第二章 變頻調(diào)速技術(shù)

第二章變頻調(diào)速技術(shù)

2.1交-直-交變頻器的基本電路交-直-交變頻器的基本電路包括整流電路和逆變電路，整流電路將工頻交流電整流成直流電，逆變電路再將直流電逆變成頻率可調(diào)的三相交流電，是整流變換的逆過(guò)程。其核心部分為逆變器。變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開、關(guān)方式分類，可以分為PAM（脈幅調(diào)制）控制變頻器、PWM（脈寬調(diào)制）控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。2.1交-直-交變頻器的基本電路圖2-1

交-直-交電壓型變頻器主電路2.1交-直-交變頻器的基本電路三相逆變電路由六只具有單向?qū)щ娦缘墓β拾雽?dǎo)體開關(guān)Sl~S6組成。每只功率開關(guān)上反并聯(lián)一只續(xù)流二極管，為負(fù)載的滯后電流提供一條反饋到電源的通路。極據(jù)功率開關(guān)的導(dǎo)通持續(xù)時(shí)間不同，可以分為180°導(dǎo)電型和120°導(dǎo)電型兩種工作方式。180°導(dǎo)電型各功率元件驅(qū)動(dòng)脈沖波形如圖2-3所示。狀態(tài)S1S2S3S4S5S6狀態(tài)1（0~60°）＋＋＋狀態(tài)2（60°~120°）＋＋＋狀態(tài)3（120°~180°）＋＋＋狀態(tài)4（180°~240°）＋＋＋狀態(tài)5（240°~300°）＋＋＋狀態(tài)6（300°~3600°）＋＋＋表2-1

180°導(dǎo)電型逆變器功率開關(guān)導(dǎo)通規(guī)律

2.1交-直-交變頻器的基本電路輸出電壓狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6相電壓uA0Ud/32Ud/3Ud/3-Ud/3-2Ud/3-Ud/3uB0-2Ud/3-Ud/3Ud/32Ud/3Ud/3-Ud/3uC0Ud/3-Ud/3-2Ud/3-Ud/3Ud/3Ud/3線電壓uABUdUd0-Ud-Ud0uBC-Ud0UdUd0-UduCA0-Ud-Ud0UdUd表2-2

負(fù)載為丫接時(shí)各個(gè)工作狀態(tài)下的輸出電壓

圖2-5

三相電壓型逆變器的輸出電壓波形（180°導(dǎo)電型）選擇適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)原點(diǎn)，對(duì)輸出電壓波形進(jìn)行諧波分析，對(duì)相電壓和線電壓分別進(jìn)行傅立葉分解：2．電壓型變頻器及電壓調(diào)節(jié)方式（1）電壓型變頻器最簡(jiǎn)單的電壓型變頻器由可控整流器和電壓型逆變器組成，用可控整流器調(diào)壓，逆變器調(diào)頻，如圖2-6示。為適應(yīng)再生制動(dòng)運(yùn)行，可在圖2-6電路的基礎(chǔ)上，增加附加電路。一種方法是，在中間直流電路中設(shè)法將再生能量處理掉，即在電容Cd的兩端并聯(lián)一條由耗能電阻R與功率開關(guān)(可以是晶閘管或自關(guān)斷器件)相串聯(lián)的電路，如圖2-7所示。另一種方法是，在整流電路中設(shè)置再生反饋通路—反并聯(lián)一組逆變橋，如圖2-8所示。（2）電壓調(diào)節(jié)方式一種是采用可控整流器整流，通過(guò)對(duì)觸發(fā)脈沖的相位控制直接得到可調(diào)直流電壓。。另一種是采用不控整流器整流，在直流環(huán)節(jié)增加斬波器，以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，如圖2-9所示。3．串聯(lián)電感式電壓型變頻器圖2-10

三相串聯(lián)電感式電壓型變頻器的主電路L1~L6為換相電感C1~C6為換相電容RA~RC為環(huán)流衰減電阻圖中Cd、Ld構(gòu)成中間濾波環(huán)節(jié)，通常Ld很小，Cd很大。晶閘管VT1~VT6作為功率開關(guān)取代了圖2-3中的Sl~S6。L1~L6為換相電感，位于同一橋臂上的兩個(gè)換相電感是緊密耦合的，串聯(lián)在兩個(gè)主晶閘管之間，因而稱之為串聯(lián)電感式。C1~C6為換相電容，RA~RC為環(huán)流衰減電阻。該電路屬于180°導(dǎo)電型，換相是在同—橋臂的兩個(gè)晶閘管之間進(jìn)行，采用補(bǔ)換相方式、即觸發(fā)一個(gè)晶閘管去關(guān)斷同一橋臂上的另—個(gè)晶閘管。3．串聯(lián)電感式電壓型變頻器（1）換相前的狀態(tài)3．串聯(lián)電感式電壓型變頻器VT1穩(wěn)定導(dǎo)通，C4充電至Ud，VT1,VT2,VT3導(dǎo)通（2）換相階段3．串聯(lián)電感式電壓型變頻器觸發(fā)VT4,C4經(jīng)L4和VT4組成的回路放電，L4感應(yīng)出電勢(shì)同時(shí)，C4還通過(guò)A、C相負(fù)載放電。（3）環(huán)流及反饋階段3．串聯(lián)電感式電壓型變頻器C4放電結(jié)束，iT4達(dá)到最大值，最后下降，L4感應(yīng)電勢(shì)極性變化，VD4承受正壓導(dǎo)通，L4中存儲(chǔ)電能經(jīng)VT4和VD4形成環(huán)流，同時(shí)，維持負(fù)載電流，經(jīng)VD4和VD5。（4）負(fù)載電流反向階段3．串聯(lián)電感式電壓型變頻器電感電流下降至0，VD4關(guān)斷，負(fù)載電流過(guò)0，只觸發(fā)脈沖足夠?qū)?，VT4再次導(dǎo)通，負(fù)載電流反向。流經(jīng)如圖，導(dǎo)通管子為VT3VT4VT2。換向結(jié)束。圖2-12

換相時(shí)的電壓、電流波形

2.1.2交-直-交電流型變頻器1．電流型逆變器的基本電路表2-3

120°導(dǎo)電型逆變器功率開關(guān)導(dǎo)通規(guī)律狀態(tài)S1S2S3S4S5S6狀態(tài)1（0~60°）＋

＋狀態(tài)2（60°~120°）＋＋

狀態(tài)3（120°~180°）

＋＋狀態(tài)4（180°~240°）

＋＋狀態(tài)5（240°~300°）

＋＋狀態(tài)6（300°~360°）

＋＋以狀態(tài)1為例2.1.2交-直-交電流型變頻器表2-4

負(fù)載為Δ接時(shí)各個(gè)工作狀態(tài)下的輸出電流輸出電流狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6線電流iA0IdId0-Id-Id0iB0-Id0IdId0-IdiC00-Id-Id0IdId相電流iAB2Id/3Id/3-Id/3-2Id/3-Id/3Id/3iBC-Id/3Id/32Id/3Id/3-Id/3-2Id/3iCA-Id/3-2Id/3-Id/3Id/32Id/3Id/3圖2-15

三相電流型逆變器的輸出電流波形（120°導(dǎo)電型）2．電流型變頻器的再生制動(dòng)運(yùn)行圖2-16

電流型變頻器的電動(dòng)狀態(tài)與再生制動(dòng)狀態(tài)（a）電動(dòng)狀態(tài)（b）再生制動(dòng)狀態(tài)3．串聯(lián)二極管式電流型變頻器a．換相前的狀態(tài)

b．晶間管換相及恒流充電階段3．串聯(lián)二極管式電流型變頻器C是等效電容VT3導(dǎo)通，VT1受反壓截止C先放電后充電，極性反向，當(dāng)充電電壓超過(guò)負(fù)載電壓時(shí)，VD3導(dǎo)通VT1導(dǎo)通，A相導(dǎo)通C充電（3）二極管換相階段（4）換相后的狀態(tài)3．串聯(lián)二極管式電流型變頻器VD3導(dǎo)通后開始分流，直到電流全部轉(zhuǎn)移到VD3,VD1關(guān)斷從A相換到B相2.2脈寬調(diào)制型變頻器圖2-19

PWM變頻器的主電路原理圖PWM變頻器的主電路如圖2-19所示，由圖可知，該變頻器的主電路時(shí)由整流電路部分和逆變電路部分組成。整流電路完成將三相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷淖饔?。逆變部分再將恒定的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷汉皖l率均可調(diào)的三相交流電，以驅(qū)動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載。2.2脈寬調(diào)制型變頻器2.2.1

交-直部分

圖2-20

PWM變頻器交-直部分主電路圖2-21PWM變頻器交-直部分輸