5.4__电力电子变压变频器.pptVIP

5.4 电力电子变压变频器;? 引 言;5.4.1 交-直-交变频器主电路; 交-直-交变压变频器基本结构; 由于这类变压变频器在恒频交流电源和变频交流输出之间有一个“中间直流环节”，所以又称间接式的变压变频器。 具体的整流和逆变电路种类很多，当前应用最广的是由二极管组成不控整流器和由功率开关器件（P-MOSFET，IGBT等）组成的脉宽调制（PWM）逆变器，简称PWM变压变频器，如下图所示。; 交-直-交PWM变压变频器基本结构; 六拍逆变器主电路结构; PWM变压变频器的应用之所以如此广泛，是由于它具有如下的一系列优点： （1）在主电路整流和逆变两个单元中，只有逆变单元可控，通过它同时调节电压和频率，结构简单。采用全控型的功率开关器件，只通过驱动电压脉冲进行控制，电路也简单，效率高。 ; （2）输出电压波形虽是一系列的PWM波，但由于采用了恰当的PWM??制技术，正弦基波的比重较大，影响电机运行的低次谐波受到很大的抑制，因而转矩脉动小，提高了系统的调速范围和稳态性能。; （3）逆变器同时实现调压和调频，动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响，系统的动态性能也得以提高。 （4）采用不可控的二极管整流器，电源侧功率因素较高，且不受逆变输出电压大小的影响。 ; PWM变压变频器常用的功率开关器件有：P-MOSFET，IGBT，GTO和替代GTO的电压控制器件如IGCT、IEGT等。 受到开关器件额定电压和电流的限制，对于特大容量电机的变压变频调速仍只好采用半控型的晶闸管（SCR），并用可控整流器调压和六拍逆变器调频的交-直-交变压变频器，见下图。 ; 普通交-直-交变压变频器的基本结构;5.4.2 正弦波脉宽调制(SPWM)技术;? 问题的提出; 六拍逆变器的谐波; 为了改善交流电动机变压变频调速系统的性能，在出现了全控式电力电子开关器件之后，科技工作者在20世纪80年代开发了应用PWM技术的逆变器。 由于它的优良技术性能，当今国内外各厂商生产的变压变频器都已采用这种技术，只有在全控器件尚未能及的特大容量时才属例外。; 以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。; PWM调制原理; 按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。这种调制方法称作正弦波脉宽调制（Sinusoidal pulse width modulation，简称SPWM），这种序列的矩形波称作SPWM波。 ;2. SPWM控制方式; 单相桥式PWM逆变电路 ;（1）单极性PWM控制方式;（2）双极性PWM控制方式;3. PWM控制电路; 模拟电子电路; 数字控制电路;（1）自然采样法原理;（2）规则采样法 ;规则采样法原理;;规则采样法原理;;;;;4. PWM调制方法;（1）异步调制;;（2）同步调制;;同步调制三相PWM波形 ;（3）分段同步调制; 分段同步调制方式;（4）混合调制;5. PWM逆变器主电路及输出波形;图 三相桥式PWM逆变器的双极性SPWM波形 ; 图中 为三相PWM波形，其中 urU 、urV 、urW为U，V，W三相的正弦调制波， uc为双极性三角载波； uUN’ 、uVN’ 、uWN’ 为U，V，W三相输出与电源中性点N’之间的相电压矩形波形； uUV为输出线电压矩形波形，其脉冲幅值为+Ud和- Ud ； uUN为三相输出与电机中点N之间的相电压。;5.4.3 消除指定次数谐波的PWM(SHEPWM) 控制技术 ; 特定谐波消去法的输出波形; 对图中的PWM波形作傅氏分析可知，其k次谐波相电压幅值的表达式为 （5-56） 式中 Ud―变压变频器直流侧电压； ?1―以相位角表示的PWM波形第i个起始或终了时刻。;;;; 可采用数值法迭代，在上述方程组求解出开关时刻相位角 ?1 ，?2 ，… ， 然后再利用 1/4 周期对称性，计算出 ?2m = ?- ?1，以及 ?2m-1 ... 各值。 这样的数值计算法在理论上虽能消除所指定的次数的谐波，