匯報(bào)人：千庫網(wǎng)變頻器技術(shù)及綜合應(yīng)用InverterTechnologyandComprehensiveApplication負(fù)責(zé)人：周奎、王玲項(xiàng)目1.1變頻器的功能及電路結(jié)構(gòu)認(rèn)知1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知1．交-直-交主電路結(jié)構(gòu)交-直-交變頻器（VariableVoltageVariableFrequency，簡稱VVVF電源）是由AC/DC、DC/AC兩類基本的電力變換電路組合形成。圖1-18是電壓型交-直-交變頻器主電路。三相電源的輸入端a、b、c，經(jīng)過交-直-交電能變換電路的處理，輸出頻率可調(diào)的三相交流電U、V、W作用于電動(dòng)機(jī)。該電路是由整流電路、濾波電路、逆變電路、限流電路以及制動(dòng)電路構(gòu)成。圖1-18變頻器主電路圖1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（1）整流電路整流電路的功能是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。整流電路按電源的相數(shù)可以分為單相和三相兩類。這里以三相整流為例介紹整流電路的工作原理。三相橋式不可控整流電路不可控整流電路使用的元件為功率二極管，三相橋式整流電路如圖1-19a)所示。三相橋式整流電路共有六只整流二極管，其中VD1、VD3、VD5三只管子的陰極連接在一起，稱為共陰極組；VD4、VD6、VD2三只管子的陽極連接在一起，稱為共陽極組。共陰極組三只二極管VD1、VD3、VD5在t1、t3、t5換流導(dǎo)通；共陽極組三只二極管VD2、VD4、VD6在t2、t4、t6換流導(dǎo)通。一個(gè)周期內(nèi)，每只二極管導(dǎo)通1／3周期，即導(dǎo)通角為120°。圖1-19b)給出了三相橋式整流電路輸出電壓的波形圖。1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（1）整流電路圖1-19三相橋式整流電路1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（1）整流電路三相橋式可控整流電路三相橋式全控整流電路由六只晶閘管組成，如圖1-20所示。陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1、VT3、VT5）構(gòu)成共陰極組，陽極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT2、VT4、VT6）構(gòu)成共陽極組。分析晶閘管的觸發(fā)角α=0°時(shí)的情況。對(duì)于共陰極阻的3個(gè)晶閘管，陽極所接交流電壓值最大的一個(gè)導(dǎo)通，對(duì)于共陽極組的3個(gè)晶閘管，陰極所接交流電壓值最低（或者說負(fù)得最多）的導(dǎo)通。任意時(shí)刻共陽極組和共陰極組中各有1個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)。1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（1）整流電路三相橋式可控整流電路從相電壓波形（圖1-21）看，共陰極組晶閘管導(dǎo)通時(shí)，ud1為相電壓的正包絡(luò)線，共陽極組導(dǎo)通時(shí)，ud2為相電壓的負(fù)包絡(luò)線，ud=ud1-ud2是兩者的差值，為線電壓在正半周的包絡(luò)線。圖1-20三相橋式全控整流電路原理圖1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（1）整流電路三相橋式可控整流電路圖1-21三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=0°時(shí)的波形1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（1）整流電路三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載a=0°時(shí)晶閘管工作情況如表1-4所示：表1-4三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載a=0°時(shí)晶閘管工作情況時(shí)段IIIIIIIVVVI共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（1）整流電路三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)：①兩管同時(shí)導(dǎo)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1個(gè)，且不能為同一相器件。②對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60°，共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120°，共陽極組VT2、VT4、VT6也依次差120°，同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180°。③ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。④保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)，另一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）。1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（1）整流電路圖1-22三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=30°時(shí)的波形1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（2）逆變電路在交-直-交變頻系統(tǒng)中，根據(jù)直流濾波方式逆變器可分為電壓型與電流型兩種。電壓型主要采用大電容濾波，逆變器的直流電源阻抗小，類似于電壓源，逆變輸出的電壓比較平直，波形為交變矩形波，而輸出電流接近正弦波。電流型則主要采用大電感濾波，電源呈現(xiàn)高阻抗，類似于電流源。表1-5列出了電壓型和電流型逆變器的特點(diǎn)。1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（2）逆變電路表1-5電壓型和電流型逆變器的特點(diǎn)

變頻器類別比較項(xiàng)目電壓型電流型直流回路濾波環(huán)節(jié)（無功功率緩沖環(huán)節(jié)）電容器電抗器輸出電壓波形矩形波決定于負(fù)載，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載近似為正弦波輸出電流波形決定于負(fù)載的功率因數(shù)，有較大的諧波分量矩形波輸出阻抗小大回饋制動(dòng)需在電源側(cè)設(shè)置反并聯(lián)逆變器方便，主電路不需附加設(shè)備調(diào)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢快對(duì)晶閘管的要求關(guān)斷時(shí)間要短，對(duì)耐壓要求一般要低耐壓高，對(duì)關(guān)斷時(shí)間無特殊要求適用范圍多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，可逆拖動(dòng)1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（1）整流電路三相橋式電壓逆變電路的電路結(jié)構(gòu)如圖1-23所示。三相橋式逆變電路可以看成是三個(gè)半橋逆變電路組成，采用電力晶體管作為開關(guān)器件，由6個(gè)橋臂組成。圖1-23三相橋式電壓型逆變電路對(duì)于U相輸出來說，當(dāng)V1導(dǎo)通時(shí)，uUN’=Ud/2，當(dāng)V4導(dǎo)通時(shí)，uUN’=-Ud/2，uUN’的波形是幅值為Ud/2的矩形波，V、W兩相的情況和U相類似。1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（1）整流電路負(fù)載線電壓uUV、uVW、uWU可由下式求出：負(fù)載各相的相電壓分別為：1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（1）整流電路把上面各式相加并整理可得：設(shè)負(fù)載為三相對(duì)稱負(fù)載，則有uUN+uVN+uWN=0，故可得：1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（2）逆變電路其工作波形如圖1-24所示。 電壓型逆變電路的特點(diǎn)：1）直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)。2）輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。3）阻感負(fù)載時(shí)需提供無功。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（2）逆變電路其工作波形如圖1-24所示。 圖1-24三相橋式電壓型逆變電路的電壓波形1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（3）中間電路變頻器的中間電路有濾波電路和制動(dòng)電路等不同的形式。濾波電路雖然利用整流電路可以從電網(wǎng)的交流電源得到直流電壓或直流電流，但是這種電壓或電流含有頻率為電源頻率6倍的紋波，則逆變后的交流電壓、電流也產(chǎn)生紋波。因此，必須對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行濾波，以減少電壓或電流的波動(dòng)，這種電路稱為濾波電路。通常用大容量電容對(duì)整流電路輸出電壓進(jìn)行濾波。由于電容量比較大，一般采用電解電容。1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（3）中間電路圖1-25抑制浪涌電流的方式極管整流器在電源接通時(shí)，電容中將流過較大的充電電流(亦稱浪涌電流)，有可能燒壞二極管，必須采取相應(yīng)措施。圖1-25給出幾種抑制浪涌電流的方式。1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（3）中間電路圖1-26電壓型變頻器的電路框圖采用大電容濾波后再送給逆變器，這樣可使加于負(fù)載上的電壓值不受負(fù)載變動(dòng)的影響，基本保持恒定。該變頻電源類似于電壓源，因而稱為電壓型變頻器。電壓型變頻器的電路框圖如圖1-26所示。電壓型變頻器逆變電壓波形為方波，而電流的波形經(jīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的濾波后接近于正弦波，如圖1-27所示。圖1-27電壓型變頻器的電壓和電流波形1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（3）中間電路圖1-28電流型變頻器的電路框圖采用大容量電感對(duì)整流電路輸出電流進(jìn)行濾波，稱為電感濾波。由于經(jīng)電感濾波后加于逆變器的電流值穩(wěn)定不變，所以輸出電流基本不受負(fù)載的影響，電源外特性類似電流源，因而稱為電流型變頻器。圖1-28所示為電流型變頻器的電路框圖。圖1-29所示為電流型變頻器輸出電壓及電流波形。圖1-29電流型變頻器輸出電壓及電流波形1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知2．交-直-交主電路中典型電路工作分析（3）中間電路制動(dòng)電路利用設(shè)置在直流回路中的制動(dòng)電阻吸收電動(dòng)機(jī)的再生電能的方式稱為動(dòng)力制動(dòng)或再生制動(dòng)。圖1-30為制動(dòng)電路的原理圖。圖1-30制動(dòng)電路的原理圖1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知3．交-直-交主電路主要元器件及其作用（1）壓敏電阻作用：主要用于各種電器設(shè)備過壓保護(hù)，以防雷擊或過電壓。對(duì)于變頻器主電路中選用的壓敏電阻的壓敏電壓范圍為738～902V。其工作特性如圖1-31（a）所示。其外形如圖1-31（b）所示。變頻器電源輸入側(cè)每兩相之間連接壓敏電阻，當(dāng)電壓突變有毛刺或尖峰電壓大于一定值時(shí)，壓敏電阻的電阻值下降到零，這樣電源短路，斷路器斷開，這樣防止了過電壓損壞變頻器。（a）工作特性（b）外形圖1-31壓敏電阻1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知3．交-直-交主電路主要元器件及其作用（2）Y電容Y電容跨接在電力線火線與地之間，在變頻器輸入端，主要用于抗電磁干擾，過濾高次諧波。Y電容外形如圖1-32所示。圖1-32Y電容1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知3．交-直-交主電路主要元器件及其作用（3）整流模塊在交-直-交變頻器中，整流模塊主要是將輸入的三相交流電整流成直流電。輸入的三相交流電壓為380V，經(jīng)整流模塊輸出的直流電壓在513～537V之間。對(duì)于三相橋式整流電路的六只整流二極管，目前，都是將6只管子封裝為一體，構(gòu)成整流橋，該整流橋?yàn)?端元件，其外形、引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-33所示。圖1-33（a）全橋的外形與引腳，圖1-33（b）為全橋的內(nèi)部示意圖。圖1-33整流橋（a）外形與引腳（b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知3．交-直-交主電路主要元器件及其作用（4）濾波電容濾波電容在變頻器的直流側(cè)起濾波作用，變頻器直流側(cè)的濾波電容額定電壓一般選取400V系列，整流出的直流電壓在500多伏，因此選用兩個(gè)電容串聯(lián)進(jìn)行濾波。濾波電容的外形如圖1-34所示。圖1-34濾波電容1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知3．交-直-交主電路主要元器件及其作用5）均壓電阻變頻器直流側(cè)的濾波電容是電解電容，電解電容的電容量離散性很大，即使同一個(gè)廠家，同一批次，同一型號(hào)的電解電容電容量上下相差20%都是合格的，這樣對(duì)于濾波電容在充電的過程中，其兩組（兩個(gè)）電容器兩端電壓分配不平衡，導(dǎo)致電容器壽命不一致。因此，在濾波電容兩端會(huì)并聯(lián)電阻，使其電壓平衡，電阻可以做得比較精致，保證均壓效果。均壓電阻的外形如圖1-35所示，均壓電阻外形顏色一般是白色的。圖1-35均壓電阻1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知3．交-直-交主電路主要元器件及其作用（6）限流電阻如圖1-36所示，從濾波電容的充電特性，我們知道，電容在剛開始充電時(shí)，充電電流很大，若不限制此電流的大小，會(huì)將整流電路電子元器件燒壞，因此在充電回路中，加入了限流電阻R，其作用限制充電電流。其外形如圖1-37所示，其外殼是鋁材料，便于散熱。圖1-36電容充電電流特性圖1-37限流電阻1.1.3交-直-交變頻器主電路認(rèn)知3．交-直-交主電路主要元器件及其作用（7）短接限流電阻的觸點(diǎn)K若限流電阻不短接，當(dāng)變頻器輸出接入負(fù)載工作時(shí)，由于限流電阻分壓，造成直流母線P、N之間電壓低于要求電壓（500多伏），變頻器將會(huì)出現(xiàn)欠電壓故障，影響