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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/DC DC/AC AC/AC DC/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。
2、（1）电压型 电压型交直交变频器在负载能量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
3、器,整流和逆变均为PWM控制的电压型交直交变频器 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
4、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PWM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。
5、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
6、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，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
7、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
8、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
9、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,