不控整流電路

常用的不控整流電路有四種。三相半波電路（圖2a）指在電源一個(gè)周期內(nèi)有三個(gè)二極管輪流導(dǎo)電，就可得到三脈波整流電壓。該電路優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單，但變壓器次級(jí)繞組的導(dǎo)電角僅120°，因此繞組的利用率較低，而且電流是單方向的，它的直流分量形成直流安匝的磁通勢(shì)并產(chǎn)生較大的漏磁通，因而須加大變壓器鐵心的截面積，還要引起附加損耗。因此，這種線路多用于中等偏?。ㄈ?0kW以下）的設(shè)備上。應(yīng)用最廣的是單相橋式電路、三相橋式電路（圖2b）。橋式電路的特點(diǎn)是整流橋中有兩組：共陰極組和共陽(yáng)極組，兩組共同串聯(lián)到負(fù)載上，因此適宜在高電壓、小電流情況下運(yùn)行。如果電源大小合適，可不用變壓器。在低電壓、大電流情況下運(yùn)行應(yīng)是兩組三相半波電路的并聯(lián)結(jié)線（圖2d）。并聯(lián)后，利用變壓器繞組的適當(dāng)連接，消除了直流磁化，并使每組提供一半負(fù)載電流。為了解決兩組電流平衡問(wèn)題，特設(shè)平衡電抗器，這樣既可發(fā)揮其元件少的優(yōu)點(diǎn)，又可消除三相半波電路的缺點(diǎn)。三相半波電路（圖2a)。

單相半波整流電路。它利用整流二極管 D的單向?qū)щ娦阅馨淹饧咏涣麟妷鹤優(yōu)橹绷麟妷骸?對(duì)于理想情況，即整流二極管既無(wú)慣性又無(wú)損耗，因?yàn)槎O管的開通和關(guān)斷只需幾微秒，對(duì)于50Hz電流的半周期而言，可以看作是瞬時(shí)完成。當(dāng)電源變壓器的初級(jí)加上一正弦電壓u1時(shí)，其次級(jí)將感應(yīng)某一交流電壓u2。在u2的正半周內(nèi),D受正向電壓而導(dǎo)通，流過(guò)負(fù)載電流id，同時(shí)在負(fù)載電阻Rd上產(chǎn)生電壓ud；當(dāng)u2負(fù)半周時(shí)，D承受反向電壓而關(guān)斷,電路中沒(méi)有負(fù)載電流,因而也沒(méi)有負(fù)載電壓。

由此可見,交流電壓通過(guò)二極管的整流作用所得到的直流電壓ud是脈動(dòng)的。一般負(fù)載需要供給平滑的直流電壓，因此在整流元件與負(fù)載之間常接有濾波器。濾波器對(duì)整流電流的直流分量無(wú)扼流作用，而對(duì)交流分量的感抗很大。這樣，就能在負(fù)載上得到平直的直流電壓Ud，其數(shù)值等于脈動(dòng)電壓ud的平均值。由于整流電路通常是由標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)電壓（如220V，380V）供電，而負(fù)載所需直流電壓數(shù)值各不相同，因此在一般整流電路中需要有變壓器把標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)電壓變換為所需數(shù)值的交流電壓。

先用整流器將輸入的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，再用逆變器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的交流電。整流器采用不控整流電路或相控整流電路。在要求變頻器輸出電壓可變,而逆變器又無(wú)控制電壓的能力的場(chǎng)合,常采用相控整流電路；在逆變器能夠控制輸出電壓的場(chǎng)合，一般采用不控整流電路以降低成本。按換流方式不同，逆變電路可分為電源換流、負(fù)載換流和自換流3種。

間接變頻電路電源換流逆變電路

電路中的晶閘管利用電源電壓換流，晶閘管關(guān)斷條件好，它構(gòu)成的變頻器容量可以做得較大。主要應(yīng)用于線繞式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速，高壓直流輸電，大電網(wǎng)的聯(lián)接。

間接變頻電路負(fù)載換流逆變電路

電路中的晶閘管利用負(fù)載電壓換流。主要用于同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速和感應(yīng)加熱裝置中。用于同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的變頻電路輸出頻率不高，一般在幾赫到幾十赫范圍，可以采用普通晶閘管作為逆變器的開關(guān)元件，成本較低。在啟動(dòng)時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)為零，晶閘管不能利用負(fù)載電壓換流，常采用電源換流或輔助強(qiáng)迫換流。用于感應(yīng)加熱的變頻電路的輸出頻率較高，一般在幾百赫到幾萬(wàn)赫的范圍。它的逆變電路種類很多，有并聯(lián)逆變電路、串聯(lián)逆變電路、串并聯(lián)逆變電路、倍頻式逆變電路和時(shí)間分割式逆變電路。并聯(lián)逆變電路負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)，適用于熔煉和透熱。串聯(lián)逆變電路可以在逆變器內(nèi)部調(diào)節(jié)輸出電壓，啟動(dòng)比較方便，適用于淬火和釬焊。串并聯(lián)逆變電路、倍頻式逆變電路和時(shí)間分割式逆變電路適用于輸出頻率較高的應(yīng)用場(chǎng)合。

間接變頻電路自換流逆變電路

主要用于異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速和恒壓恒頻裝置中。逆變器中的晶閘管需要專門的輔助換流電路換流，電路較復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化電路，在中、小功率的自換流逆變電路中常采用功率晶體管等自關(guān)斷元件。在簡(jiǎn)單的控制下，自換流逆變電路本身不能控制輸出電壓，當(dāng)采用脈沖寬度控制時(shí)，自換流逆變電路不但能控制輸出電壓，還能改善輸出電壓的波形。

截至20世紀(jì)80年代，已發(fā)展了多種調(diào)壓方式以適應(yīng)不同場(chǎng)合的要求，主要有直流端調(diào)壓和逆變器內(nèi)部調(diào)壓兩類。

直流端調(diào)壓 　逆變輸出電壓的調(diào)節(jié)由直流電壓為可調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這時(shí)逆變器僅具有變頻功能，而直流側(cè)則具有可控整流的功能（見相控整流電路和直流變換電路）。該功能可由以下電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)：①相控整流電路；②不控整流電路加直流斬波電路；③斬控整流電路；④交流調(diào)壓電路加不控整流電路。較常用的是前兩種。

逆變器內(nèi)部調(diào)壓 　直流端采用不控整流電路。直流電壓不變，逆變輸出電壓的調(diào)節(jié)在逆變器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。這時(shí)逆變器兼具變頻和調(diào)壓兩種功能。這種調(diào)壓方式較之直流端調(diào)壓具有主電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高、電壓調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，因而得到更多的應(yīng)用。

逆變電路內(nèi)部調(diào)壓功能以調(diào)壓范圍和線性度等工作指標(biāo)來(lái)衡量。但由于在調(diào)壓過(guò)程中也會(huì)影響逆變輸出電壓的諧波含量，而諧波含量的高低對(duì)逆變器出端濾波器容量、體積和重量、整機(jī)效率、輸出功率都有影響，因此在評(píng)價(jià)各種調(diào)壓方式時(shí)，除了考慮上述調(diào)壓功能之外，還要兼顧諧波含量的影響。

常見的逆變器內(nèi)部調(diào)壓方式有以下兩種。

①橋內(nèi)移相調(diào)壓方式：圖1a為電壓型單相逆變電路(見自換流式電壓型逆變電路)。各橋臂用自關(guān)斷元件的通用符號(hào)表示，其控制極脈沖分布狀態(tài)如圖1b。由圖可見，ug1和ug4、ug2和ug3保持相位互補(bǔ)關(guān)系, 但ug3和ug2分別引前于ug1和ug4某一電角度θ，該角度在0°～180°范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。圖1a中虛線框A內(nèi)兩臂稱為基準(zhǔn)臂，B內(nèi)兩臂則稱為移相臂。改變移相臂對(duì)基準(zhǔn)臂的相位差θ即可改變輸出電壓波形，從而改變輸出電壓基波方均根值。對(duì)輸出電壓進(jìn)行分析，可得式中n為正奇數(shù),τ為脈沖寬度。上式表明，改變參數(shù)τ（相當(dāng)于改變相移角θ）,即可改變各次諧波幅值。其中基波方均根值可表示為橋內(nèi)移相調(diào)壓方式的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單,調(diào)壓線性度好,但輸出電壓諧波含量較大。

②正弦脈寬調(diào)制(SPWM)調(diào)壓方式：仍以單相電壓型逆變電路為例（圖2a），為簡(jiǎn)單計(jì)，各橋臂仍用自關(guān)斷元件（如GTO、 GTR和Power MOSFET等，若采用普通晶閘管則需附加換流電路），顯然，主電路結(jié)構(gòu)與圖1完全相同，脈寬調(diào)制（英文縮寫 PWM）控制方式是高頻電力電子電路常用的控制方式。在逆變電路的范圍內(nèi)，它可視為頻控方式與斬控方式的結(jié)合，其基本思路是使電路中可控元件以遠(yuǎn)高于逆變器輸出頻率f的載波頻率fc開關(guān)工作,而可控元件在每一載波周期 (Tc=1/fc)中的占空比D(D=τ/Tc，τ為元件導(dǎo)通時(shí)間，即控制極脈沖寬度)則受控于控制信號(hào)ug的幅值，因此所謂正弦波脈寬調(diào)制（英文縮寫SPWM）是指在一個(gè)逆變周期T(T=1/f)中,脈寬τ隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，即式中K為比例常數(shù)，是控制信號(hào)幅值。圖2b為門極脈沖的形成方式，其脈寬τ由載波信號(hào)uc（三角波）和調(diào)制信號(hào)ug（正弦波）的交點(diǎn)決定。圖2a橋左側(cè)虛線框A的導(dǎo)電臂稱為頻控臂（含T1和T4），由調(diào)制頻率f控制；虛線框B的臂（含T2和T3）稱為斬控臂,由載波頻率fc控制。逆變橋輸出電壓u0的波形如圖2c。由圖可見，u0的脈沖個(gè)數(shù)由比值fc/f決定，u0的脈寬隨時(shí)間按正弦變化,τ(t)值則取決于比值/Ucm，Ucm為載波電壓信號(hào)幅值。改變的值即可改變?chǔ)?t),從而改變逆變輸出電壓基波方均根值,實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的目的。

SPWM調(diào)壓方式的優(yōu)點(diǎn)是低次諧波含量低、調(diào)壓線性度好，但輸出電壓低，即在同一直流電壓Ud值下,值比橋內(nèi)移相調(diào)壓方式時(shí)低。2100433B

功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過(guò)三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。

經(jīng)過(guò)整流好的三相電或市電，再通過(guò)三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來(lái)驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。

功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單的說(shuō)就是AC-DC-AC的過(guò)程。

整流單元（AC-DC）主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐贰?