久久最新地址获取国产变频器的根基布局和工做

  久久最新地址获取国产变频器的根基布局和工做道理_电子/电_工程科技_专业材料。第三章 变频器的根基布局和工做道理 §3.1 概述 §3.2 交-曲-交变频器 §3.3 SPWM节制手艺 §3.4 交-交变频器 1 §3.1概述 1、变频器是一种典型的采用了变频手艺的电动机

  第三章 变频器的根基布局和工做道理 §3.1 概述 §3.2 交-曲-交变频器 §3.3 SPWM节制手艺 §3.4 交-交变频器 1 §3.1概述 1、变频器是一种典型的采用了变频手艺的电动机驱动节制用 电气设备 2、变频器电由从电和节制电构成,此中从电采用各 种电力电子电形成 3、所谓电力电子电是指操纵电力电子器件对工业电能进行 变换和节制的大功率电子电。因为电力电子电次要用来 处置高电压大电流的电能,为了削减电对电能的损耗,电 力电子器件凡是工做于开关形态,因而电力电子电本色上 是一种大功率开关电 4、电力电子电是变频手艺的具体实现,包罗整流电( AC-DC转换电)、斩波电(DC-DC转换电)、逆变电 (DC-AC转换电)、交-交变频电(AC-AC转换电 2 §3.2 交-曲-交变频器 一、概述 1、交-曲-交变频器是现正在最常利用的变频器,按曲流环节的 储能体例分为电压型变频器、电流型变频器,按输出电压的 调制体例分为PWM节制体例、PAM节制体例,目前普遍采用 PWM体例变频器 2、交-曲-交变频器电布局如图,此中从电包罗整流电 、两头电、逆变电 3 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 1、概述 整流电(Rectifying Circuit)是一种将交换电能转换为 曲流电能的电 2、分类 (1)按构成器件及节制能力: (a)不成控整流电:整流器件由不成控功率二极管构成, 其曲流整流电压和交换电源电压值之比固定不变 (b)半控整流电:整流器件由可控开关器件和二极管夹杂 构成,负载电源极性不克不及改变,但电压平均值能够调理 (c)全控整流电:所有整流器件采用可控开关器件(SCR 、GTR、GTO、IGBT等),其输出曲流电压平均值及极性 能够通过节制元件的导通情况调理,功率既能够由电源向负 载传送,也能够由负载反馈给电源 4 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 2、分类 (2)按交换电源相数:单相整流、三相整流 (3)按电布局: (a)零式电:指带零点或中性点的电,又称半波电 (b)桥式电:是由两个半波电而成,又称全波电 (4)按节制体例: (a)相控式电:通过节制开关器件触发脉冲的相位来节制 曲流输出电压大小的体例称为相位节制体例,简称相控体例 (b)斩波式电:操纵开关器件来实现通断节制,将曲流电 源电压断续加到负载上,通过通、断的时间变化来改变负载 电压平均值,称为斩波节制体例 5 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 3、不成控整流电 (1)单相桥式整流电 (a)布局:4个二极管按桥式体例毗连 ① (b)工做道理过程: A VD1 VD2 id 6 ?0~π区间: L1 L2 A点电位高于B点电位, VD1、VD4承受正向压降导通, VD2、VD3承受反向压降而截止, 电流id畅通径如图之①所示, 电流从A+→VD1→R→VD4→B-, 因为VD1、VD4导通时管压降很小, 可忽略不计,故能够看做电源电压 全数于负载电阻R上, 即输出电压ud=uAB=u2 ~220V U2 Ud ② B VD3 VD4 R §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 VD1 ① A Ud ② B VD3 VD4 R VD2 id 3、不成控整流电 (1)单相桥式整流电 (b)工做道理过程: ?π ~2π区间: ~220V U2 B点电位高于A点电位, L1 L2 VD2、VD3承受正向压降导通, VD1、VD4承受反向压降而截止, 电流id畅通径如图之②所示, 电流从B+→VD2→R→VD3→A-, 因为VD2、VD3导通时管压降很小, 可忽略不计,故能够看做电源电压 全数于负载电阻R上, 即输出电压ud=uBA=-u2 7 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 3、不成控整流电 (2)三相桥式整流电 (a)概述 ?常用于三订交流电源供电的电力电子设备如变频器等 ?可将三订交流电压转换成曲流电压 (b)布局 ?包罗6个整流二极管 ?VD1、VD3、 VD5阴极 连正在一路,称共阴极组; VD2、VD4、 VD6阳极 连正在一路,称共阳极组 ?该三相变压器接法 可消弭高次谐波 8 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 3、不成控整流电 (2)三相桥式整流电 (c)电压波形 9 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 3、不成控整流电 (2)三相桥式整流电 (d)工做道理 ?三相对称交换电源接入U、V、W后,正在统一时辰共阴极组 阳极电位最高的阿谁二极管优先导通,共阳极组阴极电位最 低的阿谁二极管优先导通,且只要以上两个二极管同时导通 形成回,其余4个二极管承受反向电压而截止 ?若把三订交流电压一个周期6等分,每份所占相位角为60° ,正在肆意一个60°相位角内一直有共阴极组和共阳极组各一 个二极管同时处于导通形态,且肆意一个二极管导通角都是 120° ?统一相上下桥臂的共阴极组和共阳极组二极管不克不及同时导通 ?正在三订交流电压天然换相点(即肆意两相电压波形交叉点) 同组二极管之间换相导通(流过某VD的电流敏捷转移到其它VD畅通,此 10 过程称为换相或换流) §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 3、不成控整流电 (2)三相桥式整流电 (e)工做过程 ?0~t1期间: uWuUuV,W点电位最高,V点电位 最低,VD5、VD6优先导通,电流从 W→VD5→R→VD6→ V,忽略二极管 正向压降,负载电阻R上电压ud=uWV, VD5导通后使VD1、VD3阴极电位为uW 而承受反向电压截止。 同理VD6导通使VD4、VD2截止 11 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 3、不成控整流电 (2)三相桥式整流电 (e)工做过程 ?t1~t2期间: 刚过t1,则uUuWuV,U点电位最高, V点电位最低,VD5取VD1换相, VD5截止,VD1导通,VD6仿照照旧导通, 即该期间VD1、VD6导通,其余截止, 电流从U→VD1→R→VD6→ V, 负载电阻R上电压ud=uUV 12 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 3、不成控整流电 (1)三相桥式整流电 (e)工做过程 ?t2~t3期间: 刚过t2,则uUuVuW,U点电位最高, W点电位最低,VD6取VD2换相, VD6截止,VD2导通,VD1仿照照旧导通, 即该期间VD1、VD2导通,其余截止, 电流从U→VD1→R→VD2→ W, 负载电阻R上电压ud=uUW 13 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 3、不成控整流电 (1)三相桥式整流电 (e)工做过程 ?依此类推: 可得如图电压波形,负载电阻端电压 等于变压器二次绕组线电压的包络值。 VD导通形态挨次:(VD5、VD6)→ (VD1、VD6)→(VD1、VD2)→ (VD3、VD2)→(VD3、VD4)→ (VD5、VD4)→(VD5、VD6) , 共阴极组VD1、VD3 、VD5正在t1、t3、t5 每间隔120°换相导通, 共阳极组VD2、VD4 、VD6正在t2、t4、t6 每间隔120°换相导通 6管按挨次VD1VD2 VD3 VD4VD5 VD6 每间隔60°导通120°相位角 14 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 4、可控整流电 (1)单相半波可控整流电 (a)概述 可控整流电凡是采用 晶闸管做为整流器件,操纵 晶闸管的可控单领导电性, 通过改变其节制角发生大小 可调的输出曲流电压, 是相控式整流电 (b)布局 VT:晶闸管 R:电阻性负载 电阻负载的特点:电压取电流 成反比,两者波形不异 15 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 4、可控整流电 (1)单相半波可控整流电 (c)工做道理过程 ?0~t1期间: u2上正下负,VT承受正向电压, G极无触发信号,VT截止, 负载电压ud=0 ?t1~π期间: u2上正下负, t1时辰触发VT 导通,负载电压ud=u2 ?t=π时辰: u2=0,VT过零关断截止 ?π~2π期间: u2上负下正,VT承受反向电压 处于截止形态 16 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 4、可控整流电 (1)单相半波可控整流电 (d)相关术语 ?触发角(节制角)α 从晶闸管起头承受正向电压起到 触发脉冲止的电角度 ?导通角θ 晶闸管正在一个电源周期中处于 通态的电角度 ?移相 改叛变制角大小的过程 ?移相范畴 使输出电压从零到最大值所对应 的节制角变化范畴 α :0~ π, θ: π~0,α+ θ= π 17 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 4、可控整流电 (1)单相桥式半控整流电 (a)布局 VT1、VT3:晶闸管,其G极 毗连正在一路,触发信号ug同时 送到两个G极 VD2、VD4:二极管 R:电阻性负载 移相范畴: α :0~ π t3 t1 18 t2 t4 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 4、可控整流电 (1)单相桥式半控整流电 (b)工做道理过程 ?0~t1期间: u2上正下负,无触发信号ug , VT1截止,VD4不导通 ?t1~t2期间: u2上正下负,t1时辰发生触发 信号ug ,VT1导通,VT3承受 反向电压截止,VD4随后导通, 电流从a+→VT1→R→VD4→b- ?T2时辰: U2电压为0,VT1过零关断截止 19 t3 t1 t2 t4 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 4、可控整流电 (1)单相桥式半控整流电 (b)工做道理过程 ?t2~t3期间: u2上负下正,无触发信号ug , VT3截止,VD2不导通 ?t3~t4期间: u2上负下正,t3时辰发生触发 信号ug ,VT3导通,VT1承受 反向电压截止,VD2随后导通, 电流从b+→VT3→R→VD2→a- ?T4时辰: U2电压为0,VT3过零关断截止 20 t3 t1 t2 t4 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 ud1 4、可控整流电 (2)三相桥式全控整流电 (a)布局 ?包罗6个晶闸管 ?VT1、VT3、 VT5阴极 连正在一路,称共阴极组; VT2、VT4、 VT6阳极 ud2 连正在一路,称共阳极组 ?R:电阻性负载 21 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 ud1 4、可控整流电 (2)三相桥式全控整流电 (b)工做道理过程 ?三订交流电压天然换相点是各 相晶闸管能触发导通的最早时辰, 将其做为计较各晶闸管触发角α 的起点,即α=0° ?移相范畴:α :0°~ 120° ?当α ≤60?时,id波形取ud波形 外形一样均持续 ?当α 60?时,ud波形每60?中有 一段为零,ud波形不克不及呈现负值 ?当α=120?时, ud为0 ?其余过程雷同 三相桥式不成控整流电 22 ud2 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 4、可控整流电 (2)三相桥式全控 整流电 (b)工做道理过程 当α=0°时,ud为线电压 正在正半周的包络线交-曲-交变频器 二、整流电 4、可控整流电 (2)三相桥式全控整流电 (b)工做道理过程 当α=30°时,晶闸管起始导通时辰推迟了30?,构成ud的每一 段线交-曲-交变频器 二、整流电 4、可控整流电 (2)三相桥式全控整流电 (b)工做道理过程 当α=60°时, ud波形 中每段线电压的波形 继续向后移, ud平均值继续降低。 ud呈现了零点 25 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 4、可控整流电 (2)三相桥式全控整流电 (b)工做道理过程 当?60?时,由于id α=90° 取ud分歧,一旦ud 降为至零,id也降 至零,晶闸管关断, 输出整流电压ud 为零,ud波形不克不及 呈现负值 26 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 4、可控整流电 (2)三相桥式全控整流电 (c)工做特点 ?每个时辰均需共阴极组和共阳极组各1个晶闸管同时导通, 构成供电回,且不克不及为统一相器件。器件换相正在本组进行 ?晶闸管导通形态挨次:(VT1、VT6)→(VT1、VT2)→ (VT3、VT2)→(VT3、VT4)→(VT5、VT4)→ (VT5、VT6) ?Ud为线电压的一部门,一周期脉动6次,每次脉动的波形都 一样,故该电为6脉波整流电 27 §3.2交-曲-交变频器 二、整流电 4、可控整流电 (2)三相桥式全控整流电 (c)对触发脉冲要求 ?晶闸管触发导通畅序:VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6,相位 顺次差60? ,每个晶闸管导通角均为120? ?共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲顺次差120? ,共阳极组 VT2、VT4、VT6也顺次差120? ?统一相的上下两个桥臂,即VT1取VT4,VT3取VT6,VT5 取VT2,脉冲相差180? ?要使电一般工做,需应同时导通的2个晶闸管均有脉 冲,常用的方式有两种: 单宽脉冲:使脉冲宽度大于60?(可取80?~100?)小于120? 双窄脉冲:触发一个晶闸管时向前一晶闸管补发脉冲,常用 28 §3.2交-曲-交变频器 三、斩波电 1、概述 (1)又称曲流-曲流变换电。是将曲流电变换为另一固定 电压或可调电压的曲流电。 (2)可用于曲流开关稳压电源、曲流电动机调速节制等 2、分类 (1)按功能 分为:降压斩波电、升压斩波电、起落压斩波电、 Cuk斩波电、Sepic斩波电和Zeta斩波电 (2)按调压节制体例 (a)脉冲宽度调制(PWM):节制脉冲周期不变,改变脉 冲宽度调压。常用。故斩波节制也称为脉宽调制 (b)脉冲频次调制(PFM):节制脉冲宽度不变,改变脉冲 周期调压。 29 §3.2交-曲-交变频器 三、斩波电 3、斩波电根基工做道理 (1)S为抱负开关,当S正在ton期间闭应时,输出电压uo=E (2)当S正在toff期间断开时,输出电压uo=0 (3)当S交替通断,正在负载上就可获得曲流脉冲方波电压 (4)负载电压的平均值为: ton ton Uo ? E ? E ? ?E ton ? toff T 式中,T为开关周期T=ton+toff, α 称为占空比 (5)改变占空比调压 (a)T不变,变ton:脉冲宽度调制 (b)ton不变,变T:脉冲频次调制 30 §3.2交-曲-交变频器 三、斩波电 3、降压斩波电 (1)电布局 VT可用晶闸管或全控型自关断器件 VD为续流二极管,L电感 E曲流电源,RL负载 (2)工做道理过程 (a)VT基极加节制脉冲Ub, 通过节制VT通断调理输出电压 (b)当Ub为高电平,VT导通, E发生的电流经VT、L、RL,流过 L电流俄然添加时, L发生左正左 负电动势障碍电流I添加同时 31 储存能量,I迟缓增大 §3.2交-曲-交变频器 三、斩波电 3、降压斩波电 (2)工做道理过程 (c)当Ub为低电平,VT关断, 流过L的电流俄然减小,L顿时发生 左负左正的电动势障碍I的变化, 该电动势发生电流路子: L左正→RL→VD→L左负, 使L能量,该电流逐步减小 (d)U0电压平均值: ton ton Uo ? E ? E ? ?E ton ? toff T α又称降压比,且α<1,则U0 <E 32 §3.2交-曲-交变频器 三、斩波电 3、降压斩波电 (2)工做道理过程 (e)当采用PWM节制体例, 脉冲周期不变宽度变窄, VT导通时间ton变短, U0下降 (f)当采用PFM节制体例, 脉冲宽度不变周期T变长,单元时间 内VT导通时间相对变短,U0下降 33 §3.2交-曲-交变频器 三、斩波电 3、升压斩波电 (1)电布局 如图: (2)工做道理过程 (a) VT基极加节制脉冲Ub,通过节制VT通断调理输出电压 (b)当Ub为高电平,VT导通,E发生的电流经L、 VT,流 过L电流俄然添加时, L发生左正左负电动势障碍电流I增 加同时储存能量 (c)当Ub为低电平,VT关断,流过L的电流俄然减小,L马 上发生左负左正的电动势取E 叠加,通过VD向电容C充得 上正下负电压U0 (d) Ub为高电日常平凡间越长,流过L电流时间越长,储能越多 ,VT关断时发生的电动势越高,对C充电电压越高, U0 越大 34 §3.2交-曲-交变频器 三、斩波电 3、升压斩波电 (2)工做道理过程 (e) U0电压平均值: Uo ? t on ? t off t off T E? E t off T/toff称为升压比,且T/toff>1,则U0 >E (f)同理当采用PWM或PFM节制体例,可调整输出电压大 小 35 §3.2交-曲-交变频器 三、斩波电 4、起落压斩波电 (1)电布局 如图: (2)工做道理过程 (a)VT基极加节制脉冲Ub,通过节制VT通断调理输出电压 (b)当Ub为高电平,VT导通,E发生的电流经VT、L,流过 L电流俄然添加时, L发生上正下负电动势障碍电流I添加 同时储存能量 (c)当Ub为低电平,VT关断,流过L的电流俄然减小,L马 上发生上负下正的电动势经VD对电容C充得上负下正电压 UO,同时也有电流流过负载RL (d) Ub为高电日常平凡间越长,流过L电流时间越长,储能越多 ,VT关断时发生的上负下正电动势越高,对C充电电压越 高, U0越大 36 §3.2交-曲-交变频器 三、斩波电 4、起落压斩波电 (2)工做道理过程 (e)U0电压平均值: ? 由若ton/toff1,则U0 E,电为升压斩波电 ? 由若ton/toff1,则U0 E,电为降压压斩波电 (f)同理当采用PWM或PFM节制体例,可调整输出电压大 小 t on t on ? Uo ? E? E? E t off T ? t on 1?? 37 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 1、概述 又称曲流-交换变换电,是将曲流电转换成交换电的电 ,取整流电功能相反 2、分类 (1)按交换输出相数 单相逆变电、三相逆变电 (2)按交换输出电平数量 两电平逆变电、三电平逆变电、多电平逆变电 (3)按曲流电源性质 电压型逆变电、电流型逆变电 (4)按开关器件类型 38 半控型器件(晶闸管)逆变电、全控型器件逆变电 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 2、分类 (5)按电布局 半桥式、全桥式、推挽式 (6)按换相(换流)体例 电网换相式、负载换相式、换相式、器件换相式(自 换相式) (7)按开关器件工做体例 180°导通型、120°导通型 (8)按输出波形特点 正弦波式、非正弦波式 (9)按逆变后交换电能利用体例 有源逆变电:输出交换侧接电网 39 无源逆变电:输出交换侧接负载,变频器采用 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 3、逆变电根基工做道理 (1)原单相桥式逆变电 (a)S1~S4是桥式电的4个桥臂,当作是4个抱负开关,实 际由电力电子器件及辅帮电构成 (b)S1、S4闭合,S2、S3断开时, 负载电压uo为正 (c)S1、S4断开,S2、S3闭应时, 负载电压uo为负,从而把曲流电 变成了交换电 (d)改变两组开关心换频次f, 可改变输出交换电频次 (e)电阻负载时负载电流io和uo 的波形和相位不异 (f)阻感负载时io相位畅后于uo, 波形也分歧 40 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 3、逆变电根基工做道理 (2)换相体例 (a)换相(换流) 电流从一个支向另一个支转移的过程 (b)类型 电网换相、负载换相、换相、器件换相(自换相) 前面3种针对晶闸管电的换相,第4种针对全控型器件 (c)电网换相 ?由电网供给换相电压,即将负的电网电压正在欲关断的晶 闸管上即可使其关断,不需要器件具有门极可关断能力 ?可用于可控整流电、交换调压电和采用相控体例的交交变频电,但不合用于没有交换电网的无源逆变电 41 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 3、逆变电根基工做道理 (2)换相体例 (d)负载换相 ?由负载供给换相电压的换相体例 ?负载电流相位超前于负载电压的 u 场所,都可实现负载换流, i 如电容性负载和同步电动机 O ?如图是根基的负载换相逆变电, 4个桥臂均由晶闸管构成 i ?当流过晶闸管中的振荡电流天然过 O 零时,则晶闸管将继续承受负载的反向i O 电压,若是电流的超前时间大于晶闸管 u 的关断时间,就能晶闸管完全恢复 O 到正向阻断能力,从而实现电靠得住换流 o o VT uo i i VT 1 ω t o i VT 4 i VT 2 i VT 3 ωt t1 u VT 1 u VT 4 ω t ω t 42 b) §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 3、逆变电根基工做道理 (2)换相体例 (e)换相 ?设置附加的换相电,给欲关断的晶闸管反向电压 或反向电流的换相体例 ?凡是操纵附加电容上储存的能量来实现,也称电容换相 (f)器件换相(自换相) 操纵全控型器件(GTO、GTR、 IGBT、 MOSFET)本身 具有的自关断能力实现换相,其换相节制简单 43 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 3、逆变电根基工做道理 (3)原三相桥式逆变电 (a)根基布局 E:曲流电源 K1~K6:桥臂开关,现实由功率开关器件及辅帮电构成 K1、K3、K5:上桥臂组 K2、K4、K6:下桥臂组 RA、RB、RC:三相负载 44 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 3、逆变电根基工做道理 (3)原三相桥式逆变电 (b)根基工做道理 ?当K1 导通,A端极性为正,当K4导通, A端极性为负,则 A端输出交换电 ?当K3 导通,B端极性为正,当K6导通, B端极性为负,则 B端输出交换电 ?当K5 导通,C端极性为正,当K2导通, C端极性为负,则 C端输出交换电 ?若是对输出的A、B、C 三订交流电进行恰当的相位节制 ,就可获得顺次相差120°的 三相对称交换电 45 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 3、逆变电根基工做道理 (3)原三相桥式逆变电 (c)开关工做体例 对于电6个开关的节制,有120°导通型和180°导通 型两种体例 120°导通型: ?将一个周期360°相位角等分为6个区间, 6个开关正在一个周 期中各导通一次,导通畅序为K1→K2→K3→K4→K5→K6, 相位顺次相差60° ,每个开关导通120° ?上桥臂开关K1、K3、K5顺次间隔120°挨次导通 ?下桥臂开关K2、K4、K6也顺次间隔120°挨次导通 ?统一相的上下两个桥臂开关,即K1取K4,K3取K6,K5取 K2,相差180?导通 ?每个时辰均需上桥臂组和下桥臂组各1个开关同时导通,形 成供电回,且不克不及为统一相2个开关。开关换相正在本组进行 46 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 3、逆变电根基工做道理 (3)原三相桥式逆变电 (c)开关工做体例 120°导通型: 60° 60° 60° 60° 47 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 3、逆变电根基工做道理 (3)原三相桥式逆变电 (c)开关工做体例 120°导通型: 各个区间开关导通形态及负载等效电 0° 60° 120° 180° 240° 300° 360° K1 K2 K3 K4 K5 K6 A Z C Z A B A B C B C Id 0 Z 48 Id 0 Id Id 0 0 Id 0 Id 0 B B C C C A A A B §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 3、逆变电根基工做道理 (3)原三相桥式逆变电 (c)开关工做体例 120°导通型: ?交换输出为矩形波电压(电流),改变开关频次可调理输出 交换频次 ?每个区间输出电压值计较方式: 例:以ω t1时辰为例 此时K1、K2导通,电流径 E+→K1→RA→RC→K2 →E﹣, 则RA上电压uAO=E/2, RC上电压uCO=﹣E/2。 顺次类推可得各区间三相负载 相电压 49 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 3、逆变电根基工做道理 (3)原三相桥式逆变电 (c)开关工做体例 180°导通型 ?将一个周期360°相位角等分为6个区间, 6个开关正在一个周 期中各导通一次,导通畅序为K1→K2→K3→K4→K5→K6, 相位顺次相差60° ,每个开关导通180° ?上桥臂开关K1、K3、K5顺次间隔120°挨次导通 ?下桥臂开关K2、K4、K6也顺次间隔120°挨次导通 ?统一相的上下两个桥臂开关,即K1取K4,K3取K6,K5取 K2,相差180?导通 ?每个时辰均有3个开关同时导通,此中上桥臂1个下桥臂2个 或上桥臂2个下桥臂1个构成供电回,且不克不及为统一相2个开 关。而开关换相是正在统一相2个开行 50 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 3、逆变电根基工做道理 (3)原三相桥式逆变电 (c)开关工做体例 180°导通型: 51 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 3、逆变电根基工做道理 (3)原三相桥式逆变电 (c)开关工做体例 180°导通型: 各个区间开关导通形态及负载等效电 K1 K2 K3 K4 K5 K6 A Z C Z A Z B A Z B Z C B Z C Ud Ud 0 0 Ud 0 Ud 0 Ud 0 Ud 0 52 B B C C C A A A B §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 3、逆变电根基工做道理 (3)原三相桥式逆变电 (c)开关工做体例 180°导通型: ?交换输出为六阶梯波电压,改变开关频次可调理输出交换电 压频次,该电又称为六拍三相桥逆变电 ?每个区间输出电压值计较方式: 例:以ωt1时辰为例 此时K1、K2 、K6导通, 电流径E+→K1→RA →RB//RC→K2//K6 →E﹣, 则RA上电压uAO=2E/3, RB和RC上电压uBO=uCO=﹣E/3。 顺次类推可得各区间三相负载 相电压 53 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 4、电压型逆变电 (1)特点 (a)曲流侧为电压源或并联大电容,电容了曲流电压纹 波,使曲流侧电压根基无脉动,曲流侧近似为恒压源,曲流 回呈现低 (b)输出电压为矩形波或阶梯波,输出电流波形和相位因负 载分歧而分歧,其波形接近三角波或正弦波 (c)当交换侧为电感性负载时需供给无功功率,曲流侧电容 起缓冲无功能量的感化。为了 给交换侧向曲流侧反馈的无功 能量供给通道,逆变桥各桥臂 并联反馈二极管(续流二极管) 54 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 u UV 4、电压型逆变电 Ud 0 (2)单相全桥逆变电 (a)电布局 V1~V4:半控或全控开关器件 VD1~VD4:续流二极管 RL:负载 图b、c、d别离为纯阻性、 纯感性、阻感性负载电流波形 驱动 VT1、 VT4 驱动 VT2、 VT3 (a)负载电压 驱动 VT1、 VT4 t i0 0 t T 4 (b)电阻负载电流波形 T 2 3T T 4 i0 0 t i0 0 VD1VD 4 VT1VT4VD 2VD3VT2VT3 (c)电感负载电流波形 VT4 VT1 VD1 VD 4 VD 2 VD3 VT 2VT3 t 55 (d)RL负载电流波形 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 4、电压型逆变电 (2)单相全桥逆变电 (b)工做道理过程 以阻感性负载为例 ?t1~t2期间: V1、V4导通,L发生左正左负 电动势,负载电流io由左向左 ?t2时辰: V1、V4关断,V2、V3加导通 信号,L发生左负左正电动势, 电流io经VD2、VD3导通续流 ?t3时辰: 电流io降为零,VD2、VD3截止, V2、V3导通,L发生左负 左正电动势,负载电流io由左向左 56 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 4、电压型逆变电 (2)单相全桥逆变电 (b)工做道理过程 以阻感性负载为例 ?t4时辰: V2、V3关断,V1、V4加导通 信号,L发生左正左负电动势, 电流io经VD1、VD4导通续流 ?t5时辰: 电流io降为零,VD1、VD4截止, V1、V4导通,L发生左正左负 电动势,负载电流io由左向左 ?顺次类推,V1、V4和V2、V3每周期交替各导通180° ?改变周期T(即器件触发导通、关断频次)可调输出频次 57 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 4、电压型逆变电 + (2)单相全桥逆变电 (b)工做道理过程 V1 VD1 L Ud + + 换相和续流过程如图 V3 VD3 Ud L + i0 u0 VD2 V2 R t1~t2期间 u0 i0 R VD4 V4 - - t2~t3期间 + V1 VD1 + Ud L + t4~t5期间 - i0 u0 VD4 V4 V2 R Ud VD2 L + i0 u0 R V3 VD3 t3~t4期间 - 58 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 4、电压型逆变电 (3)三相桥式逆变电 按开关器件工做体例有180°导通型和120°导通型两种, 以下以180°导通型为例 (a)根基电布局 VT1~VT6:半控或全控型开关器件 VT1、VT3、 VT5阳极 连正在一路,称共阳极组; VT2、VT4、 VT6阴极 连正在一路,称共阴极组 + A B C VD1~VD6:续流二极管 Ud R:负载 59 - §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 4、电压型逆变电 (3)三相桥式逆变电 (b)工做道理过程 ?拜见前述原 三相桥式逆变电 ?输出相电压为6阶梯波, 线电压为矩形波 注:对于120°导通型, 输出相电压为矩形波, 线阶梯波 ?线 倍相电压 ?改变周期T(即器件触发 导通、关断频次)可调 输出频次 60 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 4、电压型逆变电 (3)三相桥式逆变电 (c)换相体例 可采用换相、器件换相(自换相)体例 ?换相逆变电 如图为电感式逆变电,由L1~L6和C1~C6构成SCR换相 回,以A相为例: 当VT1导通,UC4=E, 当VT4触发导通, UL4= UC4 ,则L1由 L4电压为E, VT1承受反压2E被 61 关断,换相完成 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 4、电压型逆变电 (3)三相桥式逆变电 (c)换相体例 ?自换相逆变电 操纵全控型器件的自关断能力由驱动触发电节制器件导通 、关断以及导通关断时间进行换相和调频,不需换相回, 降低损耗和成本 62 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 4、电流型逆变电 (1)特点 (a)曲流侧串大电感,相当于电流源,曲流电根基无脉动 (b)各开关器件次要起改变曲流电流利通径的感化,故交 流输出电流为矩形波或阶梯波,取负载角无关。输出电 压波形和相位因负载分歧而分歧 (c)交换侧为阻感负载时,需要供给无功功率,曲流侧电感 起缓冲无功能量的感化。因反馈无功能量时电流并不反向, 故不必给开关器件反并联二极管 (d)电流型逆变电中, 采用半控型器件电仍使用较多 (e)换相体例有负载换相、 63 换相、自换相 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 4、电流型逆变电 (2)单相桥式逆变电 (a)由四个桥臂形成,每个桥臂 晶闸管各一个电抗器, 用来晶闸管开通时的di/dt (b)整个负载工做正在接近并联谐振 形态而略呈容性,曲流侧串大电感 u i uo o o O i i O i u VT O i VT 1 o ω t (c)C和L 、R形成并联谐振电 (d)输出电流波形接近矩形波, 含基波和各奇次谐波,且谐波 i VT 4 i VT 2 i VT 3 ωt 幅值远小于基波 (e)负载对基波的大而对谐波 64 t1 u VT 1 u ω t VT 4 的小,负载电压波形接近正弦波 O ω t b) §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 4、电流型逆变电 (2)单相桥式逆变电 (d)采用负载换相体例工做,要求负载电流相位略超前于负 载电压,即负载略呈容性。当输出电流超前电压时,且流过 晶闸管中的振荡电流天然过零时,则晶闸管将继续承受负载 的反向电压,若是电流的超前时间大于晶闸管的关断时间, 就能晶闸管完全恢复阻断能力,实现靠得住换流 65 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 4、电流型逆变电 (3)三相桥式逆变电 (a)根基布局 ?VT1~VT6:半控或全控 开关器件 为常见的二极管式 66 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 4、电流型逆变电 (3)三相桥式逆变电 (b)工做道理过程 ?拜见前述原三相桥式 逆变电 ?根基工做体例是120°导通体例 ?输出相电流为矩形波, 线阶梯波 ?输出线电压波形和 负载性质相关,大体为正弦波 ?改变周期T(即器件触发导通、 关断频次)可调输出频次 67 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 4、电流型逆变电 (3)三相桥式逆变电 (c)换相体例 ?换相逆变电 如图二极管式逆变电,C1~C6为换相电容,VD1~VD6 用于隔离换相电容和负载,防止电容电压经负载放电 68 §3.2交-曲-交变频器 四、逆变电 4、电流型逆变电 (2)三相桥式逆变电 (c)换相体例 ?负载换相逆变电 如图为输出滤波器式逆变电,输出端设有LC滤波器,取电 动机阻感负载合成后的负载功率因数超前,使电流相位超前 电压进行换相 ?自换相逆变电 道理同前述电压型 69 §3.2交-曲-交变频器 五、电压型变频器 1、根基布局 由整流电、滤波电容、电压型逆变电构成 2、输出电压调理体例 (1)概述 (a)为顺应变频调速需要,变频器必需能实现变频变压节制 (b)调频调压可采用PAM或PWM节制体例实现 70 §3.2交-曲-交变频器 五、电压型变频器 2、输出电压调理体例 (2) PAM节制体例 分为两种方式: (a)采用可控整流电调压,逆变器调频,该体例布局简单 ,节制便利,但当电压或转速低时,电网侧功率因数低,逆 变器输出谐波较大 (b)采用不成控整流电,整流输出增设斩波电调压,逆 变器调频,电网侧功率因数提高,但逆变器输出谐波仍较大 (3)PWM节制体例 (a)采用不成控整流电整流,全控型开关器件形成的 PWM型逆变电调压调频 (b)电网侧功率因数高,输出谐波削减,输出波形几乎是正 71 弦波,成为当前常用的调压节制方式 §3.2交-曲-交变频器 五、电压型变频器 2、输出电压调理体例 (4) 电布局 a、b属于PAM体例 c属于PWM体例 72 §3.2交-曲-交变频器 六、电流型变频器 1、根基布局 由整流电、滤波电感、电流型逆变电构成 2、输出电压调理体例 一般采用PAM节制体例,也可采用PWM节制体例 73 §3.2交-曲-交变频器 六、电流型变频器 2、输出电压调理体例 74 §3.2交-曲-交变频器 六、电流型变频器 3、电压型变频器取电流型变频器的机能比力 变频器类型 比力项目 曲流回环节 负载无功功率 输出电压波形 输出电流波形 电源 再生制动 对晶闸管的要求 电压型变频器 电容器 通过反馈二极管返还 矩形波或阶梯波 取决于逆变器电压取负载电 动机的电势,近似正弦波 小 需要附加制动电 电流型变频器 电感器 用换流电容处置 取决于负载, 当负载为异步电 动机时,近似正弦波 矩形波 大 便利、不需附加设备 一般耐压较低, 关断时间要求 耐压高, 对关断时间无严酷要 短 求 合用于向多台电动机供电、 不 合用于电机拖动, 屡次加、 减 可逆拖动、 稳速工做、 快速性 速环境下运转, 以及需要经常 要求不高的场所 反向的场所 合用场所 75 §3.3 SPWM节制手艺 一、概述 1、通俗交-曲-交变频器存正在问题 (1)一般交换异步电动机是按照正弦波交换电压(电流)输 入进行设想,而前述通俗交-曲-交变频器采用PAM节制体例 进行变压变频(VVVF),其输出交换电压(电流)为矩形波 或阶梯波,包含有丰硕的谐波分量,添加电动机损耗、降低 效率、发生转矩脉动影响低频段一般工做,从而对电动机运 行机能发生晦气影响 76 §3.3SPWM节制手艺 一、概述 1、通俗交-曲-交变频器存正在问题 例:180°导通电压型变频器输出六阶梯波相电压按傅里叶级 数展开表达式为: 此中基波分量用于对电动机供电,要求谐波分量尽量小 77 §3.3SPWM节制手艺 一、概述 1、通俗交-曲-交变频器存正在问题 (2)对于采用无自关断能力晶闸管的方波输出逆变电,多 采用多沉化、多电平化办法使输出波形多台阶化来接近正弦 波。这种办法电布局较复杂,价格较高,结果却不尽人意 (3)采用可控整流电进行调压,导致电网侧功率因数低, 调压、调频分隔完成,电复杂,转换效率低 (4)因为储能电容的充放电时间长,电压幅度调理慢,变频 器的动态反映慢 (5)处理以上问题的方式之一就是采用PWM手艺的变频器 ,操纵全控型开关器件的高频开关特征正在逆变电中同时完 成变压变频过程,改善通俗变频器的输出特征 78 §3.3SPWM节制手艺 一、概述 2、PWM变频器特点 (1)通过PWM节制体例的节制,能无效地或消弭低次 谐波,能够获得相当接近正弦波的输出交换电压,降低电 动机损耗和脉动转矩,扩大了调速范畴 (2)采用不成控整流电,电网功率因数取逆变器输出电 压无关,提高了变频电源对交换电网的功率因数,可获得 接近1的功率因数 (3)调频、调压都由逆变电同一完成,仅有一个可控功 率级,电布局简单,使安拆的体积变小,分量减轻,制 价下降,靠得住性提高 (4)改善了系统的动态机能和电机运转机能,通过对输出 脉冲宽度的节制,可改变输出电压,加速了变频过程的动 态响应,提高了调理速度,使调理过程中电压取频次的配 合同步 79 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 1、根基概念 (1)脉宽调制(PWM :Pulse Width Modulation)是通过 采纳必然手艺手段对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效 的获得所需波形(含外形和幅值)的一种手艺 (2)PWM手艺操纵全控型开关器件的快速通断,把曲流电 压变成必然外形的电压脉冲序列取代所需波形(如正弦波 ),通过节制器件导通和关断时间比来调理等宽脉冲宽度 或不等宽脉冲按必然纪律变化,从而调理输出电压,改变 调制频次来调理输出频次,实现变压、变频并消弭谐波 (3)PWM手艺可用于整流电、曲流斩波电、交换调压 电、逆变电,此中逆变电是PWM手艺最为主要的 使用场所, PWM逆变电可分为电压型和电流型 80 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 2、PWM分类 (1)按输出交换电压半周期内脉冲数 分为单脉冲调制、多脉冲调制 (2)按输出电压脉冲宽度变化纪律 分为等脉宽调制、正弦波脉宽调制(SPWM) (3)按输出半周期内脉冲电压极性 分为单极性调制、双极性调制 (4)按载波和调制波频次关系 分为同步伐制、异步伐制、分段调制 81 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 3、根基工做道理 (1)面积等效道理 (a)正在采样节制理论有一主要结论:冲量相等而外形分歧 的窄脉冲加正在具有惯性的环节上时,其结果根基不异。称 为面积等效道理。是PWM手艺的主要理论根本 (b)此中冲量指窄脉冲的面积,结果根基不异指环节的输 出响应波形根基不异。且脉冲越窄,输出差别越小 f (t) f (t) f (t ) f (t) d (t) O a) 方波窄脉冲 82 t O b) 三角波窄脉冲 t O c) 正弦半波窄脉冲 t O d)单元冲击脉冲 t 如图外形分歧而冲量(面积)均为1的各类窄脉冲 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 3、根基工做道理 (1)面积等效道理 (c)如图e(t)别离用 四种脉冲信号做为 电输入,输出为 电流i(t),则得响应 输出响应波形 f (t) f (t) f (t) f (t) d (t) O 83 t a)矩形脉冲 O b)三角形脉冲 t O c)正弦半波脉冲 t O d)单元冲击脉冲 t §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 3、根基工做道理 (2)工做道理 按照上述面积等效道理阐发若何用一系列等幅不等宽的 矩形脉冲序列等效正弦半波 (a)将正弦半波当作是由N个相互 相连的脉冲宽度为π /N,但幅值不等, 脉冲顶部曲直线且幅值大小按正弦 纪律变化的脉冲序列构成 (b)把上述脉冲序列操纵不异数量 的等幅而不等宽的矩形脉冲序列取代, 使矩形脉冲的中点和响应正弦波部门 的中点沉合,且使矩形脉冲和响应的 正弦波部门面积(冲量)相等, 该矩形脉冲序列称为PWM波形 84 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 3、根基工做道理 (2)工做道理 (c)对于正弦波的负半周,也能够用同样的方式获得响应 的PWM波形,因而正弦波一个完整周期的等效PWM波为 Ud O wt -U d 按照面积等效道理,正弦波还可等效为下图中的PWM波形 ,并且这种体例正在现实使用中更为普遍 Ud O 85 wt - Ud §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 3、根基工做道理 (2)工做道理 (d)按照面积等效道理,PWM波形和正弦波形是等效的, 这种脉冲宽度按正弦纪律变化而 和正弦波等效的PWM波形,也称为 SPWM(Sinusoidal PWM)波形。 响应的这种脉宽调制称为 正弦波脉宽调制(SPWM) (e)基于面积等效道理,PWM波形 还能够等效成其他所需要的波形 (f)PWM波形可分为等幅PWM波 和不等幅PWM波两种,由曲流电源 发生的PWM波凡是是等幅PWM波, PWM逆变电采用等幅SPWM波形 86 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (1)概述 (a)SPWM波形生成次要是若何确定开关器件导通和关断 时间,也称为开关角,此中脉冲宽度是器件导通时间,脉 冲之间间距是器件关断时间 (b)可采用分歧的方式生成波形,其次要分类如下: 按输出半周期内脉冲电压极性 单极性调制 双极性调制 调制法 按载波和调制波频次关系 等面积法 同步伐制 异步伐制 分段调制 计较法 87 采样法 天然采样法 法则采样法 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (2)调制法 (a)根基道理 ? 把但愿输出的正弦波做为调制信号,接管调制的信号做为 载波信号,通过对载波的调制获得所期望的SPWM波形 ? 常用等腰三角波做为载波,由于其任一点的程度宽度和高 度成线性关系且摆布对称。当它取任一平缓变化的调制信 号波订交时,正在交点时辰节制开关器件通断,就获得脉冲 宽度反比于信号波幅值的脉冲,即SPWM波 ? 可用模仿电形成三角载波和正弦调制波发生电,用比 较器来确定它们的交点,正在交点时辰对开关器件进行节制 ,从而获得SPWM波形,当输出正弦波的频次、幅值和相 88 位发生变化,调制时辰随之改变。故又称模仿实现法 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (2)调制法 (b)根基工做过程 ? 如图,正弦波ur为调制波,等腰三角波uc为载波,正在ur和 uc交点时辰节制电中开关器件通断,当ur uc时器件导 通发生脉冲,当ur uc时器件关断无输出脉冲,则一周内 持续通断就发生矩形脉冲序列 89 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 urU , u t ut urU u? rU (a) 4、SPWM波形生成方式 (2)调制法 (b)根基工做过程 ? 如图脉冲宽度按正弦波瞬时值 0 udu 变化。当载波连结不变,改变 调制波幅值ur就可改变输出 0 SPWM波脉冲宽度, 改变调制波频次就可改变输出频次 ws t 等效正弦波 (b) ws t 90 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (2)调制法 (b)根基工做过程 ? 载波比N:载波频次fc取调制波频次fr之比,N= fc / fr ? 调轨制M:调制波幅值ur取载波幅值uc之比(0~1之间) ? 由图可知当载波连结不变, N越大,输出频次越低,一周 期内脉冲数量越多,M越大,脉冲越宽,输出电压越高。 故SPWM能够实现调压、调频(VVVF) 91 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (2)调制法 (b)根基工做过程 ? 由图可知当调制波连结不变, 载波频次越高,一周期内脉 冲数量越多,脉冲频次越高,输出SPWM波形越接近等效 正弦波。 ? 同时对开关器件工做频次、损耗提出更高要求,最小脉冲 宽度要大于器件导通时间,最小脉冲间距要大于器件关断 时间 ? 反之载波频次越低, 脉冲数量越少, 输出谐波分量添加 92 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (2)调制法 u (c)单极性调制 ? 定义:正在正弦调制波的 半个周期内,三角载波只 正在正或负的一种极性范畴 O 内变化,所获得的SPWM 波只处于一种极性范畴内。 uo 响应的SPWM波称为 单极性SPWM波 ? 如图正在调制波ur正半周, 载波uc为正极性三角波, O 正在调制波ur负半周, 载波uc为负极性三角波 uc ur wt uo Ud uo1 ?Ud wt 93 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (2)调制法 (c)单极性调制 ? 工做过程: 正在ur和uc交点时辰节制电 中开关器件通断从而获得 O u uc ur wt 单极性SPWM波 ①正在正弦调制波正半周: uo uo Ud 当ur uc时器件导通发生脉冲, 当ur uc时器件关断无输出脉冲 ②正在正弦调制波负半周: O 当ur uc时器件导通发生脉冲, 94 uo1 wt 当ur uc时器件关断无输出脉冲 ?Ud §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (2)调制法 (d)双极性调制 ? 定义:正在正弦调制波 半个周期内,三角载波 O 正在正负极性之间持续变化, u uc ur wt 则SPWM波也是正在正负 极性之间变化。 响应的SPWM波称为 uo Ud uo1 uo 双极性SPWM波 ? 如图正在调制波ur一个 周期内输出的SPWM波 95 O wt 只要±Ud两种电平 ?Ud §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (2)调制法 (d)双极性调制 ? 工做过程: 正在ur和uc交点时辰节制电 中开关器件通断从而获得 O u uc ur wt 双极性SPWM波 正在正弦调制波整个周期: o 当ur uc时器件导通发生负脉冲 O u uo1 当ur uc时器件导通发生正脉冲, Ud uo wt 96 ?Ud §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (2)调制法 (e)同步伐制 ? 定义:载波比N等于,并正在变频时使载波频次fc和调制 波频次fr连结同步变化的调制体例 ? 特点:①当调制波频次fr变化时载波比N不变,调制波一个 周期内输出的脉冲数固定,脉冲相位也是固定的 ②若是N等于3的倍数,则同步伐制能输出波形正、负半 波一直连结对称,并能严酷三相输出波形之间具有互 差120°的对称关系 ③当输出频次很低时,fc也很低,因为相邻两脉冲间距增大 ,谐波会显著添加,使电机发生较大脉动转矩和较强噪声 97 ④fr很高时,fc会过高,使开关器件难以承受 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (2)调制法 (f)异步伐制 ? 定义:载波信号和调制信号分歧步的调制体例,凡是连结 载波频次fc固定不变,当调制波频次fr变化时载波比N变化 ? 特点:①正在调制波的半周期内,SPWM波的脉冲个数不固 定,相位也不固定,正负半周期的脉冲不合错误称,半周期内 前后1/4周期的脉冲也不合错误称 ②当fr较低时,N较大,一周期内脉冲数较多,改善了低频工 做机能,填补同步伐制的不脚,但不变性变差,脉冲不合错误 称发生的晦气影响都较小,SPWM波形接近正弦波 ③当fr增高时,N减小,一周期内脉冲数削减,PWM脉冲不 对称的影响就变大,SPWM波和正弦波的差别变大,三相 输出的对称性也变差 98 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (2)调制法 (f)分段调制 ? 寄义:是将同步伐制和异步伐制长处连系起来,正在低频输 出时采用异步伐制体例,载波固定,载波比取较大值,使 载波频次不致过低;高频输出时切换到同步伐制体例,载 波比取较小值,使载波频次不致过高 ? 特点:①使U/f连结线性关系,实现恒转矩调速 ②低频异步运转半周期内输出脉冲数多,有益于低频段改善 谐波影响,但输出电压相位变化易惹起电动机运转不不变 ③当高频同步运转时输出谐波较大,但电动机运转不变 99 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (3)计较法 (a)概述 ? 按照正弦波输出频次、幅值和半个周期内的脉冲数,将 SPWM波形中各脉冲的宽度和间隔精确计较出来,按照计 算成果节制逆变电中各开关器件的通断,就能够获得所 需要的SPWM波形 ? 本法较繁琐,当输出正弦波的频次、幅值或相位变化时, 成果都要变化 ? 因为微机手艺的成长使得用软件生成SPWM波形变得比力 容易,因而计较法其实就是用软件来实现调制的方式 ? 计较法分为等面积法和采样法,此中采样法又分为天然采 100 样法和法则采样法 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (3)计较法 (b)天然采样法 ? 根基道理: 按照SPWM的工做道理制定采样准绳,正在正弦调制波和等 腰三角载波的天然交点时辰进行脉冲宽度和间隙时间采样 并节制开关器件通断,从而生成SPWM波 ? 特点: ①所得SPWM波形最接近正弦波 ②因为三角波取正弦波交点有肆意性,脉冲核心正在一个周期 内不等距,从而脉宽表达式是一个超越方程,计较繁琐, 难以及时节制,工程使用不多 101 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (3)计较法 (b)天然采样法 ? 工做过程: ①任取一段正弦波和三角波, 正在三角波变化一个周期Tt之间获得 两个交点B和D,B点对应时辰tB是 脉冲发生时辰,D点对应时辰tD是 脉冲竣事时辰,t2= tD— tB即 开关器件导通时间 ②以上时间由计较机计较 102 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (3)计较法 (b)法则采样法 ? 根基道理: ①用三角波对正弦波进行采样获得阶梯波,再以阶梯波取三 角波的交点时辰节制开关器件的通断,从而实现SPWM。 ②当三角波只正在其极点(或底点)对正弦波进行采样时, 由阶梯波取三角波的交点所确定的脉宽,正在一个载波周期( 即采样周期)内的是对称的,这种方式又称为对称法则 采样法 ? 特点:是一种使用较广的工程适用方式,其结果接近天然 采样法,但计较量却比天然采样法小得多 103 §3.3SPWM节制手艺 二、PWM手艺 4、SPWM波形生成方式 (3)计较法 (b)法则采样法 ? 工做过程: ①正在三角波变化一个周期Tt之间 过负峰值点C做一垂曲线取正弦波 交点F,过F做程度线取三角波交于 B点和D点 ② B点对应时辰tB是脉冲发生时辰, D点对应时辰tD是脉冲竣事时辰, 脉宽t2= tD— tB即开关器件导通时间, 且t21=t22,t1=t3,故称为对称法则 采样法,取天然法比拟,整个脉冲 提前,脉宽变化不大,每个载波 周期只采样一次,计较量削减 104 §3.3SPWM节制手艺 三、PWM逆变电 1、概述 (1) PWM逆变电就是操纵PWM节制手艺对逆变电中 开关器件的通断进行有纪律的节制,使输出端获得SPWM 脉冲列来取代正弦波,通过对脉冲列的各脉冲宽度进行调 制,就可改变逆变电输出电压的大小和频次 (2)PWM节制手艺正在逆变电中的使用最具代表性,恰是 因为正在逆变电中普遍而成功的使用,才奠基了PWM控 制手艺正在电力电子手艺中的凸起地位,除功率很大的逆变 安拆外,不消PWM节制的逆变电已十分少见 (3)PWM逆变电也可分为电压型和电流型两种。目前实 际使用的PWM逆变电几乎都是电压型逆变电 105 §3.3SPWM节制手艺 三、PWM逆变电 2、单相桥式PWM逆变电 (1)电布局 VT1~VT4:全控型开关器件 VD1~VD4:续流二极管 RL:阻感性负载 VT1 + VD1 R VT3 L VD3 电既可采纳单极性调制, U 也可采用双极性调制,由 d C 于对开关器件通断节制的 纪律分歧,它们的输出 波形也有较大的不同 信号波 uo VT2 调制 电 VD 2 VT4 VD 4 ur u 载波 c 106 §3.3SPWM节制手艺 三、PWM逆变电 VT1 2、单相桥式PWM逆变电 (2)工做道理 (a)单极性调制体例 ? 正在ur的正半周 VT1连结导通,VT2、VT3截止, 信号波 VD1 R VT3 L VD3 Ud C + uo VT2 VD 2 VT4 VD 4 ur u 载波 c u 调制 电 uc ur VT4交替通断 ①当uruc时,节制VT4导通, 输出电压uo=Ud O wt ②当uruc时,节制VT4关断, 负载电流i0通过VT1和VD3续流, 输出电压uo=0 107 uo uo Ud O uo1 ?Ud wt §3.3SPWM节制手艺 三、PWM逆变电 VT1 2、单相桥式PWM逆变电 (2)工做道理 (a)单极性调制体例 ? 正在ur的负半周 VT2连结导通,VT1、VT4截止, 信号波 VD1 R VT3 L VD3 Ud C + uo VT2 VD 2 VT4 VD 4 ur u 载波 c u 调制 电 uc ur VT3交替通断 ①当uruc时,节制VT3导通, 输出电压uo=-Ud O wt ②当uruc时,节制VT3关断, 负载电流i0通过VT2和VD4续流, 输出电压uo=0 108 uo uo Ud 节制调制波ur幅值和频次,就能节制 电输出电压的幅值和频次 O uo1 ?Ud wt §3.3SPWM节制手艺 三、PWM逆变电 VT1 2、单相桥式PWM逆变电 (2)工做道理 (b)双极性调制体例 ? 正在ur一个周期内 ①当uruc时,VT1和VT4加导通 信号波 VD1 R VT3 L VD3 Ud C + uo VT2 VD 2 VT4 VD 4 ur u 载波 c 调制 电 u uc ur 信号,VT2和VT3关断, 如io0,则VT1和VT4导通, 如io0,则VD1和VD4导通续流, 不管哪种环境都是uo=Ud uo Ud O wt uo1 uo O wt 109 ?Ud §3.3SPWM节制手艺 三、PWM逆变电 VT1 2、单相桥式PWM逆变电 (2)工做道理 (b)双极性调制体例 ? 正在ur一个周期内 ②当uruc时,VT2和VT3加导通 信号波 VD1 R VT3 L VD3 Ud C + uo VT2 VD 2 VT4 VD 4 ur u 载波 c u uc ur 调制 电 信号,VT1和VT4关断, 如io0,则VT2和VT3导通, 如io0,则VD2和VD3导通续流, 不管哪种环境都是uo=-Ud 节制调制波ur幅值和频次,就能 uo Ud O wt uo1 uo 节制电输出电压的幅值和频次 110 O wt ?Ud §3.3SPWM节制手艺 三、PWM逆变电 3、三相桥式PWM逆变电 (1)电布局 VT1~VT4:全控型开关器件, VD1~VD4:续流二极管 RL:阻感性负载 电只能选用 VT VD1 V11 VD3 双极性调制。 Ud +C 2 V3 3 V5 5 VT VT 三相的PWM控 U N V 制公用三角载 VD4 VT VD6 W V VT U V2 2 波uc,三相的调 d + 44 V6 6 VT C 2 制信号urU、urV 和urW顺次相差 120° u urU 调制 urV rW 电 uc 111 VD5 R L N VD2 §3.3SPWM节制手艺 三、PWM逆变电 3、三相桥式PWM逆变电 (2)工做道理 U、V、W三相开关器件的节制纪律不异,现以U相为例申明 (a)当urUuc时,给VT1导通信号,给VT4关断信号, uUN’=Ud/2 (b)当urUuc时,给VT4导通信号,给VT1关断信号, uUN’=-Ud/2 (c)uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形只要±Ud/2两种电平 (d) uUV波形可由 uUN’-uVN’得出, 当1和6通时,uUV=Ud, 当3和4通时,uUV=-Ud, 当1和3或4和6通时, uUV=0 112 §3.3SPWM节制手艺 三、PWM逆变电 3、三相桥式PWM逆变电 (2)工做道理 (e)uUV输出线电压PWM波由±Ud和0三种电平形成 (f)负载相电压uUN可由下式求得 uUN ? uUN (g)负载相电压PWM波由(±2/3)Ud、(±1/3)Ud和0共5种电 平构成 uUN ? uVN ? uWN ? 3 113 §3.3SPWM节制手艺 三、PWM逆变电 3、三相桥式PWM逆变电 (3)输出电压波形 u O urU urV uc urW wt wt Ud 2 U、V、W三相 输出取电源中 性点N’之间的 相电压矩形波 形 uUN’ O uVN’ O uWN’ O -Ud 2 wt wt wt 3Ud 2 输出线电压矩形 u 波形,其脉冲幅 UV 值为+Ud和- Ud O U相输出取负载 中点N之间的相 114 电压 uUN O Ud 2 wt §3.3SPWM节制手艺 四、PWM变频器 由不成控整流电、电压型PWM逆变电、节制电构成 115 §3.4 交-交变频器 一、概述 1、根基概念 (1)交-交变频器是欠亨过两头曲流环节,而把电网恒压恒 频(CVCF)的交换电间接变换成变压变频(VVVF)交 流电的变频安拆。又称为周波变换器(Cycloconverter) 或相控变频器 (2)交-交变频器和交-曲-交变频器一样,除了能调频还要 求能调压,以满脚电气传动需要 (3)交-交变频器利用了成熟的晶闸管整流手艺,通过晶闸 管的节制截取电源交换电的片段部门并从头组合为电压、 频次可调的交换电 (4)常用于高电压、大电流的大功率交换电动机变频调速 116 §3.4 交-交变频器 一、概述 一、概述 2、根基布局 (1)交-交变频器电布局如图,由从电即交-交变频电 和节制电构成。交-交变频器从电取交-曲-交变频器从 电分歧,为一级换能安拆,效率比交-曲-交变频器高 117 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 1、根基道理 (1)电由正组(P组)和反组(N组)反并联的晶闸管相 控整流电形成,两组整流电输入接统一交换电源 (2)P组导通工做时,N组 关断,负载端输出电压 为上正下负 正组通 (3)N组导通工做时,P组 关断,负载端 输出电压为 反组通 下正上负 118 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 1、根基道理 (4)两组整流电按必然频次交替工做,负载就获得该频 率的交换电 (5)改变两组整流电切换频次,就能够改变输出频次 (6)改变整流电工做时 的节制角α,就能够改变 交换输出电压的幅值 正组通 反组通 119 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 2、分类 (1)按输出相数 分为单相、两相、三相 常用三相 (2)按输出波形 分为矩形波、正弦波、锯齿波、梯形波 常用正弦波变频电,其机能最好 (3)按可控整流电组接线体例 分为反并连接线)按节制输出 分为电压型、电流型 电压型是节制输出电压波形,电流型是节制输出电流 波形。常用电压型 120 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 3、单订交-交变频电 分为单相输入型单订交-交变频电、 三相输入型单订交-交变频电。 交-交变频电常采用共阴极和共阳极 可控整流电来实现交-交变频 (1)共阴极可控整流电 (a)布局 如图为共阴极全波可控整流电, 晶闸管VS1、VS3为共阴极接法, 其G极加触发脉冲UG (b)道理过程 ? 正在0~t1期间 G极无触发脉冲, VS1、VS3关断, 负载电压U0为0 121 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 3、单订交-交变频电 (1)共阴极可控整流电 (b)道理过程 ? 正在t1~t2期间 t1时辰,G极加触发脉冲,VS1导通, VS3加反向电压关断,有负载电压 ? 正在t2~t3期间 t2时辰,VS1过零关断,负载电压为0 ? 正在t3~t4期间 t3时辰,G极加触发脉冲,VS3导通, VS1加反向电压关断,有负载电压 ? t4时辰当前反复以上过程, 则负载上获得U01电压 122 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 3、单订交-交变频电 (1)共阴极可控整流电 (b)道理过程 ? 若是按正弦变化纪律改变触发脉冲 节制角α ,即让α角先大后小再变大, 成果会正在负载上获得断续正电压U02, 其无效值近似于正弦波正半周 123 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 3、单订交-交变频电 (2)共阳极可控整流电 (a)布局 如图为共阳极全波可控整流电, 晶闸管VS2、VS4为共阳极接法, 其G极加触发脉冲UG (b)道理过程 ? 工做道理取共阴极可控整流电雷同 ? 若是按正弦变化纪律改变触发脉冲 节制角α ,即让α角先大后小再变大, 成果会正在负载上获得断续负电压U02, 其无效值近似于正弦波负半周 124 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 3、单订交-交变频电 (3)单相输入型单订交-交变频电 (a)布局 由共阴极和共阳极可控整流电构成 共阴极晶闸管称为正组晶闸管 共阳极晶闸管称为反组晶闸管 (b)道理过程 ? 正在0~t8期间正组工做,反组 ,负载上获得U01正电压 ? 正在t8~t16期间正组,反组 工做,负载上获得U01负电压 125 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 3、单订交-交变频电 (3)单相输入型单订交-交变频电 (b)道理过程 ? 正在0~t16期间负载上电压U01极性发生变化, 即发生交换电压 ? 若是按正弦变化纪律改变触发脉冲 节制角α ,成果会正在负载上得 到断续电压U02,其无效值近似 于频次很低的正弦波电压 例:如图输入电压Ui频次50Hz, 负载输出电压U0频次为 50/4=12.5Hz 126 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 3、单订交-交变频电 (4)三相输入型单订交-交变频电 (a)布局 由两个三相桥式可控整流电正组P、反组N构成,正组 工做时为负载供给正半周电流,负组工做时为负载供给负 半周电流 正 组 P A B C 反 组 N RL 127 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 3、单订交-交变频电 (4)三相输入型单订交-交变频电 (b)道理过程 ? 正在RQ区间:正组P工做,反组N关断,并使正组触发角从 αR=π/2→αP=0 →αQ=π/2按正弦纪律变化,则P点输出电 压平均值最大,R、Q点输出电压为零, RQ区间输出电 压平均值近似按正弦纪律变化,抱负波形如图正半周虚线 交-交变频器 二、交-交变频电 3、单订交-交变频电 (4)三相输入型单订交-交变频电 (b)道理过程 ? 正在QR′区间:正组P关断,反组N工做,并使反组触发角从 αQ=π/2→αP ′ =0 →αR′ =π/2按正弦纪律变化,则P′点输出 电压平均值最大,R′ 、Q点输出电压为零, QR′区间输出 电压平均值近似按正弦纪律变化,抱负波形如图负半周虚 线所示 ? 正、负组各工做一次就获得一个周期输出 129 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 3、单订交-交变频电 (4)三相输入型单订交-交变频电 (b)道理过程 ? 输出电压的瞬时值波形不是滑润的正弦波,而是由片段电 源电压波形拼接而成。正在一个输出周期中所包含的电源电 压片段数越多,波形就越接近正弦波,凡是要采用6脉波 的三相桥式电或十二脉波整流电来形成 ? 调理触发角α变化速度可调理输出频次,变化加速,输出 频次越高,反之越低 ? 调理触发角αP(≥0)和αP ′ (≥0)可调理输出电压幅值 130 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 3、单订交-交变频电 (4)三相输入型单订交-交变频电 (b)道理过程 ? 对纯阻性负载,输出电流取输出电压同相,正组和反组正在 电压过零时切换工做 ? 对感性负载,输出电流利后于输出电压相位角Φ ,正组和 反组要延迟到电流过零时切换 131 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 3、单订交-交变频电 (4)三相输入型单订交-交变频电 (b)道理过程 ? 输出电压波形接近正弦波,包含必然的谐波分量,其大小 取输出频次相关。 ? 输出频次越高,波头数越少,波形畸变越大,谐波分量越 大;反之输出频次越低,波头数越多,波形畸变越小,谐 波分量越小 ? 对用三脉冲(三相半波)和 六脉冲(三相桥式)整流电 形成的逆变电,其输出频次 一般取电网频次的1/3~1/2, 不宜跨越25Hz 132 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 4、三订交-交变频电 (1)三订交-交变频电由3组 输出电压互差120°三相输入型 单订交-交变频电形成 (2)典型布局有三相半波和 三相桥式。此中桥式机能最好 (3)所用晶闸管数量多、触发电多、布局复杂、投资大 133 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 5、交-交变频电的运转体例 分为无环流运转体例、有环流运转体例 (1)无环流运转体例 (a)根基道理 ? 正组、反组整流电轮番切换工做,只要电流输入负载, 两组整流电之间不存正在环流 ? 对于电感性负载,因为电压、电流之间有相位差,不克不及正在 电压过零时切换,而正在电流过零时切换,需正在从电设置 电流过零检测器,当电流过零时向触发电发出一组 ,之后再另一组指令,之间必必要间隔时间t0,不然 形成电源短 ? 过零检测器的检测元件可采用交换互感器、曲流互感器、 134 光电耦合器 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 5、交-交变频电的运转体例 (1)无环流运转体例 (b)特点 ? 过零检测器发生毛病时无环流,不需设置限流电抗器,结 构简单,系统成本低 ? 两组整流电切换时必需留有死区间隔时间,易惹起电流 不持续,使得输出电压的波形畸变增大,电流死区和电流 断续的影响了输出频次的提高,同时谐波添加,电动 机脉动转矩添加 135 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 5、交-交变频电的运转体例 (2)有环流运转体例 (a)可处理无环流运转电流断续问题 (b)两组整流电同时加触发脉冲进 行工做,不存正在两组整流电切换问 题,且两组晶闸管触发角节制为 α正+α反=180° ,则两组整流电输出 平均电压相等极性相对,无间接环流 发生,改善输出波形,提高输出上限频次 (c)为防止两组整流电输出瞬时电 压不等而两电之间呈现环流,添加 损耗,加沉晶闸管承担,需设置环流 电抗器,使设备成本添加,输入功率 略有添加,效率有所降低 136 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 6、交-交变频电换相体例 (1)采用电网换相体例,操纵电网电压过零使导通的晶闸 管承受反压关断实现天然换相。无需换相安拆,简化 了从电布局,提高了换流能力 (2)例如:如图当UBUA, 触发VT2导通后使VT1承受 反压而从动关断 137 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 7、交-交变频电触发脉冲发生道理 (1)概述 交-交变频电要发生近似正弦波输出,要求各组晶闸管 节制角按正弦纪律变化,则须采纳恰当的触发体例和触发 脉冲发生方式 (2)波形交叉法 (a)根基道理 ? 采用两种波形交叉,其交点即为触发脉冲发生时辰 ? 一种是调制波(同步波),必需取电源电压同步,可用余 弦波、三角波等。常用余弦波 ? 一种是节制波,用于节制触发角α按正弦纪律变化,可用 正弦波、矩形波等。常用正弦波 ? 现实以余弦波为调制波、正弦波为节制波交叉结果最好, 故又称余弦交叉法 138 §3.4 交-交变频器 二、交-交变频电 7、交-交变频电触发脉冲发生道理 (2)波形交叉法 (b)工做过程 ? 图a虚线为电源电压波形,粗实线是输出电压波形 ? 图b为同步波和节制波交叉发生交点,图c为触发脉冲 ? 图中交叉点取触发脉冲、晶闸管导通时辰逐个对应。如: 交点1使A相晶闸管导通,交点2使B相晶闸管导通,‥ ‥ ? 触发角α随交点时辰按正弦纪律变化 ? 输出频次不克不及等于 输入频次,不然 不会发生交点 139 §3.4 交-交变频器 三、交-交变频器 目前常用的交-交变频器是一种正弦波输出的电压型三相 交-交变频器,具有以下特点: 1、长处 (1)效率较高,不要两头曲流环节,属于一级方能安拆, 采用电网电压使晶闸管关断进行天然换相,不需耗损能量 的换相回,系统损耗小 (2)易于正在电源和负载之间进行功率互换,能够四象限运 行,扩大使用范畴 (3)运转于低频区域时输出电压波形好,谐波分量小,电 动机损耗小,根基无脉动转矩 140 §3.4 交-交变频器 三、交-交变频器 2、错误谬误 (1)输出频次较低,受电网频次,一般为电网频次的 1/3~1/2,跨越此范畴谐波分量增大,只适于低速运转 (2)所用晶闸管数量多,投资大,触发电多,系统复杂 (3)采用相位节制体例,功率因数低,出格是低速运转要 求降低电压,功率因数更低,对电网晦气 3、使用 次要用于低速传动和大功率场所,如大型轧钢机、 矿井提拔机、大型球磨机等。此后成长标的目的是采用矩阵式 变频器 141