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开关电源_详细讲解——第8讲.pdf

发布时间：2022-04-08 发布人：admin 分类：互联网 资料大小：4.08M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    第8章 变频电源原理与应用 第8章 变频电源原理与应用 8.1 变频电源 8.2 变频电源的硬件电路设计 8.3 系统软件设计 8.4 变频技术在交流调压中的应用研究 8.5 大功率中压变频技术及其对负载的影响 8.6 实现电动机带载启动的交/交变频技术
    第8章 变频电源原理与应用 8.1 变频电源 8.1.1 变频电源技术 变频电源在人们的生产、生活和科研中发挥着重要的作 用。所谓变频，就是将直流或固定频率交流输入转变为频率 可变的交流输出。随着工业生产需求和科学技术的发展，变 频电源在多个领域内的应用越来越广泛，不同场合对变频电 源的要求也越来越高，这也促进了变频电源的飞速发展。 变频技术的发展源于对交流异步电机的调速。如今变频技术 已经不再局限于对电机的调速应用上，越来越多地应用在测 控仪器、精密功率电源、家用电器等领域中。
    第8章 变频电源原理与应用 变频电源的发展是建立在电力电子器件与电力电子技术 不断进步的基础之上的。随着新型电力电子器件的不断涌 现，变频技术获得了飞速的发展。从变频器的发展需要出 发，大功率电力电子器件作为开关器件，其研究和应用为变 频技术打下了坚实的基础。这种开关器件具有优良的特性， 在正常开通状态下通流容量大，导通压降小；在正常关断情 况下，能承受高电压，漏电流小；在正常的开关状态下，开 通与关断时间短，即开关频率高，而且能承受高的du/dt； 有全控功能、寿命长、结构紧凑、体积小、散热性能良好等 优点。
    第8章 变频电源原理与应用 早期的开关器件主要是晶体管SCR，其开关频率低，属于半控器 件，主要采用脉幅调制。它有许多缺点：谐波大、功率因数低、转速脉 动大、动态响应慢以及线路复杂。为了使晶体管具有关断能力，后来推 出了门极关断晶体管GTO，但是其关断控制较易失败，工作频率也不够 高，因此迅速被随之发展起来的大功率晶体管GTR所代替。GTR也有其 不足之处，由于是用电流信号进行驱动的，所需驱动功率较大，驱动系 统比较复杂，工作频率难以提高。功率场效应晶体管MOSFET的出现很 好地解决了以上问题，它用电压信号控制开通与关断，开关频率也较高。 绝缘栅双极晶体管IGBT是MOSFET和GTR相结合的产物，其控制部分 与场效应晶体管相同，电压控制，输入阻抗很高，而主电路部分则与 GTR相同，因此击穿电压与击穿电流很高，非常适宜用于功率开关。近 年来，又出现了智能功率模块IPM等模块化产品，为电源产品的设计和 应用提供了极大的方便。
    第8章 变频电源原理与应用 8.1.2 实现VVVF的基本调制方法 变频电源的发展始终伴随着变压过程，因此通常也称为变频变压电 源，即VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)电源。当输入为直流 电时，又可称为逆变电源，即将直流电逆变成为幅频可调的交流电。 实现VVVF的基本调制方法有两种。第一种方法称为脉冲幅度调制 (Pulse Amplitude Modulation)，简称PAM方式。该方法把VV与VF的过程 分开完成，在对交流电整流的同时进行相控调压，而后逆变为可调频率 的交流电，或者是把交流电整流为直流电之后用斩波器调压，然后再将 直流逆变为可调频率的交流电。第二种方法称为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)，简称PWM方式。该方法是将VV与VF集中于逆变器 一起完成的，即前部为不可控整流器，中间产生恒定直流电压，最后由 逆变器完成变频变压过程。
    第8章 变频电源原理与应用 1. 脉幅调制(PAM) 脉幅调制过程如图8-1所示。由于逆变所得交流电压的 幅值等于前级直流电压值，因此实现变频又变压最简单的方 法便是在调节频率的同时也调节前级直流电压。设fN为调制 前的频率，TN为调制前的周期，UDN为调制前的直流电压， 调制前逆变电路的输出电压波形如图8-1(a)所示。根据脉幅 调制规则，则可以得到调制后逆变电路的输出电压波形如图 8-1(b)所示，其中，fX为调制后的频率，TX为调制后的周 期，UDX为调制后的直流电压。
    第8章 变频电源原理与应用 图8-1 脉幅调制前后的输出电压波形 (a) 调制前； (b) 调制后
    第8章 变频电源原理与应用 VVVF控制技术发展的早期均采用PAM方式，由于当时 的半导体器件主要是以普通晶闸管为主，其开关频率不高， 属于半控器件，因此逆变电路输出的交流电压波形只能是方 波。而要使方波电压的有效值随输出频率的变化而改变，只 能靠改变方波的幅值，即只能依靠前面的环节来改变逆变电 路前级直流电压的大小。因此，变频电源在采用PAM方式 的时候，需要同时调节整流和逆变两个部分，并且两者之间 还必须满足一定的关系，故其控制电路比较复杂。这种方法 现在较少使用。
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