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第六章 变频电路
1
浙江大学电气工程学院 -电力电子技术基础 -
2
§ 6— 1、基本概念
一、分类
交 ——直 ——交和交 ——交
二、工作原理
1.交 ——直 ——交变频器（无源逆变器 )
VT1,VT4和 VT2,VT3轮流切换导通,uR为交变电压
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3
§ 6— 1、基本概念
2,交 —— 交变频器
正、反组轮流导通，得交变电压 uR，
幅值：改变 α角；频率：正反组切换率。
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§ 6— 1、基本概念
3,变频器的换流方式
换流概念；直流供电时, 如使已通元件关断
（ 1）, 电网换流
利用电网电压换流, 只适合交 ——交变频器
（ 2）、负载谐振式换流
利用负载回路中形成的振荡特性，使电流自动过零，只要负载电流超前
于电压时间大于 tq，即能实现换流，分串，并联。
VT2,VT3通后，经 VT2,VT3反向加在 VT1,VT4上
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5
§ 6— 1、基本概念
VT1导通,C充电左（ —）右（ +），为换流做准备；
VT2导通,C上电压反向加至 VT1，换流,C反向充电。
（ 4）, 采用自关断器件
（ 3）、强迫换流
附加换流环节，任何时刻都能换流
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6
§ 6—2、负载谐振式逆变器
1.并联谐振式逆变器 2.串联谐振式逆变器
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7
§ 6—3、强迫换流式逆变器
属 180o导电型, 次序 ∶ VT1- VT2- VT3- VT4- VT5- VT6- VT1.
任一瞬间都有三个晶闸管导通，三相电流同时流通 。
串联电感式电压型逆变器
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
导通情况 ∶
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
(1) VT1稳定导通 0-t1
IT1=iA A点与 P点同电位
UC1=0 UC4=Ud,极性上 (十 )下 (一 )
X,Y,A点的电位均为 Ud
(2) 换流阶段 t1=t2
在 tl时刻触通 VT4,C4经过 VT4和
L4放电, UC4上的电压不能突变, L4
两端出现上 (十 )下 (一 )的电压 Ud
工作原理 ∶
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
L1两端也要感应上 (十 )下 (一 )的电压 Ud
即 X点相对 N点的电位由 Ud升至 2Ud,VT1受反压 Ud
iT1,IA降至 0,VT1关断； iT4,0升至 IA
在 C4放电, C1充电过程中, 应满足 uC1+uC2=Ud，
当 uc4=ucl=1/2Ud时, L4和 L1上的电压也均 1/2Ud，
故 X点电位为 Ud,则 VTl反压 =0。 从 t到此刻的时间即为 VTl承受反
压时间 tυ
结束时,uC4=0,X点,Y点和 A点电位也都为零,ucl=Ud
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
(3)环流阶段 t2-t3
t=t2时, iT4=Im,随后小 iT4下降, 在 L4两端产生上 (一 )下 (十 )的感应
电势,使 VD4受正向电压而导通 。 在此期间 VD4上通过两个电流 ∶
(a)沿 VD4,L4,VT4形成的环流, 使 L4中的能量消耗在放电回路
电阻上；
(b)沿 VD4,A相负载, 电源回路的电流, 将负载电感中的能量反
馈到直流电源,
iD4=IA+iT4
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
(4)反馈阶段 t3-t4
t=t3时, 环流衰减至零, VT4关断, 而感性负载电流 iA仍经 VD4
流通, 将负载电感的能量反馈至电源, 当负载电流入下降至零,
整个换流过程即告结束 。
(5)负载电流反向阶段
t=t4,IA=0
由于触发脉冲宽度大于 90o电角度,VT4再次触发导,IA反向
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13
§ 6—3、强迫换流式逆变器
输出电压波形 ∶
0-60o:
uA0 = uB0 = Ud
BAC
BA
ZZZ
ZZ
并
并
?
dd UZZ
Z
U 31
2
2 ?
?
?
dd
BAC
C
docco UZZ
ZU
ZZZ
ZUuu
3
2
2
?????????? 并
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
60o-120o:
uB0 =
CAB
B
d ZZZ
ZU
并?
= - 2/3Ud
uA0 = uC0 =
CAB
CA
d ZZZ
ZZU
并
并
??
= -1/3Ud
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
uAB = uA0 - uB0
uBC = uB0 - uC0
uCA = uC0–uA0
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16
§ 6—4、逆变器的多重化技术
改善方波逆变的输出波形：中小容量：
大容量：多重化技术
思路：用阶梯波逼近正弦波
一, 直接输出多重化逆变器
两个基本型电流型逆变器并联, 相位相差 30o
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17
§ 6—4、逆变器的多重化技术
特点,直接并联, 结构简单, 适用于低压电流
各逆变器功率因数不同, 功率不同, 提供转矩不同, 各整流桥
须独立控制, 整流变压器次级绕组应相互隔离 。
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18
§ 6—4、逆变器的多重化技术
特点,各逆变器输出功率因数, 输出功率相同, 各整流桥使用同一
控制器 。
加变压器可适合高压电机
二, 变压器输出多重化逆变器
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19
§ 6—4、逆变器的多重化技术
三, 谐波分析, 比较
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§ 6—5,PWM逆变器
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21
§ 6—5,PWM逆变器
一, 基本原理
1,单脉冲调制
将 VT1—VT2和 VT4—VT3切换时间错开,
λ变化 =>脉宽也变化,λ=180o, uAB为
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22
§ 6—5,PWM逆变器
uC——三角载波信号电压
uT——控制参考信号电压
u—— 调制脉冲信号, 脉宽
取决于 uT> uC区间大小
2,多脉冲调制
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23
§ 6—5,PWM逆变器
二, 正弦波脉宽调制方法
1,原理,选择正弦波电压作为参考控制信号电压在半周内区间大小不一,
故调制波宽度也不同, 符合正弦变化规律 。
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§ 6—5,PWM逆变器
2,脉宽调制方法
(1)单极性调制
半周期脉冲数为 N,Um为等幅脉冲波幅值, 设与正弦波幅值相等
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
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?
???
?
?
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N
ttdU
U
ii
N
m
m
i
i
i
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180
c o sc o s
180
s i n
1180
1 8 0
??
?
??
?
?
?
?
αi ——半周内第 i个分段的起始点
脉宽
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§ 6—5,PWM逆变器
(2)双极性调制
o ffVTVT
onVTVTuu
o ffVTVT
onVTVTuu
Tc
TC
41
32
32
41
:
:
、
、
、
、
?
?
K
cm
Tm
i U
U
N ?? s i n
180 ??? ?
αk ——半周内第 k个脉冲的中点距正弦波过零点的角度
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§ 6—5,PWM逆变器
(3)同步调制和异步调制
(a)同步调制
三角波频率 fC与正弦波频率 fT（ 相当于逆变器输出频率 ）
同步,fC / fT =Const.
特点：正负半周对称, 无偶次谐波
低频时：高次谐波 ↑,脉冲转矩, 附加损耗, 噪声 ↑
高频时：三角波频率 ↑，元件开关次数 ↑，开关损耗 ↑
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27
§ 6—5,PWM逆变器
(b)异步调制
fC/ fT=变数
通常使三角波频率恒定
特点：正负半周不对称, 出现偶次谐波；
输出电压半周内脉冲次数与输出频率成反比
(c)分级调制
取同步，异步调制之长处
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28
§ 6—6、交 ——交变频电路
一, 工作原理
正组整流, 反组封锁, u上 (+)下 (-)
反组整流, 正组封锁, u上 (-)下 (+)
可得交变电压 f1为切换频率
经晶闸管整流后得到，故不能高于电网频率，最高频率为电网频率的
1/3—1/2
一次变换,η↑，可采用电网换流
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§ 6—6、交 ——交变频电路
三相交 ——交变频器
半波整流,18个元件
桥式整流,36个元件
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30
§ 6—6、交 ——交变频电路
一, 正弦波交 —— 交变频器
方波：
正弦波,
半个周期内，导通组控制角
不是固定值。
??? 90090 ????? ???
近似正弦波
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作业 ∶
P,195 习题 2,4
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一, 逆变器输出谐波的抑制
1.多重化谐波抑制
2.SPWM波形调制抑制
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二, 谐波抑制对策
1.增加整流相数
2.波形叠加 [多重化技术,多组串联技术 ]
3.LC无源滤波
4.静止无功补偿
5.电力有源滤波
第六章 变频电路
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§ 6— 1、基本概念
一、分类
交 ——直 ——交和交 ——交
二、工作原理
1.交 ——直 ——交变频器（无源逆变器 )
VT1,VT4和 VT2,VT3轮流切换导通,uR为交变电压
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§ 6— 1、基本概念
2,交 —— 交变频器
正、反组轮流导通，得交变电压 uR，
幅值：改变 α角；频率：正反组切换率。
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§ 6— 1、基本概念
3,变频器的换流方式
换流概念；直流供电时, 如使已通元件关断
（ 1）, 电网换流
利用电网电压换流, 只适合交 ——交变频器
（ 2）、负载谐振式换流
利用负载回路中形成的振荡特性，使电流自动过零，只要负载电流超前
于电压时间大于 tq，即能实现换流，分串，并联。
VT2,VT3通后，经 VT2,VT3反向加在 VT1,VT4上
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§ 6— 1、基本概念
VT1导通,C充电左（ —）右（ +），为换流做准备；
VT2导通,C上电压反向加至 VT1，换流,C反向充电。
（ 4）, 采用自关断器件
（ 3）、强迫换流
附加换流环节，任何时刻都能换流
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§ 6—2、负载谐振式逆变器
1.并联谐振式逆变器 2.串联谐振式逆变器
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
属 180o导电型, 次序 ∶ VT1- VT2- VT3- VT4- VT5- VT6- VT1.
任一瞬间都有三个晶闸管导通，三相电流同时流通 。
串联电感式电压型逆变器
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
导通情况 ∶
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
(1) VT1稳定导通 0-t1
IT1=iA A点与 P点同电位
UC1=0 UC4=Ud,极性上 (十 )下 (一 )
X,Y,A点的电位均为 Ud
(2) 换流阶段 t1=t2
在 tl时刻触通 VT4,C4经过 VT4和
L4放电, UC4上的电压不能突变, L4
两端出现上 (十 )下 (一 )的电压 Ud
工作原理 ∶
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
L1两端也要感应上 (十 )下 (一 )的电压 Ud
即 X点相对 N点的电位由 Ud升至 2Ud,VT1受反压 Ud
iT1,IA降至 0,VT1关断； iT4,0升至 IA
在 C4放电, C1充电过程中, 应满足 uC1+uC2=Ud，
当 uc4=ucl=1/2Ud时, L4和 L1上的电压也均 1/2Ud，
故 X点电位为 Ud,则 VTl反压 =0。 从 t到此刻的时间即为 VTl承受反
压时间 tυ
结束时,uC4=0,X点,Y点和 A点电位也都为零,ucl=Ud
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
(3)环流阶段 t2-t3
t=t2时, iT4=Im,随后小 iT4下降, 在 L4两端产生上 (一 )下 (十 )的感应
电势,使 VD4受正向电压而导通 。 在此期间 VD4上通过两个电流 ∶
(a)沿 VD4,L4,VT4形成的环流, 使 L4中的能量消耗在放电回路
电阻上；
(b)沿 VD4,A相负载, 电源回路的电流, 将负载电感中的能量反
馈到直流电源,
iD4=IA+iT4
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
(4)反馈阶段 t3-t4
t=t3时, 环流衰减至零, VT4关断, 而感性负载电流 iA仍经 VD4
流通, 将负载电感的能量反馈至电源, 当负载电流入下降至零,
整个换流过程即告结束 。
(5)负载电流反向阶段
t=t4,IA=0
由于触发脉冲宽度大于 90o电角度,VT4再次触发导,IA反向
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
输出电压波形 ∶
0-60o:
uA0 = uB0 = Ud
BAC
BA
ZZZ
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并
并
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3
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
60o-120o:
uB0 =
CAB
B
d ZZZ
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并?
= - 2/3Ud
uA0 = uC0 =
CAB
CA
d ZZZ
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并
并
??
= -1/3Ud
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§ 6—3、强迫换流式逆变器
uAB = uA0 - uB0
uBC = uB0 - uC0
uCA = uC0–uA0
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§ 6—4、逆变器的多重化技术
改善方波逆变的输出波形：中小容量：
大容量：多重化技术
思路：用阶梯波逼近正弦波
一, 直接输出多重化逆变器
两个基本型电流型逆变器并联, 相位相差 30o
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§ 6—4、逆变器的多重化技术
特点,直接并联, 结构简单, 适用于低压电流
各逆变器功率因数不同, 功率不同, 提供转矩不同, 各整流桥
须独立控制, 整流变压器次级绕组应相互隔离 。
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§ 6—4、逆变器的多重化技术
特点,各逆变器输出功率因数, 输出功率相同, 各整流桥使用同一
控制器 。
加变压器可适合高压电机
二, 变压器输出多重化逆变器
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§ 6—4、逆变器的多重化技术
三, 谐波分析, 比较
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§ 6—5,PWM逆变器
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§ 6—5,PWM逆变器
一, 基本原理
1,单脉冲调制
将 VT1—VT2和 VT4—VT3切换时间错开,
λ变化 =>脉宽也变化,λ=180o, uAB为
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§ 6—5,PWM逆变器
uC——三角载波信号电压
uT——控制参考信号电压
u—— 调制脉冲信号, 脉宽
取决于 uT> uC区间大小
2,多脉冲调制
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§ 6—5,PWM逆变器
二, 正弦波脉宽调制方法
1,原理,选择正弦波电压作为参考控制信号电压在半周内区间大小不一,
故调制波宽度也不同, 符合正弦变化规律 。
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§ 6—5,PWM逆变器
2,脉宽调制方法
(1)单极性调制
半周期脉冲数为 N,Um为等幅脉冲波幅值, 设与正弦波幅值相等
?
?
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αi ——半周内第 i个分段的起始点
脉宽
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§ 6—5,PWM逆变器
(2)双极性调制
o ffVTVT
onVTVTuu
o ffVTVT
onVTVTuu
Tc
TC
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180 ??? ?
αk ——半周内第 k个脉冲的中点距正弦波过零点的角度
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§ 6—5,PWM逆变器
(3)同步调制和异步调制
(a)同步调制
三角波频率 fC与正弦波频率 fT（ 相当于逆变器输出频率 ）
同步,fC / fT =Const.
特点：正负半周对称, 无偶次谐波
低频时：高次谐波 ↑,脉冲转矩, 附加损耗, 噪声 ↑
高频时：三角波频率 ↑，元件开关次数 ↑，开关损耗 ↑
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§ 6—5,PWM逆变器
(b)异步调制
fC/ fT=变数
通常使三角波频率恒定
特点：正负半周不对称, 出现偶次谐波；
输出电压半周内脉冲次数与输出频率成反比
(c)分级调制
取同步，异步调制之长处
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§ 6—6、交 ——交变频电路
一, 工作原理
正组整流, 反组封锁, u上 (+)下 (-)
反组整流, 正组封锁, u上 (-)下 (+)
可得交变电压 f1为切换频率
经晶闸管整流后得到，故不能高于电网频率，最高频率为电网频率的
1/3—1/2
一次变换,η↑，可采用电网换流
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§ 6—6、交 ——交变频电路
三相交 ——交变频器
半波整流,18个元件
桥式整流,36个元件
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§ 6—6、交 ——交变频电路
一, 正弦波交 —— 交变频器
方波：
正弦波,
半个周期内，导通组控制角
不是固定值。
??? 90090 ????? ???
近似正弦波
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作业 ∶
P,195 习题 2,4
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一, 逆变器输出谐波的抑制
1.多重化谐波抑制
2.SPWM波形调制抑制
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二, 谐波抑制对策
1.增加整流相数
2.波形叠加 [多重化技术,多组串联技术 ]
3.LC无源滤波
4.静止无功补偿
5.电力有源滤波
