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1、现代交流调速系统,第三章 功率驱动变换器技术,一，变换器基本类型AC/DCDC/ACAC/ACDC/DC,整流器逆变器变频器变换器,概述,二，变换器基本拓扑,降压变换器升压变换器反激变换器正激变换器推挽变换器半桥变换器全桥变换器双正激变换器,全波整流和全桥整流,半波整流电路、全波整流电路和全桥整流电路。半波整流电路为单极性整流场合；全波整流适用场合：低压输出（100V；全桥整流适用场合：高压输出。,a）全波整流电路,b）全桥整流电路,1，变换器拓扑比较,1 交直交变频器,交直交变频器主要按电压型、电流型进行分类。交直交变频器，其逆变部分多采用PWM控制。（1）电压型电压型交直交变频器在负载能量
2、反馈到中间直流电路时，将导致电容电压升高，称为泵升电压，如果能量无法反馈回交流电源，泵升电压会危及整个电路的安全。,图 不能再生反馈的电压型,三，变频器种类,1 交直交变频器,为使电路具备再生反馈电力的能力，可采用：带有泵升电压限制电路的电压型交直交变频器当泵升电压超过一定数值时，使V0导通，把从负载反馈的能量消耗在R0上,图 带有泵升电压限制电路的电压型交直交变频器,1 交直交变频器,利用可控变流器实现再生反馈的电压型交直交变频器当负载回馈能量时，可控变流器工作于有源逆变状态，将电能反馈回电网。,图 利用可控变流器实现再生反馈的电压型交直交变频器,整流和逆变均为PWM控制的电压型交直交变频器
3、整流和逆变电路的构成完全相同，均采用PWM控制，能量可双向流动。输入输出电流均为正弦波，输入功率因数高，且可实现电动机四象限运行。,图 整流和逆变均为PWM控制的电压型交直交变频器,1 交直交变频器,1 交直交变频器,（2）电流型整流电路为不可控的二极管整流时，电路不能将负载侧的能量反馈到电源侧。为使电路具备再生反馈电力的能力，可采用：整流电路采用晶闸管可控整流电路。负载回馈能量时，可控变流器工作于有源逆变状态，使中间直流电压反极性。,图 采用可控整流的电流型交直交变频器,图 不能再生反馈电力的电流型交直交变频器,1 交直交变频器,整流和逆变均为PWM控制的电流型交直交变频器通过对整流电路的P
4、WM控制使输入电流为正弦波，并使输入功率因数为1。,图 整流和逆变均为PWM控制的电流型交直交变频器,电流型和电压型变频器特性比较,2 交交变频器,可控硅组交交变频器矩阵变换器,多电平逆变器多重化逆变器,（1）交-交变频器,三相交-交变频器,n的最小值为4。这时的输出频率为16.7Hz，是这种三相交-交变频器要求正负波形对称时的最高输出频率。,优点,效率较高（一次变流）可方便地实现四象限工作低频输出波形接近正弦波,缺点,接线复杂，至少要用36只晶闸管。受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低。输入功率因数较低。输入电流谐波含量大，频谱复杂。,应用主要用于500kW或1000kW以上的大功
5、率、低转速的交流调速电路中。目前已在轧机主传动装置、鼓风机、矿石破碎机、球磨机、卷扬机等场合应用。既可用于异步电动机，也可用于同步电动机传动。,（2）矩阵式变频电路,直接变频电路 所用开关器件是全控型的 控制方式不是相控方式而 是斩控方式 拓扑 9个开关器件组成33矩阵，因此该电路被称为矩阵式变频电路(Matrix Converter MC)或矩阵变换器每个开关都是矩阵中的一个元素，采用双向可控开关,优点输出电压为正弦波输出频率不受电网频率的限制输入电流也可控制为正弦波且和电压同相功率因数为1，也可控制为需要的功率因数能量可双向流动，适用于交流电动机的四象限运行不通过中间直流环节而直接实现变频
6、，效率较高,需解决的两个基本问题：,所用的开关器件为18个，电路结构较复杂，成本较高，控制方法还不算成熟。输出输入最大电压比只有0.866，用于交流电机调速时输出电压偏低。,现状：尚未进入实用化，主要原因：,如何求取理想的调制矩阵s。开关切换时如何实现既无交叠又无死区。,十分突出的优点：,有十分理想的电气性能。和目前广泛应用的交直交变频电路相比，虽多用了6个开关器件，却省去了直流侧大电容，将使体积减小，且容易实现集成化和功率模块化。,(1)，多电平变频器主电路,3 特殊逆变器,两电平输出线电压有Ud和0三种电平三电平线电压有Ud、Ud/2和0五种电平电压谐波可大大少于两电平逆变电路每个主开关器
7、件承受电压为直流侧电压的一半,(2)串联功率管高压变频器,高压变频器主电路图,二重单相逆变电路,返回,（3）多重化逆变器,两个单相全桥逆变电路组成，输出通过变压器T1和T2串联起来 输出波形：两个单相的输出u1和u2是180矩形波,三相电压型二重逆变电路,返回,由两个三相桥式逆变电路构成，输出通过变压器串联合成两个逆变电路均为180导通方式逆变桥II的相位比逆变桥I滞后30,返回,（4）不对称半桥,小结,变换器种类变换器基本拓扑及特点变频器种类实现能量双向流动变频器种类,研究较多的大功率逆变电路有：（1）多电平电压型逆变器（2）变压器耦合的多重化逆变器（3）交交变频器（4）矩阵变换器、不对称半
8、桥。,第3章 组合变流电路,图5-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形,返回,不能再生反馈的电压型变频器,返回,带有泵升电压限制电路的电压型变频器,返回,返回,利用可控变流器实现再生反馈的电压型变频器,返回,整流和逆变均为PWM控制的电压型变频器,返回,不能再生反馈电力的电流型变频器,返回,采用可控整流的电流型变频器,返回,电流型交直交PWM变频电路,返回,整流和逆变均为PWM控制的电流型间接交流变流电路,返回,采用恒压频比控制的变频调速系统框图,返回,正激电路的原理图,返回,正激电路的理想化波形,返回,磁心复位过程,返回,反激电路原理图,返回,反激电路的理想化波形,返回,半桥电路原理图,返
9、回,半桥电路的理想化波形,返回,全桥电路原理图,返回,全桥电路的理想化波形,返回,推挽电路原理图,返回,推挽电路的理想化波形,返回,双正激变换器原理图,返回,全波整流电路和全桥整流电路原理图,a）全波整流电路,b）全桥整流电路,返回,同步整流电路原理图,返回,多电平变频器主电路和控制电路,图4-18 单相交交变频电路原理图和输出电压波形,返回,图4-20 单相交交变频电路输出电压和电流波形,返回,图5-7 单相全桥逆变电路的移相调压方式,返回,图5-9 三相电压型桥式逆变电路,返回,图5-10 电压型三相桥式逆变电路的工作波形,返回,图5-11 电流型三相桥式逆变电路,返回,图5-13 并联谐振式逆变电路工作波形,返回,图5-23 二次侧基波电压合成相量图,返回,
