交直交变频技术

交-直-交变频器的主电路包括三个组成部分：整流电路、中间电路和逆变电路。

整流电路把电源提供的交流电压变换为直流电压，电路型式分为不可控整流电路和可控整流电路。

中间电路分为滤波电路和制动电路等不同的形式，滤波电路是对整流电路的输出进行电压或电流滤波，经大电容滤波的直流电提供给逆变器的称为电压型逆变器，经大电感滤波的直流电提供给逆变器的称为电流型逆变器；制动电路是利用设置在直流回路中的制动电阻或制动单元吸收电动机的再生电能实现动力制动。

逆变电路是将直流电变换为频率和幅值可调节的交流电，对逆变电路中功率器件的开关控制一般采用SPWM控制方式。

交-直-交变频器的主电路框图如图所示。主电路包括三个组成部分：整流电路、中间电路和逆变电路。

一、整流电路

1.1 不可控整流电路

不可控整流电路使用的元件为功率二极管，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。

三相桥式整流电路如图

三相不可控整流电路分析

三相桥式整流电路共有六只整流二极管，其中VD1、VD3、VD5三只管子的阴极连接在一起，称为共阴极组；VD4、VD6、VD2三只管子的阳极连接在一起，称为共阳极组。共阴极组三只二极管VD1、VD3、VD5在t1、t3、t5换流导通；共阳极组三只二极管VD2、VD4、VD6在t2、t4、t6换流导通。一个周期内，每只二极管导通1／3周期，即导通角为120°。通过计算可得到负载电阻R L上的平均电压为U o = 2.34U2

三相桥式电路的电压波形

1.2可控整流电路

三相桥式全控整流电路，如图所示。

三相桥式可控整流电路

可控整流电路工作原理

三相交流电源电压u R、u S、u T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。当α＝0°时，让触发电路先后向各自所控制的6只晶闸管的门极(对应自然换相点)送出触发脉冲，即在三相电源电压正半波的1、3、5点向共阴极组晶闸管VT1、VT3、VT5 输出触发脉冲；在三相电源电压负半波的2、4、6点向阳极组晶闸管VT2、VT4、VT6 输出触发脉冲，负载上所得到的整流输出电压u d波形如图3-5b所示的由三相电源线电压u RS、u RT、u ST、u SR、u TR和u RS的正半波所组成的包络线。

三相桥式全控电路电压波

可控整流电路控制原则

1) 三相全控桥整流电路任一时刻必须有两只晶闸管同时导通，才能形成负载电流，其中一只在共阳极组，另一只在共阴极组。

2) 整流输出电压u d波形是由电源线电压u RS、u RT、u ST、u SR、u TR和u RS的轮流输出所组成的。晶闸管的导通顺序为：（VT6和VT1）→（VT1和VT2）→（VT2和VT3）→（VT3和VT4）→（VT4和VT5）→（VT5和VT6）。

3) 六只晶闸管中每管导通120°，每间隔60°有一只晶闸管换流。

4）触发方式：可采用单宽脉冲触发，也可采用双窄脉冲触发。

二、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。

2.1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，但是这种电压或电流含有频率为电源频率6倍的纹波，则逆变后的交流电压、电流也产生纹波。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，必须采取相应措施。图3-7给出几种抑制浪涌电流的方式。

a)接入交流电抗b)接入直流电抗c)串联充电电阻

图-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负载的滤波后接近于正弦波，如图

电压型变频器的电路框图电压型变频器的电压和电流波形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-1所示为电流型变频器的电路框图。图-2所示为电流型变频器输出电压及电流波形。

电流型变频器的电路框图电流型变频器输出电压及电流波形3.制动电路

利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电动机的再生电能的方式称为动力制动或再生制动。图3-12为制动电路的原理图。制动电路介于整流器和逆变器之间，图中的制动单元包括晶体管V B、二极管VD B和制动电阻R B。如果回馈能量较大或要求强制动，还可以选用接于H、G两点上的外接制动电阻R EB。

图为制动电路的原理图

三、逆变电路的工作原理及基本形式

1、逆变电路的工作原理

逆变电路也简称为逆变器，图3-13a 所示为单相桥式逆变器，四个桥臂由开关构成，输入直流电压E，逆变器负载是电阻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f交替切换S1、S4和S2、S3，在电阻上就可以得到图3-13b所示的电压波形。

a) 单相桥式逆变电路

b) 工作电压波形

2 逆变电路的基本型式

1.半桥逆变电路

图a 为半桥逆变电路原理图，直流电压U d加在两个串联的足够大的电容两端，

并使得两个电容的连接点为直流电源的中点，即每个电容上的电压为U d/2。

由两个导电臂交替工作使负载得到交变电压和电流，每个导电臂由一个功率

晶体管与一个反并联二极管所组成。

a)半桥逆变电路