交流变频技术与变流器工作原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,追求 超越 创新,营销中心 售后服务部,金长松（）,1,交流变频技术与变流器工作原理,2,变流器分类,交流的变流器可以基本分为两大类：,不带中间环节的变流器：交交变流器,带中间环节的变流器： 交直交变流器,带中间环节的变流器根据中间环节的不同可分为：,电压型中间环节的交直交变流器,电流型中间环节的交直交变流器,目前在轨道交通领域主要应用的是电压型中间环节的交直交变流器。,在电压型中间环节的交直交变流器中根据输出电平的个数不同可分为两点式的交直交变流器和三点式的交直交变流器。,3,斩波技术原理,U,d,u,O,K,R,U,O,t,on,t,off,T,预备知识斩波技术,4,降压斩波电路,U,d,V,R,L,U,O,T,VD,L,A,B,u,B,u,A,若电感和电容量足够大，电路进入稳态后，输出电压近似为恒定值,U,O,，电感储能在一个周期内增量和减量相等，,t,on,t,off,i,L,则,预备知识斩波技术,5,升压斩波电路,U,d,V,R,L,U,O,T,VD,L,A,B,u,B,u,A,若电感和电容量足够大，电路进入稳态后，输出电压近似为恒定值,U,O,，电感储能在一个周期内增量和减量相等，,t,on,i,L,在,t,off,区间，输出电压是由电源电压与电感叠加形成的，在,t,on,区间，由于,V,的短路，电感储能，输出电压由电容,C,稳定。,C,预备知识斩波技术,6,四象限脉冲整流器工作原理,做为四象限脉冲整流器，首先，对其牵引变压器是有,一定要求的。它必须具有比较大的漏抗。所以，我们可以,理解为在牵引变压器里集成了一个大的电抗器。,当如右表中指示的电源短接回路开通时，牵引变压器,内的电流没有经过负载，直接从变压器的正极流入负极，相当于讲电源短接了。此时变压器内的能量向电抗器内转移，即流过电抗器的电流越能来越大。当控制相应的开关元器件关断时，电抗器两端就感应出一个很高的电压，这个电压和变压器的电压叠加起来，通过整流回路向中间回路充电，这就是为什么变压器的次边电压等级低于中间回路，却能向中间回路充电的原因。这样做虽然增加了控制难度，但却比相控整流对电网的不利影响要小的多，更重要的是可以方便的实现回馈制动。,7,逆变技术的典型电路单相电压型逆变电路,u,O,U,d,+,-,U,d,u,O,V1,V2,V3,V4,V1V4,开通,V2V3,开通,V1V4,开通,预备知识逆变技术,8,逆变技术的典型电路三相,电压型,逆变电路,U,d,+,-,U,d,u,UN,V1,V2,V3,V4,V5,V6,u,VN,u,WN,U,d,U,d,3,1,2,3,180,导通角,612,123,234,345,456,561,预备知识逆变技术,9,逆变技术的典型电路三相,电流型,逆变电路,I,d,+,-,I,d,i,U,V1,V2,V3,V4,V5,V6,i,V,i,W,I,d,120,导通角,12,23,34,45,56,61,-I,d,10,脉宽调制技术,PWM,通过控制半导体开关器件的通断时间，在输出端获得幅度相等而宽度可调的输出波（称,PWM,波形），从而实现控制输出电压的大小和来改善输出波形的一种技术。,SPWM,正弦波脉宽调制,预备知识脉宽调制技术,11,SPWM,波形原理,u,u,O,2,2,面积相等,等效,预备知识脉宽调制技术,12,SPWM,调制方式单极型调制,u,O,三角载波,正弦调制波,只要改变调制波的频率即可变频,改变调制波的幅值，可得到不同的输出电压,u,R,u,C,预备知识脉宽调制技术,13,SPWM,调制方式双极型调制,u,O,三角载波,正弦调制波,u,R,u,C,u,g14,u,g23,预备知识脉宽调制技术,14,交直交变流器,整,流,器,中,间,环,节,逆,变,器,M,3,控制电路,15,两点式变流器和三点式变流器,两点式变流器（两电平逆变器）：,每个开关器件关断时承受的电压为直流侧电压。,输出以电源中点为基准，有, Ud/2,两种电平。以电机中点为基准，相电压为,6,阶梯波。一个周期有,23=8,个状态。,三点式变流器（三电平、中点钳位型）：,每个开关器件关断时所承受的电压仅为直流侧电压的一半。直流耐压值大大提高。,输出以电源中点为基准，有, Ud/2,和,0,三种电平。以电机中点为基准，相电压为,12,阶梯波。一个周期有,33=27,个状态,。,谐波大大减少。,16,两点式变流器和三点式流频器,U,d,+,-,V1,V4,两点式电路,三点式电路,简化图形,简化图形,17,三点式电路工作原理,V1,V2,V3,V4,V1,、,V2,导通，,V3,、,V4,关断,0,+Ud/2,-Ud/2,+Ud/2,18,三点式电路工作原理,V1,V2,V3,V4,V2,、,V3,导通，,V1,、,V4,关断,实际,V2,、,V3,不会同时导通，取决于负载电流的方向。,0,+Ud/2,-Ud/2,0,19,三点式电路工作原理,V1,V2,V3,V4,V1,、,V2,关断，,V3,、,V4,导通,0,+Ud/2,-Ud/2,-Ud/2,20,三点式电路工作原理,V1,V2,V3,V4,0,+Ud/2,-Ud/2,+Ud/2,-Ud/2,U,O,21,电力机车的两点式电压型交直交牵引变流器结构,电压型交直交变流器一般都包含有三个部分：,四象限脉冲整流器,电压型的中间直流环节,VVVF,逆变器,22,电力机车的三点式电压型交直交牵引变流器,DCPT1,DCPT2,IM11,IM12,IM13,IM14,牵引变压器二次侧单相交流电,直流电源侧,可调三相交流电,W,V,U,U,V,W,电容预备充电用电源,过电压抑制晶闸管单元,接地检测,四台牵引电机,滤波电容,过电压抑制电阻器,23,内燃机车的两点式电压型交直交牵引逆变器工作原理,机车运行时，由柴油机直接驱动同步主发电机，该发电机由微机励磁系统进行励磁，发出三相交流电，送入整流器，整流器将三相交流电整流为直流电，该直流电由逆变模块逆变为三相变频变压的交流电，供给三相异步牵引电动机。,机车牵引时，逆变器控制系统控制异步电动机的定子磁链的旋转速度大于转子磁链的旋转速度，使得电机运行在电动机工况，能量从逆变器流向牵引电动机，通过牵引齿轮使动轮转动，从而驱动机车前进或后退。 ，,机车进行电阻制动时，逆变器控制系统控制异步电动机的定子磁链的旋转速度小于转子磁链的旋转速度，使得电机运行在发电机工况，能量从牵引电动机流向逆变器，通过开通逆变器内的斩波模块，将能量消耗在制动电阻上，以热能的形式消耗。,24,优越的运行性能,显著的节能效果,解决了对信号和通信设备的干扰,运营成本低,良好的可靠性和维护性,交流传动技术是实现现代重载和高速电力牵引的基础,交流传动在电力牵引领域的巨大影响,25,谢谢！,26,