現(xiàn)代電力電子技術(shù)第五講

1、現(xiàn)代電力電子技術(shù)第五講PWM變流電路基本的PWM變流電路： PWM逆變電路 直流斬波電路 PWM整流電路 矩陣式變頻電路5.1 PWM逆變電路 應(yīng)用PWM控制技術(shù)的逆變電路 5.1.1 單相橋式PWM逆變電路 單極性控制、雙極性控制電路結(jié)構(gòu)單極性控制：調(diào)制信號(hào)Ur和載波信號(hào)Uc始終保持相 同的極性 雙極性控制：調(diào)制波的每半周期內(nèi)載波信號(hào)Uc為雙 極性 5.1.2 三相橋式PWM逆變電路 一般三相SPWM逆變器采用雙極性控制模式 。 三相調(diào)制波共用一個(gè)三角載波 ，三相調(diào)制波互差 120。 5.1.3 PWM控制技術(shù)中的基本概念 1、載波比 載波信號(hào)的頻率fc與調(diào)制信號(hào)頻率之比 2、調(diào)制深度 正弦

2、調(diào)制信號(hào)的幅值與三角載波信號(hào)的幅值之比 3、 同步調(diào)制 載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)始終保持同步 3、異步調(diào)制： 在調(diào)制信號(hào)頻率變化時(shí)保持載波信號(hào)頻率不變的調(diào)制方法，載波比在變化 4、分段同步調(diào)制 分段同步調(diào)制是將調(diào)制波頻率分為若干個(gè)頻段，在每個(gè)頻段內(nèi)都保持載波比N恒定不變，不同頻段載波比N不同。在調(diào)制波頻率的高頻段采用較低的載波比N，以使載波頻率不致太高。在調(diào)制頻率的低頻段采用較高的載波比，避免因載波比太低而產(chǎn)生不利于負(fù)載正常運(yùn)行的情況。對(duì)于三相逆變電路，各頻段的載波比都應(yīng)該取3的整數(shù)倍且為奇數(shù)。 5.2 直流斬波電路 直流降壓斬波電路 直流升壓斬波電路 BUCK-BOOST升降壓斬波電路 CUK斬波

3、電路 橋式直流斬波調(diào)壓電路 5.3 PWM整流電路 晶閘管或二極管組成的相控整流電路的特點(diǎn)： 整流電壓脈動(dòng)大 網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低 諧波含量高 用全控型開關(guān)器件取代晶閘管或二極 管，采用PWM控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)交流到直流的變換，使整流電路的性能進(jìn)一步提高。 PWM整流電路特點(diǎn)： 電能雙向傳輸 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 輸入電流的波形正弦 網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可達(dá)到1 PWM整流電路也稱為高頻整流器或四象限變流器，也有文獻(xiàn)稱為升壓整流器、單位功率因數(shù)變流器或斬控式整流器 5.3.1 單相PWM整流電路 電感LS 含外接電抗器的電感和交流電源內(nèi)部電感，是電路正常工作所必需的。去掉全控型器件或全控型器件都關(guān)斷時(shí)，則為不可控整流電路。

4、 去掉二極管的電路存在的問題：存在的問題： 整流器交流側(cè)輸入電流、直流側(cè)輸入電壓和電整流器交流側(cè)輸入電流、直流側(cè)輸入電壓和電流都是脈沖狀的，含有諧波成分。流都是脈沖狀的，含有諧波成分。解決辦法：解決辦法： 在直流側(cè)負(fù)載兩端并聯(lián)電容以減小直流電壓脈在直流側(cè)負(fù)載兩端并聯(lián)電容以減小直流電壓脈動(dòng)，在交流側(cè)串聯(lián)電感抑制交流電流的脈動(dòng)。動(dòng)，在交流側(cè)串聯(lián)電感抑制交流電流的脈動(dòng)。新的問題：新的問題： 電感的存在，使全控型器件關(guān)斷時(shí)電流突變產(chǎn)電感的存在，使全控型器件關(guān)斷時(shí)電流突變產(chǎn)生很大的電流變化率，嚴(yán)重威脅器件的安全生很大的電流變化率，嚴(yán)重威脅器件的安全新的措施：新的措施： 反并聯(lián)二極管為其提供釋放能量的通道

5、反并聯(lián)二極管為其提供釋放能量的通道 反并聯(lián)二極管后，只要負(fù)載兩端電壓 （直流側(cè)）低于交流側(cè)兩端電壓值，則二極管導(dǎo)通（正半周期VD1、VD4導(dǎo)通，負(fù)半周期VD2、VD3導(dǎo)通），全控型器件被旁路，整流工作狀態(tài)與二極管整流電路完全相同，對(duì)全控型器件進(jìn)行PWM控制失去作用。只有在直流側(cè)電壓Ud 大于交流側(cè)電壓時(shí)，二極管才不會(huì)導(dǎo)通，全控型器件組成的橋式電路才可以正常工作，故為升壓整流。工作情況分析：工作情況分析： 控制目標(biāo)：滿足前述優(yōu)點(diǎn)控制目標(biāo)：滿足前述優(yōu)點(diǎn)控制思想：控制思想： 通過控制交流側(cè)兩端（橋臂兩中點(diǎn)）電通過控制交流側(cè)兩端（橋臂兩中點(diǎn)）電壓的基波幅值及其與交流電源電壓壓的基波幅值及其與交流電源電

6、壓 Us 的相的相位差來控制位差來控制 交流交流is從而滿足控制要求。從而滿足控制要求。 在直流側(cè)電壓恒定情況下，按照正弦在直流側(cè)電壓恒定情況下，按照正弦調(diào)制波和三角載波相比較的方法，對(duì)電路調(diào)制波和三角載波相比較的方法，對(duì)電路中的全控器件中的全控器件VT1VT4按按PWM模式進(jìn)行控模式進(jìn)行控制，使橋臂中點(diǎn)間形成的制，使橋臂中點(diǎn)間形成的PWM波形成為一波形成為一個(gè)有效的交流電壓源。且滿足如下關(guān)系式：個(gè)有效的交流電壓源。且滿足如下關(guān)系式： SSsABfsIRLjUU)(式中： Us為電源電壓，為電源電壓，UABF為橋中點(diǎn)基波電壓為橋中點(diǎn)基波電壓 在電源電壓在電源電壓US和阻抗一定的情況下，和阻抗一

7、定的情況下，is的幅的幅值和相位僅由值和相位僅由UABF的幅值及其與的幅值及其與US的相位差所決的相位差所決定，控制定，控制UABF的幅值和相位，就能迫使的幅值和相位，就能迫使Us和和is的的相位差為所需要的任意角度。相位差為所需要的任意角度?？刂品椒ǎ嚎刂品椒ǎ?按升壓斬波電路控制。 當(dāng)us0時(shí)，由兩個(gè)升壓斬波電路VD1、VT3、VD4、LS和VT2、VD4、VD1、LS交替工作實(shí)現(xiàn)整流；當(dāng)us0時(shí)，VT4、VD2、VD3、LS和VT1、VD3、VD2、LS分別組成了另外兩個(gè)升壓斬波電路完成整流。 運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)（a） IS與US同相位 -整流 (b) IS與US反相位-有源逆變 (c)

8、IS超前US /2-靜止無功功率發(fā)生器 (d) IS與US之間為任意角5.3.2 三相三相PWM整流電路整流電路 5.3.3 PWM整流電路的控制 包括三個(gè)方面： 輸出直流電壓控制; 輸入交流電流控制; PWM整流電路開關(guān)器件的邏輯控制。 1、輸出直流電壓控制2、輸入交流電流控制 （1）間接電流控制 （2）直接電流控制5.4 矩陣式變頻電路 直接把脈動(dòng)的交流電通過斬波控制變換為所需頻率的交流電 特點(diǎn)： 因交流電壓幅值隨時(shí)間變化，控制復(fù)雜。因無需直流環(huán)節(jié)，省掉了AC/DC變換，效率高，體積小 。 Ua 、Ub 、UC為三相電源輸入端，UU 、Uv 、UW為三相交流輸出端。Sau、Sbu 、SCU

9、 、Sav 、Sbv 、Scv 、Saw 、Sbw 、SCW分別為連接三相輸入與三相輸出的9個(gè)雙向開關(guān)，這9個(gè)開關(guān)組成了33矩陣 矩陣式變頻電路拓?fù)?在任一時(shí)刻，輸出三相中的任一相都可以通過交流開關(guān)與三相電源的任一相連接 。以U相為例，可以通過Sau、Sbu 、SCU的通斷控制使UU等于Ua 、Ub 或者UC，但三個(gè)開關(guān)同時(shí)只能有一個(gè)導(dǎo)通，否則會(huì)造成電源短路。這樣輸出UU 就是由輸入電源Ua 、Ub 、UC三相電壓的片段組合而成，只要開關(guān)頻率足夠高。選擇合適的導(dǎo)通時(shí)刻與合適的導(dǎo)通時(shí)間，UU就可以為預(yù)期所希望輸出頻率的交流電了。 UU= auUa + bu Ub + cuUC 同樣可得出UV、UW的表達(dá)式用矩陣表達(dá)如下：uvwUUUcwbwawcvbvavcub