PWM整流在变频器中的应用.docx

摘要 随着调速系统不断的发展，通用变频器在生产实践中有广泛的应用。但是通用变频器的整流部分是不可逆的，这就决定了它在调速系统中的局限性。当电机处于再生制动状态时，再生制动的能量传到变频器的直流侧滤波电容上，产生泵升电压。常用外接制动电阻和制动单元吸收这部分能量，这种方法不仅浪费能源，有时也会产生副作用，并且随着国民经济的迅速发展，能源问题在当今受到了越来越多的关注，因此，为了解决这一问题，本文提出了将能量回馈到电网中去的可行实施方案。 首先对变频器的发展和现状进行了简要说明，接着对PWM整流器的工作原理进行了分析，建立了PWM整流器开关函数和占空比的状态方程，建立了PWM整流器在三相静止坐标系下的数学模型，利用坐标变换概念，使三相交流量转化为两相直流量，得到同步旋转坐标系下的简化数学模型，为控制系统设计提供了理论依据。 接着，建立了PWM整流器电流控制技术数学模型，为产品的实现提供了更可靠的理论依据。 最后，介绍含有PWM整流器的电压型变频器的主回路硬件设计,从而为实现四象限变频器提供比较全面的理论基础。 关键词：PWM整流器；变频器；Maltab； 第1章 前言 1.1 课题研究背景 随着世界经济的发展，大部分正在使用的能源终将消耗殆尽，如何节约能源和开发利用环保、可持续的新型能源成为我们必须解决的问题。因此，变频器能量回馈控制和整流谐波控制的研究也被提到了日程之上，而如今电力电子技术和变频调速技术迅速发展也为研究创造了条件。 1.1.1 变频器的发展 近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节约电能、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 我国变频器的发展大致可以以下几个阶段： = 1 \* GB1 ⒈变频器初始研制阶段 20世纪 70年代末到 80年代中，主要是机械部天津电气传动所（电压型）和机械部西安电力电子技术所（电流型），研制出产品，可靠性差，有很大的完善空间。 20世纪 80年代初，大连电机厂引进了日本东芝技术，装备出产品，有一定影响力。 = 2 \* GB1 ⒉通用变频器国外进口阶段 20世纪 80年代中到90年代末，十多年时间主要是引进国外变频器，最早的是日本三垦SVF型和日本富士G5/P5型，北京和深圳为最早推荐的两个城市，对钢铁、石油、石化、化工、化纤、供水等行业影响较大。接着，三菱、安川、东芝、松下、明电舍、 ABB、AB、西门子、丹佛斯、伦茨等相继进入中国，使通用变频器的应用更加广泛。这期间西门子、 ABB、AB、罗宾康、西技来克的高压变频器有了一定的应用。台湾普传、辽无一厂、深圳华为、成都佳灵、山东惠丰都研制出国产变频器。天传所和冶金自动化院研制出交-交变频装置。 = 3 \* GB1 ⒊通用和高压变频器大发展阶段 20世纪90年代末到现在是通用变频和高压变频器大发展阶段。这个阶段有 4个特点： （1）国外名牌全部进入中国并有部分在中国建厂； （2）电压型国产通用变频器有几百个厂家； （3）高压变频器除国外品牌外，出现了20多家国内品牌； （4）无论通用变频器或高压变频器技术都有相当大的提高，技术更臻成熟，使用领域更加广阔。 目前，变频器向着体积小型化，功率高密度化，工艺化方向发展。 1.1.2 制动单元在变频器中的应用 制动单元的作用是吸收电机的再生能量，利用电阻的发热特性，将电能转化成热能消耗掉。制动单元的工作过程如下： = 1 \* GB1 ⒈当电动机在外力作用下减速或者反转时，电动机以发电状态运行，产生再生能量。电动机处于发电状态，其产生的三相交流电被逆变部分六个续流二极管组成的全桥进行整流，使变频器内直流中间环节的直流电压升高。 = 2 \* GB1 ⒉直流电压达到使制动单元开0N的状态后，再生制动单元的功率开关管导通，电流流过制动电阻 = 3 \* GB1 ⒊制动电阻放出热量，吸收了再生能量，直流侧的电压降低。 = 4 \* GB1 ⒋直流侧的电压降低到使制动单元关断（OFF）的值时，再生制动单元的功率开关管关断，这时没有电流流过制动电阻。 当再生能量大时，再生制动单元的开关（ON/OFF）频率增高，使制动转矩增大，单位时间内电能转换为热能的数量增大。 1.1.3 PWM整流的提出 通用变频器大都为电压型交－直－交变频器。三相交流电首先通过二极管不控整流桥得到脉动直流电，再经电解电容滤波稳