变频技术及应用电子教案教学课件作者宋爽变频第3章课件.ppt

河北工业职业技术学院 第3章 变频控制技术 原理与实现 3.1 交-直-交变频技术 交-直-交变频器的主电路框图如图3-1所示。由图可见，主电路包括3个组成部分：整流电路、中间电路和逆变电路。 3.1.1整流电路 整流电路的功能是将交流电转换为直流电。整流电路按使用的器件不同分为两种类型，即不可控整流电路和可控整流电路。 1.不可控整流电路 不可控整流电路使用的器件为电力二极管，不可控整流电路按输入交流电源的相数不同分为单相整流电路、三相整流电路和多相整流电路。下图是变频器中应用最多的三相整流电路示意图。 2. 可控整流电路 将图3-2所示三相桥式整流电路中的二极管换为晶闸管，就成为三相桥式全控整流电路，如图3-4所示。 三相交流电源电压UR、US、UT正半波的自然换相点为1、3、5，负半波的自然换相点为2、4、6。根据晶闸管的导通条件，当晶闸管阳极承受正向电压时，在它的门极和阴极两端也加正的触发电压，晶闸管才能导通。 整流电路工作遵循的规律： 1)三相全控桥式整流电路任一时刻必须有2个晶闸管同时导通，才能形成负载电流，其中1个在共阳极组，另1个在共阴极组。 2)整流输出电压波形是由电源线电压URS、URT 、 UST 、 USR 、 UTR和UTS的轮流输出所组成的。晶闸管的导通顺序为：(VT6、VTl)→(VTl、VT2) →(VT2、VT3) →(VT3、VT4) →(VT4、VT5) →(VT5、VT6)。 3)6个晶闸管中每个导通120°，每间隔60°有1个晶闸管换相。 3.1.2 中间电路 变频器的中间电路有滤波电路和制动电路等不同的形式。 1. 滤波电路 虽然利用整流电路可以从电网的交流电源得到直流电压或直流电流，但这种电压或电流含有频率为电源频率6倍的纹波，如果将其直接供给逆变电路，则逆变后的交流电压、电流纹波很大。因此，必须对整流电路的输出进行滤波，以减少电压或电流的波动。这种电路称为滤波电路。 （1）电容滤波 通常用大容量电容对整流电路输出电压进行滤波。由于电容量比较大，一般采用电解电容。二极管整流器在电源接通时，电容中将流过较大的充电电流(亦称浪涌电流)，有可能烧坏二极管，故必须采取相应措施。图3-7给出几种抑制浪涌电流的方式。 采用大电容滤波后再送给逆变器，这样可使加于负载上的电压值不受负载变动的影响，基本保持恒定。该变频器电源类似于电压源，因而称为电压型变频器。电压型变频器的电路框图如图3-8所示。 电压型变频器逆变电压波形为方波，而电流的波形经电动机绕组感性负载滤波后接近于正弦波，如图3-9所示。 （2）电感滤波 采用大容量电感对整流电路输出电流进行滤波，称为电感滤波。由于经电感滤波后加于逆变器的电流值稳定不变，所以输出电流基本不受负载的影响，电源外特性类似电流源，因而称为电流型变频器。 图3-10所示为电流型变频器的电路框图。 电流型变频器逆变电流波形为方波，而电压的波形经电动机绕组感性负载的滤波后接近于正弦波，如图3-11所示。 （2）制动电路的设置方式 1）在中间直流电路中设法将再生能量处理掉，即在电容Cd的两端并联一条由能耗电阻R与功率开关（晶闸管或自关断器件）相串联的电路，如图3-12所示。 2）在电路中设置再生反馈通路反并联一组逆变桥，如图3-13所示。此时，Cd的极性仍然不变，但可以借助于反并联三相桥（工作在有源逆变状态）改变方向使再生电能反馈到交流电网。该方法可用于大容量系统。 3）还有一种直流制动方式，即异步电动机定子加直流的情况下，转动着的转子产生制动力矩，使电动机迅速停止。这种方式在变频调速中也有应用，称为“DC制动”，即由变频器输出直流的制动方式。当变频器向异步电动机的定子通直流电时(逆变器某几个器件连续导通)，异步电动机便进入能耗制动状态。此时变频器的输出频率为零，异步电动机的定子产生静止的恒幅磁场，转动着的转子切割此磁场产生制动转矩。 3.1.3 逆变电路 1. 逆变电路的工作原理 逆变电路也简称为逆变器。图3-14（a）所示为单相桥式逆变电路，4个桥臂由开关构成，输入为直流电压E，负载为电阻R。当将开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，电阻上得到左正右负的电压；间隔一段时间后将开关S1、S4打开，S2、S3闭合，电阻上得到右正左负的电压。我们以频率交替切换S1、S4和S2、S3，在电阻上就可以得