变频器技术及应用课程教学设计第三章变频电路.pdf

第三章变频电路
一、教学目标
1、了解两类变频电路的工作原理及单相输出交—直—交变频电路和单相输
出交—交变频电路各自的优、缺点。
2、认识电压源型桥式变频电路的原理和特点和电流源型桥式变频电路的原
理和特点。
3、掌握方波型交—交变频电路的工作原理与正弦波型交—交变频电路的工
作原理。

4、熟悉脉宽调制变频电路的工作原理与控制方式、单相PWM与三相PWM变
频电路中各晶体管的控制规律、三相SPWM波集成电路的工作原理、中频电路感
应加热电源的组成与工作原理及变频器的工作原理及结构。
二、课时分配
本章共6节，安排7课时。
三、教学重点
通过本项目的学习，让学生学习变频电路的基本工作原理、三相桥式变频电

路，初步认识并掌握脉宽调制(PWM)型变频电路和变频电路工作原理及特征。
四、教学难点
1、变频电路的基本工作原理。

2、脉宽调制(PWM)型变频电路。
3、变频电路的应用
五、教学内容
任务一变频电路的基本工作原理
阶段一单相输出交—直—交变频电路

图(a)为单相桥式变频电路，该图中UD为通过整流电路将交流电整流而得的
直流电源，晶闸管VTl、VT4称为正组，VT2、VT3称为反组。交替导通正组、反
组的晶闸管，并且改变其导通关断的频率，就可在输出端获得频率不同的方波，

其输出波形如图(b)所示。

单相输出交—直—交变频电路

(a)电路(b)输出电压
阶段二单相输出交—交变频电路

单相输出交—交变频电路电路原理如图(a)所示。
如果在一个周期内控制角α是固定不变的，则输出电压波形为矩形波，如图

(b)所示。

图为单相输出交—交变频电路及波形图(控制角不变)(a)电路；(b)输出电压
矩形波中含有大量的谐波，对电机的工作不利。如果控制角α不固定，在正
组工作的半个周期内让控制角α按正弦规律从90°逐渐减小到0°，然后再由逐
渐增加到90°。

图为交—交变频电路的输出波形(控制角变化)
阶段三两种变频电路的特点比较
同交—直—交变频电路相比，交—交变频电路有以下优、缺点。
1.优点
(1)只有一次变流，且利用电网电源进行换流，不需要另接换流元件，提高
了变流效率。
(2)可以很方便地实现四象限工作。
(3)低频时输出波形接近正弦波。
2.缺点
(1)接线复杂，使用的晶闸管数目多。
(2)受电网频率和交流电路各脉冲数的限制，输出频率低。
(3)采用相控方式，功率因数较低。

由于上述的优缺点，交—交变频电路主要用于500kW或1000kW以上，转速
在600r/min以下的大功率、低转速的交流调速装置中。
任务二三相桥式变频电路
阶段一电压源型桥式变频电路

电压源型桥式变频电路结构如图所示。该电路用6个大功率三极管(GTR)作
为可控元件，VT1与VT4，VT3与VT6、VT5与VT2构成3对桥臂，二极管VD1～
VD6为续流二极管。

图为电压源型三相桥式变频电路
电压源型三相桥式变频电路的基本工作方式为180°导电型，即每个桥臂的
导电角度为180°，同一相上、下桥臂交替导电，各相开始导电的时间依次相差

120°。在一个周期内，6个管子触发导通的次序为VTl～VT6，依次相隔60°，
任意时刻均有3个管子同时导通，导通的组合顺序为VT1VT2VT3、VT2VT3VT4、
VT3VT4VT5、VT4VT5VT6、VT5VT6VT1和VT6VT1VT2，每种组合工作于60°电角
度状态下。
分析各相负载相电压和线电压波形。设负载为星形连接，三相负载对称，中

性点为N。如图列出了电压源型三相桥式变频电路的工作波形。

图为电压源型三相桥式变频电路的工作波形
为了分析方便，将一个工作周期分成6个区域。

在0＜ωt≤π3区域，给电力三极管VT1、VT2、VT3加控制脉冲，即ug1
＞0，ug2＞0，ug3＞0，使VT1、VT2、VT3同时导通，此时AB两点通过导通的
VT1、VT3相当于同时接在电源的正极，而C点通过导通的V2接于电源的负极，
所以该时区变频桥的等效电路如图所示。

图为VT1、VT2、VT3同时导通时的等效电路
由此等效电路可得此时负载的线电压为

UAB=0UBC=+UDUCA=-UD
式中UD——变频电路输入的直流电压。
负载的相电压为

UAN=+UD3UBN=+UD3UCN=-2UD3
在ωt=π3时，控制关断VT1，控制导通VT4，即在π3＜ωt≤2π3区域，
有VT2、VT3、VT4同时导通，此时A、C两点通过导通的VT2、VT4，相当于同时
接在电源的负极，而B点通过导通的VT3接于电源的正极，所以该时区变频桥的
等效电路如图所示。

图为VT2、VT3、VT4同时导通时的等效电路
由此等效电路可得此时负载的线电压为

UAB=-UDU