图15-10 形状不同而冲量相同的各种脉冲
PWM型变频器的基本工作原理
PWM逆变器的输出电压 为等幅不等宽的脉冲列 u0
异步电动机的输入电压 ui
结论
图15-11 PWM型变频器基本原理示意图
按一定比例改变脉冲列中各脉冲的宽度，即可 改变输入电压 ui（与输出电压 u0 等效）的幅值。
一、PWM型变频器的基本工作原理
矩 Te ，这样电动机的拖动能力会降低，对恒转矩负载会
因拖不动而堵转。若调节 f1 ，则 m ，会引起主磁通饱 和，这样励磁电流急剧升高。会使定子铁心损耗 Im2 Rm 急剧增加。这两种情况都是实际运行中所不允许的。
结论
只改变 f1 ，不能实现异步电动机的无级调速
实际调速方法
在调节 f1 的同时，调节定子供电电压 U1 的大小，通过 f1
电力电子器件分类1
电力电子 器件
不控型：功率二极管 半控型：晶闸管
全控型
GTR（电力晶体管） GTO （可关断晶闸管) 功率 MOSFET（功率场效应晶体管) IGBT(绝缘栅双极晶体管)
全控型电力电子器件分类2
全控型 电力电 子器件
功率 MOSFET（功率场效应晶体管)
单极型
SIT（静电感应晶体管）
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三、 功率场效应晶体管（功率MOSFET)
功率MOSFET 结构
15-5
功率MOSFET 工作原理
D
导电沟道形成
ID
G ＋－
UGS
＋－S
1.导通： UGS＞0，导通
2. 关断： UGS＜0，截止
四、 绝缘栅双极晶体管（IGBT)
集MOSFET和GTR的优点 于一身。 输入阻抗高，工作速度快， 热稳定性好，驱动电路简 单。
（一种载流子
参与导电） GTR（电力晶体管）
双极型
GTO （可关断晶闸管)
（两种载流子 参与导电）
复合型
（由单极性和 双极型复合）
SITH(静电感应晶闸管） IGBT(绝缘栅双极晶体管) MCT（MOS控制晶闸管）
一、 电力晶体管(GTR）
GTR的结构
15-1
GTR的工作原理
GTR 电流控制器件1 sn0 Nhomakorabea1
s
式中， f1 是定子供电频率（HZ）；P是磁极对数；s是转差
率；n是电动机转速（ r min ）。
改变 f1 ，即可改变异步电动机的转速n0，能实现异步电动
机的无级调速吗？
事实上只改变 f1 并不能正常调速，因为据电机学知
？
Te m
m
U1 f
1
假设调速时只改变 f1 ，设 f1 ，则 m ，于是电磁转
波形
只要 urU ＞uC，就导通V1，封锁V4， uUN Ud 2 ；
只要 urU ＜uC，就封锁V1，导通V4，uUN Ud 2 。
重要结论
调制信号ur的幅值和频率 将决定输出电压uo的幅值和频率。
二、PWM变频电路的调制控制方式
载波比：在PWM变频电路中，载波频率fC与调制信号频率fr之比。
1. 单相桥式PWM型变频电路的工作原理 2) 双极性PWM控制方式工作原理
原理
双极性脉宽调制： 载波信号uC是双 极性的信号。
图15-14 双极性SPWM调制波形
电路
原理分析
电路
波形
控制方法
ur＞uC的各区间，V1和V4导通，V2和V3关断，则 uo ud 。 ur＜uC的各区间，V2和V3导通，V1和V4关断则， uo ud 。
直流斩波电路原理
ui U
0 CH 通
t
ud
ud=U
U
0
t
CH 断
ud=0
一、直流斩波器的控制方式
定频调宽
定宽调频
图15-18
调频调宽
二、逆导晶闸管直流斩波器
逆导晶闸管
符号 A
K
型号 KN200/100-8
等效 电路 A
晶闸管额定电流200A
K
二极管额定电流100A
图15-19 a)
额定电压800V
变频的交流电，对交流电动机实现无级调速。
变流电路
整流 逆变
不可控整流 可控整流：将交流电变换成可调的直流电 有源逆变：将直流电变成和电网同频率
的交流电，直接送回电网。
无源逆变：将直流电逆变成某一频率或 可变频率的交流电直接供给
负载使用。
一、变频调速的基本原理
异步电动机的转速表达式
问题
n
60 f1 p
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1. 单相桥式PWM型变频电路的工作原理
调制控制：负载上想得 到的正弦波作为调制信 号ur，把接受调制的等 腰三角波作为载波信号 uC。
SPWM：调制信号ur为 正弦波的脉冲宽度调制 叫正弦波脉冲宽度调制。
图15-12 单相桥式PWM变频电路原理图
一、PWM型变频器的基本工作原理 电路
1. 单相桥式PWM型变频电路的工作原理 1) 单极性PWM控制方式工作原理
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特点：正向压降小，关断时间短，高温特性好。无接线分布 电感。
逆导型斩波器
U 接通
VT1 iC iT id
×
振荡放电 VT2
＋_ _+
L C iC
VD
Ld M
图15-19 b)
振荡放 电波形
u
uc
uL
E
0
ωt
-E i
0
ωt
图15-20
三、GTO（或GTR）直流斩波器
a)电路分析 b)电路分析 图15-21
2.变频器的结构形式
图15-8 交—直—交电压型变频器的结构形式
三、逆变器的基本原理与换流方式
图15-9 单相桥式逆变电路工作原理 当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，u0 Ud ，反之 u0 U d
把直流电变成了交流电——无源逆变。 四个桥臂的切换频率就等于负载电压uo的频率
变频电路的换流方式
N fc fr
1.异步调制控制方式： 2.控制过程中载波比N不是常数。
2.同步调制控制方式: 控制过程中保持N为常数。
图15-17 分级同步式控制方案
第四节 直流斩波
▪ 一、直流斩波器的控制方式 ▪ 二、逆导晶闸管直流斩波器 ▪ 三、GTO（或GTR）直流斩波器
直流斩波的定义
将直流电源的恒定直流电压，通过电力电子器件的 开关作用，变换成可调的直流电压的装置，称为直流斩 波器。
▪ 二、PWM变频电路的调制控制方式
一、PWM型变频器的基本工作原理
PWM基本原理: 对逆变电路中的开关器件的通断进行有规律 的控制，使输出端得到等幅不等宽的脉冲列，用这些脉冲列 来代替正弦波。
PWM控制的重要理论依据 冲量（脉冲的面积）相等而形状不同的窄脉冲（如图15-10所 示），分别加在具有惯性环节的输入端，其输出响应波形基 本相同。
本章电子教案制作：申凤琴
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图15-21 a)
对GTO施加正脉冲时VT导 通，直流电源向负载供电；
当给VT门极负脉冲时， GTO便关断，直流电源停 止向负载供电，负载电流 经续流二极管VD续流。
图15-21 b)
该电路主控开关是普通晶闸管 VT1，VT2、C是为关断VT1而 设的附加电路。
当要关断VT1时，触发VT2导通， 与之串联的辅助关断直流电源 给VUTF 1施加反向电压，使VT1关 断，之后，再给VT2门极送入负 脉冲使VT2关断。
和 U1 的配合，实现不同类型的调频调速。
当 f1≤f1n时，对恒转矩负载，都采用电压频率比例调节， 低频段加以电压补偿的恒转矩调速方式，即
U1 U1n =常数
f1 f1n
式中， f1n 是定子供电额定频率； U1n 是定子供电额定电压。 当f1＞f1n时，对近似恒功率负载，采用只调节频率f1，而不 调节电压 U1的控制方式，即
流可通过VD3和V1续流。
电路
波形
2）当ur＜0时，V2通，V1断，在ur与uC负极性三角波交点处 控制V3的通断。