直接變頻電路電路原理

按晶閘管換流方式的不同可分為電源換流式和負(fù)載換流式兩種。

①電源換流式直接升頻電路

晶閘管依靠電源電壓換相,所以它的輸出頻率是輸入頻率的整數(shù)倍。這種電路的特點(diǎn)是裝置的容量可以做得很大，但輸出頻率不能很高。

②負(fù)載換流式直接升頻電路

常用作感應(yīng)加熱電源。它的輸出頻率由負(fù)載的諧振頻率決定。根據(jù)負(fù)載的諧振方式，它可分為串聯(lián)式直接升頻電路和并聯(lián)式直接升頻電路。串聯(lián)式直接升頻電路的輸出電流近似為正弦波。電流自然過零，晶閘管易于關(guān)斷；起動(dòng)簡(jiǎn)便可靠，不需附加的啟動(dòng)電路，適用于需要頻繁啟動(dòng)的生產(chǎn)場(chǎng)合。但對(duì)負(fù)載變化適應(yīng)性較差；輸出電壓較高，常需用輸出變壓器降

壓，使效率降低。并聯(lián)式直接升頻電路輸出電壓近似為正弦波。它的優(yōu)點(diǎn)是負(fù)載適應(yīng)能力較強(qiáng)；輸出電壓可以不用變壓器與負(fù)載直接耦合。它的缺點(diǎn)是啟動(dòng)較困難，常需輔助的啟動(dòng)電路幫助啟動(dòng)；晶閘管的電流為方波,關(guān)斷較困難,且開關(guān)損耗較大。如圖5所示。

直接變頻電路又稱周波變流電路。它由兩組反并聯(lián)的相控整流電路（正極組和負(fù)極組）組成。正極組和負(fù)極組整流器交替地工作，即可輸出一個(gè)低頻的交流電壓。直接降頻電路按控制方式可分為定比式周波變流器和連續(xù)式周波變流器兩種。

①定比式周波變流器

電路的輸出頻率與輸入頻率有一定的比例關(guān)系，不能連續(xù)變化，輸出電壓的低次諧波較大，但控制方式簡(jiǎn)單，可用于頻率精度要求不高的場(chǎng)合。

②連續(xù)式周波變流器

它可連續(xù)改變正極組和負(fù)極組的觸發(fā)滯后角，通過改變觸發(fā)滯后角的變化周期改變輸出頻率，改變觸發(fā)滯后角改變輸出電壓。它的輸出頻率和電壓都是連續(xù)可調(diào)的。連續(xù)式周波變流器的輸出電壓波形見圖3。為使輸出電壓波形更接近于正弦波，各整流器的觸發(fā)滯后角按余弦規(guī)律變化。連續(xù)式周波變流器的輸出電壓中包含有分?jǐn)?shù)次諧波。當(dāng)輸出頻率和輸入頻率之

比大于三分之一時(shí)，這種分?jǐn)?shù)次諧波會(huì)對(duì)負(fù)載產(chǎn)生惡劣的影響（見高次諧波抑制）。在周波變流器中，同一組中晶閘管換相與相控整流電路的換相相同（見相控整流電路），而在負(fù)載電流過零時(shí)進(jìn)行從正極組工作到負(fù)極組工作的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換的方式有兩種，一種是有環(huán)流式，另一種是無環(huán)流式。有環(huán)流式控制較簡(jiǎn)單，但需要在兩組整流電路之間增設(shè)限流電抗器限制環(huán)流。無環(huán)流式控制是按照檢測(cè)出的負(fù)載電流的正負(fù)有選擇地使正極組或負(fù)極組中的一組整流器工作，不產(chǎn)生環(huán)流。這種方式因無須設(shè)置限流電抗器，功率因數(shù)和效率都有所提高。但存在負(fù)載電流在過零點(diǎn)不連續(xù)的缺點(diǎn)。

直接降頻電路主要應(yīng)用于交流電動(dòng)機(jī)低速傳動(dòng)。它的優(yōu)點(diǎn)是無須換相電路；可以由負(fù)載向交流電源回饋電能；變流效率較高。缺點(diǎn)是晶閘管用量多，控制電路較復(fù)雜；輸出頻率變化范圍較小，一般低于輸入頻率的三分之一。

直接升降頻電路又稱自換流周波變流器。主要用于交流電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)和專用的固態(tài)頻率變換器中。電路中,將所有的晶閘管換成可關(guān)斷晶閘管或其他自關(guān)斷元件，即可構(gòu)成自換流周波變流器。它的輸出頻率可在從零到遠(yuǎn)大于輸入頻率的范圍中連續(xù)地變化。輸出電壓可以按正弦規(guī)律進(jìn)行調(diào)制，輸出電壓質(zhì)量較高。由于沒有采用中間直流貯能環(huán)節(jié)，整個(gè)裝置的體積可以做得較小，效率也較高。這種電路必須采用自關(guān)斷元件或附加強(qiáng)迫換流電路，控制電路也比較復(fù)雜。

變頻電路直接變頻電路

直接變頻電路是指不經(jīng)過任何中間環(huán)節(jié)，直接將一種頻率的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N頻率的交流電的電路。一般還可同時(shí)控制輸出電壓。直接變頻電路應(yīng)用于變頻調(diào)速裝置、感應(yīng)加熱裝置、不停電電源等場(chǎng)合。與間接變頻電路相比，直接變頻電路僅進(jìn)行一次電能變換，變換效率較高。按變頻電路的輸出頻率和輸入頻率的關(guān)系分，可分為直接降頻電路、直接升頻電路和直接升降頻電路。

直接變頻電路又稱周波變流電路。它由兩組反并聯(lián)的相控整流電路（正極組和負(fù)極組）組成。三相橋式相控整流器組成的直接降頻電路。正極組和負(fù)極組整流器交替地工作，即可輸出一個(gè)低頻的交流電壓。直接降頻電路按控制方式可分為定比式周波變流器和連續(xù)式周波變流器兩種。①定比式周波變流器它的輸出電壓波形。電路的輸出頻率與輸入頻率有一定的比例關(guān)系，不能連續(xù)變化，輸出電壓的低次諧波較大，但控制方式簡(jiǎn)單，可用于頻率精度要求不高的場(chǎng)合。②連續(xù)式周波變流器 它可連續(xù)改變正極組和負(fù)極組的觸發(fā)滯后角，通過改變觸發(fā)滯后角的變化周期改變輸出頻率，改變觸發(fā)滯后角改變輸出電壓。它的輸出頻率和電壓都是連續(xù)可調(diào)的。連續(xù)式周波變流器的輸出電壓波形。為使輸出電壓波形更接近于正弦波，各整流器的觸發(fā)滯后角按余弦規(guī)律變化。連續(xù)式周波變流器的輸出電壓中包含有分?jǐn)?shù)次諧波。當(dāng)輸出頻率和輸入頻率之比大于三分之一時(shí)，這種分?jǐn)?shù)次諧波會(huì)對(duì)負(fù)載產(chǎn)生惡劣的影響（見高次諧波抑制）。在周波變流器中，同一組中晶閘管換相與相控整流電路的換相相同（見相控整流電路），而在負(fù)載電流過零時(shí)進(jìn)行從正極組工作到負(fù)極組工作的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換的方式有兩種，一種是有環(huán)流式，另一種是無環(huán)流式。有環(huán)流式控制較簡(jiǎn)單，但需要在兩組整流電路之間增設(shè)限流電抗器限制環(huán)流。無環(huán)流式控制是按照檢測(cè)出的負(fù)載電流的正負(fù)有選擇地使正極組或負(fù)極組中的一組整流器工作，不產(chǎn)生環(huán)流。這種方式因無須設(shè)置限流電抗器，功率因數(shù)和效率都有所提高。但存在負(fù)載電流在過零點(diǎn)不連續(xù)的缺點(diǎn)。 直接降頻電路主要應(yīng)用于交流電動(dòng)機(jī)低速傳動(dòng)。它的優(yōu)點(diǎn)無須換相電路；可以由負(fù)載向交流電源回饋電能；變流效率較高。缺點(diǎn)是晶閘管用量多，控制電路較復(fù)雜；輸出頻率變化范圍較小，一般低于輸入頻率的三分之一。

變頻電路間接變頻電路

經(jīng)過兩次以上的變換，將一種頻率的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N頻率的交流電的電路。按變換的途徑可分為交流-直流-交流變頻電路和交流-直流-高頻-交流變頻電路。

先用整流器將輸入的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡儆媚孀兤鲗⒅绷麟娹D(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,而逆變器又無控制電壓的能力的場(chǎng)合。

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。交流-直流-交流變頻電路

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。

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。

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。

整流器將輸入交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，逆變器再將直流電轉(zhuǎn)變成高頻交流-直流-交流變頻電路 交流電，經(jīng)變壓器隔離后用直接式降頻器再將高頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的交流電。一般逆變器輸出的頻率大于2萬赫,變壓器的體積小，重量輕且無噪聲。這種變頻電路適用于多路輸出，且要求各路輸出電壓互相隔離，又要求變換器體積小、重量輕的場(chǎng)合。2100433B

變頻電路是對(duì)交流電的頻率進(jìn)行變換的電路，一般還可同時(shí)控制輸出電壓。主要應(yīng)用于變頻調(diào)速裝置、感應(yīng)加熱裝置、不停電電源等場(chǎng)合，分電路、間接變頻電路。

整流器將輸入交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，逆變器再將直流電轉(zhuǎn)變成高頻交流電，經(jīng)變壓器隔離后用直接式降頻器再將高頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的交流電（圖2）。一般逆變器輸出的頻率大于2萬赫,變壓器的體積小，重量輕且無噪聲。這種變頻電路適用于多路輸出，且要求各路輸出電壓互相隔離，又要求變換器體積小、重量輕的場(chǎng)合。2100433B