2.7 交-直-交变频的改进

2.7.1 整流脉波翻了倍

1.6脉波整流

常规的三相整流桥整流后的电压波形，有6个脉波，如图2-47中的曲线②所示。6脉波整流的主要缺点是三相输入电流的波形严重畸变，如图中的曲线①所示，导致电源侧的功率因数很低。

2.12脉波整流

1）电路的结构特点 12脉波整流的特点是电源侧增加了一个三相变压器，其二次侧具有两组绕组，一组接成形，另一组接成△形，两者各自经三相桥形整流后再并联，如图2-48所示。

2）电压波形两个桥形整流后分别得到各自的6脉波电压，如图2-48中之曲线①和曲线②所示。

根据电工基础的知识，△形接法的电压相量和形接法的电压相量之间，互差π/6电角度，两者并联之后，就得到12脉波的电压了，如图中2-48的曲线③所示。

3）主要优点

①直流电压的波形平缓多了，可以减小滤波电容器的容量。

②变频器输入电流的波形比较地接近于正弦波了，如图2-48中的曲线④所示。有关资料表明，6脉波整流时，变频器的畸变率是88%，用了12脉波整流后，输入电流的畸变率只有12%了。功率因数因此而得到了很好的改善。

2.7.2 逆变采用三电平

1.采用三电平逆变电路

三电平逆变电路也称为中心点箝位逆变电路，其构成如图2-49所示，基本特点如下：

1）逆变电路 由12个开关器件VT1～VT12构成，每个桥臂有4个开关器件。

2）钳位二极管 每个桥臂中间的两个开关器件被二极管钳位于两组电容的中心点（0电平点）。

3）三电平的含义

①直流电路的正端为高电平；

②直流电路的负端为低电平；

③两组互相串联的滤波电容器的中点为零电平。

2.三电平逆变电路的工作特点

首先观察一下普通变频器的二电平的工作特点。

1）二电平工作特点 图2-50a所示是普通变频器中逆变桥一个桥臂的电路，它的工作特点：

①同一桥臂的开关器件只有两种状态，如图2-50b所示。

②在逆变过程中，U线的电位变化只有两个电位：直流电压UD的“+”电位和UD的“-”电位，如图2-50c所示。

③三电平逆变的工作特点

图2-51a所示，是三电平逆变桥的一个桥臂，其工作特点：

2）开关器件的状态 开关器件有3种状态，如图2-51b所示。其中，晶体管VT1和VT3的状态总是互反的，VT2和VT4也总是互反的。

3）电位变化 在逆变过程中，U线的电位变化如图2-51c所示，它有3个电位：UD的‘+’电位、UD的‘-’电位、电容器组中点的‘0’电位。

3.三电平逆变电路的优点

图2-52所示是变频器的三相输出线之间的线电压波形。

1）二电平逆变图2-52a所示是二电平逆变电路的输出线电压波形，由图知，每个脉冲的变化幅度等于UD。

2）三电平逆变图2-52b是三电平逆变电路的输出线电压波形，由图知每个脉冲的变化幅度等于UD/2。

可见，三电平逆变电路线电压的变化幅度比二电平逆变电路减小了一半，这是三电平逆变电路的主要特点。由此带来的好处有：

①减小了对电动机槽绝缘的冲击，使之不易被击穿，从而延长了电动机的寿命。

②减小了输出电流的脉动幅度，从而减小了由脉宽调制而产生的电磁辐射。

③减小了因线路分布电容而引起的漏电流。

④减小了电动机的轴和轴承内的感应电流以及由此而引起的电腐蚀。

2.7.3 变频电动机

普通电动机实现变频调速时，存在一些难以克服的缺点。为此，专门生产了一种适用于变频调速的电动机，称为变频电动机，其主要特点如下：

1.有专用冷却风扇

普通电动机主要依靠和转子同轴的风扇进行冷却。在低频运行时，风扇的转速随转子同时降低，散热效果变差，影响了电动机的带负载能力。

变频电动机在外部专门安装了一个冷却风扇，直接和三相电源相接，其转速不受变频器输出频率的影响，从而增大了电动机在低频时的带负载能力，如图2-53所示。

2.输出轴较长

普通电动机的输出轴较短，难以安装用于转速反馈的旋转编码器。为此，变频电动机加长了输出轴，便于安装旋转编码器。

3.磁路裕量较大

普通电动机在实现变频调速时，磁路容易饱和。在V/F方式下，用户难以掌握。为此，变频电动机在设计磁路时，留有较大裕量，使磁路不易饱和，用户较易掌握。

4.加强槽绝缘

变频器的输出电压是高频高压的脉冲电压，绝缘材料在高频高压作用下，其介电强度将下降，容易被击穿，普通电动机因此而“烧坏”的情况时有发生。为此，变频电动机加强了槽绝缘，使之不易击穿。

5.增加了轴承的绝缘

由于电动机的电流中含有频率很高的谐波分量，其高频磁场将在轴和轴承之间产生感应电流，使轴承的温度升高，润滑油容易干涸。为此，变频电动机在轴和轴承之间加入了绝缘层。