述
随着电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，变频
调速技术随之取得了日新月异的进步。人们从不同的工业 生产需要出发，从不同的角度研究变频调速的实现技术，
从而产生了多种不同结构和性能的变频调速装置。
电力电子 变频器
交-交变频器 交-直-交变频器
电压源型 电流源型
本章提要
交-交变频器 交-直-交变频器 PWM控制基础 PWM控制技术 三相PWM专用集成电路 单片机和DSP用于PWM信号生成 转速开环的U/f控制变频调速系统 转速闭环转差频率控制的变频调速系统
不过这些设备都是直流调速系统中常用的可逆整流装 置，在技术上和制造工艺上都很成熟，目前国内有些企业 已有可靠的产品。
2.1.2 矩阵式交-交变频器
1. 电路结构
K1
L
a
三相输
入3～
C
K2
控制电源
输入电压 检测变压器
b
c
图2-4 矩阵式交-交变频器的主电路
TA1
A
TA2
B
TA3
C
2.1.2 矩阵式交-交变频器
/2（对应于平均电压 u0 = 0）逐渐减小到 0（对 应于 u0 最大），然后再逐渐增加到 /2（ u0 再变 为0），如下图所示。
输出电压波形

=
2
=0
u0

=
2
A
B
C
0
D
wt
E
F
图2-3 正弦波交-交变压变频器的输出电压波形
uo
O
wt
io
O
wt
1 2
3
4
6
5
图4-20
uI =Udm cosI
1/3~1/2，否则输出波形畸变太大，将影响变频调速系统的 正常工作； （4）由于电路构成的特点，所用晶闸管元件数量较多， 设备庞大。
鉴于以上各方面的特点，交-交变频器特别适用于低 速、大容量的调速系统，如轧钢机、球磨机、水泥回转窑 等。这类机械由交-交变频器供电的低速电机直接拖动， 可以省去庞大笨重的齿轮减速箱，极大地缩小装置的体积， 减少日常维护，提高系统性能。
负 载
u0
-Id +
~ 50Hz
2.1.1 整流器组合式交-交变频器
1. 整半周控制方式 正、反两组按一定周期相互
切换，在负载上就获得交变的 输出电压 u0 ， u0 的幅值决定 于各组可控整流装置的控制角
， u0 的频率决定于正、反两
组整流装置的切换频率。如果 控制角一直不变，则输出平均 电压是方波，如右图 b 所示。
(2-1) (2-2)
式中，Udm 是整流组输出的最高直流电压。
当I组开放时， uA =uI 即 U As miwn t= U dc mo Is
于是
I
=arcc(U oAsmsiw nt)
Udm
实际控制中，一般 由微处理器产生三 相对称的调幅调频 正弦波给定信号， 并通过查表运算找
出对应的角，配
电流 测量
电压 测量
B
I
III V IV
VI
II
A OC
给定 函数 发生器
电压 调节
压频变换
电流 调节
移相 移相脉冲 控制
逻 辑
去 触
环形计数器 选组脉冲
控 制
发 器
图2-2 三相整流器组合式交-交变频器主电路
交-交变频器虽然在结构上只有一个变换环节，省去了中 间直流环节，但所用元件数量更多，设备相当庞大。
第二章 电力电子变频器及 PWM控制原理
控制科学与工程学院 杜春水
概述
对于异步电机的变压变频调速，必须具备能 够同时控制电压幅值和频率的交流电源，而电网 提供的是恒压恒频的电源，因此应该配置变压变 频器，又称VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）装置。
概
合必要的逻辑电路 进行实时控制。
当IV组开放时，uA =uIV
w 即 U Asm itn = U dc moIV s
3.交-交变频调速的基本特点 （1）功率开关元件在电网电压过零点自然换相，对元件
无特殊要求，可采用普通晶闸管； （2）易于实现电机的四象限运行； （3）交-交变频器最高输出频率一般不超过电网频率的
方波中存在的高次谐波使电动机的低速转矩脉动大、转 动不均匀、损耗及噪声增大。因此，方波型交-交变频器 在异步电动机的调速中应用较少，常用于无换向器电动 机的调速系统及超同步串级调速系统中。
2. 调制控制方式
要获得正弦波输出，就必须在每一组整流装 置导通期间不断改变其控制角。
例如：在正向组导通的半个周期中，使控制角 由
u0
正组通
正组通
反组通
反组通 t
图b 方波型平均输出电压波形
2.1.1 整流器组合式交-交变频器
单相整流器组合式交-交变频器
正组
反组
负
～
载 uL
～
图2-1 交-交变频器反并联连接的一相 电路及输出电压波形 (a)主电路
2.1.1 整流器组合式交-交变频器
三相桥式连接的交-交变频器主电路如图2-2所示。 该主电路由I~VI六组三相桥式整流电路组成，I、III、 V为正组，IV、VI、II为反组。运行中各整流电路应每 隔60，按I、II、III、IV、V、VI、I的顺序轮流导通， 每组工作120。
2.1 交-交变频器
交-交变频器直接把恒压恒频（Constant Voltage Constant Frequency，简称CVCF）的交流电源变换成变压变频
（VVVF）的交流电源，又称为直接变频装置。有时也 称作周波变换器(Cycloconveter）。
CVCF
VVVF
AC
交－交变频
AC
50Hz~
对于三相交-交变频器，B、C两相的期望输
出电压应与A相的正弦输出电压大小相同，相位 上互差120，各整流组的控制角必须按照本相 输出电压的要求运算获得。
设期望的A相输出电压为
uA=UAm siw nt
则该电压应由整流组I与整流组IV切换提供， I组供电电压为
uI =Udm cosI
uIV =U dm coIsV
2.1 交-交变频器
交-Hale Waihona Puke 变频器整流器组合式 矩阵式
常用的交-交变压变频器输出的每一相都是 一个由正、反两组晶闸管可控整流装置反并 联的可逆线路。也就是说，每一相都相当于 一套直流可逆调速系统的反并联可逆线路。
2.1.1 整流器组合式交-交变频器 基本结构
VF ~ 50Hz
+ Id
-
- VR
2. 安全换流策略 为了保证MC的输入电流和输出电压都是正弦波，对9
组双向开关都实行PWM控制。在矩阵式变频器中功率器 件的安全换流比传统变频器中要困难得多，连接同一相输 出的任意两组双向可控开关之间进行切换时必须满足： （1）换流时确保连接同一输出相的各输入相双向开关不 能同时导通，否则将造成输入两相短路； （2）换流时不能插入死区，以防止感性负载与线路分布 电感由于开路而感应瞬时高电压，威胁功率器件安全，因 此三组开关也不能同时断开。也就是说，既不允许两组开 关同时导通，也不允许有切换死区，所以必须有严格的逻 辑控制。