华东交通大学动车组牵引技术第6章牵引变流器.ppt

第三节 逆变电路 逆变的概念 逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变。 交流侧接负载，为无源逆变。 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。 一、无源逆变电路的基本工作原理 图5-1 逆变电路及其波形举例 负载 a) S 1 S 2 S 3 S 4 i o u o U d S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。 S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。 直流电 交流电 逆变电路最基本的工作原理 ——改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。 图5-1 逆变电路及其波形举例 a) b) t u o i o t 1 t 2 电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。 阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同。 二、 电压型逆变电路 1）逆变电路的分类 —— 根据直流侧电源性质的不同 电压型逆变电路——又称为电压源型逆变电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI 直流侧是电压源 （即电容） 电流型逆变电路——又称为电流源型逆变电路 Current Source Type Inverter-VSTI 直流侧是电流源 （即电感） 2）电压型逆变电路的特点 图5-5 电压型全桥逆变电路 (1)直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。 (2)输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。 (3)阻感负载时需提供无功功率。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。 n=6k±1 负载已知时，可由uUN波形求出iU波形。 一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似。 桥臂1、3、5的电流相加可得直流侧电流id的波形，id每60°脉动一次，直流电压基本无脉动，因此逆变器从交流侧向直流侧传送的功率是脉动的，电压型逆变电路的一个特点。 防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源短路，应采取“先断后通” 思考： 负载如何得到电压可调，频率可调出交流电？ SPWM逆变器： 以期望得到的正弦波为调制波，以等腰三角波为载波，通过其交点控制各个管子的导通与关断。通过控制调制波的幅值和频率可以控制输出交流电的频率和幅值。 交流传动机车主电路 休 息 一 下 * * ?数量关系 （2-15） 晶闸管移相范围为90?。 晶闸管导通角，均为180?。 变压器二次侧电流i2的波形为正负各180?的矩形波，其相位由a角决定，有效值I2=Id。 控制段数越多，在相同的输出电压比的情况下，功率因数越高。 段数多的负面影响是主电路复杂，元件数量越多，控制越复杂。 采用四段半控桥已具有比较好的功率因数，多于四段控制的经济意义不大。 四、多段桥顺序控制 目的：改善机车的功率因数，降低谐波干扰。 1、二段半控桥式整流电路（6G） 第一调节区：ＲＭ２闭锁（α2=180o），ＲＭ１的T1、T2被触发逐渐开放，ＲＭ２的D3和Ｄ４续流，Ud由0～450V调节； 第二调节区：ＲＭ1满开放（ α1=0o ）， ＲＭ２逐渐开放， Ud由450～900V调节； 第二阶段： 2、三段不等分桥式整流电路 工作原理: X A x2 a2 x1 a1 u d 2 u d o 1/4 1/4 1/2 3、四段经济桥式整流电路 第一阶段：控制T1T2。 第二阶段：满开放T1T2,控制T3T4。 第三阶段：满开放T5T6,控制T1T2。 第四阶段：满开放T1T2、T5T6，控制T3T4。 X A x2 a2 x1 a1 u d 2 u d o 1/4 1/4 1/2 两电平四象限整流器-除了CRH2、CRH380的交流传动机车都采用此结构 五、两电平四象限脉冲整流器 为了抑制电力电子装置产生的谐波，其中一种方法就是对整流器本身进行改进，使其尽量不产生谐波，且电流与电压同相位，一般均采用PWM整流技术。对电压型整流器，将整流器通过电抗器与电源相连，对整流器各开关器件施加适当的PWM控制，就可对整流器网侧交流电流的大小和相位进行控制，不仅可以实现交流电流接近于正弦波，而且可使交流电流的相位于电源电压同相，使系统总功率因数接近1. 1、单相PWM整流电路理论基础 UN表示电网电压，为正弦交流电。 US为负载电压 LS为变压器电抗。 IS为网侧电流，只要波形为正弦且与电压同步，则功率因数可达1. 由上式可知，调节US的大小，就可调节IS的大小和相位，使其与UN保持一致。PWM整流器的原理就是采用PW