DC-AC變換技術

1、第6章 dc-ac變換技術,概念,把直流電變成交流電稱為逆變，相應的功率變換裝置被稱為逆變器,分類1：有源逆變與無源逆變,如果把逆變器的交流側接到交流電源上，把直流電逆變成同頻率的交流電送到電網(wǎng)去，叫有源逆變； 如果逆變器的交流側不與電網(wǎng)連接，而是直接接到負載，即把直流電逆變成某一頻率的交流電供給負載，則叫無源逆變,分類2：電壓型逆變器與電流型逆變器,輸入電壓為恒壓源稱為電壓源逆變器 輸入為恒流源稱為電流源逆變器，在實際應用中使用較少,兩圖有何區(qū)別,分類3,分類4：半橋與橋式,分類5：自然換流與強迫換流,分類6：正弦逆變與非正弦逆變,負載的分類,逆變器輸出在負載為阻性時,逆變器輸出在負載為感性

2、或容性負載時,能量如何流動,逆變與整流,6.2方波逆變器,單相半橋式逆變電路,在直流側有兩個相互串聯(lián)的足夠大的電容，使得兩個電容的聯(lián)結點為直流電壓的中點。兩個電容構成一個橋臂，開關管和及其反并二極管和構成另一個橋臂，兩橋臂的中點為輸出端，可以通過變壓器輸出，也可由這兩端直接輸出,工作原理（阻性負載時,輸出電壓為電角度的方波交流電，寬度等于ton（q1或q2的導通時間,數(shù)量關系,vab=,其輸出電壓有效值為,其瞬時值表達式為,感性負載時如何工作,此時負載上的電壓電流波形如何,d1，d2有何作用,2、單相全橋逆變電路,四個功率管、四個反并聯(lián)二極管組成,如何工作,工作原理（阻性負載時,控制方式有雙極

3、性控制、有限雙極性控制和移相控制三種,b圖為雙極性控制,數(shù)量關系,其輸出電壓有效值為,其瞬時值表達式為,工作原理（感性負載時,控制方式有雙極性控制、有限雙極性控制和移相控制三種,b圖為雙極性控制,受限雙極性控制方式,受限雙極性控制方式的工作原理是讓一個橋臂的兩個管子(例如q1 和q3)以pwm方式工作，另一個橋臂的兩個管子q2、q4各輪流導通半個周期,受限雙極性控制方式(感性負載,在d3，q4導通期間為何il保持不變,雙極性控制與受限雙極性控制的區(qū)別,移相控制方式,移相控制方式的工作過程是q1和q3輪流導通，各導通180度角；q2和q4也是這樣，但q1和q4不是同時導通,單獨供電與集中供電,單

4、獨式供電：單獨式供電方式是在單節(jié)客車上安裝一套獨立的供電裝置，有車軸式和車下懸掛柴油發(fā)電機組式(用于單節(jié)空調客車)兩種。 集中式供電：在列車中的某一輛車上一個集中電源（可以通過柴油發(fā)電機組提供也可以由接觸網(wǎng)通過電力機車主變壓器提供），通過電力連接器向整個列車供電，這種供電方式稱為集中式供電。集中式供電因其供電量大，輸出電壓穩(wěn)定已經(jīng)成為主流供電方式,單獨供電,單獨供電方式，一直以車軸式作為主導。隨著空調客車的大量運用，客車用電量不斷增加，客車供電方式正處于新舊交替時期，以柴油發(fā)電機組作為電源的車輛愈來愈多,車軸式供電,軸驅式發(fā)電機的供電系統(tǒng)有許多缺點。 首先,客車發(fā)電機的機械傳動是一個復雜的結構

5、部件,經(jīng)常損壞,特別是在高速運行時。 此外,軸驅式發(fā)電機顯著增加車輛的運行阻力。例如,在運行速度90公里/小時時,車輛的運行阻力由于有軸驅式發(fā)電機而增加28%?？蛙嚜毩⒐╇娤到y(tǒng)由于能量多次轉換(在電力機車上電能變成機械能,之后在客車上機械能變成電能),因而效率低。它由機車的平均運用效率、減速器、發(fā)電機及蓄電池的效率所決定。此時在額定功率下供電系統(tǒng)的效率大約是50,dc600v集中供電系統(tǒng)工作原理,dc600v集中供電系統(tǒng)工作原理,電氣化區(qū)段運行方式,25kv受電弓主變壓器整流，濾波dc600v,dc600v,逆變器,空調,熱水器,dc110電壓裝置,蓄電池,照明等其他直流負載,非電氣化區(qū)段運行

6、方式,發(fā)電車dc600v,逆變器,空調,熱水器,dc110電壓裝置,蓄電池,照明等其他直流負載,空調,蓄電池,照明等其他直流負載,熱水器,發(fā)電車ac380v,整流裝置,dc110v電源裝置,具體電路,三相逆變器電路可以由三個單相逆變器組成，通常三相逆變電路采用三相橋式電路，三相橋式電路如圖所示。每個橋臂（red leg，yellow leg，blue leg）相互延遲1200,三相方波逆變器,當g點和n點不連接時，180o導電型工作過程，負載為阻性。 6個功率管的驅動信號如圖所示，三個單相逆變器的激勵脈沖之間彼此相差1200，每個管子都導通180o，以便獲得三相平衡（基波）的輸出。任何時刻都有

7、3個管子導通，其導通順序為5、6、1；6、1、2；1、2、3；2、3、4；3、4、5；4、5、6；5、6、1.；每組管子導通60度,6個開關的驅動信號,6個狀態(tài)的等效電路如圖所示,可以求出6個狀態(tài)時三相輸出電壓,由上式畫出三相輸出相電壓波形，如圖所示，可見波形每個周期由六個階梯組成，因此又稱為六階梯波。我們稱 、 、 為逆變器相電壓； 、 、 為逆變器線電壓,180o,120o導電型（當g點和n點不連接,120度導電型模式時，每個開關元件導通120度，s1s6依次間隔60度導通，逆變器中任一時刻只有兩管導通，工作安全可靠，不會發(fā)生同一橋臂直通現(xiàn)象。導通順序如何,輸出電壓波形是怎樣的,3傅立葉級

8、數(shù)、方波逆變器輸出諧波 在實際問題中，除了正弦函數(shù)外，還會遇到許多非正弦的周期函數(shù)，為了研究非正弦的周期函數(shù)，將周期函數(shù)展開成由三角函數(shù)組成的級數(shù),將周期函數(shù)展開，它的物理意義是很明確的，即把一個比較復雜的周期運動看成是許多不同頻率的簡諧振動疊加,方波的各次諧波,如何去除諧波,方波逆變器輸出是一交變方波電壓，在某些場合可以直接應用，例如在驅動交流電機等應用中；在另一些場合，方波逆變器輸出就必須進行濾波，才能滿足應用的需要,由于基波和諧波頻率差較小，低通濾波器設計相當困難,6.3脈沖寬度調制（pwm,背景： 方波逆變器可以方便地調整輸出電壓的頻率，但輸出電壓的幅度在逆變環(huán)節(jié)中無法調節(jié)，通常需要增

9、加調壓環(huán)節(jié)完成調壓功能，但這種方法使系統(tǒng)復雜，且輸出電壓諧波大。 1964年，德國學者a. schonung 和h. stemmler 率先提出了脈寬調制（pwm: pulse width modulation）的思想，把通訊技術中的調制技術應用于交流傳動中，開創(chuàng)了dc-ac技術研究的新領域。 發(fā)展現(xiàn)狀,pwm波形生成原理 在采樣控制理論中，有一個重要結論：沖量相等而形狀不同的脈沖，加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量，即是指窄脈沖的面積。這里所說的效果相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。如果將其輸出波形用傅氏變換分析，其中低頻特性基本相同，僅在高頻段略有差異,如圖中所示的三個面積相

10、等但形狀不同的窄脈沖，當他們分別加在慣性上環(huán)節(jié)上時，輸出基本相同，并且，脈沖寬度越窄，其輸出的差異越小,原理： 1）將正弦波n等分，將正弦波用寬度相同，幅度不同的一系列方波脈沖來擬合,2）將每個脈沖方波以面積相等的原則用一系列幅度相同，寬度不同的方波來替換（根據(jù)控制理論，這樣替換后輸出效果相同。,把所希望的波形作為調制信號，把接受調制的信號作為載波，通過對載波的調制得到所期望的pwm波形。 通常采用等腰三角波作為載波，因為等腰三角波上下寬度與高度呈線性關系且左右對稱，當它與任何一個平緩變化的調制信號波相交時，在交點時刻就可以得到寬度正比于調制信號波幅度的脈沖。下圖為調制波、載波和spwm波的關

11、系圖形,單極性pwm調制 載波（三角波）在調制波半個周期內只在一個方向變化，所得到的pwm波形也只在一個方向變化的控制方式稱為單極性pwm控制方式,雙極性pwm調制 在雙極性控制方式中，載波（三角波）在調制波半個周期內是在正負兩個方向變化，所得到的pwm波形也正負兩個在方向變化,spwm生成方法 1）自然采樣法,2）規(guī)則采樣法,pwm產生電路及控制原理（自然采樣法） 單極性pwm調制,ur：信號波（正弦波） uc：載波（三角波,調制電路的組成 1）比較電路 2）控制電路,控制方法,在信號波ur的正半周期q1保持導通，q3保持關斷，然后： 當uruc時，q4導通，q2關斷則此時vab=vin 當

12、uruc時，q4關斷，q2導通則此時vab=0,在信號波ur的負半周期q3保持導通，q1保持關斷，然后： 當uruc時，q4導通，q2關斷則此時vab=0 當uruc時，q4關斷，q2導通則此時vab=-vin,雙極性pwm調制 產生電路不變 該使用何種控制方式,提示:q1與q4一組，q2與q3一組,控制方法 在ur正半周期：當uruc時， q1與q4通， q2與q3斷 此時vab=vin 當uruc時， q1與q4斷， q2與q3同 此時vab=-vin 當uruc時， q1與q4通， q2與q3斷 此時vab=vin,三相橋逆變的pwm控制,三相的pwm控制公用三角波載波uc ； 三相的調

13、制信號uru、urv和urw依次相差120,二重單相電壓型逆變電路,兩個單相逆變電路的輸出電壓u1和u2均是180矩形波。 兩個單相逆變電路導通相位錯60,二重單相電壓型逆變電路： 由兩個單相全橋逆變電路組成，輸出通過變壓器t1和t2串聯(lián)起來。 輸出波形：兩個單相的輸出電壓u1和u2均是180矩形波,二重逆變電路的工作波形,二重單相逆變電路,兩個單相電路導通相位錯開j =60,則u1和u2的3次諧波就錯開了 360=180。 變壓器串聯(lián)合成后，兩者中的3次諧波相互抵消，總輸出電壓中不含3次諧波。 uo波形是120矩形波，含6k1次諧波，3k次諧波都被抵消,無源逆變電路和有源逆變電路有何不同？ 電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？ 三相電壓型逆變電路基本電路的工作方式是（ ）導電方式，輸出的交流電壓波形為（ ），相電壓寬度為（ ），幅值(max)為（ ）。 單極性和雙極性p