交交变频器优秀PPT.ppt

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1、交交变频器第1页，本讲稿共41页交交-交变频器的特点交变频器的特点1)因为是直接变换，没有中间环节，所以比一般的变频器效率要高。2)由于其交流输出电压是直接由交流输入电压波的某些部分包络所构成，因而其输出频率比输入交流电源的频率低得多，输出波形较好。3)由于变频器按电网电压过零自然换相，故可采用普通晶闸管。不需要强迫换流电路。4)由于输出上限频率不高于电网频率的1/31/2，因受电网频率限制，通常输出电压的频率较低。5)交-交变频电路采用的是相位控制方式，因此其输入电流的相位总是滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。功率因数较低，特别是在低速运行时更低，需要适当补偿。第2页，本讲稿共41页第第

2、 1节节 交交交变频器的工作原理及分类交变频器的工作原理及分类根据变频器输出电压波形的不同，交根据变频器输出电压波形的不同，交交变频器分为：交变频器分为：方波型及正弦波型两种。方波型及正弦波型两种。一、方波型交一、方波型交交变频器主电路及工作原理交变频器主电路及工作原理1、单相交、单相交交变频器主电路及工作原理交变频器主电路及工作原理第3页，本讲稿共41页n在一个控制周期内，当在一个控制周期内，当P组和组和N组整流桥组整流桥以不变以不变触触发发角角轮流地向负载供电时，在轮流地向负载供电时，在负载上就会获得方波交流电压。负载上就会获得方波交流电压。n改变两组变流器的切换频率，就可改变改变两组变流

3、器的切换频率，就可改变输出电压的频率，改变两组变流器的控输出电压的频率，改变两组变流器的控制触发角制触发角，就可改，就可改变输变输出出电压电压的幅的幅值值。第4页，本讲稿共41页以三相零式整流电路组成的单相交以三相零式整流电路组成的单相交交变频器交变频器为例说明工作原理及触发控制为例说明工作原理及触发控制13513524624666组选晶闸管号选0T/2TAB第5页，本讲稿共41页n组选：组选：为了在负载上获得三相互差为了在负载上获得三相互差1200的对称电压波形的对称电压波形,每组导电时间应为每组导电时间应为T/3,并且应相隔并且应相隔T/6换组换组,同一时刻应有一个正组和一个反组同时导通同

4、一时刻应有一个正组和一个反组同时导通,但不但不允许同一相同时导通允许同一相同时导通,否则将会造成电源短路。否则将会造成电源短路。2、三相交、三相交交变频器交变频器第6页，本讲稿共41页第7页，本讲稿共41页第8页，本讲稿共41页n可见，交可见，交交变频器输出频率总是低于交变频器输出频率总是低于电源频率。因此交电源频率。因此交交变频器应用于低交变频器应用于低速传动场合。速传动场合。第9页，本讲稿共41页我们把这种在控制上连续的按特定规我们把这种在控制上连续的按特定规律改变控制角律改变控制角的方法称的方法称为调为调制式相制式相位触位触发发.调调制控制角制控制角的确定常采用的确定常采用“余弦交截法余

5、弦交截法”去去实现实现第10页，本讲稿共41页 从上图可见，输出电压实际是由若干段电从上图可见，输出电压实际是由若干段电源电压拼接而成，在输出电压的一个周期源电压拼接而成，在输出电压的一个周期内，所包含的电源电压波段越多，其波形内，所包含的电源电压波段越多，其波形就越接近正弦波。就越接近正弦波。第11页，本讲稿共41页第12页，本讲稿共41页3、如何调节输出正弦波电压频率？、如何调节输出正弦波电压频率？改变正、反组切换频率，即改变每半波的改变正、反组切换频率，即改变每半波的电源电压波段数，可改变输出电压的频率。电源电压波段数，可改变输出电压的频率。每半波包含的电源电压波段数越多，输出正每半波包

6、含的电源电压波段数越多，输出正弦波频率越低。弦波频率越低。对于三相桥式交对于三相桥式交交变频器，输出正弦波交变频器，输出正弦波最高频率最高频率 ，此时每，此时每半个周期内包含半个周期内包含6个电源电压波段。个电源电压波段。第13页，本讲稿共41页三、正、反组变流器工作状态分析三、正、反组变流器工作状态分析 正、反组变流器之间的切换，是以输出电流是否改变方正、反组变流器之间的切换，是以输出电流是否改变方向为依据的。因此换组指令应由负载电流信号过零点来控制向为依据的。因此换组指令应由负载电流信号过零点来控制。第14页，本讲稿共41页 三相输出交三相输出交-交变频电路主要应用于交变频电路主要应用于大

7、功率交流电机调速系统，三相输出交大功率交流电机调速系统，三相输出交-交变频电路是由三组输出电压相位各差交变频电路是由三组输出电压相位各差121200的的单单相相交交-交变频电路组成的，所以交变频电路组成的，所以其控制原理与其控制原理与单单相相交交-交变频电路相同。交变频电路相同。下面简单介绍一下三下面简单介绍一下三相相交交-交变频电路接交变频电路接线方式。线方式。四、四、三相输出交三相输出交-交变频电路交变频电路第15页，本讲稿共41页1 1 公共交流母线进线方式公共交流母线进线方式 公共交流母线进线方式的三相交公共交流母线进线方式的三相交-交变频电路简图交变频电路简图第16页，本讲稿共41页

8、2 输出星形联结方式输出星形联结方式输出星形联结方式的三相交输出星形联结方式的三相交-交变频电路原理图交变频电路原理图第17页，本讲稿共41页3 3 矩形波交矩形波交-交变频交变频三相零式交三相零式交-交变频电路交变频电路第18页，本讲稿共41页第第3节节 交交交变频器的环流处理方式交变频器的环流处理方式 交交交变频器正、反组变流器之间如果存在环流，交变频器正、反组变流器之间如果存在环流，将会造成电源短路的严重后果，因此环流的处理问将会造成电源短路的严重后果，因此环流的处理问题至关重要。通常环流的处理方式有题至关重要。通常环流的处理方式有：（1）无环流运行方式；）无环流运行方式；（2）有环流运

9、行方式；）有环流运行方式；（3）局部环流运行方式。）局部环流运行方式。第19页，本讲稿共41页一、无环流运行方式一、无环流运行方式 这种方式是对正、反组变流器的触发脉冲进行这种方式是对正、反组变流器的触发脉冲进行逻辑控制，即当一组工作时，另一组绝对封锁。这逻辑控制，即当一组工作时，另一组绝对封锁。这样在两组变流器之间就不存在环流。样在两组变流器之间就不存在环流。具体方法具体方法：检测负载电流，当电流正向过零时，同时封锁检测负载电流，当电流正向过零时，同时封锁正、反组变流器触发信号一小段时间，这段时间正、反组变流器触发信号一小段时间，这段时间应大于变流器可靠关断时间。然后对正组变流器应大于变流器

10、可靠关断时间。然后对正组变流器进行触发控制。同样，当电流负向过零时，同时进行触发控制。同样，当电流负向过零时，同时封锁正、反组变流器触发信号一小段时间后，再封锁正、反组变流器触发信号一小段时间后，再对负组变流器进行触发控制。对负组变流器进行触发控制。第20页，本讲稿共41页第21页，本讲稿共41页无环流运行方式的主要特点：无环流运行方式的主要特点：没有环流，不需要限环流电抗器。没有环流，不需要限环流电抗器。但它的输出电流在过零点附近一小段但它的输出电流在过零点附近一小段时间，输出波形畸变，动态过程较慢。时间，输出波形畸变，动态过程较慢。第22页，本讲稿共41页二、有环流运行方式二、有环流运行方

11、式 为区别于局部环流运行方式，这种方为区别于局部环流运行方式，这种方式又称为式又称为连续环流运行方式连续环流运行方式，或，或自然环流自然环流运行方式运行方式。具体实现具体实现：（1）在这种方式下，为在这种方式下，为了限制环流了限制环流，在，在P、N两组之间应接入限两组之间应接入限环流电抗器，以将环流限制在允许的范围环流电抗器，以将环流限制在允许的范围内。内。（2）同时对）同时对P、N组变流器施加触发脉组变流器施加触发脉冲，并保持冲，并保持第23页，本讲稿共41页自然环流运行方式下理想等值电路自然环流运行方式下理想等值电路第24页，本讲稿共41页t1 t2第25页，本讲稿共41页（3）当当tt2

12、，随着，随着负载电流下降，流下降，环流流电抗器感抗器感应电动势极性翻极性翻转，N端端为正，正，M端端为负。迫使。迫使负组变流器流器导通，即出通，即出现正正组、负组变流器同流器同时导通情况。由于通情况。由于 所以，所以，环流流电抗器在正抗器在正组、负组变流器同流器同时导通情况下两通情况下两端端电压等于零。等于零。第26页，本讲稿共41页设电抗器总匝数为设电抗器总匝数为w。按磁势平衡原理，则按磁势平衡原理，则同时负载支路电流同时负载支路电流t2时刻环流电抗器磁势时刻环流电抗器磁势第27页，本讲稿共41页（1）输出负载电流；（2）正变流器总电流，-正变流器输出的负载电流成分；（3）负变流器总电流，-

13、正变流器输出的负载电流成分；（4）自感应环流（5）环流电抗器两端电压第28页，本讲稿共41页自然环流运行方式特点：自然环流运行方式特点：在换流过程保持电流的连续性。但由于环流在换流过程保持电流的连续性。但由于环流分量存在，使变流器分担的电流比负载电流大的分量存在，使变流器分担的电流比负载电流大的多（占总电流的多（占总电流的57%），需额外增加变流器容量。），需额外增加变流器容量。第29页，本讲稿共41页三、局部环流运行方式三、局部环流运行方式 在负载电流趋于不连续时，通过控在负载电流趋于不连续时，通过控制让变流器按有环流方式运行，而在负制让变流器按有环流方式运行，而在负载电流连续时则按无环流方

14、式运行，这载电流连续时则按无环流方式运行，这就是所谓的局部环流运行方式。就是所谓的局部环流运行方式。第30页，本讲稿共41页第31页，本讲稿共41页具体控制方法要点具体控制方法要点:(1)根据给定根据给定UR,按按URP和和URN特性确定特性确定正正组变组变流器和流器和负组变负组变流器触流器触发发角角P和和N。第32页，本讲稿共41页（2）设定局部环流运行控制条件：）设定局部环流运行控制条件：且检测负载电流且检测负载电流 。当负载电流瞬时值大于当负载电流瞬时值大于+eT时，允许正组变流器触发时，允许正组变流器触发导通，封锁负组变流器，使交导通，封锁负组变流器，使交交变频器无环流运行。交变频器无

15、环流运行。当负载电流瞬时值当负载电流瞬时值 时，同时开放时，同时开放正组和负组变流器，使交正组和负组变流器，使交交变频器局部环流运行。交变频器局部环流运行。当负载电流瞬时值小于当负载电流瞬时值小于-eT时，封锁正组变流器，开放时，封锁正组变流器，开放负组变流器触发逻辑门，使交负组变流器触发逻辑门，使交交变频器无环流运行。交变频器无环流运行。第33页，本讲稿共41页局部环流运行特点局部环流运行特点 既不增加变流器容量，又保证了电既不增加变流器容量，又保证了电流连续，在各种条件下均能实现正确换流连续，在各种条件下均能实现正确换组，同时也有利于改善波形，降低谐波。组，同时也有利于改善波形，降低谐波。

16、这是一种较好的方案。这是一种较好的方案。第34页，本讲稿共41页第第4节节 交交交变频器正弦波输出的触发控制交变频器正弦波输出的触发控制 对正组（或反组）的触发控制按对正组（或反组）的触发控制按从从900 min 900规规律律进进行控制，称行控制，称为调为调制式相位控制，制式相位控制，其其实现实现手段中最常用的方法是手段中最常用的方法是“余弦交截法余弦交截法”一、余弦交截法一、余弦交截法 用一系列用一系列“余弦同步余弦同步电压电压波波”UT与与给给定定电压电压（即（即预预期理想期理想输输出出电压电压）UR的交点去决定的交点去决定变变流器流器相相应应晶晶闸闸管的控制角的方法，称管的控制角的方法

17、，称为为余弦交截法。余弦交截法。第35页，本讲稿共41页余弦交截法原理余弦交截法原理 对应某一触发角对应某一触发角，变变流器的流器的输输出出电压值电压值在在电电流流连续连续的条件下有：的条件下有：以自然以自然换换相点相点为为=0计计，则则某某电电源源线电压线电压与其相与其相应应的整流器的整流器输输出出电压电压之之间间的相位关系的相位关系为为300，后者超前。，后者超前。设设希望希望输输出出电压电压第36页，本讲稿共41页希望输出电压应该是整流器各晶闸管轮流导通时希望输出电压应该是整流器各晶闸管轮流导通时输出的输出的UT族线在导通点的连线。族线在导通点的连线。反过来讲，如果已知希望输出电压与各晶

18、闸管轮反过来讲，如果已知希望输出电压与各晶闸管轮流导通时的输出余弦波电压的交点，便可确定流导通时的输出余弦波电压的交点，便可确定各晶闸管的触发导通触发角。这就是各晶闸管的触发导通触发角。这就是“余弦交余弦交截法截法”。第37页，本讲稿共41页第38页，本讲稿共41页二、余弦交截法触发脉冲器二、余弦交截法触发脉冲器 经分析，经分析，C相电源电压经滤波移相相电源电压经滤波移相600可作可作为为A相电源电压的余弦同步信号相电源电压的余弦同步信号;B相电源电压经滤波移相相电源电压经滤波移相600可作为可作为C相电源电压的余相电源电压的余弦同步信号弦同步信号;A相电源电压经滤波移相相电源电压经滤波移相600可作为可作为B相电源电压的相电源电压的余弦同步信号余弦同步信号.下面是方波型交下面是方波型交交变频器一组触发脉冲器组成电路交变频器一组触发脉冲器组成电路第39页，本讲稿共41页第40页，本讲稿共41页 可见可见,A、B、C三相中的晶闸管的触三相中的晶闸管的触发信号为发信号为1200方波，要实现对三相零式方波，要实现对三相零式整流桥所组成的三相交整流桥所组成的三相交-交变频器的触发，交变频器的触发，需要需要6套触发器。相当庞大。套触发器。相当庞大。第41页，本讲稿共41页