电力电子技术 教学课件 作者 龙志文 电力电子技术课件---第四章.ppt

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1、第四章PWM脉宽调制变频电路4．1PWM控制的基本原理4．2单相PWM逆变电路4．3三相桥式PWM逆变电路4．4PWM控制变频系统中的功率接口为负载提供可变交流电源的装置叫变频器，其功能是将电网电压提供的恒压恒频CVCF交流电变换为变压变频VVVF(通常简称3VF)交流电。变频器最典型的应用就是交流电动机的无级调速。变频电路按其电路结构特点、控制方式或输出波形的不同，可构成不同类型的变频器。第四章PWM脉宽调制变频电路第四章PWM脉宽调制变频电路变频器的分类如图4-1所示为交—交变频器与交—直—交

2、变频器的结构框图。图4-1a所示的交—交变频器在结构上没有明显的中间滤波环节，来自电网的交流电被直接变换为电压、频率均可调的交流电，所以称为直接变频器。而图4-1b所示的交—直—交变频器有明显的中间滤波环节，其工作时首先把来自电网的交流电变换为直流电，经过中间滤波环节之后，再通过逆变器变换为电压、频率均可调的交流电，故又称为间接变频器。第四章PWM脉宽调制变频电路第四章PWM脉宽调制变频电路图4-1变频器结构框图a）交—交变频器b)交—直—交变频器第四章PWM脉宽调制变频电路图4-2交—直—交电压

3、型变频器的结构形式。a）可控整流器调压，逆变器调频b）二极管整流，斩波器调压，逆变器调频。c）二极管整流，PWM逆变器调压，调频。图4-2a所示电路在整流环节调节可控整流器的控制角α进行调压，逆变器只进行调频。图4-2b所示电路的整流器是不可控的，其调压是通过斩波器进行的，逆变器仅进行调频。图4-2a、b两种电路结构的共同特点在于都有专门的调压环节调整输出电压的幅值，从最后输出波形看，它们同属于脉冲幅度调制PAM方式。图4-2c所示电路则是以不可控制整流器接入电网，整流之后不调节电压幅度就送入逆变器，在

4、逆变器同时完成调频调压，因其电压幅值不可变，逆变器的调压靠改变电压输出脉冲的宽度来完成，从输出波形上看，该电路属于脉冲宽度调制PWM方式。第四章PWM脉宽调制变频电路第四章PWM脉宽调制变频电路在图4-2b、c两种电路结构中，因采用不可控整流器，功率因数高。而在图4-2a电路中，由于采用可控整流，输出电压有换相电压降产生，谐波的无功功率使得输入端功率因数降低。在图4-2a、b两种电路结构中，独立的调压调频环节使之容易分开调试，但系统的动态反应慢。图4-2c所示的电路结构则具有动态响应快，功率因数高的

5、特点。第四章PWM脉宽调制变频电路图4-3交—直—交电流型变频器结构图a）可控整流器调节电压，逆变器调节频率。b）二重化结构。第四章PWM脉宽调制变频电路图4-3a中可控整流器调节电压和电流的大小，逆变器调节输出电压频率，电容Cd为电流型滤波环节，Ld为限流电感。由于电流型变频器很少进行脉冲宽度调制，而图4-3a结构的电路输出电流波形(方波)中谐波分量太大，影响了电动机的低速性能，因此，对电流型变频器可以采用图4-3b所示的二重化结构。该结构中，上下两套变频器的输出方波电流频率一致，但相位上错开一定

6、角度，输出时将两套变频器的输出电流进行叠加，叠加之后输出的交流电流将成为多阶梯的波形，更接近于正弦波，有利于抑制低速运行时的转矩脉动，扩大运行范围。综合以上分析可知，图4-2b、c和图4-3电路结构在运行中存在以下缺点：(1)调压与调频需要两套可控晶闸管变换器，开关元件多，控制线路复杂。(2)晶闸管可控整流侧在低频低压下功率因数太低。(3)逆变器输出的阶梯波交流电压(电流)谐波分量较大，因此变频器输出转矩的脉动率大，低速时影响电动机的稳定工作。(4)由于储能电容的充放电时间长，变频器的动态反应慢。(5)

7、变压器漏抗对电网产生的影响较大。第四章PWM脉宽调制变频电路第四章PWM脉宽调制变频电路PWM型变频器有以下几个优势：(1)主电路只有一个可控的功率环节，开关元件少，控制线路简单。(2)整流侧使用了不可控整流器，电网功率因数与逆变器输出电压无关而接近于1。(3)通过对PWM控制方式的控制，能有效地抑制或消除低次谐波，实现接近正弦形的输出交流电压波形。(4)调频调压在同一环节实现，无中间储能环节，动态响应加快。得益于以上这些优势，PWM控制方式正逐步取代其它形式的电路结构在变频技术和产品中占领主导地位

8、。第四章PWM脉宽调制变频电路4.1PWM控制的基本原理图4-4PWM交—直—交变频电路图图4-4是典型PWM交—直—交变频器主电路图，其整流环节采用不可控二极管整流桥，其输出电压经电容滤波后形成不可调的直流电压Ud。而逆变环节则以六只功率开关器件和辅助元件构成，这些开关器件可以选用功率晶体管GTR，功率场效应晶体管MOSFET，绝缘门极晶体管IGBT等。控制逆变器中的功率开关器件按一定规律导通或断开，逆变器的输出侧即可获得一系列恒幅调宽