電力電子變壓變頻器的主要類型,交-直-交(間接)和交-交（直接）變頻器 電壓源型和電流源型變頻器 PAM和PWM變頻器 U/f控制、轉(zhuǎn)差頻率控制和矢量控制 三進(jìn)三出和單進(jìn)三出方式,交-直-交和交-交變壓變頻器(按結(jié)構(gòu)分),從整體結(jié)構(gòu)上看，電力電子變壓變頻器可分為交-直-交和交-交兩大類。 一.交-直-交變壓變頻器 交-直-交變壓變頻器先將工頻交流電源通過整流器變換成直流，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流，如下圖所示。,交-直-交變壓變頻器基本結(jié)構(gòu),交-直-交變壓變頻器（間接變頻裝置）,1、用可控整流器變壓，用逆變器變頻,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單控制方便 缺點(diǎn)：電壓頻率較低時(shí)電網(wǎng)斷功率因數(shù)較小；輸出諧波較大,2、用不可控整流器整流，斬波器變壓，逆變器變頻,直流斬波器：將恒定直流電壓通過電子器件的開關(guān)作用變換為可調(diào)直流電壓的裝置 特點(diǎn)：功率因數(shù)提高了，但輸出諧波分量仍較大,3、用不可控整流器整流，PWM逆變器同時(shí)變壓變頻,不控整流提高功率因數(shù)， SPWM逆變器可使諧波分量減少，,PWM變壓變頻器的應(yīng)用之所以如此廣泛，是由于它具有如下的一系列優(yōu)點(diǎn)： 1）在主電路整流和逆變兩個(gè)單元中，只有逆變單元可控，通過它同時(shí)調(diào)節(jié)電壓和頻率，結(jié)構(gòu)簡單。采用全控型的功率開關(guān)器件，只通過驅(qū)動電壓脈沖進(jìn)行控制，電路也簡單，效率高。,2）輸出電壓波形雖是一系列的PWM波，但由于采用了恰當(dāng)?shù)腜WM控制技術(shù)，正弦基波的比重較大，影響電機(jī)運(yùn)行的低次諧波受到很大的抑制，因而轉(zhuǎn)矩脈動小，提高了系統(tǒng)的調(diào)速范圍和穩(wěn)態(tài)性能。,3）逆變器同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻，動態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響，系統(tǒng)的動態(tài)性能也得以提高。 4）采用不可控的二極管整流器，電源側(cè)功率因素較高，且不受逆變輸出電壓大小的影響。,PWM變壓變頻器常用的功率開關(guān)器件有：P-MOSFET，IGBT，GTO和替代GTO的電壓控制器件如IGCT、IEGT等。 受到開關(guān)器件額定電壓和電流的限制，對于特大容量電機(jī)的變壓變頻調(diào)速仍只好采用半控型的晶閘管（SCR），并用可控整流器調(diào)壓和六拍逆變器調(diào)頻的交-直-交變壓變頻器，見下圖。,普通交-直-交變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu),二. 交-交變壓變頻器,交-交變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，它只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，把恒壓恒頻（CVCF）的交流電源直接變換成VVVF輸出，因此又稱直接式變壓變頻器。 有時(shí)為了突出其變頻功能，也稱作周波變換器（Cycloconveter）。,交-交變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu),交-交變壓變頻器（直接變頻裝置）,常用的交-交變壓變頻器輸出的每一相都是一個(gè)由正、反兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。 也就是說，每一相都相當(dāng)于一套直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的反并聯(lián)可逆線路（下圖a）。,交-交變壓變頻器的基本電路結(jié)構(gòu),圖6-13a 交-交變壓變頻器每一相的可逆線路,交-交變壓變頻器的控制方式,整半周控制方式 正、反兩組按一定周期相互切換，在負(fù)載上就獲得交變的輸出電壓 u0 ， u0 的幅值決定于各組可控整流裝置的控制角 ， u0 的頻率決定于正、反兩組整流裝置的切換頻率。如果控制角一直不變，則輸出平均電壓是方波，如下圖 b 所示。,輸出電壓波形,控制方式（ 2 ）, 調(diào)制控制方式 要獲得正弦波輸出，就必須在每一組整流裝置導(dǎo)通期間不斷改變其控制角。 例如：在正向組導(dǎo)通的半個(gè)周期中，使控制角 由/2（對應(yīng)于平均電壓 u0 = 0）逐漸減小到 0（對應(yīng)于 u0 最大），然后再逐漸增加到 /2（ u0 再變?yōu)?），如下圖所示。,圖6-14 交-交變壓變頻器的單相正弦波輸出電壓波形,輸出電壓波形,當(dāng)角按正弦規(guī)律變化時(shí)，半周中的平均輸出電壓即為圖中虛線所示的正弦波。對反向組負(fù)半周的控制也是這樣。,交-交變壓變頻器雖然在結(jié)構(gòu)上只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，省去了中間直流環(huán)節(jié)，看似簡單，但所用的器件數(shù)量卻很多，總體設(shè)備相當(dāng)龐大。(表5-1） 不過這些設(shè)備都是直流調(diào)速系統(tǒng)中常用的可逆整流裝置，在技術(shù)上和制造工藝上都很成熟，目前國內(nèi)有些企業(yè)已有可靠的產(chǎn)品。,交-直-交變壓變頻器與交-交變壓變頻器比較(表5-1）,電壓源型和電流源型變頻器,在交-直-交變壓變頻器中，按照中間直流環(huán)節(jié)直流電源性質(zhì)的不同，變頻器可以分成電壓源型和電流源型兩類，兩種類型的實(shí)際區(qū)別在于直流環(huán)節(jié)采用怎樣的濾波器。下圖繪出了電壓源型和電流源型變頻器的示意圖。,兩種類型變頻器結(jié)構(gòu),電壓源型變頻器（Voltage Source InverterVSI ），直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波，因而直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一個(gè)內(nèi)阻為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，有時(shí)簡稱電壓型變頻器。,電流源型變頻器（Current Source Inverter CSI），直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波，直流電流波形比較平直，相當(dāng)于一個(gè)恒流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，或簡稱電流型變頻器。,性能比較,兩類變頻器在主電路上雖然只是濾波環(huán)節(jié)的不同，在性能上卻帶來了明顯的差異，主要表現(xiàn)如下： （1）無功能量的緩沖 在調(diào)速系統(tǒng)中，逆變器的負(fù)載是異步電機(jī)，屬感性負(fù)載。在中間直流環(huán)節(jié)與負(fù)載電機(jī)之間，除了有功功率的傳送外，還存在無功功率的交換。濾波器除濾波外還起著對無功功率的緩沖作用，使它不致影響到交流電網(wǎng)。,因此，兩類變頻器的區(qū)別還表現(xiàn)在采用什么儲能元件（電容器或電感器）來緩沖無功能量。 （2）能量的回饋 用電流源型變頻器給異步電機(jī)供電的電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)有一個(gè)顯著特征，就是容易實(shí)現(xiàn)能量的回饋，從而便于四象限運(yùn)行，適用于需要回饋制動和經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械。,性能比較（續(xù)）,（3）動態(tài)響應(yīng) 正由于交-直-交電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的直流電壓可以迅速改變，所以動態(tài)響應(yīng)比較快，而電壓源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)就慢得多。 （4）輸出波形 電壓源型逆變器輸出的電壓波形為方波，電流源型逆變器輸出的電流波形為方波（見下表）。,性能比較（續(xù)）,兩種變頻器輸出波形比較,性能比較（續(xù)）,（4）應(yīng)用場合 電壓源型逆變器屬恒壓源，電壓控制響應(yīng)慢，不易波動，所以適于做多臺電機(jī)同步運(yùn)行時(shí)的供電電源，或單臺電機(jī)調(diào)速但不要求快速起制動和快速減速的場合。采用電流源型逆變器的系統(tǒng)則相反，不適用于多電機(jī)傳動，但可以滿足快速起制動和可逆運(yùn)行的要求。,變頻器的額定數(shù)據(jù),輸入側(cè)額定數(shù)據(jù) 輸出側(cè)額定數(shù)據(jù) 輸出頻率指標(biāo),輸入側(cè)額定數(shù)據(jù),1、輸入電壓UIN：電源側(cè)電壓。有允許波動范圍。 2、相數(shù)：有單相和三相之分。 3、頻率：fIN ：電源頻率。有允許波動范圍。,輸出側(cè)額定數(shù)