牵引变流器控制讲解

1 5
s
in5
1t
1 7
s
in7
1t
1 11
s
in1
1
1t
)
U AB
23
Ud [sin1t
1 5
s
in51t
1 7
s
in71t
1 11
s
in111t
)
8
第三章 牵引变流器
逆变器的基本原理
逆变器的负载是异步电动机，属电感性负载。当逆变器 以六阶波电压对电机供电时，其电流波形在负载电感的作用 下将趋于平滑，其平滑程度将与六阶波电压的频率有关。
而当电压频率较低时，六阶波电压波形延续时间相对变 长，绕组电感只能在电压阶跃变化的一个较短暂时间内对电 流起滞后作用，电流波形将与电压波形接近。
频率愈低，电流波形也愈接近六阶波，其中的高次谐波 电流成分也愈多，必将增大异步电动机的附加转矩和损耗， 恶化异步电动机的运转性能，高次谐波电流引起的电磁波会 对通讯发生干扰。
1234 5 61 23 脉冲顺序
导通 VT 1 VT 2 VT 3 VT 4 VT 5 VT 6 VT 1 VT 2 VT 3 关断 VT 4 VT 5 VT 6 VT 1 VT 2 VT 3 VT 4 VT 5 VT 6
UA
（a）
VT 1
VT 1
VT 4 UB
（b）
VT 3
VT 6
VT 6
UC
（c） VT 5
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第三章 牵引变流器
一、正弦脉宽调制逆变器的基本原理
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第三章 牵引变流器
脉宽调制（SPWM）逆变器的基本原理
1964年，德国的A.Schonung等人率先提出了脉宽调制 变频的思想，他们把通信系统中的调制技术推广应用于交流 变频器，用这种技术构成的PWM逆变器基本上解决了六阶 波变频器中存在的问题。
逆变器的功率开关器件按一定规律控制其导通或关断， 使输出端获得一系列宽度不等的矩形脉冲电压波形。通过改 变矩形脉冲的不同宽度可以控制逆变器输出交流基波电压的 幅值，通过改变调制周期可以控制其输出频率，从而同时实 现变压和变频。
U AO
1 2
2 0
U
2 AO
dt
1 2
Ud 3
2
4 3
2Ud 3
2
2 3
2 3 Ud 0.471Ud
U AB
1
2
2 0
U
2 AB
d
t
1 2
Ud 3
2
2 3
U
d
2
2 3
2
U 3
d
0.816Ud
利用富氏级数对相电压和线电压进行谐波分析，表示为
U AO
2
Ud [sin1t
+
ZA
ZC
+ ZA
+
ZA
ZB
+ ZB
+
ZB
ZC
ZB -
ZB
ZC
-
ZC -
ZA
ZC
-
ZA -
图3—9 三相逆变器各阶段的等效电路（ 180°导通型）
+ ZC
ZA
ZB
-
6
第三章 牵引变流器
逆变器的基本原理
例如，在0~60°范围内，VT1、 VT5、VT6同 时导通 ， VT2、VT3、VT4同时关断，则此时电机绕组的各相等效阻抗 中 的 ZA 与 ZC 并 联 ， 再 与 ZB 串 联 。 假 定 三 相 负 载 对 称 ， 则 ZA=ZB=ZC=Z，此时ZA、ZC上的相电压应相等，即
动车组传动与控制
牵引变流器
第三章 牵引变流器
交-直-交变压变频装置
该类变压变频装置先将恒压恒频（CVCF）的交流电通 过整流器变成直流电，再经过逆变器将直流电变换成可控频 率和电压的交流电，其主要构成环节如下：
AC ～ 50Hz
整流
DC
AC
逆变
恒压恒频 （CVCF）
中间直流环节
图3-1 交-直-交变压变频装置
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第三章 牵引变流器
逆变器的基本原理
在同一桥臂上、下两管 之间互相换相，这时每个晶 闸管在一个周期中的导通 180° 电 角 ， 其 它 各 相 也 是 如此，只不过三相对应元件 相 差 120° 电 角 轮 流 导 ， 使 VT1~VT6各元件每隔60°电 角轮换导通，在每一时刻都 有三个元件同时导通。
变压变频 （VVVF）
2
第三章 牵引变流器
第一节 逆变器的基本原理
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第三章 牵引变流器
逆变器的基本原理
图 3—7 三相逆变器主电路
逆变器一般接成三相桥 式电路，以便输出三相交流 变频电源。左图中仅给出组 成逆变器所必须的6个电力电 子 开 关 器 件 VT1~VT6 。 在 每 个周期中，控制各个器件轮 流导通和关断，可使输出端 得到三相交流电压，改变开 关管导通和关断的时间，即 可得到不同的输出频率。
U AO
ZB上的相电压为：
U CO
Z
Z 2
2Z
Ud
1 3 Ud
Z
2
U BO UOB Z 2 Z Ud 3 Ud
由图3-8可见，在每个周期内，相电压波形由六个阶梯
状波形组成（常称六阶波）。
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第三章 牵引变流器
逆变器的基本原理
根据相电压的六阶波形和线电压的矩形波形可以求出电 压的有效值，即
uAO
uAO
ωt
ωt
iAO
iAO
wenku.baidu.com
ωt
ωt
（a）
（b）
图3—10 六阶波电压下的电流波形
（a）高频时电流波形
（b）低频时电流波形
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第三章 牵引变流器
逆变器的基本原理
当电压频率较高时，异步电动机定子绕组电感对电流的 滞后作用相对突出，因此将获得接近正弦形的电流波形。这 样便可大大消除阶梯状电压波形带来的不利影响，可使异步 电动机正常运行。
VT 5
UAO （d）
VT 2
U 2
3
d1 3
Ud
ωt
ωt ωt ωt ωt
UBO （e）
UCO （f）
图
ωt
3
︱
8
ωt
UAB
（g）
+Ud
5
ωt
第三章 牵引变流器
逆变器的基本原理
若将每一时刻逆变器各晶闸管元件的开关情况以一等效 （元件开通时认为短路，元件断开时认为断路）电路表示， 则很容易得到任一时刻的相、线电压，从而绘出相、线电压 波形。
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第三章 牵引变流器
第二节 正弦脉宽调制（SPWM）控制技术
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第三章 牵引变流器
传统变流技术的弊端
在以往的交-直-交变压变调速系统中为了获得变频调速所 要求的电压频率协调控制，交-直流整流器必须是相控的，且 在调速时须同时控制整流器和逆变器，如此就带来了一系列 的问题。主要是： （1）主电路有两个须控制的功率环节，相对来说比较复杂； （2）由于中间直流环节有滤波电容或电抗器等大惯性储能元 件存在，使系统的动态响应缓慢； （3）由于整流器为相控的，使供电电源的功率因数随变频装 置输出的频率的降低（电压也随之降低）而变差，并产生高 次谐波电流； （4）逆变器输出为六阶波交流电压（电流），在交流电动机 中形成较多的各次谐波，从而产生较大的脉动转矩，影响电 机的稳定工作，低速时尤为严重。