，以实现调压。
第3章
交-直-交变频技术
本章要点
交—直—交变频的基本电路

脉冲调制型变频 谐振型变频
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3.1
实现交-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
交-直-交电压型变频器不仅被广泛地应用于电力拖动调速系统中，而且也普遍 用于高精度稳频稳压电源和不停电电源。这种变频器由整流器和逆变器两部分组成， 在逆变器的直流侧并联有大电容，用来缓冲无功功率。
变频技术课件（3）
电气工程系
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随堂测验讲评
1. 简述功率MOSFET的特性。
功率场效应管是用栅极电压来控制漏极电流的， 因此同双极型晶体管相比，功率MOSFET具有两 个显著的特点：一个是驱动电路简单，驱动功 率小；另一个是开关速度快、工作频率高。另 外，其热稳定性也优于双极型晶体管。
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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。
图3-3
无再生制动功能的电压型变频
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为适应再生制动运行，增加附加电路。 方法一：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。适用 于小容量系统。
电流型变频不需附加任何设备，即可实现负载电动机的四象限运行。
如图3-12所示。当电机处于电动状态时，整流器工作于整流状态，
逆变器工作于逆变状态。此时整流器的控制角0°<α <90°，Ud>0，直 流电路的极性为上（+）下（－），电流从整流器的正极流出进入逆变
器，能量便从电网输送到电动机。
当电动机处于再生状态时，可以调节整流器的控制角，使其为 90°<α <180°，则Ud<0，直流电路的极性为上（－）下（+）。此时整
PWM变频器的主电路原理图
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3.3 谐振型变频
谐振型变频是利用谐振原理使PWM逆变器的开关元件
在零电压或零电流下进行开关状态转换，即软开关技术。在谐振
型变频中，由于各功率器件的开关损耗近似为零，有效地防止了 电磁干扰，大大提高了器件的工作频率，且减少了装置的体积和 重量。
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3.3.1 谐振直流环节逆变器的基本原理
流器工作在有源逆变状态，逆变器工作在整流状态。由于功率开关的单
向导电性，电流Id的方向不变，再生电能由电机返馈到交流电网。
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图3-12
电流型变频器的电动状态与再生制动状态 a）电动状态 b）再生制动状态
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3．串联二极管式电流型变频
当功率开关采用晶闸管时，必须在基本电路中增加换相电路。
图3-13
图3-10
交-直-交电流型变频器的构成
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1．电流型逆变器的基本电路
与电压型逆变器不同，直流电源上串联了大电感滤波。由于大电感的限流 作用，为逆变器提供的直流电流波形平直、脉动很小，具有电流源特性，能有
效地抑制故障电流的上升率，实现较理想的保护功能。
图3-11
三相电流型逆变器的基本电路
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2．电流型逆变器的再生制动运行
图3-8
a换相前的状态
三相串联电感式电压型逆变器的换相过程
c 环流及反馈阶段 d负载电流反向阶段
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b换相阶段
换 相 过 程 中 的 电 压 、 电 流 波 形
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3.1.2 交-直-交电流型变频
电压型变频，由于再生制动时必须接入附加电路，使电路复杂，电流型
变频器可以弥补上述不足，而且主电路结构简单、安全可靠。
如下图所示。此方式由于使用不控整流器，电网侧的功率因数得到明显改善
图3-6
利用斩波器调压的变频器
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3．串联电感式电压型变频
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。采用的换相电路不同，逆变器的主电路也不同。
图3-7
三相串联电感式电压型变频器的主电路
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换相过程：
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将图3-16电路中的每一个谐振周期中对应的电路加以简化没，可得到下 图所示的电路形式。
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3.3.2谐振直流环节逆变电路举例
1．并联谐振直流 环节逆变器
并联谐振电路的 DC环节逆变器
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下图示出了一个工作周期中电容电压uc1、uc2及电感电流iL的波形，对应于波形图中的A、B、 C、D、E、F各阶段，相应的等效电路如图3-20中的a、b、c、d、e、f所示。
三相串联二极管式电流型变频器的主电路
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3.2 脉冲调制型变频
脉冲调制PAM（Pulse Amplitude Modulation），是一 种改变电压源的电压Ed或电流源Id的幅值，进行输出控制的方 式。它在逆wenku.baidu.com器部分只控制频率，在交流器部分控制输出的电 压或电流。
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脉宽调制（简称PWM）型变频是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通 过改变调制周期来控制其输出频率，所以脉冲调制方法对PWM型变频 的性能具有根本性的影响。
图3-19
电容电压与电感电流的波形
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2．结实型谐振直流环节逆变器
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随堂小测验（3）
1. 什么是电压型和电流型逆变器？各有何特点？
2. 什么是PAM？
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