交流调速变流器的类型

近年来，随着电力电子器件的发展，变流技术得到了突飞猛进的发展，特别是在交流调速应用方面获得了极大的成就。变流技术按其功能应用可分成下列几种变流器类型： 整流器——把交流电变为固定的（或可调的）直流电。 逆变器——把固定直流电变成固定的（或可调的）交流电。 斩波器——把固定的直流电压变成可调的直流电压。 交流调压器——把固定的交流电压变成可调的交流电压。 周波变流器——把固定的交流电压和频率变成可调的交流电压和频率。 1.整流器 整流过程是将交流信号转换为直流信号的过程，一般可通过二极管或开关器件组成的桥式电路来实现。图1所示为单相交流信号可控硅桥式整流电路。 图1单相交流可控硅桥式整流电路 (a）整流电路；(b）波形图 图1(a)中的开关器件V是可控硅（或GTR等），具有正向触发控制导通和反向自关断功能。  ug是控制引脚，按图1(b)中的波形输入控制信号，图1(b)中的ud就是加载在电阻负载R上的整流电压波形。通过调整控制信号的相位角就可以实现输出直流电压的调节。  若将开关器件V换成二极管，则该电路变成了不可调压的整流电路。 2. 斩波器 图2所示为脉宽调速原理示意图。 图2中的二极管是续流二极管，当S断开时，由于电枢电感的存在，电动机的电枢电流可通过它形成续流回路。 图3是直流伺服电机PWM调速和实现正、反转控制的应用举例，图4是双极式H型可逆器的电压、电流波形。图3所示电路由四个大功率晶体管组成，其作用是对电压脉宽变换器输出的信号Us进行放大，输出具有足够功率的信号，以驱动直流伺服电动机。 如图2(b)所示。电枢两端的平均电压为
式中, ρ=τ/T=Ud/U (0<ρ<1),ρ为导通率（或称占空比）。 图2脉宽调速原理示意图 (a）原理图；(b）加载在电机电枢上的电压波形 图3 H型桥式PWM晶体管功率放大器 图4 双极式H型可逆器的电压、电流波形的电路原理图 （1）当UAB＝0时，Us的正、负脉宽相等，直流分量为零，V1和V4的导通时间与V2和V3的导通时间相等，流过电枢绕组中的平均电流等于零，电动机不转。但在交流分量作用下，电动机在停止位置处微振，这种微振有动力润滑作用，可消除电动机启动时的静摩擦，减小启动电压。 （2）当UAB>0时，Us的正脉宽大于负脉宽，直流分量大于零，V1和V4的导通时间长于V2和V3的导通时间，流过绕组中的电流平均值大于零，电动机正转，且随着U1增加，转速增加。 （3）当UAB<0时，Us的直流分量小于零，电枢绕组中的电流平均值也小于零，电动机反转，且反转转速随着U1减小而增加。 图5 考虑开通延时的基极脉冲电压信号 （4）当V1和V4或V2和V3始终导通时，电动机在最高转速下正转或反转。 该电路中，跨接在电源两端的上、下两个晶体管需要交替导通和截止。由于晶体管的关断过程需要一段时间toff，在这段时间内晶体管并未完全关断，如果在此期间另一个晶体管已经导通，则将造成上、下两管直通，从而使电源正,负极短路。为了避免发生这种情况，需要设置逻辑延时环节，并保证在对一个管子发出关闭脉冲后（如图6-35中的Ub1），延时tid后再发出对另一个管子的开通脉冲（如Ub2）。 图6(a)所示是电力晶体管的基极驱动电路及波形，电力晶体管V（如GTR等）的基极需要有一定功率的驱动电路控制，驱动电路的任务是将控制电路的输出信号进行功率放大，使之具有足够的功率去驱动GTR。理想的基极驱动器应满足开通时过驱动,正常导通时浅饱和,关断时要反偏。图6(b)所示就是GTR的一种驱动电路和输入,输出波形。 图6 电力晶体管GTR的基极驱动电路及波形 3.逆变器 ( 1 )半桥逆变电路 半桥逆变电路原理如图7(a)所示，它有两个导电臂，每个导电臂由一个可控元件和一个反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，使得两个电容的连结点为直流电源的中点。 图7 半桥逆变电路及其波形图 ( 2 ) 负载换相全桥逆变电路 图8(a)是全桥逆变电路应用的实例。电路的工作波形如图8(b)所示。 图8 负载换相全桥逆变电路及波形