[工学]电力拖动自动控制系统-63 for 2006.ppt

异步电机变压变频调速系统（VVVF系统）——转差功率不变型调速系统 电力拖动自动控制系统 6.3 电力电子变压变频器的主要类型 本 节 提 要 交-直-交变频装置 交-交变频装置 电压源型和电流源型逆变器 180°导通型和120°导通型 ? 引 言 如前所述，对于异步电机的变压变频调速，必须具备能够同时控制电压幅值和频率的交流电源，而电网提供的是恒压恒频的电源，因此应该配置变压变频器，又称VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）装置。 ? 引 言 最早的VVVF装置是旋转变频机组，即由直流电动机拖动交流同步发电机，调节直流电动机的转速就能控制交流发电机输出电压和频率。自从电力电子器件获得广泛应用以后，旋转变频机组已经无例外地让位给静止式的变压变频器了。 6.3 电力电子变压变频器的主要类型 从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为间接变频和直接变频两大类。 6.3.1 交-直-交和交-交变压变频器 1.交-直-交变压变频器 交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，如下图所示。 交-直-交变压变频器基本结构 6.3.1 交-直-交和交-交变压变频器 由于这类变压变频器在恒频交流电源和变频交流输出之间有一个“中间直流环节”，所以又称间接式的变压变频器。 具体的整流和逆变电路种类很多，当前应用最广的是由二极管组成不控整流器和由功率开关器件（P-MOSFET，IGBT等）组成的脉宽调制（PWM）逆变器，简称PWM变压变频器，如下图所示。 交-直-交PWM变压变频器基本结构 交-直-交PWM变压变频器基本结构 PWM变压变频器的应用之所以如此广泛，是由于它具有如下的一系列优点： 交-直-交PWM变压变频器基本结构 2）输出电压波形虽是一系列的PWM波，但由于采用了恰当的PWM控制技术，正弦基波的比重较大，影响电机运行的低次谐波受到很大的抑制，因而转矩脉动小，提高了系统的调速范围和稳态性能。 交-直-交PWM变压变频器基本结构 3）逆变器同时实现调压和调频，动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响，系统的动态性能也得以提高。 交-直-交PWM变压变频器基本结构 4）采用不可控的二极管整流器，电源侧功率因素较高，且不受逆变输出电压大小的影响。 6.3.1 交-直-交和交-交变压变频器 PWM变压变频器常用的功率开关器件有：P-MOSFET，IGBT，GTO和替代GTO的电压控制器件如IGCT、IEGT等。 受到开关器件额定电压和电流的限制，对于特大容量电机的变压变频调速仍只好采用半控型的晶闸管（SCR），并用可控整流器调压和六拍逆变器调频的交-直-交变压变频器，见下图。 普通交-直-交变压变频器的基本结构 6.3.1 交-直-交和交-交变压变频器 交-交变压变频器的基本结构如下图所示，它只有一个变换环节，把恒压恒频（CVCF）的交流电源直接变换成VVVF输出，因此又称直接式变压变频器。 有时为了突出其变频功能，也称作周波变换器（Cycloconveter）。 交-交变压变频器的基本结构 交-交变压变频器的基本结构 交-交变压变频器的基本电路结构 交-交变压变频器的控制方式 整半周控制方式 交-交变压变频器的控制方式1 整半周控制方式 正、反两组按一定周期相互切换，在负载上就获得交变的输出电压 u0 ， u0 的幅值决定于各组可控整流装置的控制角 ? ， u0 的频率决定于正、反两组整流装置的切换频率。如果控制角一直不变，则输出平均电压是方波。 交-交变压变频器的控制方式2 ? 调制控制方式 要获得正弦波输出，就必须在每一组整流装置导通期间不断改变其控制角。 例如：在正向组导通的半个周期中，使控制角 ? 由?/2（对应于平均电压 u0 = 0）逐渐减小到 0（对应于 u0 最大），然后再逐渐增加到 ?/2（ u0 再变为0），如下图所示。 6.3.1 交-直-交和交-交变压变频器 当?角按正弦规律变化时，半周中的平均输出电压即为图中虚线所示的正弦波。对反向组负半周的控制也是这样。 单相交交变频电路输出电压和电流波形 三相交交变频电路 三相交交变频电路可以由3个单相交交变频电路组成，其基本结构如下图所示。 如果每组可控整流装置都用桥式电路，含6个晶闸管（当每一桥臂都是单管时），则三相可逆线路共需36个晶闸管，即使采用零式电路也须18个晶闸管。 三相交交变频器的基本结构 输出星形联结方式三相交交变频电路 6.3.1 交-直-交和交-交变压变频器 因此，这样的交-交变压变频器虽然在结构上只有一个变换环节，省去了中间直流环节，看似简