牵引变流器控制ppt课件.ppt

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1、动车组传动与控制牵引变流器1交-直-交变压变频装置该类变压变频装置先将恒压恒频（CVCF）的交流电通过整流器变成直流电，再经过逆变器将直流电变换成可控频率和电压的交流电，其主要构成环节如下：整流逆变～50HzACACDC恒压恒频（CVCF）变压变频（VVVF）中间直流环节图3-1交-直-交变压变频装置2第一节逆变器的基本原理3逆变器的基本原理逆变器一般接成三相桥式电路，以便输出三相交流变频电源。左图中仅给出组成逆变器所必须的6个电力电子开关器件VT1~VT6。在每个周期中，控制各个器件轮流导通和关断，可使输出端

2、得到三相交流电压，改变开关管导通和关断的时间，即可得到不同的输出频率。4逆变器的基本原理在同一桥臂上、下两管之间互相换相，这时每个晶闸管在一个周期中的导通180°电角，其它各相也是如此，只不过三相对应元件相差120°电角轮流导，使VT1~VT6各元件每隔60°电角轮换导通，在每一时刻都有三个元件同时导通。图3︱85逆变器的基本原理若将每一时刻逆变器各晶闸管元件的开关情况以一等效（元件开通时认为短路，元件断开时认为断路）电路表示，则很容易得到任一时刻的相、线电压，从而绘出相、线电压波形。ZAZAZAZAZAZAZ

3、BZBZBZBZBZBZCZCZCZCZCZC++++++------图3—9三相逆变器各阶段的等效电路（180°导通型）6逆变器的基本原理例如，在0~60°范围内，VT1、VT5、VT6同时导通，VT2、VT3、VT4同时关断，则此时电机绕组的各相等效阻抗中的ZA与ZC并联，再与ZB串联。假定三相负载对称，则ZA=ZB=ZC=Z，此时ZA、ZC上的相电压应相等，即ZB上的相电压为：由图3-8可见，在每个周期内，相电压波形由六个阶梯状波形组成（常称六阶波）。7逆变器的基本原理根据相电压的六阶波形和线电压的矩形波

4、形可以求出电压的有效值，即利用富氏级数对相电压和线电压进行谐波分析，表示为8逆变器的基本原理逆变器的负载是异步电动机，属电感性负载。当逆变器以六阶波电压对电机供电时，其电流波形在负载电感的作用下将趋于平滑，其平滑程度将与六阶波电压的频率有关。uAOiAOωtωtuAOiAOωtωt（a）（b）图3—10六阶波电压下的电流波形（a）高频时电流波形（b）低频时电流波形9逆变器的基本原理当电压频率较高时，异步电动机定子绕组电感对电流的滞后作用相对突出，因此将获得接近正弦形的电流波形。这样便可大大消除阶梯状电压波形带来

5、的不利影响，可使异步电动机正常运行。而当电压频率较低时，六阶波电压波形延续时间相对变长，绕组电感只能在电压阶跃变化的一个较短暂时间内对电流起滞后作用，电流波形将与电压波形接近。频率愈低，电流波形也愈接近六阶波，其中的高次谐波电流成分也愈多，必将增大异步电动机的附加转矩和损耗，恶化异步电动机的运转性能，高次谐波电流引起的电磁波会对通讯发生干扰。10第二节正弦脉宽调制（SPWM）控制技术11传统变流技术的弊端在以往的交-直-交变压变调速系统中为了获得变频调速所要求的电压频率协调控制，交-直流整流器必须是相控的，且在

6、调速时须同时控制整流器和逆变器，如此就带来了一系列的问题。主要是：（1）主电路有两个须控制的功率环节，相对来说比较复杂；（2）由于中间直流环节有滤波电容或电抗器等大惯性储能元件存在，使系统的动态响应缓慢；（3）由于整流器为相控的，使供电电源的功率因数随变频装置输出的频率的降低（电压也随之降低）而变差，并产生高次谐波电流；（4）逆变器输出为六阶波交流电压（电流），在交流电动机中形成较多的各次谐波，从而产生较大的脉动转矩，影响电机的稳定工作，低速时尤为严重。12脉宽调制（SPWM）逆变器的基本原理1964年，德国的

7、A.Schonung等人率先提出了脉宽调制变频的思想，他们把通信系统中的调制技术推广应用于交流变频器，用这种技术构成的PWM逆变器基本上解决了六阶波变频器中存在的问题。逆变器的功率开关器件按一定规律控制其导通或关断，使输出端获得一系列宽度不等的矩形脉冲电压波形。通过改变矩形脉冲的不同宽度可以控制逆变器输出交流基波电压的幅值，通过改变调制周期可以控制其输出频率，从而同时实现变压和变频。13一、正弦脉宽调制逆变器的基本原理所谓的正弦脉宽调制（SPWM）波形，就是与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，等效的原

8、则是两波形每一对应区间的面积相等。14一、正弦脉宽调制逆变器的基本原理正弦波正、负半周分别用正、负矩形脉冲等效的SPWM波形称作单极式SPWM。下图中VT1~VT6是逆变器的六个功率开关器件，各有一个续流二极管反并联接。15一、正弦脉宽调制逆变器的基本原理下图所示为单极式SPWM波形，它是由逆变器上桥臂中一个功率开关器件反复导通和关断形成的。其等效正弦波为Umsinω1t，而SPWM脉