三相調(diào)壓電路

1、第四章 交流調(diào)壓電路和交交變頻電路要 求 及 重 點(diǎn)掌握交流調(diào)壓器的基本類型、用途和電路，簡(jiǎn)要分析單、三相交流調(diào)壓電路，理解和掌握交流斬波調(diào)壓的原理與基本性能。掌握交交變頻電路的原理及電路，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，掌握三相交交變頻電路的有環(huán)流和無(wú)環(huán)流運(yùn)行。重點(diǎn)：交流調(diào)壓電路和交交變頻電路的原理及電路。4. 1 交流調(diào)壓器的類型、用途和電路交流調(diào)壓器的調(diào)壓方式：通斷控制相位控制斬波控制交流調(diào)壓的應(yīng)用：調(diào)溫的工頻加熱和感應(yīng)加熱燈光調(diào)節(jié)泵及風(fēng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速變壓器的初級(jí)調(diào)壓?jiǎn)蜗嗾{(diào)壓器的基本電路 A. 反并聯(lián)電路 B. 混合反并聯(lián)電路單相調(diào)壓器的基本電路（續(xù)） C. 二極管橋式電路 D. 混合橋式電路三相調(diào)壓

2、器的基本電路 A. 反并聯(lián)電路 B. 混合反并聯(lián)電路三相調(diào)壓器的基本電路（續(xù)）C. 形負(fù)載內(nèi)接 D. 形負(fù)載內(nèi)接 反并聯(lián)電路 形反并聯(lián)電路三相調(diào)壓器的基本電路（續(xù)）E. 形負(fù)載內(nèi)接 三個(gè)可控元件 電路4. 2 單相交流調(diào)壓電路的分析以反并聯(lián)交流調(diào)壓電路為例電阻負(fù)載交流電壓有效值 UR負(fù)載的電流有效值功率因數(shù)晶閘管的電流平均值晶閘管的電流有效值 I及通態(tài)平均電流 IT交流調(diào)壓器R負(fù)載時(shí)的參數(shù)與關(guān)系單相交流調(diào)壓電路的分析（續(xù)）電感性負(fù)載 a. 電路 b. 電壓與電流波形 c. 負(fù)載電流表達(dá)式感性負(fù)載電流 iL的兩個(gè)分量 iL1、 iL2電流表達(dá)式 d. 控制角、功率因數(shù)角與導(dǎo)通角的關(guān)系單相交流調(diào)壓

3、器 時(shí)的 = f (、 ) 曲線 e. 幾種典型情況： (1) = 0 (2) 不等于 0 0 或 Ud 0三相半波整流電路：Ud = 1.17 U2 cos 交交變頻器： 在 0 至 之間變化，輸出交流電壓正、負(fù)兩組整流器反并聯(lián)，輸出交流電流輸出電壓、電流波形圖：三相零式交交變頻器：應(yīng)用領(lǐng)域：大功率、低速交流傳動(dòng) （軋鋼機(jī)、礦井提升機(jī)、造紙、冶煉等）分類：?jiǎn)蜗?、三相橋式、零式有環(huán)流、無(wú)環(huán)流高頻 ( f0 fi )、低頻 ( f0 0正組工作，UP = Ud = 1.17U2cosP , 0 P ，UP 可正可負(fù)。i0 0 時(shí)正組工作，封鎖負(fù)組， i0 0 時(shí)負(fù)組工作，封鎖正組。優(yōu)點(diǎn)：無(wú)組間環(huán)

4、流，成本低，損耗小。缺點(diǎn)：需要檢測(cè)電流過(guò)零點(diǎn)，控制復(fù)雜， 控制失敗時(shí)，造成組間電源短路， 輸出電流存在死區(qū)，波形畸變。交交變頻器輸出電壓：輸出電壓峰值：輸出電壓有效值：電壓降系數(shù)：改變 min ，可調(diào)節(jié)輸出電壓U0 。 min = 0 時(shí)， = 1 ，U0 = U0max = 0.83 U2 。交交變頻器控制方法：余弦交點(diǎn)法： 給定輸出曲線與一余弦曲線相交，在交點(diǎn)處產(chǎn)生各晶閘管的觸發(fā)脈沖。改變給定曲線的頻率和幅值，可控制輸出電壓的頻率和大小。交交變頻器輸出頻率： f0 / fi = 1/2 時(shí)，半周期內(nèi)有 6 脈波，諧波大 f0 / fi = 1/3 時(shí)，半周期內(nèi)有 9 脈波，諧波較小 f0

5、/ fi = 1/6 時(shí)，半周期內(nèi)有 18 脈波，諧波小為了減小諧波含量， 降低負(fù)載轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)， 應(yīng)保證 f0 / fi 1 / 3 ， 即 f0 16.7 Hz 。交交變頻器的功率因數(shù)：整流電路：cos = cos交交變頻器： 因?yàn)?0 ， 所以 cos cosmin ， cos = f ( , cos ) ， cos負(fù)載功率因數(shù)。輸入側(cè)總功率因數(shù)：交交變頻器的優(yōu)點(diǎn)：無(wú)中間直流環(huán)節(jié)，損耗小，效率高。開(kāi)關(guān)器件采用晶閘管，以利于大功率應(yīng)用， 采用電源自然換相，不需強(qiáng)迫換流電路。可以實(shí)現(xiàn)能量反饋，使電機(jī)作四象限運(yùn)行。輸出低頻時(shí)，諧波含量小，負(fù)載轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低。 因此適用于大功率、低速交流傳動(dòng)領(lǐng)域。交交變

6、頻器的缺點(diǎn)：晶閘管元件數(shù)量多，成本高，控制復(fù)雜。最高輸出頻率受限制， f0 / fi 1 / 3 。輸入側(cè)功率因數(shù)低，當(dāng)輸出電壓較低時(shí)，功率因數(shù)更低。第五章 無(wú)源逆變電路5. 1 無(wú)源逆變電路的原理及分類無(wú)源逆變直流 交流（向負(fù)載直接供電）變頻器既能調(diào)壓又能調(diào)頻無(wú)源逆變器旋轉(zhuǎn)變頻器靜止變頻器交交變頻器直交變頻器逆變器的基本類型按結(jié)構(gòu)分類橋式零式按電網(wǎng)相數(shù)分類單相多相按器件分類半控型全控型按調(diào)制方法分類SPWM階梯波按導(dǎo)通的角度分類180120按強(qiáng)迫換流的特點(diǎn)諧振型并聯(lián)電容型等逆變器的基本類型（續(xù)）按儲(chǔ)能元件的性質(zhì)分類電壓型逆變器電流型逆變器5. 2 單相電壓型逆變電路示意圖組成：主電路門控電路

7、控制電路單相橋式逆變電路的原理（R負(fù)載）主電路波形圖輸出電壓（圖 b）輸出電流（圖 c）直流輸入電流（圖 d）單相橋式逆變電路的原理（L負(fù)載）主電路波形圖輸出電壓（圖 b）輸出電流（圖 c）直流輸入電流（圖 d）單相半橋GTO逆變電路及波形主電路波形圖輸出電壓（圖 b）輸出電流（圖 c）單相零式逆變電路及波形主電路波形圖見(jiàn)右圖感性負(fù)載下SCR單相零式逆變電路M相零式逆變電路的簡(jiǎn)化原理圖5. 3 三相電壓型橋式逆變電路電路結(jié)構(gòu)根據(jù)各管導(dǎo)通時(shí)間分：180 導(dǎo)通型120導(dǎo)通型線電壓由相電壓相減得出180 導(dǎo)通型各階段的等值電路及電壓值180 導(dǎo)通型三相逆變器的輸出波形 相電壓波形 線電壓波形180

8、導(dǎo)通型三相逆變器的參數(shù)相電壓表達(dá)式線電壓表達(dá)式180 導(dǎo)通型三相逆變器的參數(shù)（續(xù)）相電壓有效值線電壓有效值120 導(dǎo)通型三相逆變器的輸出波形 相電壓波形 線電壓波形180 導(dǎo)通方式和 120 導(dǎo)通方式的比較：120 方式上下兩管間有60 的間隙，對(duì)換流有利，但是管子的利用率低，且若采用星形接法，則始終有一相斷開(kāi)，在換流時(shí)會(huì)引起較高的感應(yīng)電勢(shì)，而180 方式無(wú)論在三角形還是星形接法時(shí)，正常工作都不會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，故180 方式應(yīng)用較為普遍。感性負(fù)載情況負(fù)載電流滯后角小于60 （a）A相電壓波形（b）A相電流波形（c）T1的電流波形（d）D4的電流波形（e）直流輸入電流感性負(fù)載情況（續(xù)）負(fù)載電流滯后

9、角大于60 感性負(fù)載下逆變器中可能有三種電流：功率電流 它通過(guò)兩個(gè)或三個(gè)逆變管，將能量從直流電源送到負(fù)載。環(huán)路電流 它在逆變器內(nèi)部經(jīng)過(guò)一個(gè)逆變管和一個(gè)反饋二極管，形成環(huán)流，但此環(huán)流不經(jīng)過(guò)電源。反饋電流 它通過(guò)兩個(gè)反饋二極管將負(fù)載的能量反饋到直流電源中去。逆變器的能量反饋及電機(jī)的再生制動(dòng)圖電壓型的能量反饋 電流型的能量反饋逆變器 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的電壓矢量5. 4 電流型逆變電路優(yōu)點(diǎn)：由于有大電感抑流，短路的危險(xiǎn)性也比電壓型逆變器小得多。電路對(duì)晶閘管關(guān)斷時(shí)間（即晶閘管的快速性）的要求比電壓型逆變器的要求低，電路相對(duì)電壓型也比較簡(jiǎn)單，造價(jià)略低。三相電流型逆變電路主電路波形圖(a) 相電壓(b) 線電

10、壓(c) PWM時(shí) 的相電流表達(dá)式相電流線電流理想情況下，相電流中：基波電流的幅值為基波電流有效值為相電流的有效值為5. 5 IGBT三相逆變電路和三電平逆變電路IGBT三相逆變器電路圖六階梯波時(shí)的電壓、電流波形PWM時(shí)的電壓、電流波形IGBT的選擇電壓定額的選擇額定電壓 = 輸入的AC電源電壓 再生電壓增加值浪涌電壓 簡(jiǎn)化公式： US：交流電源的峰值電壓K1：電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，K1 1.15K2：直流中間回路有反饋時(shí)的泵升電壓K2 1.2K3：必要的電壓安全系數(shù)，K3 1.31.5電流定額的選擇cos : 電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)U : 交流電源相電壓有效值K4 : 電流的安全系數(shù)，取K4 = 2K

11、5 : 電流脈動(dòng)率，取K5 = 1.2三點(diǎn)式（三電平）逆變電路示意圖三點(diǎn)式（三電平）逆變電路的 A 相電路 (a) Holtz電路 (b) Nabae電路三點(diǎn)式逆變器的輸出電壓波形逆變器的相電壓波形 (a) 方波輸出 (b) PWM方式輸出三點(diǎn)式逆變電路在不同控制角時(shí)的負(fù)載相電壓波形GTO的定額選擇電壓定額US：交流電源的電壓有效值K1：電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，K1 1.15K2：直流中間回路的反饋電壓，K2 1.2電流定額IL：負(fù)載電流的有效值K4 、K5：考慮安全裕量和電流脈動(dòng)，這里取 2和1.2。續(xù)流二極管的定額和特性選擇續(xù)流二極管的電流定額為主管GTO電流定額的1/3左右。二極管的反向恢復(fù)特

12、性及 Ldi r/dt5. 6 逆變電路的調(diào)壓、脈沖寬度調(diào)制和諧波消除逆變器調(diào)壓的基本方法調(diào)節(jié)輸出變壓器的變化調(diào)節(jié)逆變器的直流輸入電壓逆變器的相位位移或多重化技術(shù)（見(jiàn)下頁(yè)）通過(guò)對(duì)逆變器本身的控制實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)頻逆變器相位移調(diào)壓原理逆變器相位移調(diào)壓輸出波形逆變器的正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）基本原理單極性正弦脈寬調(diào)制(a)輸出電壓波(b)兩種控制電壓波的相交單極性SPWM在載波比為20時(shí)的基波與諧波雙極性正弦脈寬調(diào)制(a) 三角形載波 與正弦調(diào)制 波的相交(b) 輸出相電壓波UnM：第 n 次諧波的幅值；：基波角頻率n: 諧波次數(shù)，n = 1、3、5 .由上式得出：式中 n：諧波次數(shù)，n =1、3、5

13、、 j：脈沖次序，j =1、2、i輸出的基波相電壓幅值為雙極性SPWM在 N = 19時(shí)的基波與諧波SPWM 的載波比與輸出頻率不同開(kāi)關(guān)頻率下三種逆變器的電機(jī)電流波形用脈寬調(diào)制消除指定的諧波分量 式中 為了消除3次和5次諧波，可令 U3M=0和 U5M=0 可求得特定的 1和 2消除3次和5次兩種諧波的電壓波形SPWM逆變器的自然采樣與規(guī)則采樣(a) 對(duì)稱規(guī)則采樣 (b)不對(duì)稱規(guī)則采樣5. 7 電壓型脈寬調(diào)制逆變電路的控制微機(jī)實(shí)現(xiàn)SPWM控制的方法：表格法（ROM法）隨時(shí)計(jì)算法（RAM法）實(shí)時(shí)計(jì)算法自然采樣法規(guī)則采樣法對(duì)稱規(guī)則采樣法不對(duì)稱規(guī)則采樣法5. 8 電力電子器件的緩沖電路緩沖電路對(duì)不同器件的作用晶閘管GTR GTR在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的波形 vCE 和 iC 的軌跡GTOIGBT 關(guān)斷時(shí)的 vCE和iC 開(kāi)通時(shí)的vCE和iC 緩沖電路的基本結(jié)構(gòu) 串并聯(lián) RLCD 緩沖電路 并聯(lián) RCD 緩沖電路 單電容電路 橋臂模塊公用的RCD電路 有反饋功能的RCD電路 不對(duì)稱有反饋功能的RCD電路 三角形吸收電路緩沖電路中的雜散電感對(duì)關(guān)斷波形的影響緩沖電路中的Ls Ls 使陽(yáng)極電壓產(chǎn)生尖峰緩沖電路中吸收電容 CS 值的確定晶閘管式中 IT：SCR的通態(tài)平均電流緩沖電路吸收電阻GTR設(shè)CS的電壓在 t = tf 時(shí)由零上升到 V