变频器原理与应用第3版教案全套王廷才第1--10章变频器的认识---变频器应用实例.docx

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1、章节课题第1章变频器的认识11变频器概述课时2教学目的1 .了解变频器技术发展和应用。2 .掌握变频器的分类。重点难点重点：变频器的分类教学方法结合日常生活和家用电器，联系实际因材施教，让学生了解变频器的广泛应用，激发学生学习兴趣和调动学生的学习积极性。本次课老师要准备好变频器应用的视频片，进行课堂播放，结合实际讲解，尽可能达到好的教学效果。教具及参考书教具：变频器参考书：王廷才.变频器原理及应用（第3版）.机械工业出版社作业习题11：习题12；习题13课后小结1.变频器的发展2 .变频器的分类1）按变频的原理分类2）按变频器的控制方式分类3）按用途分类3 .变频器的应用教学内容第1章变频器的

2、认识知识目标：1 .了解变频器技术发展和应用。2 .掌握变频器的分类。技能目标：1 .观察变频器的外形及结构。2 .识读变频器铭牌，了解变频器的主要参数。教学内容1.1 变频器技术的发展1.1.1 电力电子器件是变频器发展的基础1.1.2 计算机技术和自动控制理论是变频器发展的支柱1.1.3 市场需求是变频器发展的动力1.1.4 变频器的发展趋势1）智能化2）专门化3）一体化4）环保化1.2 变频器的分类1.2.1 按变频的原理分类单相按相数分三相有环流交交变频器按环流情况分无环流方波按输出波形分正弦波变频器电压型按储能方式分电流型交直交变频器脉幅调制按调压方式分脉宽调制教学内容1.1.2 按

3、变频器的控制方式分类1）叼控制变频器2）转差频率控制变频器3）矢量控制变频器4）直接转矩控制1.1.3 按用途分类1）通用变频器2）专用变频器1.3 变频器的应用1.4 .1在节能方面的应用1.4.1 在自动化系统中的应用1.4.2 在提高工艺水平和产品质量方面的应用章节课题1.2异步电动机变频调速的原理课时2教学目的1 .掌握异步电动机变频调速的原理。2 .了解异步电动机的机械特性。重点难点重点：异步电动机变频调速的原理难点：异步电动机变频调速的原理教学方法联系异步电动机实际，讲解异步电动机变频调速的原理及其调速方式，尽可能达到好的教学效果。教具异步电动机作业习题1-4课后小结异步电动机的转

4、速的表达式为=O(I-S)=(1-S)，可见改变P、Ps、即可实现电动机的速度调节。教学内容1.2异步电动机变频调速的原理知识目标：1 .掌握异步电动机变频调速的原理。2 .了解异步电动机的机械特性。技能目标：熟悉异步电动机变频调速的原理。教学内容1.2异步电动机变频调速的原理1.2.1 异步电动机变频调速工作原理异步电动机的转速的表达式为S)=1(1s)P改变力、P和S都可以调速。12.2三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性曲线如图1-5所示。八仆TmT图1-5三相异步电动机的机械特性曲线教 学 内 容1.起动转矩7；1度2.额定转矩Tk3.最大转矩Tm1.2.3三相异步电动机的

5、起动在生产中，除了小容量的三相异步电动机能直接起动外，一般要采取不同的方法起动，比如自耦变压器降压起动、串电阻或电抗器降压起动、Y-降压起动等。在变频调速拖动系统中，变频器用降低频率力从而也降低了S的方法来起动电动机。如图1-6所示为低频起动时电动机的机械特性曲线。电动机以很低的频率起动，随着频率的上升，转速上升，直至达到电动机的工作频率后，电动机稳速运行。在此过程中，转速差被限制在一定的范围，起动电流也将被限制在一定的范围内.而且动态转矩AT很小，起动过程很平稳。图1-6低频起动时电动机的机械特性曲线1.2.4三相异步电动机的制动电动机的制动状态是指电磁转矩T与转速n方向相反的状态。三相异步

6、电动机的制动方式有直流制动、回馈制动和反接制动等。1 .直流制动电动机制动时，切断电动机的三相电源，在定子绕组中通入直流电，产生一恒定磁场，如图l-7a所示。由于转子在机械惯性作用下仍按原方向旋转.它切割恒定磁场产生感应电流.用左手定则可判断感应电流在磁场中的受力方向，从而可判断电教 学 内 容a）直流制动的原理b）直流制动的机械特性曲线图1-7直流制动的原理与机械特性2 .回馈制动由于某些原因，当时，转子切割旋转磁场的方向和电动运行状态加正好相反，转子中感应电动势和电流的方向也相反，电磁转矩丁也就和反向，为制动转矩。回馈制动的实质是将轴上的机械能转换成电能，回馈给电源。如图1-8所示,章节课

7、题1.3变频器的结构与主要技术参数课时2教学目的1 .掌握变频器的结构。2 .掌握变频器铭牌及主要技术参数。重占八、难点重点：变频器的结构变频器铭牌的含义及主要技术参数教学方法结合变频器实际，讲解变频器的外形和结构，铭牌及技术参数，有条件可以到变频器生产厂家或商场参观，增加感性认识，并进行讲解，可能会事半功倍。教具变频器作业习题1-5课后小结变频器的基本组成可分为两大部分：由电力电子器件构成的主电路；以微处理器为核心的控制电路。表达式nx=v(l-5)=等(I-S)表明调节电源频率八，即可调节异步电动机的转速X，这就是异步电动机变频调速的理论依据。变频器的主要技术参数：输入电压、输出电压、额定

8、电流、输出容量、额定功率和过载能力等。1.3变频器的结构与主要技术参数知识目标：掌握变频器的结构。技能目标：学会识别变频器铭牌及主要技术参数。教学内容1.3变频器的结构与主要技术参数1.3.1变频器的外形教 学 内 容变频器的外形大致可分为挂式、柜式和柜挂式三种。1.3.2变频器的结构变频器的实际电路相当复杂，图I-IO所示为变频器的组成框图。交-直-交变频器的主电路；控制电路的基本结构如图1-11所示，它主要由主控板、键盘与显示板、电源板、外接控制电路等构成。1.3.3变频器的铭牌森兰变频器产品型号SR7OC1S执行标准：GB/TI2668.2额定输入：3相380V5060Hz产器煽明123

9、4567额定输出：3相0380V0650HZr额定电流：30A:条形码额定功率：15kW二S=BM希里森兰科技股份有限公司图1-14森兰变频器的铭牌L3.4主要技术参数1 .输入电压主要是指变频器的输入电压的相数、大小和频率，常见的有以下几种：(1) 3相380V5060Hz绝大多数变频器采用这种规格。(2) 3相220V5060Hz主要用于某些进口变频器。(3)单相220V5060Hz主要用于家用小容量变频器。2 .输出电压UN教由于变频器在变频的同时也要变压，所以输出电压是指输出电压的相数、电压学变动范围和频率变动范围。一般输出电压变动范围为OV输入电压，即输出电压的内最大值总是和输入电压

10、相等。容3 .额定电流入通常是指允许长时间输出的最大电流，是用户选择变频器时的主要依据。4 .输出容量SNSN取决于UN和人的乘积(1-6)SN =5 .额定功率PNPN是变频器说明书中规定的配用电动机容量。6 .过载能力是指变频器输出电流超过额定电流的允许范围和时间。大多数变频器都规定为1.5/n和60s。章节课题第2章变频器常用电力电子器件（2.12.4）课时2教学目的1 .了解功率二极管、晶闸管、GT0、GTR的外形和器件符号。2 .掌握功率二极管、晶闸管、GT0、GTR的主要参数。3 .会使用万用表检测功率二极管、晶闸管、GTO、GTR的好坏和判别极性。重点难点重点：功率二极管、晶闸管

11、、GTO、GTR的主要参数。难点：使用万用表检测功率二极管、晶闸管、GTO.GTR的好坏和判别极性。教学方法结合日常生活，联系实际因材施教，让学生了解电力电子器件的应用，调动学生的学习积极性。本次课老师要准备好功率二极管、晶闸管、GTO.GTR和万用表，进行课堂演示，结合实际讲解理论知识，尽可能达到好的教学效果。教具教具：功率二极管、晶闸管、GTOsGTR,万用表作业习题2-1；习题2-2：习题2-3；习题2-5课后小结功率二极管的结构是一个PN结，加正向电压导通，加反向电压截止，是不可控的单向导通器件。晶闸管是双极型电流控制器件。当对晶闸管的阳极和阴极两端加正向电压，同时在它的门极和阴极两端

12、也加适当正向电压时，晶闸管导通。但导通后门极失去控制作用，不能用门极控制晶闸管关断，所以它是半控器件。GTO的导通控制与晶闸管一样，但门极加负电压可使GTO关断，它是全控器件。GTR的工作原理与普通中小功率晶体管相似，但主要工作在开关状态，不用于信号放大，它承受的电压和电流数值大。2.1 功率二极管（D）2.2 晶闸管（SCR）2.3 门极可关断（GTO）晶闸管2.4 功率晶体管（GTR）知识目标：1 .了解功率二极管、晶闸管、GT0、GTR的外形和器件符号。2 .掌握功率二极管、晶闸管、GT0、GTR的主要参数。技能目标:会使用万用表检测功率二极管、晶闸管、GTO.GTR的好坏和判别极性。教

13、学内容2.1 功率二极管（D）1.1.1二极管的基本带征2.1.1功率二极管的结构与伏安特性1.1.1功率二极管的内部是PN或PIN结构，是通过扩散工艺制作的。功率二极管引出两个极，分别称为阳极A和阴极K。1.1.2 性功率二极管的阳极和阴极间的电压和流过管子的电流之间的关系称为伏安特性,其伏安特性曲线如图22所示。正向特性：硅二极管的开启电压为0.5V左右,或二极管的开启电压为0.1V左右。反向特性：反向截止区，反向击穿区。1.1.3 主要参数1）额定正向平均电流/f2）反向重复峰值电压URRM3）正向平均电压UF1.1.4 功率二极管的选用1.1.5 功率二极管的分类功率二极管一般分为三类

14、：(1)标准或慢速恢复二极管;(2)快速恢复二极管；(3)自特基二极管。2.2晶闸管(SCR)以2.2.1晶闸管的结构教品闸管是四层(PINIP三端(A、K、G)器件，其内部结构和等效电学路如图2-3所示。2.2.2晶闸管的导通和阻断控制内晶闸管的导通控制：在晶闸管的阳极A和阴极K间加正向电压，同时在它的门极容G和阴极K间也加正向电压。使导通的晶闸管的关断，必须将阳极电流IA降低到维持电流IH以下。2.2.3晶闸管的阳极伏安特性2.2.4晶闸管的参数1 .晶闸管的电压参数(1)正向断态重复峰值电压UDRM(2)反向重复峰值电压URRM。通常将UDRM和URRM二值中的较小者定义为晶闸管的额定电

15、压o(3)通态平均电压UT(AV)2 .晶闸管的额定电流/“Av2. 2.5晶闸管的门极伏安特性及主要参数略3. 2.6晶闸管触发电路1 .晶闸管对触发电路的要求1)触发脉冲应具有足够的功率和一定的宽度；2)触发脉冲与主电路电源电压必须同步；3）触发脉冲的移相范围应满足变流装置提出的要求。2 .触发电路的分类触发电路可按不同的方式分类，依控制方式可分为相控式、斩控式触发电路；依控制信号性质可分为模拟式、数字式触发电路；依同步电压形成可分为正弦波同步、锯齿波同步触发电路等。2. 2.7晶闸管的保护2.3门极可关断（GTO）晶闸管2.3.1GTO的结构与工作原理GTO的结构虽然也是四层三端器件，但

16、制作工艺与晶闸管不同。2.3.2GTO的特性与主要参数1）最大可关断阳极电流/TGQM2）关断增益Gofr教2.3.3GTo的门极控制学GTO的触发导通过程与普通晶闸管相似，关断则完全不同，GTO的关断控制是内露门极驱动电路从门极抽出P2基区的存储电荷，门极负电压越大，关断的越快。2.3.4GTO的缓冲电路容GTO使用时须接缓冲电路，缓冲电路的作用主要有：在GTO关断时，抑制阳极电流下降过程中所产生的尖峰阳极电压外,以降低关断损耗，防止结温升高；抑制阳极电压SIk的上升率du/d,以免关断失败；GTO开通时，缓冲电容通过电阻向GTO放电，有助于所有GTO元达到擎住电流值。因此，缓冲电路不仅对G

17、To具有保护作用，而且对于GTO的可靠开通和关断也具有重要意义。2.4功率晶体管（GTR）2.4.1GTR的结构2.4.2GTR的参数1）EO:既基极开路CE间能承受的电压。2）最大电流额定值加m3）最大功耗额定值3M4）开通时间如I5）关断时间ofto2.4.3二次击穿现象2.4.4GTR的驱动电路2.4.5GTR的缓冲电路章节课题第2章变频器常用电力电子器件（2.52.8）课时2教学目的1 .了解功率场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、集成门极换流晶闸管、智能功率模块的外形和器件符号。2 .掌握功率场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、集成门极换流晶闸管、智能功率模块的主要参数。重点难点重点难点：功

18、率场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、集成门极换流晶闸管、智能率模块的主要参数。教学方法联系实际让学生了解功率场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、集成门极换流晶闸管、智能率模块的应用，调动学生的学习积极性。本次课老师要准备好功率场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、集成门极换流晶闸管、智能率模块，进行课堂演示，结合实际讲解理论知识，尽可能达到好的教学效果。教具教具：功率场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、集成门极换流品闸管、智能率模块作业习题2-6；习题2-7：习题2-9；习题2-10课后小结功率场效应晶体管（P-MOSFET）是单极型全控器件，属于电压控制，驱动功率小。绝缘栅双极晶体管（IGBT）是复合型全控

19、器件，具有输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大等优点，是功率开关电源和逆变器的理想功率器件。IGCT是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT集成于一个整体形成的，是较理想的兆瓦级、中压开关器件，非常适合用于6kV和IOkV的中压开关电路。智能功率模块（IPM）是将高速度、低功耗的IGBT,与栅极驱动器和保护电路一体化，IPM具有智能化、多功能、高可靠、速度快、功耗小等特点。2.5 功率场效应晶体管(P-MoSFET)2.6 绝缘栅双极晶体管(IGBT)2.7 集成门极换流晶闸管(TGCT)2.8 智能功率模块(IPM)知识目标：1 .了解功率场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、

20、集成门极换流晶闸管、智能功率模块的外形和器件符号。2 .掌握功率场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、集成门极换流晶闸管、智能功率模块的主要参数。教技能目标：学会使用万用表检测功率场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、集成门极换流晶闸管、内智能功率模块的好坏。容教学内容2.5功率场效应晶体管(P-MOSFET)2.5.1功率场效应管的结构功率场效应晶体管的导电沟道也分为N沟道和P沟道,栅偏压为零时漏源之间就存在导电沟道的称为耗尽型，栅偏压大于零(N沟道)才存在导电沟道的称为增强型。2.5.2P-MOSFET的工作原理当漏极接电源正极，源极接电源负极，栅源之间电压为零或为负时，P型区和N-型漂移区之间的PN

21、结反向，漏源之间无电流流过。如果在栅极和源极加正向电压Ugs,由于栅极是绝缘的，不会有栅流。但栅极的正电压所形成电场的感应作用却会将其下面P型区中的少数截流子电子吸引到栅极下面的P型区表面。当UGS大于某一电压值Ur时，栅极下面P型区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型半导体，沟通了漏极和源极，形成漏极电流/d。电压UT称为开启电压，UGS超过UT越多，导电能力越强。漏极电流/d越大。2.5.3P-MOSFET的特性1 .转移特性2 .输出特性3 .开关特性2.5.4功率场效应晶体管的主要参数1）漏源击穿电压BUDS;2）漏极连续电流/d和漏极峰值电流/dm3）栅源击穿电压BU

22、GS4）开启电压UT5）极间电容2.5.5P-MOSFET的栅极驱动1）触发脉冲的前后沿要陡峭，触发脉冲的电压幅值要高于器件的开启电压，以保证P-MOSFET的可靠触发导通。2）开通时以低电阻对栅极电容充电，关断时为栅极电容提供低电阻放电回路，减小栅极电容的充放电时间常数，提高P-MOSFET的开关速度。3）PTOSFET开关时所需的驱动电流为栅极电容的充放电流。2.5.6P-MOSFET的保护D工作保护；2）静电保护2.6绝缘栅双极晶体管（IGBT）2. 6.1IGBT的结构与基本工作原理从结构示意图可见，IGBT相当于以GTR为主导元件、以MOSFRT为驱动元件的达林顿结构。3. 6.2I

23、GBT的基本特性D传输特性；2）输出特性2.6.3IGBT的主要参数D集电极-发射极额定电压es;2）栅极-发射极额定电压s;3）额定集电极电流上；4）集电极-发射极饱和电压aC（sat）;5）开关频率2.6.4IGBT的驱动电路1）IGBT与MOSFET都是电压驱动，都具有一个2.55V的阈值电压，有一个容性输入阻抗。2）用内阻小的驱动源对栅极电容充放电，以保证栅极控制电压有足够陡的前后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。IGBT开通后，栅极驱动源能提供足够的功率。3）驱动电路要能传递几十kHz的脉冲信号。4）驱动电平+%e的选择必须综合考虑。5）在关断过程中，为尽快抽取PNP管的存储电荷，应施

24、加一负偏压优E，但其受IGBT的G、E间的最大反向耐压限制，般取-10-IV。2.7集成门极换流晶闸管（IGCT）2.7.1IGCT的结构与工作原理2.7.2IGeT的特点（1）缓冲层；（2）透明阳极；（3）逆导技术2.8智能功率模块（IPM）1. 8.1IPM的结构其中包括用于于电动机制动的功率控制电路和三相逆变器各桥臂的驱动电路,还具备欠压、过流、桥臂短路及过热等保护功能。2. 8.2IPM的主要特点教 学 内 容TPM内含驱动电路，可以按最佳的IGBT驱动条件进行设定；IPM内含过流（Oe）保护、短路（SC）保护，使检测功耗小、灵敏、准确；IPM内含欠电压（UV）保护，当控制电源电压小于

25、规定值时进行保护；IPM内含过热（OH）保护，可以防止IGBT和续流二极管过热，在TGBT内部的绝缘基板上设有温度检测元件，结温过高时即输出报警（ALM）信号，该信号送给变频器的单片机，使系统显示故障信息并停止工作。IPM还内含制动电路，用户如有制动要求可另购选件，在外电路规定端子上接制动电阻，即可实现制动。3. 8.3IPM选择注意事项（1）采用光电耦合器；（2）采用双脉冲变压器章节课题第3章交-直-交变频技术3.1整流电路课时2教学目的1 .了解整流电路组成形式。2 .掌握整流电路的工作原理。重点难点重点：整流电路的工作原理难点：整流电路的波形分析教学方法结合日常生活，联系实际因材施教，让

26、学生了解由整流电路组成的直流电源的广泛应用。本次课老师要准备好整流电路示教板，进行课堂演示，结合实际讲解理论知识，尽可能达到好的教学效果。教具教具：整流电路示教板作.业习题3-2课后小结整流电路把电源提供的交流电压变换为直流电压，电路型式分为不可控整流电路和可控整流电路。1 .三相不可控整流电路的组成和工作原理。2 .三相可控整流电路的组成和工作原理。第3章交直交变频技术知识目标:1 .了解整流电路组成形式。2 .掌握整流电路的工作原理。技能目标:I.会绘制三相不可控整流电路和三相可控整流电路原理图。教学内容3.1 整流电路整流电路的功能是将交流电转换为直流电。整流电路按使用的元件不同分为两种

27、类型，即不可控整流电路和可控整流电路。3.1.1 不可控整流电路不可控整流电路使用的元件为功率二极管，不可控整流电路按输入交流电源的相数不同分为单相整流电路、三相整流电路和多相整流电路。图3-2是变频器中应用最多的三相整流电路原理图。三相桥式整流电路共有六只整流二极管，其中VD1、VD3、VD5三只管子的阴极连接在-起，称为共阴极组；VD八VD(,、VDz三只管子的阳极连接在一起，称为共阳极组。讲述三相桥式整流电路的工作原理。教学内容3.1.2可控整流电路图3-4所示为三相桥式可控整流电路。电路工作原理：1）三相全控桥整流电路任一时刻必须有两只晶闸管同时导通，才能形成负载电流，其中一只在共阳极

28、组，另一只在共阴极组。2）整流输出电压Ud波形是由电源线电压RS、RT、ST、SR、TR和RS的轮流输出所组成的。晶闸管的导通顺序为：（VT6和VTi）一（VTl和VT2）-（VT2和VT3）一（VT3和VT4）一（VT4和VT5）一（VT5WVT6）O3）六只晶闸管中每管导通120,每间隔60有一只晶闸管换流。章节课题3.2中间电路课时2教学目的1 .了解中间电路有滤波电路和制动电路等不同的形式。2 .掌握滤波电路的工作原理。重点难点重点：滤波电路的工作原理难点：制动电路的工作原理分析教学方法联系直流电源组成结构实际，让学生了解滤波电路组成及广泛应用。本次课老师要准备好滤波电路示教板，进行课

29、堂演示，结合实际讲解理论知识，尽可能达到好的教学效果。教具教具：滤波电路示教板作业习题3-3；习题3-4；习题3-5课后小结中间电路分为滤波电路和制动电路等不同的形式，滤波电路是对整流电路的输出进行电压或电流滤波，经大电容滤波的直流电提供给逆变器的称为电压型逆变器，经大电感滤波的直流电提供给逆变器的称为电流型逆变器；制动电路是利用设置在直流回路中的制动电阻或制动单元吸收电动机的再生电能的方式实现动力制动。3. 2中间电路知识目标:1. 了解滤波电路和制动电路组成形式。2. 掌握滤波电路的工作原理。3. 了解制动电路的工作原理。技能目标：1 .会用万用表测量漉波电路的输入和输出电压。2 .会用示

30、波器测量滤波电路的输入和输出电压波形。教学内容教变频器的中间电路有滤波电路和制动电路等不同的形式。学3.2.1滤波电路内1.电容滤波内通常用大容量电容对整流电路输出电压进行滤波。由于电容量比较大，-一般采容用电解电容。为了得到所需的耐压值和容量，往往根据变频器容量的要求，将电容进行串并联使用。采用大电容滤波后再送给逆变器,这样可使加于负载上的电压值不受负载变动的影响，基本保持恒定。该变频电源类似于电压源，因而称为电压型变频器。3 .电感滤波采用大容量电感对整流电路输出电流进行滤波，称为电感滤波。由于经电感滤波后加于逆变器的电流值稳定不变，所以输出电流基本不受负载的影响，电源外特性类似电流源，因

31、而称为电流型变频器。3.2.2制动电路利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电动机的再生电能的方式称为动力制动或再生制动。制动电路可为制动电阻或制动单元.3.1.2可控整流电路图3-4所示为三相桥式可控整流电路。电路工作原理教学内容章节课题3.3 逆变电路的工作原理及基本形式3.4 SPwM控制技术课时2教学目的1 .掌握逆变电路的工作原理及基本形式。2 .了解SPWM控制技术。重点难点重点：逆变电路的工作原理及基本形式难点：逆变电路的工作原理教学方法结合变频器的结构，让学生学习掌握逆变电路的工作原理。本次课老师要准备好变频器主板，进行课堂演示，结合实际讲解理论知识，尽可能达到好的教学效果。教具教

32、具：变频器主板作.业习题3-6；习题3-7课后小结逆变电路是将直流电变换为频率和幅值可调节的交流电，对逆变电路中功率器件的开关控制一般采用SPWM控制方式。3.3 逆变电路的工作原理及基本形式3.4 SPWM控制技术知识目标：1 .掌握逆变电路的工作原理及基本形式。2 .了解SPWM控制技术。技能目标：学会识读逆变电路。教学内容教3.3逆变电路的工作原理及基本形式学3.3.1逆变电路的工作原理3.3.2逆变电路的基本型式内1.半桥逆变电路当Vl或V2导通时，负载电流与电压同方向，直流侧向负载提供能量；而当VDi或VD2导通时，负载电流与电压反方向，负载中电感的能量向直流侧反馈，反馈回的能量暂时

33、储存在直流侧电容器中，电容器起缓冲作用。由于二极管VDi、VD2是负载向直流侧反馈能量的通道，故称反馈二极管；同时VDi、VD2也起着使负载电流连续的作用，因此又称为续流二极管。2.全桥逆变电路全桥逆变电路可看作两个半桥逆变电路的组合。电路原理如图3-15a所示。教 学 内 容直流电压Ud接有大电容C,使电源电压稳定。电路中的四个桥臂，桥臂1、4和桥臂2、3组成两对，工作时，设/2时刻之前V|、V4导通，负载上的电压极性为左正右负，负载电流i。由左向右。/2时刻给V|、V4关断信号，给V2、V3导通信号，则Vi、V4关断，但感性负载中的电流i。方向不能突变，于是VD2、VD3导通续流，负载两端

34、电压的极性为右正左负。当/3时刻i。降至零时，VD2、VD3截止，V2、V3导通，io开始反向。同样在/4时刻给V2、V3关断信号，给V1、V4导通信号后，V2、V3关断，i。方向不能突变，由VD|、VD4导通续流。/5时刻io降至零时，VDhVD4截止，VhV4导通，i。反向，如此反复循环，两对交替各导通180。其输出电压o和负载电流io见图3-15b所示。3. 4SPWM控制技术3.1.1 概述实现调压和调频的方法有很多种,但一般从变频器的输出电压和频率的控制方法分为PAM和PWMc3.1.2 SPWM控制的基本原理全控型电力电子器件的出现，使得性能优越的脉宽调制(PWM)逆变电路应用日益

35、广泛。这种电路的特点主要是：可以得到相当接近正弦波的输出电压和电流，所以也称为正弦波脉宽调制SPWM(SinusoidalPWM)oSPWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。3.1.3 4.3SPWM逆变电路的控制方式1 .单极性方式2.双极性控制方式章节课题第4章交-交变频技术课时2教学目的1 .掌握单相交-交变频器的原理。2 .了解三相输出交-交变频电路。重点难点重点：单相交-交变频器的原理难点：单相交-交变频器的

36、原理教学方法联系实际，让学生学习掌握交交变频技术原理。尽可能达到好的教学效果。教具习题4-1；习题4-2；习题4-5课后小结交-交变频就是把电网频率的交流电变换成可调频率的交流电，此类变频器能量转换效率较高，多应用于大功率的三相异步电动机和同步电动机的低速变频调速。但由于交-交变频输出频率低（一般为电网频率的1312）和功率因数低，使其应用受到限制。1. 1单相输出交-交变频电路4. 2三相输出交-交变频电路5. 3矩形波交-交变频知识目标：1. 掌握单相输出交-交变频电路的原理。2. 了解三相输出交-交变频电路的主要连接方式。3. 了解矩形波交-交变频的原理。技能目标：熟悉交-交变频的应用。

37、教学内容4. 1单相输出交-交变频电路4.1.1 电路组成及基本工作原理单相交-交变频器的原理框图如图4-1所示。电路由P（正）组和N（负）组反并联的晶闸管变流电路构成，两组变流电路接在同一交流电源，Z为负载。两组变流器都是相控电路，P组工作时，负载电流自上而下，设为正向；N组工作时，负载电流自下而上，为负向。让两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频率的交流电，如图4-2所示。4.1.2 感阻性负载时的相控调制如果把交-交变频电路理想化，忽略变流电路换相时输出电压的脉动分量，就可以把电路等效为图4-4a所示的正弦波交流电源和二极管的串联。其中交流电源表示变流电路可输出交流正弦电压，二极

38、管体现了变流电路只允许电流单方向流过。假设负载阻抗角为9,即输出电流滞后输出电压e角。另外，两组变流电路在工作时采取无环流工作方式,即一组变流电路工作时,封锁另一组变流电路的触发脉冲。图4-4b给出了一个周期内负载电压、电流波形及正负两组变流电路的电压、电流波形。1. 1.3输入输出特性1 .输出上限频率输出上限频率不高于电网频率的1/31/2。电网为50HZ时，交-交变频电路的输出上限频率约为20Hz。2 .输入功率因数教 学 内 容交-交变频电路采用的是相位控制方式，因此其输入电流的相位总是滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。从图4-3可以看出，在输出电压的一个周期内，Q角是以90为中心

39、而前后变化的。输出电压比越小，半周期内Q的平均值越靠近90,位移因数越低。另外，负载的功率因数越低，输入功率因数也越低。而且不论负载功率因数是滞后还是超前的，输入的无功电流总是滞后的。交-交变频器的特点为：1）因为是直接变换，没有中间环节，所以比一般的变频器效率要高。2）由于其交流输出电压是直接由交流输入电压波的某些部分包络所构成，因而其输出频率比输入交流电源的频率低得多，输出波形较好。3）由于变频器按电网电压过零自然换相，故可采用普通晶闸管。4）因受电网频率限制，通常输出电压的频率较低，为电网频率的三分之一左右。5）功率因数较低，特别是在低速运行时更低，需要适当补偿。鉴于以上特点，交-交变频

40、器特别适合于大容量的低速传动，在轧钢、水泥、牵引等方面应用广泛。2. 2三相输出交-交变频电路三相输出交-交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，三相输出交-交变频电路是由三组输出电压相位各差120的单相交-交变频电路组成的，所以其控制原理与单相交-交变频电路相同。4. 2.1公共交流母线进线方式图4-6是公共交流母线进线方式的三相交交变频电路简图。5. 2.1公共交流母线进线方式教 学 内 容图4-6是公共交流母线进线方式的三相交交变频电路简图。它由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开120。的单相交.交变频电路构成，它们的电源进线接在公共的交流母线上。6. 2.2输出星形联结方式图4-

41、7是输出星形联结方式的三相交-交变频电路原理图。三组单相交-交变频电路的输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结，电动机的中性点和变频器的中性点接在一起，电动机要引出六根线。因为三组单相交-交变频电路的输出端联接在一起，其电源进线就必须隔离，因此三组单相交-交变频电路分别用三个变压器供电。章节课题5.1 高（中）压变频器概述5.2 高（中）压变频器的主电路结构课时2教学目的1 .了解高（中）压变频器的分类。2 .掌握高（中）压变频器的基本形式。3 .掌握高（中）压变频器主电路结构。重点难点重点：高（中）压变频器的基本形式难点：高（中）压变频器主电路结构教学方法联系实际，讲解高（中）压变频

42、器的分类、基本形式和主电路结构，让学生学习掌握高（中）压变频器的组成及应用。尽可能达到好的教学效果。教具作业习题5-1；习题5-3；习题54；习题5-7课后小结高（中）压变频器通常指电压等级在IkV以上的大容量变频器。高（中）压变频器按主电路的结构方式分为交-交方式和交-直-交方式。高（中）压变频调速系统的基本型式有直接高-高型、高-中型和高-低-高型等三种。高（中）压变频器的主电路结构有晶闸管电流型、GTO电流型、IGBT并联多重化PWM电压型、多电平高（中）压变频器等。5.1 高（中）压变频器概述5.2 高（中）压变频器的主电路结构知识目标：1 .了解高（中）压变频器的分类。2 .掌握高（

43、中）压变频器的基本形式。3 .掌握高（中）压变频器主电路结构。技能目标：学会识别高（中）压变频器。 教教学内容学5.1高（中）压变频器概述内5.1.1高（中）压变频器的分类容高（中）压变频器按主电路的结构方式分为交-交方式和交-直-交方式。5.1.2 高（中）压变频调速系统的基本形式高（中）压变频调速系统不像低压变频调速系统那样有统一的结构形式，但常见的基本型式有直接高-高型、高-中型和高-低-高型等三种。5.1.3 高（中）压变频器的应用在功率保持不变情况下，如果提高其供电电压，就可以减少绕组中的电流。对大容量的电动机来说，这是非常有意义的，减少绕组中的电流可使电动机的体积和制造成本大大降低

44、。因此在冶金、钢铁、石油、化工、水处理等工矿企业中，大容量的电动机基本上都是中压和高压电动机。这类企业的风机、泵类、压缩机及各种其他大型机械的拖动电动机消耗的能源占电机总能耗的70%以上，而且绝大部分都有调速的要求,但目前的调速和起动方法仍很落后,浪费了大量的能源且造成机械寿命的降低。514高（中）压变频器的技术要求1 .可靠性要求高2 .对电网的电压波动容忍度大3 .降低谐波对电网的影响4 .改善功率因数5 .抑制输出谐波成分6 .抑制共模电压和d/dr的影响5.2高（中）压变频器的主电路结构5.2.1晶闸管电流型变频器图5-5所示为晶闸管电流型变频器的主电路。电流型变频器的优点是能量可以回

45、馈到电网，因此系统可以四象限运行。由于存在大的平波电抗器和快速电流调节器，过电流保护较容易实现。但是由于采用三相桥式晶闸管整流，电流型变频器的输入波形畸变较为严重，功率因数也会随电动机转速的下降而有所下降。实际上常采用接入输入滤波器和多重化（如12脉波）的方法，使输入电压和电流畸变达到IEEE519-92的要求。5.2.2GTO电流型变频器该类变频器其主电路如图5-6所示。GTO电流型变频器可以说是SCR方式的改进。5.2.3IGBT并联多重化PWM电压型变频器采用IGBT器件的PWM电压型变频器，由于IGBT器件具有优良的性能，在高（中）压变频器中应用较多。其中比较成功的例子是“并联多重化PWM电压型”变频器。教学内容5.2.4三电平高（中）压变频器IGBT三电平高压变频器的主电路如图5-8所示。三电平变频器的输出谐波比低压通用变频器低；因为省去升、降压变压器，因而结构紧凑，损耗减少，占地面积小，节省土建费用；当功率较大时，电源