变换电路.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,1,。定义：,DC AC,直流电变为交流电的电路称为逆变电路,2,。有源逆变：,交流侧和电网连结。,交流电网晶闸管电路直流电动机,特点：只改变电压，不改变频率；能量电网,3,。无源逆变：,变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载,直流电源晶闸管电路交流负载,特点：既改变电压，又可改变频率；能量负载,有源逆变电路,无源逆变电路,有源逆变电路,逆变的概念,三相有源逆变电路,逆变失败及最小逆变角的限制,5.1,有源逆变的基本原理,一、电能的流转,1,两个电势源同极性相接时，电流总是从电势高的流向电势低的，其值大小取决于电势差和回路总电阻。,2,电流由电势源正极流出的为输出功率；,电流由电势源正极流入的为输入功率。,3,顺向串联时，电源短路，应防止出现该情况。,5.1,有源逆变的基本原理,二、逆变产生的条件：,1,。外部条件：必须要有直流电动势，其极性和晶闸管导通的方向一致，,|,E,M,|,|U,d,|,2,。内部条件：要求晶闸管的控制角,/2,，使,U,d,为负值。,两者必须同时具备才能实现有源逆变。,例：判断下列电路能否逆变？,1,、单相全控桥式电路，,U,2,=100V,，,E=-70V,=120,2,、单相全控桥式电路，,U,2,=100V,，,E=-30V,=120,3,、,单相半控桥式电路，,U,2,=100V,，,E=-70V,=120,4,、如图所示电路，,U,2,=100V,，,E=-70V,=120,注意：半控桥或有续流二极管的电路不能实现有源逆变。,5.2,有源逆变应用电路,U,d,=U,d0,cos,0,/2 U,d,0,整流,/2,U,d,0,逆变,逆变角,：以,=,为计量起始点，向左度量。,即：,-=,，,/2,即,0,/2,U,d,=U,d0,cos =-U,d0,cos,一、三相半波逆变电路,二、三相桥式逆变电路,5.2,有源逆变应用电路,1,、输出电压平均值的近似计算和整流时一样。,2,、电流计算,三相半波电路,三相全控桥式电路,5.2,有源逆变应用电路,3,、功率计算,4,、逆变时的功率因素,5,、考虑变压器漏抗,逆变失败及最小逆变角的限制,三、逆变失败的原因,逆变失败（逆变颠覆）,逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路,短路,，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成,顺向串联,，形成很大,短路电流,。,1,。触发电路工作不可靠（脉冲丢失、脉冲延时、脉冲次序颠倒等）,2,。晶闸管发生故障,3,。交流电源发生缺相或突然消失,4,。换相的裕量角不足,逆变失败及最小逆变角的限制,换相重叠角的影响：,当,b,g,时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。,如果,b,t,q,3,）触发引前时间,t,=t,5,-t,2,=t,+t,4i,o,超前于,u,o,的时间,t,=t,5,-t,3,=t,/2+t,功率因素角为,=/2+,电流型逆变器,(CSTI),小结：（并联谐振式逆变电路应掌握以下问题）,1,、并联谐振式逆变器为保证换相应满足什么条件？,（,1,）负载工作于容性小失谐情况,（,2,）反压时间,t,关断时间,t,q,（,3,）,t,=t,+t,2,、并联谐振式逆变器的换流方式,负载换流,3,、并联谐振式逆变器的电流、电压波形及四个时间,电流型逆变器,(CSTI),三、三相电流型逆变电路,串联二极管式电流型逆变电路,（一）电路结构,L,：,滤波电感,VT,1,VT,6,：逆变桥,C,1,C,6,：换流电容,VD1,VD,6,：隔离二极管,防止C对负载放电,+,-,+,-,0,+,-,+,-,0,电流型逆变器,(CSTI),三、三相电流型逆变电路,串联二极管式电流型逆变电路,（二）工作特点（强迫换流）,1,、按,V,T1,V,T6,的顺序触发，每隔,60,发出一个脉冲；,2,、换相总是在不同相之间进行,横向换相；,3,、任何时刻只有两个器件导通，一个共阳极组，一个共阴极组，每个器件导电角,120,。,电流型逆变器,(CSTI),三、三相电流型逆变电路,串联二极管式电流型逆变电路,（三）换流过程（强迫换流）,换流电容上电压稳定后有以下规律：,共阳极组：与导通的晶闸管相连的电容端为,+,，,Uc=Uco与不导通的晶闸管相连的电容,Uc=0,共阴极组：与导通的晶闸管相连的电容端为,-,，,Uc=Uco,与不导通的晶闸管相连的电容,Uc=0,（,a,）,VT1,、,VT2,稳定导通阶段（,b,）恒流放电阶段,（,c,）二极管换流阶段 （,d,）,VT2,、,VT3,稳定导通阶段,+,-,三、三相电流型逆变电路,串联二极管式电流型逆变电路,（三）换流过程（强迫换流）,电流型逆变器,(CSTI),小结：串联二极管式电流型逆变器应掌握以下问题,1,、三相电流型逆变器的工作特点,2,、换相方式,强迫换流,3,、换流过程及电容上电压和充放电电流,作业：串联二极管式电流型逆变电路（,1,）在图中标出,VT3,、,VT,4,导通时,C,1,C,6,的电压极性及大小；（,2,）下一步应触发哪个管子，关断哪个管子；（,3,）换流过程中，,C,1,、,C,3,、,C,5,的充放电电流分别为多少？,第五节 脉宽调制（,PWM,）型逆变电路,1,一、概述,2,二、,PWM,控制的基本原理,3,三、脉宽调制型逆变电路及其控制方法,一、概述,PWM,（,Pulse Width Modulation,）控制：,就是对脉冲宽度进行调制的技术。,即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值）。,PWM,控制的思想源于,通信技术,，全控型器件的发展使得实现,PWM,控制变得十分容易。,PWM,技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。,二、,PWM,控制的基本原理,（一）面积等效原理,冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同,1,、冲量,窄脉冲面积,2,、效果基本相同,环节的输出响应波形基本相同,3,、举例,方波窄脉冲,三角波窄脉冲,单位冲击函数,正弦半波窄脉冲,f,(,t,),d,(,t,),t,O,a),b),c),d),t,O,t,O,t,O,f,(,t,),f,(,t,),f,(,t,),图,6-1,形状不同而冲量相同的各种窄脉冲,i,(,t,),e,(,t,),实例,电路输入：,e,t,),电路输出：,i,(,t,),（二）正弦波脉宽调制（,SPWM,）,如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,SPWM,波,若要改变等效输出正弦波幅值，按,同一比例,改变各脉冲宽度即可。,（二）正弦波脉宽调制（,SPWM,）,对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到,PWM,波形，因此正弦波一个完整周期的等效,PWM,波为：,根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的,PWM,波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。,O,w,t,U,d,-,U,d,O,w,t,U,d,-U,d,（二）正弦波脉宽调制（,SPWM,）,等幅,PWM,波不等幅,PWM,波,输入电源是恒定直流,输入电源是交流或不是恒定的直流,直流斩波电路,PWM,逆变电路,PWM,整流电路,斩控式交流调压电路,矩阵式变频电路,基于,面积等效原理,进行控制，本质是相同的,u,0,t,E,O,w,t,U,d,-,U,d,（二）正弦波脉宽调制（,SPWM,）,PWM,电流波,电流型逆变电路进行,PWM,控制，得到的就是,PWM,电流波,PWM,波形可等效的各种波形,直流斩波电路,直流波形,SPWM,波,正弦波形,等效成其他所需波形，如,:,所需波形,等效的,PWM,波,基于,“面积等效原理”,三、脉宽调制型逆变电路及其控制方法,（一）调制法产生,PWM,波形,计算法,:,根据,PWM,的基本原理，如果给出了逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的周波数，,PWM,波形中各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的,PWM,波形。,计算法很繁琐，而且当希望输出的正弦波频率，幅值或相位变化时，结果都要变化。,三、脉宽调制型逆变电路及其控制方法,调制法,:,把希望输出的波形作调制信号，通过对此,信号波,的得到所期望的,PWM,波,采用等腰三角波或锯齿波作为,载波,载波与平缓变化的调制信号相交，在交点时刻控制器件通断，就得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合,PWM,的要求,调制信号波为正弦波时，得到的就是,SPWM,波；调制信号 是其他所需波形时，也能得到等效的,PWM,波。,三、脉宽调制型逆变电路及其控制方法,1,、单相桥式,PWM,逆变电路,信号波,载波,调制电路,工作时,V1,和,V2,通断互补，,V3,和,V4,通断也互补,（,1,）单极性控制方式,u,r,正半周，,V,1,保持通，,V,2,保持断,当,u,r,u,c,时使,V,4,通，,V,3,断，,u,o,=,U,d,当,u,r,u,c,时使,V,4,通，,V,3,断，,u,o,=0,当,u,r,u,c,时，给,V,1,和,V,4,导通信号，给,V,2,和,V,3,关断信号,u,o,=,U,d,当,u,r,u,c,时，给,V,1,导通信号，给,V,4,关断信号，,u,UN,=,U,d,/2,当,u,rU,u,c,时，给,V,4,导通信号，给,V,1,关断信号，,u,UN,=-,U,d,/2,u,UN,、,u,VN,和,u,WN,的,PWM,波形只有,U,d,/2,两种电平,输出线电压,PWM,波由,U,d,和,0,三种电平构成,负载相电压,PWM,波由,(2/3),U,d,、,(1/3),U,d,和,0,共,5,种电平组成,（二）异步调制和同步调制,载波比,N=f,c,/f,r,1,、异步调制,载波信号和调制信号不保持同步的调制方式,保持载波频率,f,c,不变，则,f,r,变化时,N,变化,缺点：一个周期内脉冲个数不固定，相位不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后,1/4,周期的脉冲不对称,（二）异步调制和同步调制,2,、同步调制,N,为常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的调制方式,优点：保持载波比,N,不变，一个周期内脉冲数固定，相位固定,（,N,为,3,的整数倍，且为奇数）,缺点：当逆变电路输出频率很低时，,f,c,也很低，此时由调制带来的谐波不易滤波,当逆变电路输出频率很高时，,f,c,也很高，此时开关器件难以承受,3,、分段同步调制,将输出频率范围划分为若干的频段，各频段内保持,N,不变，不同频段,N,不同,（三）规则采样法,自然采样法,在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断,规则采样法,在正弦波和三角波的自然交点时刻附近控制功率开关器件的通断,规则采样法原理,三角波两个正峰值之间为一个采样周期,T,c,自然采样法中，脉冲中点不和三角波一周期的中点（即负峰点）重合,规则采样法使两者重合，每个脉冲的中点都以,相应的三角波中点为对称，使计算大为简化,在三角波的负峰时刻,t,D,对正弦信号波采样得,D,点，过,D,作水平直线和三角波分别交于,A,、,B,点，在,A,点时刻,t,A,和,B,点时刻,t,B,控制开关器件的通断,脉冲宽度,d,和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近,正弦调制信号波,-a,称为,调制度,，,0,a,1,；,-,w,r,为信号波角频率,从图,5-25,得,三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度,