第2講-變頻器原理及應(yīng)用

1、《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,1,變頻器原理及應(yīng)用,第2講,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,2,總結(jié),變頻器變頻器的控制對象電力電子器件是變頻器發(fā)展的基礎(chǔ)計算機技術(shù)和控制理論是變頻器發(fā)展的支柱市場需求是變頻器發(fā)展的動力變頻器的發(fā)展趨勢變頻器的分類變頻器的應(yīng)用,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,3,電力電子器件是電力電子技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)關(guān)鍵，也是變頻技術(shù)技術(shù)發(fā)展的“龍頭”。,可以說，電力電子技術(shù)起步于晶

2、閘管，普及于電力晶體管GTR，提高于IGBT。新型電力電子器件的涌現(xiàn)與發(fā)展，促進(jìn)了電力電子電路的結(jié)構(gòu)、控制方式、裝置性能的提高。本章從應(yīng)用的角度出發(fā)，對電力電子器件的種類、性能及應(yīng)用等加以介紹。,第二章 變頻器常用電力電子器件,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,4,功率二極管（D） 晶閘管（SCR） 門極可關(guān)斷晶閘管（GTO） 電力晶體管（GTR） 功率場效應(yīng)晶體管（P-MOSFET） 絕緣柵雙極晶體管（IGBT） ）

3、集成門極換流晶閘管（IGCT） 智能功率模塊(1PM),本章要點,第二章 變頻器常用電力電子器件,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,5,1、結(jié)構(gòu)： 功率二極管的內(nèi)部是P-N或P-I-N結(jié)構(gòu) ，圖示為功率二極管的電路符號和外形。 2、符號： a) b)

4、 c) 圖2-1 功率二極管的符號和外形 a) 功率二極管的符號 b) 螺旋式二極管的外形 c) 平板式二極管的外形,2.1 功率二極管（D）,2.1.1率二極管功結(jié)構(gòu)與V-A特性,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版

5、）》第2章,6,3、 伏安特性,功率二極管的陽極和陰極間的電壓和流過管子的電流之間的關(guān)系稱為伏安特性，其伏安特性曲線如圖所示。 正向特性：當(dāng)從零逐漸增大正向電壓時，開始陽極電流很小，當(dāng)正向電壓大于0.5V時，正向陽極電流急劇上升，管子正向?qū)ā?反向特性：當(dāng)二極管加上反向電壓 時，起始段的反向漏電流也很小，而且 隨著反向電壓增加，反向漏電流只略有 增大，但當(dāng)反向電壓增加到反向不重復(fù) 峰值電

6、壓值時，反向漏電流開始急劇增 加。,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,7,2.1.2 功率二極管的主要參數(shù),1. 額定正向平均電流IF 在規(guī)定的環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，元件所允許長時間連續(xù)流過50Hz正弦半波的電流平均值。 2. 反向重復(fù)峰值電壓URRM 在額定結(jié)溫條件下，取元件反向伏安特性不重復(fù)峰值電壓值URSM的80%稱為反向重復(fù)峰值電壓URRM。 3. 正向平均電壓UF （管壓降） 在

7、規(guī)定環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，元件通過50Hz正弦半波額定正向平均電流時，元件陽極和陰極之間的電壓的平均值,通常為0.45-1V。,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,8,2.1.3 功率二極管的選用,1. 選擇額定正向平均電流IF 的原則 IDn = 1.57 IF =(1.5～2) IDM 2. 選擇額定電壓URRM 的原則 URRM =（2～3）UDM,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2

8、章,9,2.1.4 功率二極管的分類,功率二極管一般分為三類：(1)標(biāo)準(zhǔn)或慢速恢復(fù)二極管；（工頻整流）(2)快速恢復(fù)二極管；（中、高頻電路）(3)肖特基二極管。（高頻電路）,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,10,2.2 晶閘管（SCR）,2.2.1 晶閘管的結(jié)構(gòu) 1、結(jié)構(gòu)：晶閘管是四層（P1N1P2N2）三端（A、K、G）器件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路如圖所示。 a)

9、 b) c) 圖2-3 晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及等效電路 a) 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) b) 以三個PN結(jié)等效 c) 以互補三極管等效,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,11,2、晶閘管的外形及符號,a) b)

10、 c) 圖2-4 晶閘管的外形及符號 a) 晶閘管的符號 b）螺栓式外形 b）帶有散熱器平板式外形A –陽極 K—陰極 G—門極,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,12,2.2.2 晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷控制,晶閘管的導(dǎo)通控制： 在晶閘管的陽極和陰極間加正向電壓，同時在它的門極和陰極間也加正向電壓形成觸發(fā)電流，即可使晶閘管導(dǎo)通。導(dǎo)通的晶閘管的關(guān)斷控制：

11、 令門極電流為零，且將陽極電流降低到一個稱為維持電流的臨界極限值以下。,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,13,2.2.3 晶閘管的陽極伏安特性,晶閘管的陽極與陰極間的電壓和陽極電流之間的關(guān)系，稱為陽極伏安特性。 圖2-5 晶閘管的陽極伏安特性,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,14,2.2.4 晶閘管的參數(shù)（P

12、12）,1. 正向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓ＵDRM 2. 反向重復(fù)峰值電壓ＵRRM 3. 通態(tài)平均電壓ＵT(AV) 4. 晶閘管的額定電流ＩT(Ａv) 5. 維持電流ＩH 6. 擎住電流ＩL,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,15,2.2.5 晶閘管的門極伏安特性及主要參數(shù),1. 門極伏安特性 門極伏安特性是指門極電壓與電流的關(guān)系，晶閘管的門極和陰極之間只有一個PN結(jié)，所以電壓與電流的關(guān)

13、系和普通二極管的伏安特性相似。門極伏安特性曲線如圖2-6所示。 圖2-6,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,16,2. 門極主要參數(shù) （13）,（1）門極不觸發(fā)電壓ＵGD和門極不觸發(fā)電流ＩGD （2）門極觸發(fā)電壓ＵGT和門極觸發(fā)電流ＩGT （3）門極正向峰值電壓ＵGM、 門極正向峰值電流ＩGM和門極峰值功率ＰGM,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,17,2

14、.2.6 晶閘管觸發(fā)電路,1.晶閘管對觸發(fā)電路的要求 ① 觸發(fā)脈沖應(yīng)具有足夠的功率和一定的寬度； ② 觸發(fā)脈沖與主電路電源電壓必須同步； ③ 觸發(fā)脈沖的移相范圍應(yīng)滿足變流裝置提出的要求。2. 觸發(fā)電路的分類 依控制方式可分為相控式、斬控式觸發(fā)電路； 依控制信號性質(zhì)可分為模擬式、數(shù)字式觸發(fā)電路； 依同步電壓形成可分為正弦波同步、鋸齒波同步觸發(fā)電路等。,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,18

15、,2.2.7 晶閘管的保護(hù),1.晶閘管的過電流保護(hù) 1) 快速熔斷器保護(hù) (見下圖） 2）過電流繼電器保護(hù)。過電流繼電器可安裝在交流側(cè)或直流側(cè)。 3）限流與脈沖移相保護(hù)。,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,19,工作原理：當(dāng)主電路過電流時，電流反饋信號電壓Ufi增大，穩(wěn)壓管VS被擊穿，晶體管V導(dǎo)通，直流快速靈敏繼電器KA得電并自鎖，并斷開了電源接觸器KM 吸引線圈電壓，使KM失電切斷主電路交流電源，以達(dá)到過電

16、流保護(hù)的目的。過電流故障排除后，想要恢復(fù)供電，先按下復(fù)位按鈕SB，KA失電，其KA常閉觸點閉合，按下主電路起動按鈕SB2，KM 得電接通主電路交流電源，恢復(fù)正常供電。調(diào)節(jié)電位器RP，可以很方便地調(diào)節(jié)過電流跳閘動作電流的大小。,2）過電流繼電器保護(hù),,,主電路,,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,20,3）限流與脈沖移相保護(hù),工作原理：與電子過電流跳閘電路相似，當(dāng)主電路出現(xiàn)過電流時，電流反饋信號電壓Ufi增大，穩(wěn)壓管V1被擊穿，V2

17、晶體管注入基極電流，使晶體管V2輸出電壓U0降低，于是觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖迅速右移(即移相角α增大)，使主電路輸出整流電壓迅速減小，負(fù)載電流也迅速減小，達(dá)到限流目的。,主電路,,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,21,2. 晶閘管過電壓保護(hù),晶閘管過電壓產(chǎn)生的原因主要有：關(guān)斷過電壓、操作過電壓和浪涌過電壓等。對過電壓的保護(hù)方式主要是接入阻容吸收電路、硒堆或壓敏電阻等。圖2-8為交流側(cè)接入阻容吸收電路的幾種方法。

18、硒堆或壓敏電阻的聯(lián)結(jié)方法與此相同。,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,22,交流側(cè)接入阻容吸收電路的幾種方法,圖2-8,,,,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,23,,由于發(fā)生雷擊或從電網(wǎng)侵入的高電壓干擾而造成的晶閘管過電壓，稱為浪涌過電壓。,,硒堆元件保護(hù)：,交流側(cè)浪涌過電壓,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,24,門極關(guān)斷晶閘管GTO（gate turn off thyristor）。它與普通晶閘管相比，屬

19、“全控型器件”或“自關(guān)斷器件”，既可控制器件的開通，又可控制器件的關(guān)斷。因此，使用GTO的裝置與使用普通型晶閘管的裝置相比，具有主電路器件少，結(jié)構(gòu)簡單；裝置小巧；無噪聲；裝置效率高；易實現(xiàn)脈寬調(diào)制，可改善輸出波形等優(yōu)點。,2.3 門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,25,GTO的結(jié)構(gòu)也是四層三端器件

20、 a) b) 圖2-9 GTO的結(jié)構(gòu)與符號 a) GTO的結(jié)構(gòu)剖面 b) 圖形符號,,2.3.1 GTO的結(jié)構(gòu)與原理,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,26,2.2.1 門極關(guān)斷晶閘管的特性及參數(shù),1．GTO的特性,下圖為GTO的工作電路

21、簡圖。A、K和G分別為GTO的陽極、陰極和門極，EA和RK分別為工作電壓和負(fù)載電阻；EG1和RG1分別為正向觸發(fā)電壓和限流電阻；EG2和RG2分別為反向關(guān)斷電壓和限流電阻。當(dāng)S置于“1”時，GTO導(dǎo)通，陰極電流IK＝IA十IG。當(dāng)S置于“2”時，GTO關(guān)斷。,,,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,27,2. GTO的主要參數(shù),1. 最大可關(guān)斷陽極電流ＩＡTO 通常將最大可關(guān)斷陽極電流ＩＡTO作為GTO的額定電流。2.

22、關(guān)斷增益βoff 關(guān)斷增益βoff為最大可關(guān)斷陽極電流ＩATO與門極負(fù)電流最大值ＩGM之比，其表達(dá)式為 βoff ＝ＩATO/│ＩGM│ βoff比晶體管的電流放大系數(shù)β小得多，其值愈大，說明門極電流對陽極電流的控制能力愈強一般只有５左右。,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,28,2.3.3 GTO的門極控制,,,,,,晶閘管,GTO橋式門極驅(qū)動電路,1.開通控制： 當(dāng)V1與

23、V2飽和導(dǎo)通時，形成門極正向觸發(fā)電流，使 GTO導(dǎo)通；2.斷開控制： 當(dāng)觸發(fā)VT1、VT2這兩只普通晶閘管導(dǎo)通時，形成較 大的門極反向電流，使GTO關(guān)斷。,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,29,2.3.4 GTO的緩沖電路,圖2-13 GTO斬波器及其保護(hù)電路 圖中R、L為負(fù)載，VD為續(xù)流二極管， LA是GTO導(dǎo)通瞬間限制di／dt的電感。RsCs和VDs

24、組成了緩沖電路。 GTO的陽極電路串聯(lián)一定數(shù)值的電感LＡ來限制di／dt 。,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,30,2.4 電力晶體管（GTR）,2.4.1 GTR的結(jié)構(gòu) 工作狀態(tài)：GTR作為開關(guān)器件圖2-14 GTR 摸塊a) GTR的結(jié)構(gòu)示意圖 b)GTR摸塊的外形　c) GTR摸塊的等效電路,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,31,2.4.2 GTR的參數(shù),(1) 反向擊穿電壓

25、UCEO：既基極開路CE間能承受的電壓。 (2) 最大電流額定值ICM ： (3) 最大功耗額定值PCM晶體管功耗的大小主要由集電結(jié)工作電壓和工作電流的乘積來決定，它將轉(zhuǎn)化為熱能使晶體管升溫，晶體管會因溫度過高而燒壞。（4）開通時間ton：包括延遲時間td和上升時間tr。（5）關(guān)斷時間ｔoff：包括存儲時間ｔs和下降時間ｔf 。,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,32,2.4.3 二次擊穿現(xiàn)象,當(dāng)集電極電壓UCE逐漸增加

26、，到達(dá)某一數(shù)值時，如上述UCEO，IC劇增加，出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。首先出現(xiàn)的擊穿現(xiàn)象稱為一次擊穿，這種擊穿是正常的雪崩擊穿。這一擊穿可用外接串聯(lián)電阻的辦法加以控制，只要適當(dāng)限制晶體管的電流(或功耗)，流過結(jié)的反向電流不會太大，進(jìn)入擊穿區(qū)的時間不長，一次擊穿具有可逆性，一般不會引起晶體管的特性變壞。 但是，一次擊穿出現(xiàn)后若繼續(xù)增大偏壓UCE，而外接限流電阻又不變，反向電流IC將繼續(xù)增大，此時若GTR仍在工作，GTR的工

27、作狀態(tài)將迅速出現(xiàn)大電流，并在極短的時間內(nèi)，使器件內(nèi)出現(xiàn)明顯的電流集中和過熱點。電流急劇增長，此現(xiàn)象便稱為二次擊穿。一旦發(fā)生二次擊穿，輕者使GTR電壓降低、特性變差，重者使集電結(jié)和發(fā)射結(jié)熔通，使晶體管受到永久性損壞。,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,33,2.4.4 GTR的驅(qū)動電路,抗飽和恒流驅(qū)動電路 圖2-16 抗飽和恒流驅(qū)動電路,,抗飽和二極管,,《變頻器

28、原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,34,2.4.5 GTR的緩沖電路,緩沖電路也稱為吸收電路，它是指在GTR電極上附加的電路，通常由電阻、電容、電感及二極管組成，如圖2-17所示為緩沖電路之一。 圖2-17 GTR的緩沖電路,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,35,2.5 功率場效應(yīng)晶體管（P-

29、MOSFET）,2.5.1 功率場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu) a) b) 圖2-18 P-MOSFET的結(jié)構(gòu)與符號 a) P-MOSFET的結(jié)構(gòu) b) P-MOSFET符號,,,,,,,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,36,2.5.2

30、P-MOSFET的工作原理,當(dāng)漏極（D）接電源正極，源極（S）接電源負(fù)極，柵（G）源之間電壓為零或為負(fù)時，Ｐ型區(qū)和Ｎ-型漂移區(qū)之間的ＰＮ結(jié)反向，漏源之間無電流流過。 如果在柵極和源極加正向電壓UGS，不會有柵流。但柵極的正電壓所形成電場的感應(yīng)作用卻會將其下面Ｐ型區(qū)中的少數(shù)載流子電子吸引到柵極下面的Ｐ型區(qū)表面。當(dāng)UGS大于某一電壓值UT時，柵極下面Ｐ型區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，使Ｐ型半導(dǎo)體反型成Ｎ型半導(dǎo)體，溝通了漏極和源極，形成漏極

31、電流ID。電壓UT稱為開啟電壓，UGS超過UT越多，導(dǎo)電能力越強。漏極電流ID越大。,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,37,2.5.3 P-MOSFET的特性,１. 轉(zhuǎn)移特性 ２．輸出特性 柵源電壓與漏極電流 漏源電壓與漏極電流,可調(diào)電阻,雪崩區(qū),飽和區(qū),《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,38,,３. 開關(guān)特性,柵極脈沖,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,39,2.5

32、.4 P-MOSFET的主要參數(shù) （P23）,1. 漏源擊穿電壓BUDS 2. 漏極連續(xù)電流ID和漏極峰值電流IDM 3. 柵源擊穿電壓BUGS 4. 開啟電壓UT 5. 極間電容,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,40,2.5.5 Ｐ-ＭＯＳＦＥＴ的柵極驅(qū)動,1）觸發(fā)脈沖的前后沿要陡峭，觸發(fā)脈沖的電壓幅值要高于器件的開啟電壓，以保證Ｐ-ＭＯＳＦＥＴ的可靠觸發(fā)導(dǎo)通。 2）開通時以低電阻對柵極電容充電，關(guān)斷時為

33、柵極電容提供低電阻放電回路，減小柵極電容的充放電時間常數(shù)，提高Ｐ-ＭＯＳＦＥＴ的開關(guān)速度。 3）Ｐ-ＭＯＳＦＥＴ開關(guān)時所需的驅(qū)動電流為柵極電容的充放電流。Ｐ-ＭＯＳＦＥＴ的極間電容越大，所需的驅(qū)動電流也越大。為了使開關(guān)波形具有足夠的上升和下降陡度，驅(qū)動電流要具有較大的數(shù)值。,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,41,2.5.6 P-ＭＯＳＦＥＴ的保護(hù),1. 工作保護(hù) 柵源過電壓的保護(hù) 漏源過電壓

34、的保護(hù) 過電流保護(hù) 2. 靜電保護(hù) 器件應(yīng)存放在抗靜電包裝袋、金屬容器或?qū)щ姴牧习b袋中，工作人員取用器件時，必須使用腕帶良好接地，且應(yīng)拿器件管殼，不要拿引線； 安裝時，工作臺和電烙鐵應(yīng)良好接地； 測試時，測量儀器和工作臺要良好接地，器件的三個電極必須都接入測試儀器或電路，才能施加電壓。改換測試時，電壓和電流要先恢復(fù)到零。,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,42,2.6 絕緣柵雙極晶體管（I

35、GBT）,2.6.1 IGBT的結(jié)構(gòu) a) b) c) d) 　　　　圖2-24　IGBT結(jié)構(gòu)示意圖、電路符號和等效電路a) IGBT模塊 b)IGBT結(jié)構(gòu)示意圖　c)電路符號　d)等效電路,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,43,2.6.2 IGBT的基本特性,1) 傳輸特性

36、 2) 輸出特性,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,44,2.6.3 IGBT的主要參數(shù)（P26）,1)集電極-發(fā)射極額定電壓UCES 2)柵極-發(fā)射極額定電壓UGES 3)額定集電極電流IC， 4)集電極-發(fā)射極飽和電壓UEC(sat) 5)開關(guān)頻率,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,45,2.6.4 IGBT的驅(qū)動電路,1) 驅(qū)動電路與IGBT的連線要盡量短。2) 用內(nèi)阻小的驅(qū)動源對柵極電容充放電。

37、3) 驅(qū)動電路要能傳遞幾十kHz的脈沖信號。4) 驅(qū)動電平+UGE的選擇必須綜合考慮。 5) 在關(guān)斷過程中，應(yīng)施加一負(fù)偏壓UGE。6) 在大電感負(fù)載下，IGBT的開關(guān)時間不能太短， 以確保IGBT的安全。 7) 驅(qū)動電路與控制電路在電位上應(yīng)嚴(yán)格隔離。,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,46,本 章 小 結(jié),功率二極管的結(jié)構(gòu)是一個PN結(jié)，加正向電壓導(dǎo)通，加反向電壓截止，是不可控的單向?qū)ㄆ骷?普通晶閘管（S

38、CR）是雙極型電流控制器件。當(dāng)對晶閘管的陽極和陰極兩端加正向電壓，同時在它的門極和陰極兩端也加適當(dāng)正向電壓時，晶閘管導(dǎo)通。但導(dǎo)通后門極失去控制作用，不能用門極控制晶閘管關(guān)斷，所以它是半控器件。 GTO即可關(guān)斷晶閘管，它的導(dǎo)通控制與SCR一樣，但門極加負(fù)電壓可使GTO關(guān)斷，是全控器件。 GTR是雙極型全控器件，工作原理與普通中小功率晶體管相似，但主要工作在開關(guān)狀態(tài)，不用于信號放大，它承受的電壓和電流數(shù)

39、值大。,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,47,本 章 小 結(jié),功率場效應(yīng)晶體管（P-MOSFET）是單極型全控器件，屬于電壓控制，驅(qū)動功率小。 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）是復(fù)合型全控器件，具有輸入阻抗高、工作速度快、通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、承受電流大等優(yōu)點，是功率開關(guān)電源和逆變器的理想功率器件。 IGCT是將門極驅(qū)動電路與門極換流晶閘管GCT集成于一個整體形成的，是較理想的兆瓦級、中壓開關(guān)器件，非

40、常適合用于6kV和10kV的中壓開關(guān)電路。 智能功率模塊（IPM）是將高速度、低功耗的IGBT，與柵極驅(qū)動器和保護(hù)電路一體化，IPM具有智能化、多功能、高可靠、速度快、功耗小等特點。,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,48,第三章 交-直-交變頻技術(shù),交-直-交變頻器的主電路框圖如圖3-1所示。主電路包括三個組成部分：整流電路、中間電路和逆變電路。 圖3-1 交-直-交變頻器的主電路框圖,《

41、變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,49,3.1 整流電路,3.1.1 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，不可控整流電路按輸入交流電源的相數(shù)不同分為單相整流電路、三相整流電路和多相整流電路。 三相橋式整流電路如圖3-2所示。 圖3-2 三相橋式整流電路,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2

42、章,50,三相不可控整流電路分析,1.組成：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2.原理：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。一個周期內(nèi)，

43、每 只二極管導(dǎo)通1／3周期，即導(dǎo)通角 為120°。通過計算可得到負(fù)載電阻 RL上的平均電壓為 Uo = 2.34U2 (3-1) 圖3-3 三相橋式電路的電壓波形,,,,,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,51,3.1.

44、2 可控整流電路,三相橋式全控整流電路，如圖3-4所示。 圖3-4 三相橋式可控整流電路,,,,,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,52,可控整流電路工作原理,三相交流電源電壓uR、uS、uT正半 波的自然換相點為1、3、5，負(fù)半波的 自然換相點為2、4、6。 當(dāng)α＝0°時，讓觸發(fā)電路先后向各 自所控制的6只晶閘管

45、的門極(對應(yīng)自然 換相點)送出觸發(fā)脈沖，即在三相電源 電壓正半波的1、3、5點向共陰極組晶閘 管VT1、VT3、VT5 輸出觸發(fā)脈沖；在三相 電源電壓負(fù)半波的2、4、6點向陽極組晶 閘管VT2、VT4、VT6 輸出觸發(fā)脈沖，負(fù)載 上所得到的整流輸出電壓ud波形如圖3-5b 所示的由三相電源線電壓uRS、uRT、uST、 uSR、uTR和uRS的正半波所組成的包絡(luò)線 。

46、 圖3-5b 三相橋式全控電路電壓波形,,,,,,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,53,可控整流電路控制原則,1) 三相全控橋整流電路任一時刻必須有兩只晶閘管同時導(dǎo)通，才能形成負(fù)載電流，其中一只在共陽極組，另一只在共陰極組。 2) 整流輸出電壓ud波形是由電源線電壓uRS、uRT、uST、uSR、uTR和uRS的輪流輸出所組成的。晶閘管的導(dǎo)通順序為

47、：（VT6和VT1）→（VT1和VT2）→（VT2和VT3）→（VT3和VT4）→（VT4和VT5）→（VT5和VT6）。 3) 六只晶閘管中每管導(dǎo)通120°，每間隔60°有一只晶閘管換流。 4）觸發(fā)方式：可采用單寬脈沖觸發(fā)，也可采用雙窄脈沖觸發(fā)。,,,,,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,54,不同控制角時輸出電壓波形,α＝60°時的電壓波形

48、 圖3-6 α＝60°時的電壓波形 三相橋式可控整流電路輸出電壓平均值計算三相橋式可控整流電路所帶負(fù)載為電感性時，輸出電壓平均值可用下式計算 Ud=2.34U2cosα (3-2),,,,,,,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,55,3.2 中間電路,變頻器的中間電路有濾波電路和制動電路等不

49、同的形式。 3.2.1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，必須對整流電路的輸出進(jìn)行濾波，以減少電壓或電流的波動。這種電路稱為濾波電路。,,,,,,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,56,1. 電容濾波,通常用大容量電容對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。

50、 二極管整流器在電源接通時，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3-7給出幾種抑制浪涌電流的方式。 a)接入交流電抗 b)接入直流電抗 c)串聯(lián)充電電阻 圖3-7 抑制浪涌電流的方式,,,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,57,,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

51、負(fù)載變動的影響，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3-8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)電動機負(fù)載的濾波后接近于正弦波，如圖3-9所示。 圖3-8 電壓型變頻器的電路框圖 圖3-9 電壓型變頻器的電壓和電流波形,,,,,,,,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,58,2. 電感濾波,采用大容量電感對整流電路輸出電流進(jìn)

52、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3-10所示為電流型變頻器的電路框圖。圖3-11所示為電流型變頻器輸出電壓及電流波形。 圖3-10 電流型變頻器的電路框圖 圖3-11 電流型變頻器輸出電壓及電流波形,,,,,,,,,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,59,3. 制動電路,利用設(shè)置

53、在直流回路中的制動電阻吸收電動機的再生電能的方式稱為動力制動或再生制動。圖3-12為制動電路的原理圖。制動電路介于整流器和逆變器之間，圖中的制動單元包括晶體管VB、二極管VDB和制動電阻RB。如果回饋能量較大或要求強制動，還可以選用接于H、G兩點上的外接制動電阻REB。 圖3-12為制動電路的原理圖,,,,,,,,,,,,《變頻器原理與應(yīng)用（

54、第2版）》第2章,60,3.3 逆變電路的工作原理及基本形式,3.3.1 逆變電路的工作原理 逆變電路也簡稱為逆變器，圖3-13a 所示為單相橋式逆變器，四個橋臂由開關(guān)構(gòu)成，輸入直流電壓E，逆變器負(fù)載是電阻R。當(dāng)將開關(guān)S1、S4閉合，S2、S3斷開時，電阻上得到左正右負(fù)的電壓；間隔一段時間后將開關(guān)S1、S4打開，S2、S3閉合，電阻上得到右正左負(fù)的電壓。我們以頻率f交替切換S1、S4和S2、S3，在電阻上就可以得到圖3-13

55、b所示的電壓波形。 a) 單相橋式逆變電路 b) 工作電壓波形 圖3-13 逆變器工作原理,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,61,3.3.2 逆變電路的基本型式,1.半橋逆變電路 圖3-14a 為半橋逆變電路原理圖，直流電壓Ud加在兩個串

56、聯(lián)的足夠大的電容兩端，并使得兩個電容的連接點為直流電源的中點，即每個電容上的電壓為Ud/2。由兩個導(dǎo)電臂交替工作使負(fù)載得到交變電壓和電流，每個導(dǎo)電臂由一個功率晶體管與一個反并聯(lián)二極管所組成。,a) 半橋逆變電路 b) 工作波形圖3-14 半橋逆變電路及工作波形,,,《變頻器原理與應(yīng)用（第2版）》第2章,62,2. 全橋逆變電路,電路原理如圖3-15a所示。直流電壓Ud接有大

57、電容C，電路中的四個橋臂，橋臂1、4和橋臂2、3組成兩對，工作時，設(shè)t2時刻之前V1、V4導(dǎo)通，負(fù)載上的電壓極性為左正右負(fù)，負(fù)載電流io由左向右。t2時刻給V1、V4關(guān)斷信號，給V2、V3導(dǎo)通信號，則V1、V4關(guān)斷，但感性負(fù)載中的電流io方向不能突變，于是VD2、VD3導(dǎo)通續(xù)流，負(fù)載兩端電壓的極性為右正左負(fù)。當(dāng)t3時刻io降至零時，VD2­、VD3截止，V2、V3導(dǎo)通，io開始反向。同樣在t4時刻給V2、V3關(guān)斷信號，給V1、