2019年 电力电子技术第5章 ppt课件.ppt

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1、第5章交-直-交变换器主要内容：电压型和电流型变换器原理；SPWM型变换器。5.1简介交-直-交变换器就是把工频交流电先通过整流器整流成直流，而后再通过变换器，把直流电逆变成为频率可调的交流电。交-直-交变换器可分为电压型和电流型。SPWM型变换器是给逆变器固定的直流电压，通过开关元件有规律的导通和关断，得到由宽度不同的脉冲组成的电压波形，削弱和消除某些高次谐波，得到具有较大基波分量的正弦输出电压。5.2电压型与电流型变换器5.2.1电压型变换器1．电路结构电压型变换器的特点是直流电源接有很大的滤波电容，从逆变器向直流电源看

2、过去电源内阻为很小的电压源，保证直流电压稳定。2.输出电压波形开关元件每隔60°电角度按标号1、2、3、4、5、6的次序导通，每个元件导通180°就关断，即同一支臂的两个元件一个导通，另一个关断，经过360°完成输出电压波形的一个周期。图5-3三相变换器输出电压波形三相线电压为120°宽交变方波。图5-3(a)、(b)、(c)中电压波形幅值为Ud/2的矩形波。线电压的有效值：(5-4)线电压基波分量有效值：(5-5)这种变换器向对称的星形连接的负载供电，输出线对中点的电压即相电压波形，在每个周期中有六个不同状态，故称六阶梯波

3、，如图5-4所示。图5-4三相变换器相电压波形和在每周期的六个状态状态1，0°~60°期间，开关元件5、6、1导通，相当于5、6、1开关闭合。输出端U、W接到电源正极，V端接电源负极，线电压UUV=Ud，UVW=-Ud，UWU=0，UUN=UWN=+Ud/3，UVN=-Ud/3。依次类推其他5个状态内UUN。UVN和UWN波形与UUN一样，只是时间上滞后120°和240°。综上所述，交-直-交变频原理为频率不变的交流电源经整流器变为直流电，再经逆变器，在其开关元件有规律的导通和关断，即每隔60°导通一个，导通180°后关断，

4、一个周期中变换器输出的线电压为方形波，相电压为六阶梯波的交流电。改变元件导通与关断的频率快和慢，就能改变输出交流电频率高和低，改变直流环节电压高和低，就能调节交流输出电压幅值大与小。3.输出电流波形图5-6三相变换器△接阻抗负载电压电流波形5.2.2电流型变换器1.电路结构电流型变换器的电路原理图如图5-7所示，电流型变换器的特点是直流电源接有很大的电感，从逆变器向直流电源看过去电源内阻为很大的电流源，保证直流电流基本无脉动。2．工作原理电流型变换器的基本工作方式是120º导通方式，即每个开关管导通120º，按VT1到VT6

5、的顺序每隔60º依次导通。其变换器输出电流波形如图5-8所示。在电流型变换器中，为吸收换相时负载电感中的能量，如图5-7所示，在交流输出侧加入了电容器。在换相时，由于负载电感中的能量给电容充电，从而变换器的输出电压出现电压尖峰。图5-8电流型变换器输出电流波形由电压型变换器的波形分析可类推得电流型变换器的输出基波电流有效值为(5-6)5.3电压型变换器与电流型变换器的比较5.4脉宽调制(SPWM)变换器功率晶体管、功率场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管(BJT、MOSFET、IGBT)是自关断器件。用它们作开关元件构成的SP

6、WM变换器，可使装置的体积小、斩波频率高、控制灵活、调节性能好、成本低。SPWM变换器，简单地说，是控制逆变器开关器件的通断顺序和时间分配规律，在变换器输出端获得等幅、宽度可调的矩形波。这样的波形可以有多种方法获得。5.4.1正弦脉宽调制原理及其优点1．SPWM原理根据采样控制理论，冲量相等而形状不同的窄脉冲作用于惯性系统上时，其输出响应基本相同，且脉冲越窄，输出的差异越小。它表明，惯性系统的输出响应主要取决于系统的冲量，即窄脉冲的面积，而与窄脉冲的形状无关.图5-11给出了几种典型的形状不同而冲量相同的窄脉冲。他们的面积(

7、冲量)均相同。当它们分别作用在同一个的惯性系统上时，其输出响应波形基本相同。当窄脉冲变为图5-11(d)所示的单位脉冲函数时，系统的响应则变为脉冲过渡函数。图5-11形状不同而冲量相同的各种窄脉冲图5-12画出了一正弦波的正半波，并将其划分为k等分(图中k＝7)。将每一等分中的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形波所替代，从而得到一组等效于正弦波的一组等幅不等宽的矩形脉冲的方法称为逆变器的正弦脉宽调制(SPWM)。2．单极性调制3．双极性调制一般将正弦调制波的幅值与三角载波的峰值之比定义为调制度M(亦称调

8、制比或调制系数。在SPWM变换器中，使用最多的是三相桥式逆变器。三相桥式逆变器一般都采用双极性控制方式。U、V和W三相的SPWM的控制通常公用一个三角波载波信号，用三个相位互差120°的正弦波作为调制信号，以获得三相对称输出。U、V和W各相功率开关器件的控制规律相同。三相桥式逆变器在双极性