学习情境2变频器的结构、原理分析-2.ppt

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1、通用变频器原理及应用四川机电职业技术学院.电子电气工程系8/9/20211学习情境2：变频器的结构、原理分析-28/9/20212学习情境2：变频器的结构、原理分析-2知识目标：1、了解矢量控制变频器基本原理；2、认识通用变频器在采用不同分类方法的各类型变频器的特性；3、掌握通用变频器的基本结构、原理；4、掌握通用变频器的SPWM控制的实现和优势。能力目标：1、掌握IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统组成。2、掌握SPWM、矢量调制方式下V/F曲线测定方法。2.4通用变频器中的逆变器及其PWM控制前言：脉宽调制（PWM）变频的设计思想，源于通信

2、系统中的载波调制技术。PWM变频器的应用，为近代变频技术开辟了新的发展领域，目前PWM已成为现代变频器产品的主导设计思想。本节主要讲解“二极管整流器-IGBT逆变器”构成的“交-直-交变压变频电路”。8/9/202142.4.1PWM电路的组成由“二极管整流器-IGBT逆变器”构成的“交-直-交变压变频电路”的原理图如图2-21所示。图2-21交-直-交变压变频电路的原理图8/9/20215在交-直-交变压变频器中，又可分为电流源型和电压源型。电流源型的变频器如图2-22a所示,电压源型的变频器如图2-22b所示。图2-22电流型变频器和电压型变频

3、器a)电流型变频器b)电压型变频器8/9/202162.4.2PWM电路的工作原理为使分析简明起见，我们将以单相逆变器来分析电路的工作原理。图2-23为一单相IGBT-PWM(电压型)交流变压变频电路的原理图（图中二极管整流器部分未画出）。主电路V1～V4为IGBT开关管，VD1～VD4为续流二极管，ZL为负载，RG1～RG4为IGBT栅极限流电阻，C为大容量电容器。图中四个IGBT开关管，以V1与V4为一组，V2与V3为另一组，若使两组开关管依次轮流通、断，则在负载上流过的将是正、反向交替的交流电流，从而实现了将直流电变换成交流电的要求。8/9/

4、20217图2-23单相IGBT-SPWM(电压型)交流变压变频电路原理图8/9/202182.4.3SPWM脉宽调制原理PWM脉宽调制的方式很多：由调制脉冲(调制波)的极性可分为单极性和双极性；由参考信号和载波信号的频率关系可分为同步调制方式和异步调制方式。参考信号为正弦波的脉冲宽度调制叫做正弦波脉冲宽度调制（SPWM）。8/9/20219单极性脉宽调制的特征是：参考信号和载波信号都为单极性的信号。如图2-24、2-25所示。图2-24单极性单相SPWM调制波形分析（1）1．单极性脉宽调制8/9/202110图2-25单极性单相SPWM调制波形分

5、析（2）a)正弦波b)SPWM波8/9/202111可见，输出的调制波是幅值不变、等距但不等宽的脉冲序列。SPWM调制波的脉冲宽度基本上呈正弦分布，其各脉冲在单位时间内的平均值的包络线接近于正弦波，其调制波频率越高，谐波分量越小。如图2-26所示。图2-26单极性单相SPWM调制波形分析（3）8/9/202112双极性脉宽调制方式的特征是：参考信号和载波信号均为双极性信号。在双极性SPWM方式中，参考信号为对称可调频、调幅的单相或三相正弦波，由于参考信号本身具有正负半周，无需反向器进行正负半波控制。双极性SPWM的调制规律相对简单，且不需分正负半周

6、。仍以单相为例，双极性SPWM的调制规律如图2-27所示：2.双极性脉宽调制8/9/202113图2-27双极性单相SPWM波形分析（1）a)信号波与载波的比较b)双极性SPWM波形8/9/202114图2-28双极性三相SPWM波形分析（2）8/9/202115图2-29双极性三相SPWM波形分析（3）8/9/202116※结论：经过对uC和uT的逐点比较，可得到如图2-27所示的调制波形。此波形的特点是：1)在每半周中，电压的极性有正、有负，所以它是双极性的。2)它的波形是等幅值、中心线等距离的正、负方波；对应的参考信号(正弦波)瞬时值较大的点

7、，则正、负方波脉冲宽度的差值愈大（在零点处，正、负方波脉冲的宽度将相等），因此，这是调制波。8/9/2021173)调制波的基波与参考信号波是同频率的正弦波，而且它的幅值也取决于参考信号波的幅值。4)综上所述，改变参考信号电压的频率，即可改变逆变器输出基波的频率(频率可调范围一般为0～400Hz)；改变参考信号电压的幅值，便可改变输出基波的幅值。5）载波信号的频率比较高(可达15kHz以上)，在负载电感(如电动机绕组的电感)的滤波作用下，可以获得与正弦基波基本相同的正弦电流。采用SPWM控制，逆变器相当一个可控的功率放大器。8/9/2021182.

8、5IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统2.5.1采用模拟电路的IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统原理框图模拟式I