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1、第4章 PWM交流变换电路,4.1 概述 4.2 单相交流调压电路 4.3 三相交流调压电路 *4.4 由半控型器件组成的直接变频电路 4.5 由全控型器件组成的直接变频电路,4.1 概述,将一种交流电能转换成具有另种参数交流电能的过程称为交流变换，凡能实现这种变换的电路泛称交流变换电路(AC/AC变换电路)。随着技术的发展，已拥有多种交流变换电路。,4.2 单相交流调压电路,4.2.1 理想条件下PWM交流调压电路的工作情况 4.2.2 双向功率开关的连接方式 4.2.3 网侧功率因数和载波频率的选择 4.2.4 控制栅压的非互补方式,4.2.1 理想条件下PWM交流调压电路的工作情况,1)
2、理想器件：电路中功率器件S1和S2具有理想特性：无损耗、无惯性、双向导电、开关状态的更迭均在瞬间完成。 2)理想电源：交流电源输出阻抗为零，电源电压为无畸变正弦波如图4-1b所示，按图示时间坐标有 3)理想负载：负载由理想元器件组成(包括电阻、电感和电容)。,图4-1 单相PWM交流调压电路 a)主电路结构 b)电量波形,4.2.1 理想条件下PWM交流调压电路的工作情况,1.电压增益及输出电压谐波含量,2.输入电流iN和输出电流i0,4.2.1 理想条件下PWM交流调压电路的工作情况,图4-2 单相PWM交流调压电路的电流频谱 a)输出电流 b)输入电流,3.感性负载下的电流频谱,4.2.2
3、 双向功率开关的连接方式,图4-3 单相交流调压电路双向功率开关的连接方式 a)双可控器件方式 b)单可控器件方式 c)带缓冲电路的单可控器件方式,4.2.3 网侧功率因数和载波频率的选择,提高载波频率(即频率比K)可提高输出电压和输入电流的最低次谐波值，使用小容量的输入和输出滤波器就可使输出电压和输入电流近似为正弦波，可见，网侧功率因数与负载功率因数相同；但K值越高，电路中器件的开关损耗越大，电路效率越低。因此要根据实际要求折衷选择频率比。,4.2.4 控制栅压的非互补方式,图4-4 采用非互补控制方式的单相IGBT PWM交流调压电路 a)主电路结构 b)f)电量波形,4.3 三相交流调压
4、电路,图4-5 三相IGBT PWM交流调压电路 a)主电路结构 b)电量波形,*4.4 由半控型器件组成的直接变频电路,4.4.1 理想条件下三相电流源SCR直接变频电路分析 4.4.2 同步电动机的调速方法 4.4.3 变频电路的换流过程分析,4.4.1 理想条件下三相电流源SCR直接变频电路分析,1.理想条件,图4-6 三相电流源SCR直接变频电路 1负载侧超前角形成电路 2电源侧延迟角形成电路 3信号合成电路 4电动机运行状态检测电路 5速度给定 M同步电动机 P位置检测器,4.4.1 理想条件下三相电流源SCR直接变频电路分析,图4-7 K1、=/3rad时变频电路的电量波形,2.电
5、路结构,4.4.1 理想条件下三相电流源SCR直接变频电路分析,图4-8 K1、=0时变频电路的电量波形,3.输出电压波形,4.4.2 同步电动机的调速方法,1.负载电压：根据理想条件，变频电路无内耗，设想在变频电路中存在一假想直流电压U，其位置与间接变频电路(AC-DC-AC变频电路)相仿。 2.同步电动机的调速方法：(1)改变磁通 (2)改变超前角 (3)改变延迟角,4.4.3 变频电路的换流过程分析,图4-9 换流期的等效电路 a)臂内换流 b)高速时臂间换流 c)低速时的臂间换流,4.4.3 变频电路的换流过程分析,图4-10 考虑换流过程时的电流波形 a)臂内换流 b)高速时臂间换流
6、,4.5 由全控型器件组成的直接变频电路,4.5.1 电压源双向型直接降频电路 4.5.2 电压源双向型直接变频电路 4.5.3 电流源双向型直接降频电路,4.5 由全控型器件组成的直接变频电路,图4-11 高频链逆变电路,4.5.1 电压源双向型直接降频电路,图4-12 控制信号时序,1.高频逆变电路,4.5.1 电压源双向型直接降频电路,图4-13 直接降频电路的电量波形,2.直接降频电路,4.5.1 电压源双向型直接降频电路,图4-14 图4-13中时区C的等效电路,4.5.1 电压源双向型直接降频电路,图4-15 图4-13中其他时区的等效电路,4.5.1 电压源双向型直接降频电路,图
7、4-16 带有源缓冲电路的直接降频电路,4.5.1 电压源双向型直接降频电路,图4-17 各种电路状态下的等效电路 a)= b)=0 c)=- d)=0,4.5.2 电压源双向型直接变频电路,图4-18 电压源双向型IGBT直接变频电路 a)主电路结构 b)e)电量波形,4.5.2 电压源双向型直接变频电路,1)两种电路均包含高频变压器HFB及其后续级直接降频电路， 该电路均采用单相零式全波电路结构，双向功率可控开关均用IGBT和快速二极管组成。 2)HFB前置级虽然都采用单相全桥结构，但功能却完全不同：在图4-11中这一级是逆变电路，将直流电能转换成高频电能；而图4-18a中这一级是直接升频
8、电路，将电网的交流电能直接转换成高频电能。 3)由于电路功能不同，图4-11中构成逆变桥臂的是IGBT与反并联二极管组成的不对称双向功率开关(正向可控，反向不控)；而图4-18中构成变频桥臂的是两个IGBT反并联(分别串联二极管)构成的对称双向功率开关(正反向均可控)。 4)上述区别，归根结蒂是输入电源不同，在逆变电路中，入端是直流电源；而在变频电路中，入端是交流电网。,4.5.3 电流源双向型直接降频电路,图4-19 电流源双向型直接降频电路 a)主电路结构 b)c)电量波形,4.5.3 电流源双向型直接降频电路,图4-20 图4-19c中各时区的等效电路 a)b)A时区 c)d)C时区 e)f)B时区,
