交-交变频器应用研究
交交变频与交直交变频的对比
交直交变频定义
交直交变频是一种将直流电转换为交流电的电力电子技术。
它首先将直流电通过电力电子器件转换成交流电，然后通过 滤波和调节控制，输出所需频率和电压的交流电。
工作原理概述
交交变频器通常由两组反并联的晶闸管组成，通过控制晶闸管的导通角来改变输 入交流电的相位角，从而实现频率的变换。
交直交变频器则是由整流器和逆变器组成，通过控制逆变器的开关状态来改变输 出交流电的频率和电压。
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交交变频与交直交变 频的对比
目录
• 定义与原理 • 电路结构与特点 • 应用场景与优缺点 • 性能参数比较 • 发展趋势与展望
01
定义与原理
交交变频定义
交交变频是一种将工频交流电转换为 另一种频率交流电的电力电子技术。
它通过改变输入交流电的频率，输出 不同频率的交流电，以满足各种电机 调速和控制系统对电源的要求。
交直交变频应用场景
01
新能源领域
在风力发电和太阳能发电等新能源领域，交直交变频器用于控制风力发
电机和太阳能逆变器的运行，实现最大功率点跟踪和并网发电。
02
电动汽车驱动
在电动汽车和混合动力汽车中，交直交变频器用于驱动电动机，实现车
辆的加速、减速和制动等功能。
03
工业传动领域
在工业传动领域，交直交变频器用于控制各种电动机的速度和转矩，实
交交变频和交直交变频技术的不断创新和发展， 将推动电力传动技术的进步和发展。
促进节能减排
推广变频器在各领域的应用，有助于实现节能减 排和绿色发展目标。
ABCD
提高能源利用效率
通过应用变频器技术，实现对电机的高效控制和 精确调速，提高能源的利用效率。
交-交变频器在矿井提升机中的应用
方 向 和 电流 方 向 的 关 系 流 同方 向时
变到零
，
呈 正 弦规 律 变化
每相两组
程 必 须 有两种换 流形 式 ： 换 流过 程 和 换 组 (桥 )过 程 相进 行
，
。
上 就是
个 三 相半波 无换 流 可 逆 整流
。
晶 闸管 整 流 器 的 工 作状 态取 决 干 电压
换 流 过 程是 利 用 电 网 换
电路
，
如 图5 所 示
因 为正
、
反组 不能
因此
，
交 (交
一
直
一
交 间接 变 频 器 由整 流 器
、
负载 较 平 稳 的场 合
。
采用高效 率经 济型 的交流调速
直变流器 )
逆 变 器 (直
一
交 交 交 变 频 器 的原 理
一
系 统 来 取 代 原 有 的 直 流 电动 机 调 速 系
变 流 器 ) 及 中 间直 流 环 节 ( 电 抗 器 )
三 部分组 成
。
统
，
是 电机调 速技 术发 展 的 新 动 向
。
整 流 器 中的 晶 闸 管 用 电
，
以单相输出的交
一
交 变频器 为
一
源 的交流 电压 关 断
逆变器 的 晶闸管
例
，
如 图3 所 示
，
它实质上 是
套三 相
。
交 交 变频 器 的类 型 与特点
一
用 负 载 同 步 电动 机 的 定 子 交 流 电 压 关
；
所有
／2 之 间 变 化
则整流的平均输 出电
，
压 是 }11输 入 电 压 波 形 上 截 取 的 片 段 组
交-交变频器和交直交变频器的工作原理_理论说明
交-交变频器和交直交变频器的工作原理理论说明1. 引言1.1 概述交流变频器和交直交变频器作为电力调节装置在现代工业领域具有广泛的应用。
它们通过控制电压和频率来实现对电动机转速的调节，从而满足不同工况下的需求。
本文将深入探讨这两种变频器的工作原理及其理论说明。
1.2 文章结构本文将分为五个部分进行阐述。
第一部分为引言，介绍文章的背景和目标；第二部分将详细阐述交流变频器的工作原理，包括基本原理、输入输出特性以及控制策略；第三部分将重点讲解交直交变频器的工作原理，包括脉宽调制技术、桥式整流器以及逆变器设计；第四部分将通过建立数学模型并进行系统特性分析，展示这些变频器工作原理的模拟与分析过程；最后一部分是结论，总结文章要点并展望这些变频器在未来的研究意义与发展前景。
1.3 目的本文旨在全面了解和揭示交流变频器和交直交变频器的工作原理，并通过数学模型建立与系统特性分析来更好地理解其原理与工作机制。
通过本文的阅读，读者将能够深入了解交流变频器和交直交变频器在工业领域中的应用以及其对电动机的调节控制效果，为相关技术的研究和实践提供有益参考。
这样会清晰重点说明引言部分的内容。
2. 交流变频器的工作原理:2.1 基本原理：交流变频器是一种电力调节设备，用于将固定频率和振幅的交流电转换为可调节频率和振幅的交流电。
其基本原理是通过控制电压和频率来实现对电机转速的调节。
在交流变频器中，主要由三个部分组成：整流器、逆变器和中间直流环节。
整流器将交流电源转换为直流，并通过逆变器将直流电源再次转换为可调节的交流电源。
2.2 输入输出特性：交流变频器通常具有宽输入电压范围和高输出功率因数。
可以接受不同工作条件下的输入，如不同的供应电压、负载波动等，并产生稳定且可调节的输出。
其中，输入特性包括输入相位角、输入功率因数等；输出特性包括额定输出功率、容量因数、效率等。
这些特性决定了交流变频器在工业应用中的适用性以及对于不同负载情况下的响应能力。
变频器的分类_变频器应用技术1
二、
外形
ABB变频器（瑞士） 变频器（瑞士） 变频器
电 气 自动化
ABB变频器（瑞士） 变频器（瑞士） 变频器
电 气 自动化
富士变频器G11系列 系列 富士变频器
富士变频器GP11系列 系列 富士变频器
富士变频器（日本） 富士变频器（日本）
电 气 自动化
MICROMASTER 440系列
西门子变频器（德国） 西门子变频器（德国）
电 气 自动化
G110系列 系列
西门子变频器（德国） 西门子变频器（德国）
电 气 自动化
西门子变频器（德国） 西门子变频器（德国）
电 气 自动化
变频器外形
FR-E500系列 系列
FR-S500E系列 系列
三菱变频器（日本） 三菱变频器（日本）
电 气 自动化
J7系列 系列
安川变频器（日本） 安川变频器（日本）
电 气 自动化
变频器外形
SB40系列高性能通用型 系列高性能通用型
SB80系列矢量控制型 系列矢量控制型
森兰变频器
电 气 自动化
变频器外形
SB60系列全能王 系列全能王
SB12系列风机 水泵专用 系列风机/水泵专用 系列风机
森兰变频器
电 气 自动化
当中间直流环节采用大电感滤波时，电流波形较平直， 当中间直流环节采用大电感滤波时，电流波形较平直，因而电源内阻抗大 输出是一个恒流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波， ，输出是一个恒流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫电 流型变频器。 流型变频器。
电气自动化
3. 电压型和电流型变频器比较
2.交-交变频器 交 交变频器 交-交变频器是把工频交流电直接变换成不同频率交流电的 交变频器是把工频交流电直接变换成不同频率交流电的 过程，它不通过中间直流环节， 过程，它不通过中间直流环节，故又称为直接变频器或周波变换 因为没有中间环节，仅用一次变换就实现了变频， 器。因为没有中间环节，仅用一次变换就实现了变频，效率较高 主要构成环节如下图所示。 。主要构成环节如下图所示。
交-交变频器原理
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图8－4 (a)f 0 /fI =1/2 (b)f0 /fI =1/3 (c)f 0 /fI =1/6
在交－交变频器中，为了减小谐波含量，降低负载转矩脉动，通常应保证f 0 /f I < 1/3，即f 0 <16.7 Hz 。这也是交－交变频器更 适用于低频低速的应用场合的原因。
图8－3
/dldz/xxyd/jjbp/jjbp_right2.htm[2011-3-31 13:29:51]
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三相零式交交变频器中每一相都是由反并联的两个三相半波整流电路组成，其半波整流电路的基本输出电压与控制角的关 系为： Ud = 1.17 U2 cosa 因为控制角a可以在 0 至 p 之间变化，因此输出电压Ud 可正可负，从而产生交流电压输出，但是一个整流电路只能输出单 一方向的电流，通过正、负两组整流器反并联，即可以产生交流输出电流，从而实现交流输入到交流输出的直接变换。通过控 制电路使三相整流器的工作各差120°，从而实现三相输出，而三相的基本工作原理是相同的。 交－交变频器的输出电压 返回页首 由于三相零式交－交变频器的输出电压波形是由各段整流电压拼接而成，各段电压的平均值按低频正弦变化。因为三相零式 整流电路的平均直流输出电压最大值为相控角 a＝0 时的整流电压：
因此交－交变频器每相输出电压的有效值为：
在理想情况下，用三相零式整流器组成交－交变频器时，其最大输出相电压有效值可以达到电源相电压的83％。在实际运 行中，为了不造成逆变工况的颠覆，a角不能小于某个极限值amin ，以便为逆变的晶闸管留有换相重叠角和恢复阻断的时间。 所以实际情况下相控整流器每相最大输出电压为：
/dldz/xxyd/jjbp/jjbp_right2.htm[2011-3-31 13:29:51]
交—直—交变频器的应用
Ａ ｇ２ ０ ｕ ．０ ８
交一 直一 交 变 频 器 的 应 用
周旭芳 ， 马胜 虎
（ 包钢 钢 联 无 缝 钢 管 厂 ， 蒙 古 包 头 内 ０４１） １０ ０
摘 要 ｉ 章 引 用 变 频 器 的 工 作 原 理 ， ６ Ｅ７ 系 列 交 一 直 一 交 变 频 器 的 预 充 电 、 始 化 、 道 参 文 对 Ｓ ０ 初 通
维普资讯
第 １ ５期 总 第 济
Ｉ ｎ ｒＭ ｏ ｇ ｌ ｃｅ ｃ ｃ ｎ ｌｇ ＆ Ｅｃ ｎ ｍｙ ｎ ｅ ｎ ｏｉ Ｓ ｉｎ ｅＴｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｏｏ
Ｎ ｏ． ５，ｔ ｅ １ ９ｔ Ｓ ｕ １ ｈ ６ ｈ ｉＳ ｅ
脉 宽 调制 是 利 用 逆变 器本 身 具 有 的开 关元 件 ，
由控 制 电路 按 一 定 的 规 律 控 制 开 关 元 件 的 通 断 ， 使 逆 变 器 输 出 波 形 成 为 一 组 等 幅 不 等 宽 的 矩 形 脉 冲
当 变 频 器 降 频 时 ， 流 电 机 因 于 惯 性 作 用 瞬 时 不 能 交
需 要 设 换 向装 置 。 Ｉ Ｔ 组 成 的 脉 宽 调 制 型 变 频 器 ＧＢ
如 图 １ 。
自动 化 改 造 的 需 要 。 本 文 系 统 地 分 析 了 ６ Ｅ７ 系 Ｓ ０
统 交 一直 一交 变 频 器 的 工 作 原 理 ， 数 设 定 和 实 际 参 应 用 ， 出 可 靠 、 用 的 数 据 及 步 骤 ， 方 便 广 大 职 得 实 以 工 掌 握 西 门 子 ６ Ｅ７ 系 列 交 一 直 一 交 变 频 器 的 应 Ｓ ０ 用 ， 好 地为生 产服 务 。 更
器 中通 过 脉 宽 调 制 实 现 的 。 通 过 选 择 适 当 的 触 发 模
变频器种类、特点、应用场合、选型
常用的变频器有哪几种？它们各自有什么特点及其应用场合？常用的变频器有交一直一交电压型变频器、交一直一交电流型变频器、交一交变频器和脉宽调制( PWM)变频器。
(1)交一交变频器是直接将电网的交流电变换为电压和频率都可调的交流电，电路构成简单，效率高，低速大容量时经济，最高频率一般只能达到电源频率的1/2—1/3，适用于低频大容量的调速系统。
(2)交一直一交电流型变频器的特点是在逆变器的直流侧串联平波电抗器，使直流电平直，形成电流源，可以方便地实现负载能量向电网回馈，可以快速、频繁地实现四象限运行，同时可以实现电流的闭环控制，提高了装置的可靠性。
适用于单机快速调速系统。
(3)交一直一交电压型变频器在直流侧并联大客量滤波电容以缓冲无功功率，直流电源阻抗小，形成电压源；能量回馈电网较难，只能能耗制动，适用于小容量和频率不高的调速系统。
(4) PWM变频器的特点是调频和调压都由逆变器完成，二极管整流提供恒定的直流电压；变频功率因数高，调节速度快；输出电压和电流波形接近正弦波，改善了由矩形波引起的电动机发热、转矩降低等电动机运行性能，适用于单台或多台电动机并联运行，动态性能要求高的调速系统。
变频器选型应从以下几个方面考虑：（一）变频器类型选择变频器可分为通用型和专用型，一般的机械负载和要求高过载情况，选择通用型变频器。
专用型变频器又可分为风泵专用型、电梯专用型、张力控制专用型等。
根据自身应用环境加以选择。
(二）变频器容量选择变频器的容量选择是最重要的，应从负载的实际负荷电流、启动转矩、控制方式来合理选择。
如负载是风机、水泵，则选择风泵专用型与电机同功率即可；对罗茨风机和深井泵应选择风泵专用型比电机功率大一档的变频器。
启动转矩是容易忽视的选项，对大的惯量负载，变频器可能要比电机功率加大数档。
（三) 变频器性价比选择变频器的性价比是仁者见仁，智者见智。
在这里不多说了（四）变频器售后服务选择变频器的售后服务是选择品牌的关键，进口品牌质量可靠，价格高，售后服务好，但是过了保修期，维修的价格非常高。
交--交变频器与交--直--交变频器有什么区别
1交直交电压型变频器，此类变频器价格比较贵，另外技术上存在二大问题，一是存在中间整流滤波环节，故效率比较低，二是当电动机处于发电状态能量返回电网困难，通常是接通电阻回路把能量消耗掉，这样一方面增大设备的体积，另一方面能量未得到利用，是极大的浪费，为了使能量能得到利用，可增加有源逆变电路，但这又增加成本和电路的复杂性。
交交变频器其工作原理是将三相工频电源经过几组相控开关控制直接产生所需要变压变频电源，其优点是效率高，能量可以方便返回电网，其最大的缺点输出的最高频率必须小于输入电源频率1/3或1/2，否则输出波形太差，电机产生抖动，不能工作。
故交交变频器至今局限低转速调速场合，因而大大限制了它的使用范围。
2交- 交变频技术交-交变频器采用晶闸管自然换流方式，工作稳定，可靠，适合作为双馈电机转子绕组的变频器电源，交交变频的最高输出频率是电网频率的1/3-1/2，在大功率低频范围有很大的优势。
交交变频没有直流环节，变频效率高，主回路简单，不含直流电路及滤波部分，与电源之间无功功率处理以及有功功率回馈容易。
虽然交交变频双馈系统得到了普遍的应用，但因其功率因数低，高次谐波多，输出频率低，变化范围窄，使用元件数量多使之应用受到了一定的限制。
矩阵式变频器是一种交交直接变频器，由九个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。
矩阵变换器没有中间直流环节，输出由三个电平组成，谐波含量比较小；其功率电路简单、紧凑，并可输出频率、幅值及相位可控的正弦负载电压；矩阵变换器的输入功率因数可控，可在四象限工作。
虽然矩阵变换器有很多优点，但是在其换流过程中不允许存在两个开关同时导通的或者关断的现象，实现起来比较困难。
矩阵变换器最大输出电压能力低，器件承受电压高也是此类变换器一个很大缺点。
应用在风力发电中，由于矩阵变换器的输入输出不解耦，即无论是负载还是电源侧的不对称都会影响到另一侧。
另外，矩阵变换器的输入端必须接滤波电容，虽然其电容的容量比交直交的中间储能电容小，但由于它们是交流电容，要承受开关频率的交流电流，其体积并不小。
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交-交变频器应用研究
发表时间：2019-07-05T15:04:36.680Z 来源：《电力设备》2019年第4期作者：仇楷
[导读] 摘要：20世纪30年代交交变频电路就已经出现，当时采用的是水银整流器，曾经有装置用在电力机车上，由于原件性能的限制，没能得到推广。
(阜阳华润电力有限公司)
摘要：20世纪30年代交交变频电路就已经出现，当时采用的是水银整流器，曾经有装置用在电力机车上，由于原件性能的限制，没能得到推广。
到20世纪70年代，随着晶闸管的问世交交变频电路曾经广泛应用于电机的变频调速。
20世纪80年代随着全控器件的广泛应用，交交变频电路逐渐被交直交变频电路取代。
近年来随着现代工业生产及社会发展的需要推动了交交变频技术的飞速发展，现代电力电子器件的发展和应用、现代控制理论和控制器件的发展和应用、微机控制技术及大规模集成电路的发展和应用为交流变频技术的发展和应用创造了新的物质和技术条件，交交变频电路又逐渐成为研究的热点。
关键词：交交变频器；应用；研究
一、交交变频器的基本原理
采用晶闸管的交-交变频器电路，将电网交流电变成电压和频率可调的低频交流电。
大功率同步电动机使用的是三相输出的交交变频电路（又称三相交交变频电路），其原理与单相输出的交交变频电路（又称单相交交变频电路）相同。
三相交交变频电路的输出电压的频率越低，每个周期所含的工频相电压的波头数越多，因此就可以得到正弦度非常好的电压波形，谐波分量小，而随着其输出频率的增加，输出电压的谐波分量会大幅度的增加导致变频器出力降低，负载电动机脉动转矩增大，损耗增加，因此交交变频器最大输出频率为电网工频的1/3～1/2，对于50Hz工频的交流电压，交交变频器输出电压的频率最高为16.6~25Hz。
二、交交变频器系统应用研究
1.交交变频器组成部分
交交变频器系统由主电路、系统保护电路和控制电路组成
其中主电路部分由整流电路、滤波电路、逆变电路(IPM)和IPM驱动电路与吸收电路组成；系统保护电路包括过压、欠压保护、限流启动、IPM故障保护与泵升控制等；控制电路包括DSP最小系统电路、频率输入电路、光耦隔离电路等。
2.交交变频器应用举例---交流提升机控制系统
（1）交流提升机控制系统多种方案的比较
矿井提升机所使用的交流绕线式电动机通常是靠切换其转子电阻来进行调速的。
但电动机依靠转子电阻获得的低速，其运行特性较软。
当提升容器通过给定的减速点时，由于负载的不同，而将得到不同的减速度，不能达到稳定的低速爬行，最后导致停车位置不准，不能正常装卸载。
通过操作人员同时施用机械闸，利用闸制动和电机拖动的合成特性来得到要求的减速度及低速爬行。
这样做，不仅耗电量大，闸瓦磨损大，而且操作人员工作非常紧张，安全性、可靠性差。
晶闸管串级调速自动化提升机，可以获得较好的控制特性。
但电控设备多、容量大。
为获得减速阶段的制动力矩，还需一套动力制动装置，因而使系统复杂，投资增加。
特别是对于500kW以上的绕线电动机，其转子电压约为700V左右，使晶闸管装置的选择带来困难。
当交流提升机只采用动力制动时，减速爬行阶段就要出现制动－电动、电动－制动的多次转换，才能获得平均的、而非平稳的爬行速度，能满足爬行距离较长的提升机。
这种方法要求主减速器有两个主轴，并增加气囊离合器，增加了机械结构和制造过程的复杂性。
动力制动的最大弱点是不能提供正力矩。
当系统需要低速正力爬行时，要从动力制动转换到高压状态工作，实行爬行阶段二次给电的脉冲爬行。
这种方法机械特性较软，不易控制。
采用低频制动，即将电动机定子绕组从三相电网（6kV，50Hz）上断开后，接至电压相序相同的低频电源上。
提升机低频拖动在减速阶段使电动机运行在再生发电制动区内，在爬行阶段运行电动区内。
并且，提升电动机由制动状态到电动状态是自然过渡的。
交交变频器作为一种在大功率、低速范围内得到很好应用的交流调速方案，其频率范围容易调节，作为低频电源适用于各种作业的交流提升机。
主电路接线及其特点SIMOREGK6RA24是SIEMENS生产的一种紧凑式三相交流直接供电的全数字直流调速装置，设计电流范围15A～120A。
其基于高性能的16位微处理器，采用参数组态方式用软件实现调速传动控制系统的各种控制功能，具有较高技术水平。
该系统构成为三相桥式6脉波接线交交变频器。
相电压分别为UOR，UOS，UOT，彼此相差120°，作为三相电压输出。
这种联结可使在选用的晶闸管承受电压较低的情况下，提高装置的输出电压。
如果3个相电压中含有同样的直流分量，由于采用星形联结，线电压中不含有直流分量，变频器输出到负载的电压波中也不会出现直流分量。
从而改善了变频器的输入功率因数。
如果3个相电压中含有3,6,9等次谐波，由于这些谐波彼此同相，在该接线（Y接输出）中也相互抵消，不反映到负载及线电压中去，即输出相电压中的3倍频谐波不会传到电动机端。
因此，该系统输出功率大，高次谐波少，输出波形好，工作可靠。
控制系统构成：低频制动方式，使提升机在减速段可将部分机械能转变为电能回馈到电网，并自然过渡到爬行阶段，实现稳定的低速爬行。
通过采用数字控制技术，其控制性能得到大大改善。
本系统为速度、电流双闭环控制，充分利用了SIMOREGK6RA24的基本控制功能。
主要由主机板；信号板；光电隔离开关量输入、输出板；智能化A/D，D/A板；总线板组成。
3个电流反馈信号经电流互感器检测，并由两对采样开关整形后送入单片机；速度给定及速度反馈信号经滤波电路和绝对值电路变换后送入各组单片机。
电流和速度调节均由计算机软件完成。
数字触发脉冲信号由单片机的6个高速通道输出，并由高频调制信号一起送入逻辑门阵列电路，变换成互差60°的双脉冲列，再经放大和隔离，分别去触发各相功率组件。
所有调节和控制全数字化，保证了系统的调节精度。
（2）交交变频器用于交流提升机控制系统的研究
传动装置的工作状态通过开关选择。
“内控”时通过主机面板按键进行参数设置和装置调试；“外控”时由操作台接通传动装置，通过主机串行接口RS232（485）施加主给定，使交流提升机低频制动过程操作实现自动化。
同时可利用6RA24的状态字观察晶闸管工作状态反馈信号，读出实际值及参数组的写入和储存，完成各数据与PC的通讯。
三、应用效果
该交交变频全数字拖动控制系统就用于某矿主井，提升机型号JKMD－2.25×4E，AC6kV，800kW。
其定转子回路采用真空接触器换向，整个操作过程为PLC控制带CRT监控。
中信重机自动化工程公司制造安装，2011年12月投入使用。
技术性能完全达到设计要求，运行效
果良好，保证了提升设备的安全生产。
四、结论
随着社会的进步和科学技术的发展，在电机调速技术方面也得到飞速发展有传统的调速技术逐步发展到现在的交交变频器技术，该技术的应用大大提高了电机的调节的精准度，使得交流调速结构简单，大大降低了成本，也提高了效率。
为此，交交变频器得到了广泛的应用，给我们的生活、生产带来了便利。
随着交交变频器的智能化的发展，将使得该技术得到更广泛的应用。
参考文献:
[1] 江明，王伟.变频调速技术的发展概况及趋势[J].安徽机电学院学报，2002，17(4)：34-37.
[2] 满永奎.通用变频器及其应用[M].北京:机械工业出版社.2002,65-67
[3] 张燕宾.SPWM变频调速应用技术[M].北京:机械工业出版社,2002.9.
[4] 陈伯时.电力拖动自动控制系统[M],第3版.北京:机械工业出版社,2003.7.
作者简介：仇楷（1988年）男，阜阳华润电力有限公司发电部，大学本科，助理工程师，主要负责火力发电厂电气及其附属设备的运行调整。