第5章第3讲电力电子变压变频器,交-直-交和交-交变压变频器

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1、异步电动机变压变频调速变压变频调速的基本原理基频以下调速基频以上调速电压保持额定电压不变变压变频调速时的机械特性“恒转矩调速”方式“近似的恒功率调速”方式基频以下电压补偿控制恒气隙磁通控制（恒Eg/1控制）恒定子磁通控制（恒Es/1控制）恒转子磁通控制（恒Er/1控制）回顾恒压频比控制（恒Us/1控制）5.4电力电子变压变频器本节提要交-直-交和交-交变压变频器变压变频调速系统中的脉宽调制(PWM)技术正弦波脉宽调制(SPWM)技术消除指定次数谐波的PWM(SHEPWM)控制技术电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术（或称磁链

2、跟踪控制技术）引言如前所述，对于异步电机的变压变频调速，必须具备能够同时控制电压幅值和频率的交流电源，而电网提供的是恒压恒频的电源，因此应该配置变压变频器，又称VVVF（VariableVoltageVariableFrequency）装置。从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为交-直-交和交-交两大类。1.交-直-交变压变频器交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，如下图所示。引言交-直-交变压变频器基本结构图交-直-交（间接）变压变频器变压变频(VVVF)中间直流环节恒压恒频(CVCF)逆变DCACAC50Hz

3、~整流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图交-直-交PWM变压变频器变压变频(VVVF)中间直流环节恒压恒频(CVCF)PWM逆变器DCACAC50Hz~调压调频CPWM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

4、单，效率高。（2）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。交-直-交PWM变压变频器优点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

5、器的基本结构SCR可控整流器六拍逆变器DCACAC50Hz~调频调压图可控整流器调压、六拍逆变器调频的交-直-交变压变频器特大容量2.交-交变压变频器交-交变压变频器的基本结构如下图所示，它只有一个变换环节，把恒压恒频（CVCF）的交流电源直接变换成VVVF输出，因此又称直接式变压变频器。也称作周波变换器（Cycloconveter）。交-交变压变频器的基本结构图交-交（直接）变压变频器交－交变频AC50Hz~ACCVCFVVVF常用的交-交变压变频器输出的每一相都是一个由正、反两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路。也就是说，每一相都相当于一套直流可逆调速系统的反并联可逆线路

6、（下图a）。交-交变压变频器的基本结构交-交变压变频器的基本电路结构VRVFId-Id+--+a)电路结构负载50Hz~50Hz~u0图6-13-a交-交变压变频器每一相的可逆线路交-交变压变频器的控制方式正半周控制方式正、反两组按一定周期相互切换，在负载上就获得交变的输出电压u0，u0的幅值决定于各组可控整流装置的控制角，u0的频率决定于正、反两组整流装置的切换频率。如果控制角一直不变，则输出平均电压是方波，如下图b所示。图-b方波型平均输出电压波形tu0正组通反组通正组通反组通输出电压波形控制方式（2）调制控制方式要获得正弦波输出，就必须在每一组整流装置导通期间不断改变

7、其控制角。例如：在正向组导通的半个周期中，使控制角由/2（对应于平均电压u0=0）逐渐减小到0（对应于u0最大），然后再逐渐增加到/2（u0再变为0），如下图所示。2AOwta=a=0p2a=pBCDEFu0图6-14交-交变压变频器的单相正弦波输出电压波形输出电压波形当角按正弦规律变化时，半周中的平均输出电压即为图中蓝线所示的正弦波。对反向组负半周的控制也是这样。单相交交变频电路输出电压和电流波形三相交交变频电路三相交交变频电路可以由3个单相交交变频电路组成，其基本结构如下图所示。