67交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速基礎(chǔ)解讀課件

動(dòng)車(chē)組傳動(dòng)與控制--交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速主講：宋雷鳴動(dòng)車(chē)組傳動(dòng)與控制主講：宋雷鳴1第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速一、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的優(yōu)越性

交流調(diào)速的應(yīng)用主要有三個(gè)方面：（1）一般性能的節(jié)能調(diào)速（2）高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)（3）特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速第一節(jié)概述二、交流電動(dòng)機(jī)原理及結(jié)構(gòu)第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速一、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的優(yōu)越性

交流調(diào)速的2第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速第二節(jié)交流電動(dòng)機(jī)控制基礎(chǔ)、、第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速第二節(jié)交流電動(dòng)機(jī)控制基礎(chǔ)、、3第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖中，為氣隙（或互感）磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；為定子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；為轉(zhuǎn)子全磁通在轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)折合到定子邊。、為定子每相電阻和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻；、為定子每相漏感和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏感；為定子每相繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感，即勵(lì)磁電感；、為定子相電壓和供電角頻率；為轉(zhuǎn)差率。

第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖中，為氣隙（或互感）磁通在定子每相繞4第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速三、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速三、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性5第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速

第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速6第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速一、變壓變頻調(diào)速控制基礎(chǔ)（一）變壓變頻的基本控制方式1．基頻以下調(diào)速常值

恒壓頻比的控制方式第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速一、變壓變頻調(diào)速控制基礎(chǔ)1．基頻以下調(diào)7第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速但是，在低頻時(shí)和都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時(shí)，需要人為地把電壓抬高一些，以近似地補(bǔ)償定子壓降。第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速但是，在低頻時(shí)和8第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速2．基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從向上升高，但定子電壓卻不可能超過(guò)額定電壓，最多只能保持，這將迫使磁通與頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。把基頻以下和基頻以上兩種情況的控制特性畫(huà)在一起第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速2．基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率9第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-8恒壓恒頻時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-8恒壓恒頻時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特10第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-10恒Eg/控制時(shí)變頻調(diào)速的機(jī)械特性第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-10恒Eg/控制時(shí)變頻調(diào)速的11第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-11不同電壓頻率協(xié)調(diào)控制方式時(shí)的機(jī)械特性第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-11不同電壓頻率協(xié)調(diào)控制方式時(shí)12在正弦波供電時(shí)，按不同規(guī)律實(shí)現(xiàn)電壓－頻率協(xié)調(diào)控制可得不同類(lèi)型的機(jī)械特性。①恒壓頻比（＝恒值）控制最容易實(shí)現(xiàn)，它的變頻機(jī)械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿(mǎn)足一般的調(diào)速要求，但低速帶載能力有限，須對(duì)定子壓降實(shí)行補(bǔ)償。②恒控制是通常對(duì)恒壓頻比控制實(shí)行電壓補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，可以在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到為恒值，從而改善了低速性能。線性調(diào)節(jié)范圍比恒壓頻比寬，為恒值時(shí)，恒定不變，穩(wěn)態(tài)性能優(yōu)于恒，但機(jī)械特性還是非線性的，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力仍受到限制。③恒控制可以得到和直流他勵(lì)電機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，比較理想。按照轉(zhuǎn)子全磁通恒定進(jìn)行控制，即得＝恒值，在動(dòng)態(tài)中也盡可能保持恒定是矢量控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，當(dāng)然實(shí)現(xiàn)起來(lái)是比較復(fù)雜的。第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速在正弦波供電時(shí)，按不同規(guī)律實(shí)現(xiàn)電壓－頻率協(xié)調(diào)控制可得不同類(lèi)型13第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-12基頻以上恒壓變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性3．基頻以上恒壓變頻時(shí)的機(jī)械特性第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-12基頻以上恒壓變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)14第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速二、轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比交流調(diào)速系統(tǒng)－通用變頻器通用變頻器是根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)模型來(lái)涉及其控制系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)電壓－頻率協(xié)調(diào)控制，它采用轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比帶低頻電壓補(bǔ)償?shù)目刂品桨?。主要可以?yīng)用在和通用的籠型異步電機(jī)配套使用，同時(shí)具有多種可供選擇的功能，適用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載。近年來(lái)自動(dòng)控制功能的變頻器質(zhì)量不斷提高。第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速二、轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比交流調(diào)速系統(tǒng)－通用15第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速三、轉(zhuǎn)差頻率控制的交流調(diào)速系統(tǒng)第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速三、轉(zhuǎn)差頻率控制的交流調(diào)速系統(tǒng)16第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速四、矢量控制的交流調(diào)速系統(tǒng)第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速四、矢量控制的交流調(diào)速系統(tǒng)17第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-18矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-18矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖18第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-19電流和轉(zhuǎn)速閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-19電流和轉(zhuǎn)速閉環(huán)的矢量控制系197.1概述1.交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法1)

同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速——通過(guò)改變供電電壓的頻率來(lái)改變其同步轉(zhuǎn)速。6交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)7.1概述6交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)20

2)

異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速（利用晶閘管控制技術(shù)）l

調(diào)壓調(diào)速——控制加于電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓；l

串級(jí)調(diào)速——控制附加在轉(zhuǎn)子回路的電勢(shì)；

l

變頻調(diào)速——控制定子的供電電壓與頻率；l

異步電動(dòng)機(jī)矢量變換控制系統(tǒng)；l

無(wú)換向器電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)；l

電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)等。2)

異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速（利用晶閘管控制技術(shù)）212.

交流調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)（半導(dǎo)體變流技術(shù)）1)

優(yōu)良的調(diào)速性能；2)

節(jié)約能源；3)

減少維護(hù)費(fèi)用；4)

節(jié)約占地面積；5)

用于大容量或惡劣環(huán)境場(chǎng)合。2.

交流調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)（半導(dǎo)體變流技術(shù)）22

由上式可知，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法分為三種：l改變轉(zhuǎn)差率S——調(diào)節(jié)定子電壓、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子電壓、定轉(zhuǎn)子供電頻率等。l

改變極對(duì)數(shù)l

改變頻率3.

主要公式由上式可知，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法分為三種：323

4.

電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)

——通過(guò)改變電磁離合器的勵(lì)磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速（異步電動(dòng)機(jī)本身并不調(diào)速）。4.

電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)24

1)

優(yōu)點(diǎn)：l

線路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜；l

速度負(fù)反饋后調(diào)速相當(dāng)精確（平滑調(diào)速）。

2)

缺點(diǎn)：l

低速運(yùn)行時(shí)損耗較大（增加了滑差離合器）；l

調(diào)速效率較低。1)

優(yōu)點(diǎn)：2)

缺點(diǎn)：2512.2交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)——改變異步電動(dòng)機(jī)的定子電壓，即改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩（T∝U2）及機(jī)械特性，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。12.2.1采用晶閘管的交流調(diào)速電路1.單相交流調(diào)壓電路——應(yīng)用最廣的是反并聯(lián)電路1)

電阻性負(fù)載12.2交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)12.2.1采用晶閘管的交流調(diào)速26l

電源電壓正半周，VS1導(dǎo)通；負(fù)半周，VS2導(dǎo)通。l

波形與波形同相。注：在同一控制角下，負(fù)載上得到正負(fù)對(duì)稱(chēng)的交流電壓。l

電源電壓正半周，VS1導(dǎo)通；負(fù)半周，VS2導(dǎo)通。注：在27l

波形滯后于波形（延遲角）；l

延遲角與（負(fù)載功率因數(shù)角）有關(guān)。

2)

電感性負(fù)載l

波形滯后于波形（延遲角）；228

2)

要求：l

觸發(fā)信號(hào)應(yīng)與交流電源有一致的相序和相位差。l

在感性負(fù)載或小導(dǎo)通角情況下，如三相全控橋式電路，采用（脈寬）的雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)電路。2.三相交流調(diào)壓電路——常用

1)

Y形接法的電阻性負(fù)載

A-B-C-A

A-C-B-A2)

要求：2.三相交流調(diào)壓電路2912.2.2異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓特性

1.改變定子電壓，調(diào)速范圍不大（如a、b、c三點(diǎn)）。

2.低速時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定性不好（如d點(diǎn)），轉(zhuǎn)子電流相應(yīng)增大。為了既低速運(yùn)行穩(wěn)定又不致過(guò)熱，要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組有較高的電阻。12.2.2異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓特性1.改變定子電壓30

3.采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（既保證低速時(shí)機(jī)械特性硬度，又保證一定負(fù)載能力）。注：—電源電壓；—控制電壓；—可變電壓（輸出電壓）；—給定信號(hào)；—反饋信號(hào)。3.采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（既保證低速時(shí)機(jī)械特311)，，，，，，與平衡。注：機(jī)械特性基本上是一簇平行的特性。2)特點(diǎn)：

l

平滑改變定子電壓，就平滑調(diào)速；l

低速的特性較硬；l

調(diào)速范圍較寬。1)，，，3212.2.3調(diào)壓調(diào)速時(shí)的損耗及容量限制1.

轉(zhuǎn)差功率為（電磁功率）（機(jī)械功率）低速時(shí)，，損耗。2.

不適合于長(zhǎng)期工作在低速的工作機(jī)械。3.

特別適合于通風(fēng)機(jī)及泵類(lèi)等機(jī)械。

（TL=Kn2）

12.2.3調(diào)壓調(diào)速時(shí)的損耗及容量限制3312.3線繞式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)由異步電動(dòng)機(jī)和交流裝置組成串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。（轉(zhuǎn)子電路串接電阻——能耗大或串接電勢(shì)）12.3線繞式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)3412.3.1串級(jí)調(diào)速的一般原理——在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路內(nèi)引入附加電勢(shì)，以調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。1.

附加電勢(shì)的方向（或相位）l

與轉(zhuǎn)子電勢(shì)E2相同——超同步轉(zhuǎn)速調(diào)速l

與轉(zhuǎn)子電勢(shì)E2相反——低于同步轉(zhuǎn)速調(diào)速2.

的頻率——與E2的頻率相同12.3.1串級(jí)調(diào)速的一般原理3512.3.2串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性1.與直流電動(dòng)機(jī)的特性很相似。2.轉(zhuǎn)速低于（）或超（）同步轉(zhuǎn)速（或）。12.3.2串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性1.與直流電動(dòng)機(jī)的特性很相3667交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速基礎(chǔ)解讀課件3712.3.3串級(jí)調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)1.調(diào)速范圍寬；2.效率高（轉(zhuǎn)差功率可反饋電網(wǎng)）；3.容量大；4.應(yīng)用范圍廣（通風(fēng)機(jī)或恒T型負(fù)載）；5.功率因素較差（電容補(bǔ)償，）。作業(yè)：P:34812.6～712.3.3串級(jí)調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)作業(yè)：3812.4晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)12.4.1變頻調(diào)速原理1.

變頻調(diào)速——改變電動(dòng)機(jī)定子供電頻率以改變同步轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。l

具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能；l

變頻調(diào)速是異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主要發(fā)展方向。12.4晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)39

1.

變頻調(diào)速原理1)

實(shí)質(zhì)——電壓與頻率成比例變化。2)

恒T變頻調(diào)速中，＝定值，保證過(guò)載能力不變，磁通基本不變。3)

恒P變頻調(diào)速中，l

＝定值，不變，變；l

＝定值，變，基本不變。1.

變頻調(diào)速原理4012.4.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的分類(lèi)

1.

交－直－交變頻調(diào)速——帶直流環(huán)節(jié)的間接變頻調(diào)速2.

交－交變頻調(diào)速——不帶直流環(huán)節(jié)的直接變頻調(diào)速12.4.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的分類(lèi)4167交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速基礎(chǔ)解讀課件4212.4.3交－直－交變頻調(diào)速系統(tǒng)l

電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)12.4.3交－直－交變頻調(diào)速系統(tǒng)43

1.

主電路——整流器、逆變器（逆變電路和換流電路）和電容（中間環(huán)節(jié)、濾波）。

2.

逆變器的換流原理工作方式——180o、120o

通電型。以單相為例，C預(yù)充電→穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通階段→開(kāi)始換流階段→振蕩換流階段→振蕩衰減階段→反饋階段→換流結(jié)束階段。1.

主電路2.

逆變器的換流原理441)VS1、VS2——主晶閘管，VS1′、VS2′——輔助換流晶閘管，作為L(zhǎng)C振蕩電路的充放電開(kāi)關(guān)。

2)通過(guò)觸發(fā)VS1′、VS2′，反向關(guān)斷VS1、VS2。

3)通過(guò)LC串聯(lián)諧振電路中的電流反向，關(guān)斷VS1′、VS2′。1)VS1、VS2——主晶閘管，VS1′、VS2′—45l

電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)1.

主電路——整流器、逆變器和直流濾波電抗器（中間環(huán)節(jié)）。l

常用串聯(lián)二極管式逆變電路。l

電抗器濾波，輸出電流較平直，為矩形波。l

電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)1.

主電路46

2.

強(qiáng)迫換向電路1)

C為換向電容，V為隔離二極管，與主晶閘管串聯(lián)。2)

換流電路為120o導(dǎo)電型，同一相兩只SCR同時(shí)導(dǎo)通，脈沖間隔（相位差）為180o。3)

兩只相鄰SCR，脈沖間隔為60o（正轉(zhuǎn)時(shí)觸發(fā)VS1、2、3、4、5、6、1…，反轉(zhuǎn)時(shí)觸發(fā)VS6、5、4、3、2、1、6…）。4)

兩相輪流導(dǎo)通，脈沖間隔為120o（1-3-5或2-4-6）。注：l電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)，采用電容濾波，電源阻抗很小，類(lèi)似電壓源。l電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)，采用電抗器濾波，電源阻抗很大，類(lèi)似電流源。2.

強(qiáng)迫換向電路注：47

l

差別：

1.

電流型直流側(cè)采用大電感L濾波（而形成直流源）。2.

三相整流橋、逆變器的交流側(cè)輸入電流都為120o方波交流電流。3.L有保護(hù)性能，抑制故障電流上升。4.逆變橋內(nèi)無(wú)電感，簡(jiǎn)化主回路。5.整流橋和逆變橋方向不變（反饋二極管橋不與逆變橋反并聯(lián)）。6.整流橋和逆變橋的直流電壓同時(shí)反號(hào)，能量返送交流電網(wǎng)，系統(tǒng)可再生。7.適用于頻繁加減速和變動(dòng)負(fù)載的場(chǎng)合。

l

差別：4812.4.4脈寬調(diào)制型變頻調(diào)速系統(tǒng)（PWM）

一般采用電壓型逆變器。1.

種類(lèi)1)

變幅PWM型變頻器（直流電壓可變）l

整流器——晶閘管整流器，用來(lái)調(diào)壓；l

逆變器——用來(lái)調(diào)頻（輸出頻率）。2)

恒幅PWM型變頻器（直流電壓恒定）l

整流器——二極管整流橋；l

逆變器——輸入恒定的直流電壓，調(diào)節(jié)輸出電壓的脈沖寬度和頻率（實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻）。12.4.4脈寬調(diào)制型變頻調(diào)速系統(tǒng)（PWM）493)

特點(diǎn)：l

電路簡(jiǎn)單；l

調(diào)節(jié)速度快；l

動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。注：

a)改變調(diào)制周期→改變輸出頻率。

b)調(diào)制方法：?jiǎn)螛O性調(diào)制和雙極性調(diào)制。

c)

按載波信號(hào)和參考信號(hào)頻率之間的關(guān)系分為：同步式調(diào)制和非同步式調(diào)制。3)

特點(diǎn)：注：50

2.

單極性正弦波脈寬調(diào)制法

1)

正弦波與三角波相交，得到一組幅值、寬度按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖。2)

矩形脈沖作為逆變器各開(kāi)關(guān)元件的控制信號(hào)。這一組矩形脈沖可用正弦波（虛線）等效。

2.

單極性正弦波脈寬調(diào)制法1)

正弦波51

3)

輸出電壓的大小和頻率由（正弦參考電壓）控制。改變幅值，就改變脈寬，從而改變輸出電壓大??；改變頻率，就改變輸出電壓頻率。4)

正弦波最大幅值必須小于三角波幅值?；竞愣?。5)

三角波和正弦波的頻率成正比例地改變，稱(chēng)為同步式調(diào)制。注：圖12.20所示的是單相脈寬調(diào)制波。對(duì)于三相逆變器，載頻三角波可共用，必須有一個(gè)三相可變頻變幅的正弦波發(fā)生器，兩者相比較，產(chǎn)生三相脈沖調(diào)制波。3)

輸出電壓的大小和頻率由（正弦參考電壓）控523.

準(zhǔn)正弦波脈寬調(diào)制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（SPWM）3.

準(zhǔn)正弦波脈寬調(diào)制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（SPWM）53①輸入脈沖列②載波信號(hào)③階梯波④脈寬調(diào)制波形⑤⑥監(jiān)相波形⑦⑧最后調(diào)制波形⑨逆變器輸出波形①輸入脈沖列5467交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速基礎(chǔ)解讀課件554.

適用場(chǎng)合（特點(diǎn)）1)

實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)、停車(chē)；2)

高效率、寬范圍調(diào)速；3)

作為異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的供電電源。注：采用高速開(kāi)關(guān)元件，逆變器輸出脈沖增多，在輸出低頻時(shí)，輸出波形較好。4.

適用場(chǎng)合（特點(diǎn)）注：采用高速開(kāi)關(guān)元件，逆變器輸出脈沖增5612.4.5交－交變頻調(diào)速

1.

用途l

交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速；l

變頻交流電源。注：?jiǎn)蜗嘟涣麟姟啵ɑ騼上啵┙涣麟?；高頻電源→低頻電源。12.4.5交－交變頻調(diào)速注：?jiǎn)蜗嘟涣麟姟啵ɑ騼上?7

2.單相－單相（直接變頻電路）的交－交變頻原理2.單相－單相（直接變頻電路）的交－交變頻原理58

1)

共陰極法主電路（VS1、VS3），則得到上正下負(fù)的輸出電壓。2)

共陽(yáng)極法主電路（VS2、VS4），則得到上負(fù)下正的輸出電壓。3)

兩組反并聯(lián)的可控整流電路，則得到如圖12.24所示的交變電壓，其值由SCR控制角來(lái)控制。1)

共陰極法主電路（VS1、VS3），則59

3.

輸出電壓波形——方波型、正弦波型1)

三相方波型交－交變頻器（主電路）3.

輸出電壓波形——方波型、正弦波型60

l

每相由兩組反并聯(lián)的三相零式整流電路組成。

（Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ為正組）（Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ為反組）l

各組導(dǎo)通角為T(mén)/3（T為周期），每組依次相隔T/6導(dǎo)通。l

同一時(shí)刻有一個(gè)正組和一個(gè)反組同時(shí)導(dǎo)通。l

每相由兩組反并聯(lián)的三相零式整流電路組成。61

2)

正弦型交－交變頻器——用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速l

由兩組反并聯(lián)的可控整流器組成。l

不斷調(diào)制角，使輸出平均電壓為正弦波（與直流可逆系統(tǒng)不同之處）。2)

正弦型交－交變頻器——用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速62

4.

與交－直－交變頻調(diào)速相比

1)

優(yōu)點(diǎn)：l

節(jié)省中間換流環(huán)節(jié)，效率高；l

低頻波形較好，諧波損耗和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大大減小。

2)

缺點(diǎn)：l

主回路元件較多；l

最高頻率受電網(wǎng)頻率限制。

3)

適用場(chǎng)合——低速、大容量的場(chǎng)合。如球磨機(jī)、礦井提升機(jī)等。4.

與交－直－交變頻調(diào)速相比63第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)變流器就是將一種直流或交流電變?yōu)榱硪环N直流或交流電的供電設(shè)備?？梢哉f(shuō)變流器是各種變流裝置的總稱(chēng)。在電力電子變換裝置中，通常意義上的變流器包括從電源側(cè)至電力變換裝置輸出側(cè)的所有環(huán)節(jié)，例如對(duì)一個(gè)交一直一交電力傳動(dòng)系統(tǒng)，變流器將包括從整流器，中間直流環(huán)節(jié)，到逆變器及其控制系統(tǒng)。值得特別說(shuō)明的是，在許多場(chǎng)合下，同一個(gè)電力變換電路既可以作整流電路，又能作逆變電路，所以我們也稱(chēng)這樣的電力變換裝置為變流器。換言之，整流和逆變，交流和直流在變流器中是互相聯(lián)系的，并在一定條件下可互相轉(zhuǎn)化。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)變流器就是將一種直流或64第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)根據(jù)變流系統(tǒng)中直流環(huán)節(jié)性質(zhì)的不同可分為兩種類(lèi)型.圖3-1電流型異步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖3-2電壓型異步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)根據(jù)變流系統(tǒng)中直流環(huán)節(jié)性65第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)電力半導(dǎo)體器件在應(yīng)用中一般均要設(shè)計(jì)吸收電路，以控制開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓及電流的軌跡，抑制電壓、電流的變化率，降低開(kāi)關(guān)損耗。設(shè)計(jì)吸收電路一般依據(jù)下述原則：1減少開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓、電流的大小及變化率；2保證器件工作在安全區(qū)內(nèi)；3減少器件開(kāi)關(guān)損耗和系統(tǒng)總損耗；4改善器件的過(guò)載和短路能力。對(duì)于新型器件，諸如IGBT，IPM，由于對(duì)di/dt，du/dt耐受能力增強(qiáng)，通過(guò)合理地設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路可以簡(jiǎn)化吸收回路，甚至可以取消吸收回路。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)電力半導(dǎo)體器件在應(yīng)用中一66第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)第1節(jié)電力電子器件基礎(chǔ)一晶閘管表3-1、可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷條件狀態(tài)條件說(shuō)明從關(guān)斷到導(dǎo)通1、陽(yáng)極電位高于是陰極電位。2、控制極有足夠的正向電壓和電流。兩者缺一不可維持導(dǎo)通1、陽(yáng)極電位高于陰極電位。2、陽(yáng)極電流大于維持電流兩者缺一不可從導(dǎo)通到關(guān)斷1、陽(yáng)極電位低于陰極電位。2、陽(yáng)極電流小于維持電流任一條件即可第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)第1節(jié)電力電子器件基礎(chǔ)一晶閘管表3-67第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)68第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)二、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）門(mén)極關(guān)斷晶閘管也具有單向?qū)щ娞匦?，即?dāng)其陽(yáng)極A、陰極K兩端為正向電壓，在門(mén)極G上加正的觸發(fā)電壓時(shí)，晶閘管將導(dǎo)通，導(dǎo)通方向A→K。在門(mén)極關(guān)斷晶閘管導(dǎo)通狀態(tài)，若在其門(mén)極G上加一個(gè)適當(dāng)有負(fù)電壓，則能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)二、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）69第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)近年來(lái)，GTO元件的性能不斷提高，可關(guān)斷電流達(dá)4000A，阻斷電壓達(dá)6000V以上，開(kāi)關(guān)速度也有所提高。一個(gè)由ABB公司生產(chǎn)的三相逆變器GTO模塊，采用6個(gè)GTO元件，容量可達(dá)4000kVA，單位重量容量可以達(dá)10kVA/kg，目前，最大的4軸交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)，功率超過(guò)7000kW。GTO元件在應(yīng)用中也存在不足，由于它增益比較小，關(guān)斷2000A～3000A電流，需要高達(dá)700-800A的門(mén)極電流，這對(duì)門(mén)極驅(qū)動(dòng)裝置的要求很高。另外，GTO元件在高電壓下導(dǎo)通，大電流下關(guān)斷，電流、電壓變化率及應(yīng)力很大，需要設(shè)置性能良好的吸收電路，這就增加了開(kāi)關(guān)損耗，降低了效率，并對(duì)冷卻系統(tǒng)提出更高要求第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)近年來(lái)，GTO元件的性能不斷70第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)三、絕緣柵雙極晶體管（IGBT/IPM）絕緣柵雙極型晶體管IGBT是雙極型晶體管（BJT）和MOSFET的復(fù)合器件，其將BJT的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)引入到VDMOS的高阻漂移區(qū)，大大改善了器件的導(dǎo)通性，同時(shí)它還具有MOSFET的柵極高輸入阻抗，為電壓驅(qū)動(dòng)器件。開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)均具有較寬的安全工作區(qū)，IGBT所能應(yīng)用的范圍基本上替代了傳統(tǒng)的晶閘管（SCR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、晶體管（BJT）等器件,與其他電力電子器件相比，IGBT具有高可靠性、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、保護(hù)容易、不用緩沖電路和開(kāi)關(guān)頻率高等特點(diǎn)。

IGBT的開(kāi)關(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導(dǎo)通。反之，加反向門(mén)極電壓消除溝道，流過(guò)反向基極電流，使IGBT關(guān)斷。IGBT的驅(qū)動(dòng)方法和MOSFET基本相同，只需控制輸入極N一溝道MOSFET，所以具有高輸入阻抗特性。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)三、絕緣柵雙極晶體管（IGBT/IPM）71第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)表3-2GTO與IGBT/IPM基本性能較GTO元件IGBT/IPM元件電壓4500V(＞6000V)3300V(＞4000V)電流3000A-4000A(可關(guān)斷電流)1200A開(kāi)關(guān)頻率ca.500Hz5kHz開(kāi)關(guān)損耗大小通態(tài)損耗小大吸收回路損耗大小驅(qū)動(dòng)功率大(電流控制型)小(電壓控制型)di/dt,du/dt限制嚴(yán)格(需加陽(yáng)極電抗器)不嚴(yán)(無(wú)需陽(yáng)極電抗器)保護(hù)功能外設(shè)完善的自我保護(hù)第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)表3-2GTO與IGBT72第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)需要指出的是，IGBT開(kāi)關(guān)頻率的提高，帶來(lái)了很多好處，例如，PWM調(diào)制頻率提高，在電機(jī)側(cè)，可使得電機(jī)電流的高次諧波減少，使電機(jī)的損耗，噪聲下降；在電網(wǎng)側(cè)，可降低電網(wǎng)電流的諧波，減小等效干擾電流，減少變壓器的損耗和噪聲。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)需要指出的是，IGBT73第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)IGBT模塊的使用應(yīng)特別注意以下幾方面的問(wèn)題。1.防靜電對(duì)策IGBT的VGE保證值為±20V，在IGBT模塊上加上超出保證值的電壓有損壞的危險(xiǎn)，因而在柵極－發(fā)射極之間接一只10kQ左右的電阻器為宜。2.驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)嚴(yán)格地說(shuō)，能否充分利用IGBT器件的性能，關(guān)鍵取決于驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。IGBT驅(qū)動(dòng)電路必須能提供適當(dāng)?shù)恼驏艍?、足夠的反向柵壓、足夠的輸入輸出電隔離能力,以及具有柵壓限幅電路等。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)IGBT模塊的使用應(yīng)特別注意以下幾方面的74第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)3.保護(hù)電路的設(shè)計(jì)IGBT模塊因過(guò)電流、過(guò)電壓等異?，F(xiàn)象有可能損壞。因此，必須在對(duì)器件的特性充分了解的情況下，設(shè)計(jì)出與器件特性相匹配的過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱等保護(hù)電路。4.散熱設(shè)計(jì)取決于IGBT模塊所允許的最高結(jié)溫（Tj）,在該溫度下，首先要計(jì)算出器件產(chǎn)生的損耗，該損耗使結(jié)溫升至允許值以下來(lái)選擇散熱片。在散熱設(shè)計(jì)不充分的場(chǎng)合，實(shí)際運(yùn)行在中等水平時(shí)，也有可能超過(guò)器件允許溫度而導(dǎo)致器件損壞。5.柵極串聯(lián)電阻（Rc）對(duì)IGBT來(lái)說(shuō)，增大柵極電阻能夠減少I(mǎi)GBT開(kāi)通時(shí)續(xù)流二極管的反向恢復(fù)過(guò)電壓，減少通態(tài)下出現(xiàn)短路的沖擊電流值；與此同時(shí)，增大柵極電阻的結(jié)果將使開(kāi)通關(guān)斷損耗增加，延長(zhǎng)開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間。因此最好的辦法是配置兩個(gè)串聯(lián)電阻器，即RG（on）和RG（off），在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮具體的應(yīng)用要求。如在高壓二極管的情況下，恢復(fù)時(shí)間趨長(zhǎng)，RG（on）應(yīng)比產(chǎn)品目錄的推薦值大2倍～4倍。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)3.保護(hù)電路的設(shè)計(jì)75第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)IPM(IntelligentPowerModule—智能功率模塊)元件是在IGBT模塊中集成了驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路而派生出來(lái)的，其結(jié)構(gòu)如圖3-18所示。IPM的觸發(fā)信號(hào)可和TTL電平兼容，它本身具有短路、過(guò)流、過(guò)熱及電流實(shí)時(shí)控制等完善的保護(hù)功能，更有利于應(yīng)用。目前，日本新干線E2系高速動(dòng)車(chē)的牽引變流器即采用IPM元件。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)IPM(Intellig76第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)第2節(jié)、整流技術(shù)基礎(chǔ)一、典型整流電路（一）半波不可控整流電路圖3-26半波整流電路第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)第2節(jié)、整流技術(shù)基礎(chǔ)一、典型整流電路圖377第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3-27半波整流波形第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3-27半波整流波形78第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)（二）單相半波可控整流電路圖3-28單相半波可控整流第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)（二）單相半波可控整流電路圖3-2879第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)3、單相半波可控整流（1）電阻性負(fù)載（見(jiàn)圖3-30）電阻性負(fù)載，id波形與ud波形相似?？煽毓鑄承受的正向電壓隨控制角α而變化，但它承受的反向電壓總是負(fù)半波電壓，負(fù)半波電壓的最大值為U2。線路簡(jiǎn)單，多用在要求不高的電阻負(fù)載的場(chǎng)合。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)3、單相半波可控整流（1）電阻性負(fù)載（見(jiàn)80第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)（2）感性負(fù)載（不帶續(xù)流二極管，見(jiàn)圖3-30）：第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)（2）感性負(fù)載（不帶續(xù)流二極管，見(jiàn)圖3-81第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)（3）感性負(fù)載（帶續(xù)流二極管，見(jiàn)圖3-31）圖3-31、電感性負(fù)載有續(xù)流第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)（3）感性負(fù)載（帶續(xù)流二極管，見(jiàn)圖3-382第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)(三)、全波整流電路圖3-32全波整流電路圖3-33半波整流波形第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)(三)、全波整流電路圖3-32全波整流83第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)(四)、單相橋式半控整流電路圖3-34、單相橋式半控整流第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)(四)、單相橋式半控整流電路圖3-34、84第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)PWM整流器的基礎(chǔ)是電力電子器件，其與普通整流器和相控整流器的不同之處是其中用到了全控型器件，器件性能的好壞決定了PWM整流器的性能。優(yōu)質(zhì)的電力電子器件必須具有如下特點(diǎn)：(1)能夠控制通斷，確保在必要時(shí)可靠導(dǎo)通或截止；（2）能夠承受一定的電壓和電流，阻斷狀態(tài)時(shí)能承受一定電壓，導(dǎo)通時(shí)勻許通過(guò)一定的電流；（3）具有較高的開(kāi)關(guān)頻率，在開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)具有足夠短的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，并能承受高的di/dt和dv/dt。(五)PWM整流電路第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)PWM整流器的基礎(chǔ)是電力電子器件，其與普85第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3.36PWM整流器主電路圖3-36(a)和(b)即為單相和三相電壓型PWM整流電路，通過(guò)對(duì)它的適當(dāng)控制，可使輸入電流非常接近正弦波，且電流和電壓同相位，功率因數(shù)近似為1。圖中交流側(cè)電感L用以濾波和傳遞能量，直流側(cè)電容Cdc起著濾除直流電壓上開(kāi)關(guān)紋波和平衡直流輸入與輸出能量的作用。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3.36PWM整流器主電路圖3-386第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)單相半橋單相全橋圖3.37單相PWM整流電路第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)單相半橋單相全橋圖3.37單相PWM整流87第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3.38PWM整流器交流側(cè)等效電路和相量圖第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3.38PWM整流器交流側(cè)等效電路88第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)2.三相多開(kāi)關(guān)PWM整流電路六開(kāi)關(guān)Boost型：也可稱(chēng)為兩電平電壓型整流器或三相橋式可逆PWM整流器。電路如圖3-42所示，每個(gè)橋臂上的可關(guān)斷開(kāi)關(guān)管都帶有反并聯(lián)二極管，可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，每只開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通作用，一般都是使交流側(cè)濾波電感L蓄積磁能，而在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，迫使電感產(chǎn)生較高的電壓Ldi/dt，通過(guò)另一橋臂的續(xù)流二極管向直流側(cè)釋放磁能。因此，從廣義上講，這種橋式PWM可逆整流器拓?fù)?，仍屬于升壓式結(jié)構(gòu)。六開(kāi)關(guān)Boost型PWM整流器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且宜于實(shí)現(xiàn)有源逆變，因而是目前應(yīng)用和研究最為活躍的一種類(lèi)型，也是多開(kāi)關(guān)PWM整流電路中應(yīng)用最為廣泛的一種第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)2.三相多開(kāi)關(guān)PWM整流電路六開(kāi)關(guān)Bo89第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3-42三相多開(kāi)關(guān)Boost型第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3-42三相多開(kāi)關(guān)Boost型90第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)六開(kāi)關(guān)Buck型：也可稱(chēng)為兩電平電流型整流器，電路如圖3-43所示，直流側(cè)電抗器一般要求很大。由于電流型變換器的特點(diǎn)，交流側(cè)輸入LC濾波器通常是必不可少的，以改善電流波形和功率因數(shù)。這種電路拓樸較適合于空間矢量調(diào)制，且有降壓作用。其缺點(diǎn)是由于直流側(cè)大電感內(nèi)阻較大，消耗功率較大導(dǎo)致其效率略低于六開(kāi)關(guān)Boost型。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)六開(kāi)關(guān)Buck型：也可稱(chēng)為兩電平電流型整91第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3-43三相多開(kāi)關(guān)Buck型第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3-43三相多開(kāi)關(guān)Buck型92第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)3三電平PWM整流電路

在大功率PWM變流裝置中，常采用拓樸結(jié)構(gòu)如圖3-44所示的三點(diǎn)式電路，這種電路也稱(chēng)為中點(diǎn)鉗位型(NeutralPointClamped)電路。與兩點(diǎn)式PWM相比，三點(diǎn)式PWM調(diào)制波的主要優(yōu)點(diǎn)，一是對(duì)于同樣的基波與諧波要求而言，開(kāi)關(guān)頻率低得多，從而可以大幅度降低開(kāi)關(guān)損耗；二是每個(gè)主開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)所承受的電壓僅為直流側(cè)電壓的一半，因此這種電路特別適合于高電壓大容量的應(yīng)用場(chǎng)合。不過(guò)三點(diǎn)式PWM可逆整流器的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，一方面其主電路拓?fù)涫褂霉β书_(kāi)關(guān)器件較多，另一方面，控制也比兩點(diǎn)式復(fù)雜，尤其是需要解決中點(diǎn)電位平衡問(wèn)題。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)3三電平PWM整流電路

在大功率P93第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3-44三電平PWM整流電路第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3-44三電平PWM整流電路94第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)整流電路的保護(hù)1．晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓（換流過(guò)電壓、空穴積蓄效應(yīng)過(guò)電壓）及保護(hù)2．交流側(cè)過(guò)電壓及其保護(hù)3．直流側(cè)過(guò)電壓及保護(hù)4．過(guò)電流保護(hù)第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)整流電路的保護(hù)1．晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓（換流95第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)第3節(jié)、逆變技術(shù)基礎(chǔ)圖3-45單相全橋式逆變器一、脈寬調(diào)制逆變器第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)第3節(jié)、逆變技術(shù)基礎(chǔ)圖3-45單相全橋式96第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖6-6urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖6-6urucuOwtOwtuouof97第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖6-5urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud1.雙極性控制方式2．單極性PWM控制方式（單相橋逆變）第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖6-5urucuOwtOwtuouof98第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)(二)、三相逆變電路第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)(二)、三相逆變電路99第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)100第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)二、二點(diǎn)逆變器和三點(diǎn)逆變器圖3-50二點(diǎn)式逆變器及其輸出波形第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)二、二點(diǎn)逆變器和三點(diǎn)逆變器圖3-50二101第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3-51三點(diǎn)式逆變器及其輸出波形第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3-51三點(diǎn)式逆變器及其輸出波形102第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3-52把一個(gè)三點(diǎn)式逆變器分解成兩個(gè)二點(diǎn)式逆變器第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)圖3-52把一個(gè)三點(diǎn)式逆變器分解成兩個(gè)103動(dòng)車(chē)組傳動(dòng)與控制--交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速主講：宋雷鳴動(dòng)車(chē)組傳動(dòng)與控制主講：宋雷鳴104第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速一、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的優(yōu)越性

交流調(diào)速的應(yīng)用主要有三個(gè)方面：（1）一般性能的節(jié)能調(diào)速（2）高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)（3）特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速第一節(jié)概述二、交流電動(dòng)機(jī)原理及結(jié)構(gòu)第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速一、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的優(yōu)越性

交流調(diào)速的105第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速第二節(jié)交流電動(dòng)機(jī)控制基礎(chǔ)、、第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速第二節(jié)交流電動(dòng)機(jī)控制基礎(chǔ)、、106第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖中，為氣隙（或互感）磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；為定子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；為轉(zhuǎn)子全磁通在轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)折合到定子邊。、為定子每相電阻和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻；、為定子每相漏感和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏感；為定子每相繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感，即勵(lì)磁電感；、為定子相電壓和供電角頻率；為轉(zhuǎn)差率。

第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖中，為氣隙（或互感）磁通在定子每相繞107第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速三、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速三、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性108第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速

第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速109第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速一、變壓變頻調(diào)速控制基礎(chǔ)（一）變壓變頻的基本控制方式1．基頻以下調(diào)速常值

恒壓頻比的控制方式第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速一、變壓變頻調(diào)速控制基礎(chǔ)1．基頻以下調(diào)110第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速但是，在低頻時(shí)和都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時(shí)，需要人為地把電壓抬高一些，以近似地補(bǔ)償定子壓降。第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速但是，在低頻時(shí)和111第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速2．基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從向上升高，但定子電壓卻不可能超過(guò)額定電壓，最多只能保持，這將迫使磁通與頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。把基頻以下和基頻以上兩種情況的控制特性畫(huà)在一起第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速2．基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率112第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-8恒壓恒頻時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-8恒壓恒頻時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特113第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-10恒Eg/控制時(shí)變頻調(diào)速的機(jī)械特性第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-10恒Eg/控制時(shí)變頻調(diào)速的114第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-11不同電壓頻率協(xié)調(diào)控制方式時(shí)的機(jī)械特性第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-11不同電壓頻率協(xié)調(diào)控制方式時(shí)115在正弦波供電時(shí)，按不同規(guī)律實(shí)現(xiàn)電壓－頻率協(xié)調(diào)控制可得不同類(lèi)型的機(jī)械特性。①恒壓頻比（＝恒值）控制最容易實(shí)現(xiàn)，它的變頻機(jī)械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿(mǎn)足一般的調(diào)速要求，但低速帶載能力有限，須對(duì)定子壓降實(shí)行補(bǔ)償。②恒控制是通常對(duì)恒壓頻比控制實(shí)行電壓補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，可以在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到為恒值，從而改善了低速性能。線性調(diào)節(jié)范圍比恒壓頻比寬，為恒值時(shí)，恒定不變，穩(wěn)態(tài)性能優(yōu)于恒，但機(jī)械特性還是非線性的，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力仍受到限制。③恒控制可以得到和直流他勵(lì)電機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，比較理想。按照轉(zhuǎn)子全磁通恒定進(jìn)行控制，即得＝恒值，在動(dòng)態(tài)中也盡可能保持恒定是矢量控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，當(dāng)然實(shí)現(xiàn)起來(lái)是比較復(fù)雜的。第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速在正弦波供電時(shí)，按不同規(guī)律實(shí)現(xiàn)電壓－頻率協(xié)調(diào)控制可得不同類(lèi)型116第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-12基頻以上恒壓變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性3．基頻以上恒壓變頻時(shí)的機(jī)械特性第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-12基頻以上恒壓變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)117第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速二、轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比交流調(diào)速系統(tǒng)－通用變頻器通用變頻器是根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)模型來(lái)涉及其控制系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)電壓－頻率協(xié)調(diào)控制，它采用轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比帶低頻電壓補(bǔ)償?shù)目刂品桨?。主要可以?yīng)用在和通用的籠型異步電機(jī)配套使用，同時(shí)具有多種可供選擇的功能，適用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載。近年來(lái)自動(dòng)控制功能的變頻器質(zhì)量不斷提高。第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速二、轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比交流調(diào)速系統(tǒng)－通用118第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速三、轉(zhuǎn)差頻率控制的交流調(diào)速系統(tǒng)第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速三、轉(zhuǎn)差頻率控制的交流調(diào)速系統(tǒng)119第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速四、矢量控制的交流調(diào)速系統(tǒng)第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速四、矢量控制的交流調(diào)速系統(tǒng)120第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-18矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-18矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖121第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-19電流和轉(zhuǎn)速閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)第6章、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速圖2-19電流和轉(zhuǎn)速閉環(huán)的矢量控制系1227.1概述1.交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法1)

同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速——通過(guò)改變供電電壓的頻率來(lái)改變其同步轉(zhuǎn)速。6交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)7.1概述6交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)123

2)

異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速（利用晶閘管控制技術(shù)）l

調(diào)壓調(diào)速——控制加于電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓；l

串級(jí)調(diào)速——控制附加在轉(zhuǎn)子回路的電勢(shì)；

l

變頻調(diào)速——控制定子的供電電壓與頻率；l

異步電動(dòng)機(jī)矢量變換控制系統(tǒng)；l

無(wú)換向器電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)；l

電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)等。2)

異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速（利用晶閘管控制技術(shù)）1242.

交流調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)（半導(dǎo)體變流技術(shù)）1)

優(yōu)良的調(diào)速性能；2)

節(jié)約能源；3)

減少維護(hù)費(fèi)用；4)

節(jié)約占地面積；5)

用于大容量或惡劣環(huán)境場(chǎng)合。2.

交流調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)（半導(dǎo)體變流技術(shù)）125

由上式可知，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法分為三種：l改變轉(zhuǎn)差率S——調(diào)節(jié)定子電壓、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子電壓、定轉(zhuǎn)子供電頻率等。l

改變極對(duì)數(shù)l

改變頻率3.

主要公式由上式可知，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法分為三種：3126

4.

電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)

——通過(guò)改變電磁離合器的勵(lì)磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速（異步電動(dòng)機(jī)本身并不調(diào)速）。4.

電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)127

1)

優(yōu)點(diǎn)：l

線路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜；l

速度負(fù)反饋后調(diào)速相當(dāng)精確（平滑調(diào)速）。

2)

缺點(diǎn)：l

低速運(yùn)行時(shí)損耗較大（增加了滑差離合器）；l

調(diào)速效率較低。1)

優(yōu)點(diǎn)：2)

缺點(diǎn)：12812.2交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)——改變異步電動(dòng)機(jī)的定子電壓，即改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩（T∝U2）及機(jī)械特性，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。12.2.1采用晶閘管的交流調(diào)速電路1.單相交流調(diào)壓電路——應(yīng)用最廣的是反并聯(lián)電路1)

電阻性負(fù)載12.2交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)12.2.1采用晶閘管的交流調(diào)速129l

電源電壓正半周，VS1導(dǎo)通；負(fù)半周，VS2導(dǎo)通。l

波形與波形同相。注：在同一控制角下，負(fù)載上得到正負(fù)對(duì)稱(chēng)的交流電壓。l

電源電壓正半周，VS1導(dǎo)通；負(fù)半周，VS2導(dǎo)通。注：在130l

波形滯后于波形（延遲角）；l

延遲角與（負(fù)載功率因數(shù)角）有關(guān)。

2)

電感性負(fù)載l

波形滯后于波形（延遲角）；2131

2)

要求：l

觸發(fā)信號(hào)應(yīng)與交流電源有一致的相序和相位差。l

在感性負(fù)載或小導(dǎo)通角情況下，如三相全控橋式電路，采用（脈寬）的雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)電路。2.三相交流調(diào)壓電路——常用

1)

Y形接法的電阻性負(fù)載

A-B-C-A

A-C-B-A2)

要求：2.三相交流調(diào)壓電路13212.2.2異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓特性

1.改變定子電壓，調(diào)速范圍不大（如a、b、c三點(diǎn)）。

2.低速時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定性不好（如d點(diǎn)），轉(zhuǎn)子電流相應(yīng)增大。為了既低速運(yùn)行穩(wěn)定又不致過(guò)熱，要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組有較高的電阻。12.2.2異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓特性1.改變定子電壓133

3.采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（既保證低速時(shí)機(jī)械特性硬度，又保證一定負(fù)載能力）。注：—電源電壓；—控制電壓；—可變電壓（輸出電壓）；—給定信號(hào)；—反饋信號(hào)。3.采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（既保證低速時(shí)機(jī)械特1341)，，，，，，與平衡。注：機(jī)械特性基本上是一簇平行的特性。2)特點(diǎn)：

l

平滑改變定子電壓，就平滑調(diào)速；l

低速的特性較硬；l

調(diào)速范圍較寬。1)，，，13512.2.3調(diào)壓調(diào)速時(shí)的損耗及容量限制1.

轉(zhuǎn)差功率為（電磁功率）（機(jī)械功率）低速時(shí)，，損耗。2.

不適合于長(zhǎng)期工作在低速的工作機(jī)械。3.

特別適合于通風(fēng)機(jī)及泵類(lèi)等機(jī)械。

（TL=Kn2）

12.2.3調(diào)壓調(diào)速時(shí)的損耗及容量限制13612.3線繞式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)由異步電動(dòng)機(jī)和交流裝置組成串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。（轉(zhuǎn)子電路串接電阻——能耗大或串接電勢(shì)）12.3線繞式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)13712.3.1串級(jí)調(diào)速的一般原理——在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路內(nèi)引入附加電勢(shì)，以調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。1.

附加電勢(shì)的方向（或相位）l

與轉(zhuǎn)子電勢(shì)E2相同——超同步轉(zhuǎn)速調(diào)速l

與轉(zhuǎn)子電勢(shì)E2相反——低于同步轉(zhuǎn)速調(diào)速2.

的頻率——與E2的頻率相同12.3.1串級(jí)調(diào)速的一般原理13812.3.2串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性1.與直流電動(dòng)機(jī)的特性很相似。2.轉(zhuǎn)速低于（）或超（）同步轉(zhuǎn)速（或）。12.3.2串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性1.與直流電動(dòng)機(jī)的特性很相13967交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速基礎(chǔ)解讀課件14012.3.3串級(jí)調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)1.調(diào)速范圍寬；2.效率高（轉(zhuǎn)差功率可反饋電網(wǎng)）；3.容量大；4.應(yīng)用范圍廣（通風(fēng)機(jī)或恒T型負(fù)載）；5.功率因素較差（電容補(bǔ)償，）。作業(yè)：P:34812.6～712.3.3串級(jí)調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)作業(yè)：14112.4晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)12.4.1變頻調(diào)速原理1.

變頻調(diào)速——改變電動(dòng)機(jī)定子供電頻率以改變同步轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。l

具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能；l

變頻調(diào)速是異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主要發(fā)展方向。12.4晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)142

1.

變頻調(diào)速原理1)

實(shí)質(zhì)——電壓與頻率成比例變化。2)

恒T變頻調(diào)速中，＝定值，保證過(guò)載能力不變，磁通基本不變。3)

恒P變頻調(diào)速中，l

＝定值，不變，變；l

＝定值，變，基本不變。1.

變頻調(diào)速原理14312.4.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的分類(lèi)

1.

交－直－交變頻調(diào)速——帶直流環(huán)節(jié)的間接變頻調(diào)速2.

交－交變頻調(diào)速——不帶直流環(huán)節(jié)的直接變頻調(diào)速12.4.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的分類(lèi)14467交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速基礎(chǔ)解讀課件14512.4.3交－直－交變頻調(diào)速系統(tǒng)l

電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)12.4.3交－直－交變頻調(diào)速系統(tǒng)146

1.

主電路——整流器、逆變器（逆變電路和換流電路）和電容（中間環(huán)節(jié)、濾波）。

2.

逆變器的換流原理工作方式——180o、120o

通電型。以單相為例，C預(yù)充電→穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通階段→開(kāi)始換流階段→振蕩換流階段→振蕩衰減階段→反饋階段→換流結(jié)束階段。1.

主電路2.

逆變器的換流原理1471)VS1、VS2——主晶閘管，VS1′、VS2′——輔助換流晶閘管，作為L(zhǎng)C振蕩電路的充放電開(kāi)關(guān)。

2)通過(guò)觸發(fā)VS1′、VS2′，反向關(guān)斷VS1、VS2。

3)通過(guò)LC串聯(lián)諧振電路中的電流反向，關(guān)斷VS1′、VS2′。1)VS1、VS2——主晶閘管，VS1′、VS2′—148l

電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)1.

主電路——整流器、逆變器和直流濾波電抗器（中間環(huán)節(jié)）。l

常用串聯(lián)二極管式逆變電路。l

電抗器濾波，輸出電流較平直，為矩形波。l

電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)1.

主電路149

2.

強(qiáng)迫換向電路1)

C為換向電容，V為隔離二極管，與主晶閘管串聯(lián)。2)

換流電路為120o導(dǎo)電型，同一相兩只SCR同時(shí)導(dǎo)通，脈沖間隔（相位差）為180o。3)

兩只相鄰SCR，脈沖間隔為60o（正轉(zhuǎn)時(shí)觸發(fā)VS1、2、3、4、5、6、1…，反轉(zhuǎn)時(shí)觸發(fā)VS6、5、4、3、2、1、6…）。4)

兩相輪流導(dǎo)通，脈沖間隔為120o（1-3-5或2-4-6）。注：l電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)，采用電容濾波，電源阻抗很小，類(lèi)似電壓源。l電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)，采用電抗器濾波，電源阻抗很大，類(lèi)似電流源。2.

強(qiáng)迫換向電路注：150

l

差別：

1.

電流型直流側(cè)采用大電感L濾波（而形成直流源）。2.

三相整流橋、逆變器的交流側(cè)輸入電流都為120o方波交流電流。3.L有保護(hù)性能，抑制故障電流上升。4.逆變橋內(nèi)無(wú)電感，簡(jiǎn)化主回路。5.整流橋和逆變橋方向不變（反饋二極管橋不與逆變橋反并聯(lián)）。6.整流橋和逆變橋的直流電壓同時(shí)反號(hào)，能量返送交流電網(wǎng)，系統(tǒng)可再生。7.適用于頻繁加減速和變動(dòng)負(fù)載的場(chǎng)合。

l

差別：15112.4.4脈寬調(diào)制型變頻調(diào)速系統(tǒng)（PWM）

一般采用電壓型逆變器。1.

種類(lèi)1)

變幅PWM型變頻器（直流電壓可變）l

整流器——晶閘管整流器，用來(lái)調(diào)壓；l

逆變器——用來(lái)調(diào)頻（輸出頻率）。2)

恒幅PWM型變頻器（直流電壓恒定）l

整流器——二極管整流橋；l

逆變器——輸入恒定的直流電壓，調(diào)節(jié)輸出電壓的脈沖寬度和頻率（實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻）。12.4.4脈寬調(diào)制型變頻調(diào)速系統(tǒng)（PWM）1523)

特點(diǎn)：l

電路簡(jiǎn)單；l

調(diào)節(jié)速度快；l

動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。注：

a)改變調(diào)制周期→改變輸出頻率。

b)調(diào)制方法：?jiǎn)螛O性調(diào)制和雙極性調(diào)制。

c)

按載波信號(hào)和參考信號(hào)頻率之間的關(guān)系分為：同步式調(diào)制和非同步式調(diào)制。3)

特點(diǎn)：注：153

2.

單極性正弦波脈寬調(diào)制法

1)

正弦波與三角波相交，得到一組幅值、寬度按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖。2)

矩形脈沖作為逆變器各開(kāi)關(guān)元件的控制信號(hào)。這一組矩形脈沖可用正弦波（虛線）等效。

2.

單極性正弦波脈寬調(diào)制法1)

正弦波154

3)

輸出電壓的大小和頻率由（正弦參考電壓）控制。改變幅值，就改變脈寬，從而改變輸出電壓大??；改變頻率，就改變輸出電壓頻率。4)

正弦波最大幅值必須小于三角波幅值?；竞愣ā?)

三角波和正弦波的頻率成正比例地改變，稱(chēng)為同步式調(diào)制。注：圖12.20所示的是單相脈寬調(diào)制波。對(duì)于三相逆變器，載頻三角波可共用，必須有一個(gè)三相可變頻變幅的正弦波發(fā)生器，兩者相比較，產(chǎn)生三相脈沖調(diào)制波。3)

輸出電壓的大小和頻率由（正弦參考電壓）控1553.

準(zhǔn)正弦波脈寬調(diào)制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（SPWM）3.

準(zhǔn)正弦波脈寬調(diào)制變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（SPWM）156①輸入脈沖列②載波信號(hào)③階梯波④脈寬調(diào)制波形⑤⑥監(jiān)相波形⑦⑧最后調(diào)制波形⑨逆變器輸出波形①輸入脈沖列15767交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速基礎(chǔ)解讀課件1584.

適用場(chǎng)合（特點(diǎn)）1)

實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)、停車(chē)；2)

高效率、寬范圍調(diào)速；3)

作為異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的供電電源。注：采用高速開(kāi)關(guān)元件，逆變器輸出脈沖增多，在輸出低頻時(shí)，輸出波形較好。4.

適用場(chǎng)合（特點(diǎn)）注：采用高速開(kāi)關(guān)元件，逆變器輸出脈沖增15912.4.5交－交變頻調(diào)速

1.

用途l

交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速；l

變頻交流電源。注：?jiǎn)蜗嘟涣麟姟啵ɑ騼上啵┙涣麟?；高頻電源→低頻電源。12.4.5交－交變頻調(diào)速注：?jiǎn)蜗嘟涣麟姟啵ɑ騼上?60

2.單相－單相（直接變頻電路）的交－交變頻原理2.單相－單相（直接變頻電路）的交－交變頻原理161

1)

共陰極法主電路（VS1、VS3），則得到上正下負(fù)的輸出電壓。2)

共陽(yáng)極法主電路（VS2、VS4），則得到上負(fù)下正的輸出電壓。3)

兩組反并聯(lián)的可控整流電路，則得到如圖12.24所示的交變電壓，其值由SCR控制角來(lái)控制。1)

共陰極法主電路（VS1、VS3），則162

3.

輸出電壓波形——方波型、正弦波型1)

三相方波型交－交變頻器（主電路）3.

輸出電壓波形——方波型、正弦波型163

l

每相由兩組反并聯(lián)的三相零式整流電路組成。

（Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ為正組）（Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ為反組）l

各組導(dǎo)通角為T(mén)/3（T為周期），每組依次相隔T/6導(dǎo)通。l

同一時(shí)刻有一個(gè)正組和一個(gè)反組同時(shí)導(dǎo)通。l

每相由兩組反并聯(lián)的三相零式整流電路組成。164

2)

正弦型交－交變頻器——用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速l

由兩組反并聯(lián)的可控整流器組成。l

不斷調(diào)制角，使輸出平均電壓為正弦波（與直流可逆系統(tǒng)不同之處）。2)

正弦型交－交變頻器——用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速165

4.

與交－直－交變頻調(diào)速相比

1)

優(yōu)點(diǎn)：l

節(jié)省中間換流環(huán)節(jié)，效率高；l

低頻波形較好，諧波損耗和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大大減小。

2)

缺點(diǎn)：l

主回路元件較多；l

最高頻率受電網(wǎng)頻率限制。

3)

適用場(chǎng)合——低速、大容量的場(chǎng)合。如球磨機(jī)、礦井提升機(jī)等。4.

與交－直－交變頻調(diào)速相比166第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)變流器就是將一種直流或交流電變?yōu)榱硪环N直流或交流電的供電設(shè)備。可以說(shuō)變流器是各種變流裝置的總稱(chēng)。在電力電子變換裝置中，通常意義上的變流器包括從電源側(cè)至電力變換裝置輸出側(cè)的所有環(huán)節(jié)，例如對(duì)一個(gè)交一直一交電力傳動(dòng)系統(tǒng)，變流器將包括從整流器，中間直流環(huán)節(jié)，到逆變器及其控制系統(tǒng)。值得特別說(shuō)明的是，在許多場(chǎng)合下，同一個(gè)電力變換電路既可以作整流電路，又能作逆變電路，所以我們也稱(chēng)這樣的電力變換裝置為變流器。換言之，整流和逆變，交流和直流在變流器中是互相聯(lián)系的，并在一定條件下可互相轉(zhuǎn)化。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)變流器就是將一種直流或167第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)根據(jù)變流系統(tǒng)中直流環(huán)節(jié)性質(zhì)的不同可分為兩種類(lèi)型.圖3-1電流型異步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖3-2電壓型異步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)根據(jù)變流系統(tǒng)中直流環(huán)節(jié)性168第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)電力半導(dǎo)體器件在應(yīng)用中一般均要設(shè)計(jì)吸收電路，以控制開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓及電流的軌跡，抑制電壓、電流的變化率，降低開(kāi)關(guān)損耗。設(shè)計(jì)吸收電路一般依據(jù)下述原則：1減少開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓、電流的大小及變化率；2保證器件工作在安全區(qū)內(nèi)；3減少器件開(kāi)關(guān)損耗和系統(tǒng)總損耗；4改善器件的過(guò)載和短路能力。對(duì)于新型器件，諸如IGBT，IPM，由于對(duì)di/dt，du/dt耐受能力增強(qiáng)，通過(guò)合理地設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路可以簡(jiǎn)化吸收回路，甚至可以取消吸收回路。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)電力半導(dǎo)體器件在應(yīng)用中一169第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)第1節(jié)電力電子器件基礎(chǔ)一晶閘管表3-1、可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷條件狀態(tài)條件說(shuō)明從關(guān)斷到導(dǎo)通1、陽(yáng)極電位高于是陰極電位。2、控制極有足夠的正向電壓和電流。兩者缺一不可維持導(dǎo)通1、陽(yáng)極電位高于陰極電位。2、陽(yáng)極電流大于維持電流兩者缺一不可從導(dǎo)通到關(guān)斷1、陽(yáng)極電位低于陰極電位。2、陽(yáng)極電流小于維持電流任一條件即可第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)第1節(jié)電力電子器件基礎(chǔ)一晶閘管表3-170第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)171第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)二、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）門(mén)極關(guān)斷晶閘管也具有單向?qū)щ娞匦?，即?dāng)其陽(yáng)極A、陰極K兩端為正向電壓，在門(mén)極G上加正的觸發(fā)電壓時(shí)，晶閘管將導(dǎo)通，導(dǎo)通方向A→K。在門(mén)極關(guān)斷晶閘管導(dǎo)通狀態(tài)，若在其門(mén)極G上加一個(gè)適當(dāng)有負(fù)電壓，則能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)二、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）172第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)近年來(lái)，GTO元件的性能不斷提高，可關(guān)斷電流達(dá)4000A，阻斷電壓達(dá)6000V以上，開(kāi)關(guān)速度也有所提高。一個(gè)由ABB公司生產(chǎn)的三相逆變器GTO模塊，采用6個(gè)GTO元件，容量可達(dá)4000kVA，單位重量容量可以達(dá)10kVA/kg，目前，最大的4軸交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)，功率超過(guò)7000kW。GTO元件在應(yīng)用中也存在不足，由于它增益比較小，關(guān)斷2000A～3000A電流，需要高達(dá)700-800A的門(mén)極電流，這對(duì)門(mén)極驅(qū)動(dòng)裝置的要求很高。另外，GTO元件在高電壓下導(dǎo)通，大電流下關(guān)斷，電流、電壓變化率及應(yīng)力很大，需要設(shè)置性能良好的吸收電路，這就增加了開(kāi)關(guān)損耗，降低了效率，并對(duì)冷卻系統(tǒng)提出更高要求第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)近年來(lái)，GTO元件的性能不斷173第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)三、絕緣柵雙極晶體管（IGBT/IPM）絕緣柵雙極型晶體管IGBT是雙極型晶體管（BJT）和MOSFET的復(fù)合器件，其將BJT的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)引入到VDMOS的高阻漂移區(qū)，大大改善了器件的導(dǎo)通性，同時(shí)它還具有MOSFET的柵極高輸入阻抗，為電壓驅(qū)動(dòng)器件。開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)均具有較寬的安全工作區(qū)，IGBT所能應(yīng)用的范圍基本上替代了傳統(tǒng)的晶閘管（SCR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、晶體管（BJT）等器件,與其他電力電子器件相比，IGBT具有高可靠性、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、保護(hù)容易、不用緩沖電路和開(kāi)關(guān)頻率高等特點(diǎn)。

IGBT的開(kāi)關(guān)作用是通過(guò)加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電流，使IGBT導(dǎo)通。反之，加反向門(mén)極電壓消除溝道，流過(guò)反向基極電流，使IGBT關(guān)斷。IGBT的驅(qū)動(dòng)方法和MOSFET基本相同，只需控制輸入極N一溝道MOSFET，所以具有高輸入阻抗特性。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)三、絕緣柵雙極晶體管（IGBT/IPM）174第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)表3-2GTO與IGBT/IPM基本性能較GTO元件IGBT/IPM元件電壓4500V(＞6000V)3300V(＞4000V)電流3000A-4000A(可關(guān)斷電流)1200A開(kāi)關(guān)頻率ca.500Hz5kHz開(kāi)關(guān)損耗大小通態(tài)損耗小大吸收回路損耗大小驅(qū)動(dòng)功率大(電流控制型)小(電壓控制型)di/dt,du/dt限制嚴(yán)格(需加陽(yáng)極電抗器)不嚴(yán)(無(wú)需陽(yáng)極電抗器)保護(hù)功能外設(shè)完善的自我保護(hù)第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)表3-2GTO與IGBT175第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)需要指出的是，IGBT開(kāi)關(guān)頻率的提高，帶來(lái)了很多好處，例如，PWM調(diào)制頻率提高，在電機(jī)側(cè)，可使得電機(jī)電流的高次諧波減少，使電機(jī)的損耗，噪聲下降；在電網(wǎng)側(cè)，可降低電網(wǎng)電流的諧波，減小等效干擾電流，減少變壓器的損耗和噪聲。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)需要指出的是，IGBT176第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)IGBT模塊的使用應(yīng)特別注意以下幾方面的問(wèn)題。1.防靜電對(duì)策IGBT的VGE保證值為±20V，在IGBT模塊上加上超出保證值的電壓有損壞的危險(xiǎn)，因而在柵極－發(fā)射極之間接一只10kQ左右的電阻器為宜。2.驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)嚴(yán)格地說(shuō)，能否充分利用IGBT器件的性能，關(guān)鍵取決于驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。IGBT驅(qū)動(dòng)電路必須能提供適當(dāng)?shù)恼驏艍?、足夠的反向柵壓、足夠的輸入輸出電隔離能力,以及具有柵壓限幅電路等。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)IGBT模塊的使用應(yīng)特別注意以下幾方面的177第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)3.保護(hù)電路的設(shè)計(jì)IGBT模塊因過(guò)電流、過(guò)電壓等異?，F(xiàn)象有可能損壞。因此，必須在對(duì)器件的特性充分了解的情況下，設(shè)計(jì)出與器件特性相匹配的過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱等保護(hù)電路。4.散熱設(shè)計(jì)取決于IGBT模塊所允許的最高結(jié)溫（Tj）,在該溫度下，首先要計(jì)算出器件產(chǎn)生的損耗，該損耗使結(jié)溫升至允許值以下來(lái)選擇散熱片。在散熱設(shè)計(jì)不充分的場(chǎng)合，實(shí)際運(yùn)行在中等水平時(shí)，也有可能超過(guò)器件允許溫度而導(dǎo)致器件損壞。5.柵極串聯(lián)電阻（Rc）對(duì)IGBT來(lái)說(shuō)，增大柵極電阻能夠減少I(mǎi)GBT開(kāi)通時(shí)續(xù)流二極管的反向恢復(fù)過(guò)電壓，減少通態(tài)下出現(xiàn)短路的沖擊電流值；與此同時(shí)，增大柵極電阻的結(jié)果將使開(kāi)通關(guān)斷損耗增加，延長(zhǎng)開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間。因此最好的辦法是配置兩個(gè)串聯(lián)電阻器，即RG（on）和RG（off），在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮具體的應(yīng)用要求。如在高壓二極管的情況下，恢復(fù)時(shí)間趨長(zhǎng)，RG（on）應(yīng)比產(chǎn)品目錄的推薦值大2倍～4倍。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)3.保護(hù)電路的設(shè)計(jì)178第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)IPM(IntelligentPowerModule—智能功率模塊)元件是在IGBT模塊中集成了驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路而派生出來(lái)的，其結(jié)構(gòu)如圖3-18所示。IPM的觸發(fā)信號(hào)可和TTL電平兼容，它本身具有短路、過(guò)流、過(guò)熱及電流實(shí)時(shí)控制等完善的保護(hù)功能，更有利于應(yīng)用。目前，日本新干線E2系高速動(dòng)車(chē)的牽引變流器即采用IPM元件。第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)IPM(Intellig179第7章、交流技術(shù)基礎(chǔ)第2節(jié)、整流技術(shù)基礎(chǔ)一、典型整流電路（一）半波不可控整流電路