電力電子課件-第六章 變頻電路

1、1 第六章第六章 變頻電路變頻電路 1 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 2 61、基本概念、基本概念 一、分類一、分類 交直交和交交 二、工作原理二、工作原理 1.交直交變頻器（無源逆變器) VT1、VT4和VT2、VT3輪流切換導(dǎo)通，uR為交變電壓 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 3 61、基本概念、基本概念 2. 交交交變頻器交變頻器 正、反組輪流導(dǎo)通，得交變電壓uR， 幅值：改變角；頻率：正反組切換率。 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 4 61、基本概念、基本概念 3、 變頻器的換流方式變頻器的換流方式 換流概念；直流供電時(shí)，如使已通元件關(guān)斷 （

2、1）、電網(wǎng)換流）、電網(wǎng)換流 利用電網(wǎng)電壓換流，只適合交交變頻器 （2）、負(fù)載諧振式換流）、負(fù)載諧振式換流 利用負(fù)載回路中形成的振蕩特性，使電流自動(dòng)過零，只要負(fù)載電流超前 于電壓時(shí)間大于tq，即能實(shí)現(xiàn)換流，分串，并聯(lián)。 VT2、VT3通后，經(jīng)VT2、VT3反向加在VT1、VT4上 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 5 61、基本概念、基本概念 VT1導(dǎo)通，C充電左（）右（+），為換流做準(zhǔn)備； VT2導(dǎo)通，C上電壓反向加至VT1，換流，C反向充電。 （4）、采用自關(guān)斷器件）、采用自關(guān)斷器件 （3）、強(qiáng)迫換流）、強(qiáng)迫換流 附加換流環(huán)節(jié)，任何時(shí)刻都能換流 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)

3、基礎(chǔ)- - 6 62、負(fù)載諧振式逆變器 1.并聯(lián)諧振式逆變器并聯(lián)諧振式逆變器2.串聯(lián)諧振式逆變器串聯(lián)諧振式逆變器 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 7 63、強(qiáng)迫換流式逆變器 屬180導(dǎo)電型，次序 VT1- VT2- VT3- VT4- VT5- VT6- VT1. 任一瞬間都有三個(gè)晶閘管導(dǎo)通，三相電流同時(shí)流通。 串聯(lián)電感式電壓型逆變器串聯(lián)電感式電壓型逆變器 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 8 63、強(qiáng)迫換流式逆變器 導(dǎo)通情況導(dǎo)通情況 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 9 63、強(qiáng)迫換流式逆變器 (1) VT1穩(wěn)定導(dǎo)通 0-t1 IT1=iA A點(diǎn)與P點(diǎn)同

4、電位 UC1=0 UC4=Ud，極性上(十)下(一) X、Y、A點(diǎn)的電位均為Ud (2) 換流階段 t1=t2 在tl時(shí)刻觸通VT4， C4經(jīng)過VT4和 L4放電，UC4上的電壓不能突變，L4 兩端出現(xiàn)上(十)下(一)的電壓Ud 工作原理工作原理 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 10 63、強(qiáng)迫換流式逆變器 L1兩端也要感應(yīng)上(十)下(一)的電壓Ud 即X點(diǎn)相對(duì)N點(diǎn)的電位由Ud升至2Ud,VT1受反壓Ud iT1: IA降至0，VT1關(guān)斷；iT4: 0升至IA 在C4放電、C1充電過程中，應(yīng)滿足uC1+uC2=Ud， 當(dāng)uc4=ucl=1/2Ud時(shí)，L4和L1上的電壓也均1/2U

5、d， 故X點(diǎn)電位為Ud，則VTl反壓=0。從t到此刻的時(shí)間即為VTl承受反 壓時(shí)間t 結(jié)束時(shí)，uC4=0， X點(diǎn)、Y點(diǎn)和A點(diǎn)電位也都為零，ucl=Ud - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 11 63、強(qiáng)迫換流式逆變器 (3)環(huán)流階段環(huán)流階段 t2-t3 t=t2時(shí)，iT4=Im,隨后小iT4下降，在L4兩端產(chǎn)生上(一)下(十)的感應(yīng) 電勢(shì),使VD4受正向電壓而導(dǎo)通。在此期間VD4上通過兩個(gè)電流 (a)沿VD4、L4、VT4形成的環(huán)流，使L4中的能量消耗在放電回路 電阻上； (b)沿VD4、A相負(fù)載、電源回路的電流，將負(fù)載電感中的能量反 饋到直流電源， iD4=IA+iT4 - -電力

6、電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 12 63、強(qiáng)迫換流式逆變器 (4)反饋階段反饋階段 t3-t4 t=t3時(shí)，環(huán)流衰減至零，VT4關(guān)斷，而感性負(fù)載電流iA仍經(jīng)VD4 流通，將負(fù)載電感的能量反饋至電源，當(dāng)負(fù)載電流入下降至零， 整個(gè)換流過程即告結(jié)束。 (5)負(fù)載電流反向階段負(fù)載電流反向階段 t=t4，IA=0 由于觸發(fā)脈沖寬度大于90電角度,VT4再次觸發(fā)導(dǎo),IA反向 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 13 63、強(qiáng)迫換流式逆變器 輸出電壓波形輸出電壓波形 0-60: uA0 = uB0 = Ud BAC BA ZZZ ZZ 并 并 dd U Z Z Z U 3 1 2 2 dd

7、BAC C docco U Z Z Z U ZZZ Z Uuu 3 2 2 并 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 14 63、強(qiáng)迫換流式逆變器 60-120: uB0 = CAB B d ZZZ Z U 并 = - 2/3 Ud uA0 = uC0 = CAB CA d ZZZ ZZ U 并 并 = -1/3 Ud - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 15 63、強(qiáng)迫換流式逆變器 uAB = uA0 - uB0 uBC = uB0 - uC0 uCA = uC0 uA0 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 16 64、逆變器的多重化技術(shù) 改善方波逆變的輸出波形：

8、中小容量： 大容量：多重化技術(shù) 思路：用階梯波逼近正弦波 一、直接輸出多重化逆變器一、直接輸出多重化逆變器 兩個(gè)基本型電流型逆變器并聯(lián)，相位相差30 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 17 64、逆變器的多重化技術(shù) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：直接并聯(lián)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于低壓電流 各逆變器功率因數(shù)不同，功率不同，提供轉(zhuǎn)矩不同，各整流橋 須獨(dú)立控制，整流變壓器次級(jí)繞組應(yīng)相互隔離。 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 18 64、逆變器的多重化技術(shù) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：各逆變器輸出功率因數(shù)，輸出功率相同，各整流橋使用同一 控制器。 加變壓器可適合高壓電機(jī) 二、變壓器輸出多重化逆變器二、變壓器輸出多重化

9、逆變器 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 19 64、逆變器的多重化技術(shù) 三、諧波分析，比較三、諧波分析，比較 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 20 65、PWM逆變器 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 21 65、PWM逆變器 一、一、 基本原理基本原理 1、 單脈沖調(diào)制單脈沖調(diào)制 將VT1VT2和VT4VT3切換時(shí)間錯(cuò)開， 變化=脈寬也變化，=180 ，uAB為 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 22 65、PWM逆變器 uC三角載波信號(hào)電壓 uT控制參考信號(hào)電壓 u 調(diào)制脈沖信號(hào)，脈寬 取決于uT uC區(qū)間大小 2、多脈沖調(diào)制多脈沖調(diào)制

10、- -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 23 65、PWM逆變器 二、正弦波脈寬調(diào)制方法二、正弦波脈寬調(diào)制方法 1、 原理原理：選擇正弦波電壓作為參考控制信號(hào)電壓在半周內(nèi)區(qū)間大小不一， 故調(diào)制波寬度也不同，符合正弦變化規(guī)律。 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 24 65、PWM逆變器 2、脈寬調(diào)制方法、脈寬調(diào)制方法 (1)單極性調(diào)制單極性調(diào)制 半周期脈沖數(shù)為N，Um為等幅脈沖波幅值，設(shè)與正弦波幅值相等 N ttdU U ii N m m i i i 180 coscos 180 sin 1180 180 i 半周內(nèi)第i個(gè)分段的起始點(diǎn) 脈寬 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基

11、礎(chǔ)- - 25 65、PWM逆變器 (2)雙極性調(diào)制雙極性調(diào)制 offVTVT onVTVTuu offVTVT onVTVTuu Tc TC 41 32 32 41 : : 、 、 、 、 K cm Tm i U U N sin 180 k 半周內(nèi)第k個(gè)脈沖的中點(diǎn)距正弦波過零點(diǎn)的角度 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 26 65、PWM逆變器 (3)同步調(diào)制和異步調(diào)制同步調(diào)制和異步調(diào)制 (a)同步調(diào)制同步調(diào)制 三角波頻率fC與正弦波頻率fT（相當(dāng)于逆變器輸出頻率） 同步： fC / fT =Const. 特點(diǎn)：正負(fù)半周對(duì)稱，無偶次諧波 低頻時(shí)：高次諧波 ，脈沖轉(zhuǎn)矩、附加損耗、噪聲

12、 高頻時(shí)：三角波頻率，元件開關(guān)次數(shù)，開關(guān)損耗 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 27 65、PWM逆變器 (b)異步調(diào)制異步調(diào)制 fC/ fT=變數(shù) 通常使三角波頻率恒定 特點(diǎn)：正負(fù)半周不對(duì)稱，出現(xiàn)偶次諧波； 輸出電壓半周內(nèi)脈沖次數(shù)與輸出頻率成反比 (c)分級(jí)調(diào)制分級(jí)調(diào)制 取同步，異步調(diào)制之長(zhǎng)處 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 28 66、交交變頻電路 一、一、 工作原理工作原理 正組整流，反組封鎖，u上(+)下(-) 反組整流，正組封鎖，u上(-)下(+) 可得交變電壓f1為切換頻率 經(jīng)晶閘管整流后得到，故不能高于電網(wǎng)頻率，最高頻率為電網(wǎng)頻率的 1/31/2 一次變換，可采用電網(wǎng)換流 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 29 66、交交變頻電路 三相交交變頻器 半波整流：18個(gè)元件 橋式整流：36個(gè)元件 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)- - 30 66、交交變頻電路 一、一、 正弦波交正弦波交交變頻器交變頻器 方波： 正弦波： 半個(gè)周期內(nèi)，導(dǎo)通組控制角 不是固定值。 90090 近似正弦波 - -電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)-