交-直-交變頻技術(shù)

第3章交—直—交變頻技術(shù)基本組成電路有整流電路和逆變電路兩部分根據(jù)變頻電源性質(zhì)可分為電壓型變頻和電流型變頻。第1頁3．1交—直—交變頻基本電路3.1.1交—直—交電壓型變頻1．電壓型逆變器基本電路直流電源并聯(lián)大電容使直流輸出電壓具有電壓源特性，內(nèi)阻很小。這使逆變器交流輸出電壓被鉗位為矩形波，與負載性質(zhì)無關(guān)。第2頁3．1交—直—交變頻基本電路3.1.1交—直—交電壓型變頻1．電壓型逆變器基本電路反并聯(lián)續(xù)流二極管，為負載滯后電流提供一條反饋到電源通路。六只功率開關(guān)每隔60°電角度觸發(fā)導(dǎo)通一只，相鄰兩相功率開關(guān)觸發(fā)導(dǎo)通時間互差120°，一種周期共換相六次，對應(yīng)六個不一樣工作狀態(tài)(又稱六拍)。根據(jù)功率開關(guān)導(dǎo)通連續(xù)時間不一樣、能夠分為180°導(dǎo)電型和120°導(dǎo)電型兩種工作方式。第3頁3．1交—直—交變頻基本電路3.1.1交—直—交電壓型變頻2．電壓型逆變器及電壓調(diào)整方式(1)電壓型變頻最簡單電壓型變頻由可控整流器和電壓型逆變器組成，用可控整流器調(diào)壓，逆變器調(diào)頻，如圖所示。這種變頻由于能量只能單方向傳送，不能適應(yīng)再生制動運行，應(yīng)用場所受到限制。為適應(yīng)再生制動運行，在中間直流電路中設(shè)法將再生能量處理掉，即在電容cd兩端并聯(lián)一條由耗能電阻R與功率開關(guān)(能夠是晶閘管或自關(guān)斷器件)相串聯(lián)電路，如圖所示。該辦法適用于小容量系統(tǒng)。第4頁3．1交—直—交變頻基本電路3.1.1交—直—交電壓型變頻2．電壓型逆變器及電壓調(diào)整方式(1)電壓型變頻為適應(yīng)再生制動運行另一種辦法是，在整流電路中設(shè)置再生反饋通路——反并聯(lián)一組逆變橋，如圖3-7所示，該辦法可用于大容量系統(tǒng)。第5頁3．1交—直—交變頻基本電路3.1.1交—直—交電壓型變頻2．電壓型逆變器及電壓調(diào)整方式(2)電壓調(diào)整方式一種是采取可控整流器整流，該方式電路簡單，但電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低，尤其是低電壓時，更為嚴重。另一種是采取不可控流器整流，在直流步驟增加斬波器，以實現(xiàn)調(diào)壓。如圖3—8所示。電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)得到顯著改善。上述兩種辦法都是通過調(diào)整逆變器輸入端直流電壓來變化逆變器輸出電壓幅值，又稱為脈幅調(diào)制，簡稱PAM。第6頁3．1交—直—交變頻基本電路3.1.1交—直—交電壓型變頻3．串聯(lián)電感式電壓型變頻按照逆變器工作原理，功率開關(guān)導(dǎo)通規(guī)律是：逆變器中電流必須從一只功率開關(guān)精確地轉(zhuǎn)移到另一只功率開關(guān)中去，這個過程稱為換相。圖3—9示出三相串聯(lián)電感式變頻器主電路第7頁3．1交—直—交變頻基本電路3.1.1交—直—交電壓型變頻3．串聯(lián)電感式電壓型變頻圖中Cd、Ld組成中間濾波步驟，一般Ld很小，Cd很大，L1～L6為換相電感，位于同一橋臂上兩個換相電感是緊密耦合，串聯(lián)在兩個主晶閘管之間，因而稱之為串聯(lián)電感式。C1—C6為換相電容，RA—RC為環(huán)流衰減電阻。該電路屬于180°導(dǎo)電型，換相是在同一橋臂兩個晶閘管之間進行，采取互補換相方式，即觸發(fā)一種晶閘管去關(guān)斷同一橋臂上另一種晶閘管。第8頁3．1交—直—交變頻基本電路3.1.1交—直—交電壓型變頻3．串聯(lián)電感式電壓型變頻假設(shè)換相時間遠不大于逆變周期，換相過程中負載電流iL保持不變，并且L、C皆為抱負元件，不計晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時間及管壓降。各元件上電壓、電流正方向如圖3—10a所示，以A相為例，分析由VT1換相到VT4過程。第9頁3．1交—直—交變頻基本電路3.1.1交—直—交電壓型變頻3．串聯(lián)電感式電壓型變頻(1)換相前狀態(tài)(2)換相階段(3)環(huán)流及反饋階段(4)負載電流反向階段電壓型變頻，由于再生制動時必須接入附加電路，使電路復(fù)雜，電流型變頻器能夠彌補上述不足，并且主電路構(gòu)造簡單、安全可靠。負載電流VD4電流VT1、VT2、VT3通觸發(fā)VT4后VT4在寬脈沖作用下再次導(dǎo)通L4向RA放電VT4截止VT4電流跟隨負載電流負載電感引發(fā)電流變化L4放電后產(chǎn)生第10頁3．1交—直—交變頻基本電路3.1.1交—直—交電流型變頻1、電流型逆變器基本電路三相電流型逆變器基本電路如圖3—13所示。與電壓型逆變器不一樣，直流電源上串聯(lián)了大電感濾波。具有電流源特性。這使逆變器輸出交流電流為矩形波，對于變頻調(diào)速系統(tǒng)而言，這個大電感同步又是緩沖負載無功能量儲能元件。電流型逆變器一般采取120°導(dǎo)電型。即每個功率開關(guān)導(dǎo)通時間為120°。第11頁3．1交—直—交變頻基本電路3.1.1交—直—交電流型變頻1、電流型逆變器基本電路按S1—S6次序?qū)〞r，導(dǎo)通規(guī)律如表3—3所示。第12頁3．1交—直—交變頻基本電路3.1.1交—直—交電流型變頻負載為△接時120°導(dǎo)電型三相電流型逆變器輸出電流由圖看出，此時線電流為矩形波，相電流為梯形波，三相對稱。假如負載為Y接，則相電流也為矩形波，與線電流完全相同。研究表白，輸出線電流和相電流中存在(6K±1)次諧波。即具有5次和7次諧波，對電動機不利。2．電流型逆變器再生制動運行電流型變頻不需附加任何設(shè)備，即可實現(xiàn)負載電動機四象限運行，如圖3—16所示。第13頁3．1交—直—交變頻基本電路3.1.1交—直—交電流型變頻3．串聯(lián)二極管式電流型變頻當(dāng)功率開關(guān)采取晶閘管時，必須增加換相電路。圖3-17是三相串聯(lián)二極管式電流型變頻器主電路。VD1~VD6是隔離二極管，其作用是使換相電容與負載隔離，避免電容充電電荷損失。第14頁3．1交—直—交變頻基本電路3.1.1交—直—交電流型變頻3．串聯(lián)二極管式電流型變頻(1)換相前狀態(tài)(2)晶閘管換相及恒流充電階段(3)二極管換相階段(4)換相后狀態(tài)由上述換相過程可知，當(dāng)負載電流增加時，換相電容充電電壓將隨之上升，這使換相能力增加。因此，在電源和負載變化時，逆變器工作穩(wěn)定。不過，由于換相包括了負載原因，假如控制不好也將造成不穩(wěn)定。第15頁3．2脈沖調(diào)制型變頻將在第四章進行詳細解說。3．3諧振型變頻理解內(nèi)容第16頁課后習(xí)題：1、什么是電壓型和電流型逆變器?各有何特點?答：交—直—交逆變器中，直流側(cè)是電壓源稱為電壓型逆變器；直流側(cè)是電流源稱為電流型逆變器。電壓型特點（1）直流側(cè)用大電容濾波，相稱于電壓源；（2）變頻輸出側(cè)輸出電壓波形為矩形波，與負載阻抗角無關(guān)；（3）直流側(cè)電容起到緩沖阻感負載產(chǎn)生無功能量，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。電流型特點：（1）直流側(cè)用大電感作為濾波原件，近似以為是電流源；（2）變頻輸出側(cè)輸出電流波形為矩形波，與負載阻抗角無關(guān)；（3）直流側(cè)電感起到緩沖阻感負載產(chǎn)生無功能量，逆變橋無反饋二極管。2、串聯(lián)電感式電壓型逆變電路能否實現(xiàn)再生制動?為何?答：（123頁）因中間直流電路并聯(lián)著大電容，直流極性無法變化，即從可控整流器到之間直流電流方向和直流電壓極性不能變化。因此，功率只能從交流電網(wǎng)輸送到直流電路，反之則不行。這種變頻由于能量只能單方向傳送，不能適應(yīng)再生制動運行。第17頁課后習(xí)題：3、串