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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,*,第2,章,章,电,电,力,力,变,变,换,换,电,电,路,路,与,与,控,控,制,制,主,讲,讲,：,：,张,张,丽,丽,霞,霞,中,国,国,石,石,油,油,大,大,学,学,信,息,息,与,与,控,控,制,制,工,工,程,程,学,学,院,院,电,力,力,变,变,换,换,通,通,常,常,由,由,电,电,力,力,电,电,子,子,电,电,路,路,实,实,现,现,，,，,可,可,分,分,为,为,四,四,大,大,类,类:,交,流,流,变,变,直,直,流,流AC/DC,直,流,流,变,变,直,直,流,流DC/DC,直,流,流,变,变,交,交,流,流DC/AC,交,流,流,变,变,交,交,流,流AC/AC,本,章,章,重,重,点,点,：,：四,类,类,变,变,换,换,的,的,典,典,型,型,电,电,路,路,及,及,其,其,控,控,制,制,方,方,法,法,2.1,交,交,流,流-,直,直,流,流,变,变,换,换,电,电,路,路,2.1.1,单,单,相,相,可,可,控,控,整,整,流,流,电,电,路,路,单,相,相,半,半,波,波,可,可,控,控,整,整,流,流,电,电,路,路,及,及,波,波,形,形,带,阻,阻,感,感,负,负,载,载,的,的,单,单,相,相,半,半,波,波,可,可,控,控,整,整,流,流,电,电,路,路,及,及,波,波,形,形,比,带,带,电,电,阻,阻,负,负,载,载,时,时,平,平,均,均,值,值,减,减,小,小,单,相,相,桥,桥,式,式,全,全,控,控,整,整,流,流,电,电,路,路,带,阻,阻,感,感,负,负,载,载,时,时,的,的,电,电,路,路,及,及,波,波,形,形,当,负,负,载,载,为,为,蓄,蓄,电,电,池,池,、,、,直,直,流,流,电,电,动,动,机,机,的,的,电,电,枢,枢,2.1.2,三,三,相,相,可,可,控,控,整,整,流,流,电,电,路,路,开,关,关,导,导,通,通,情,情,况,况,依,依,次,次,为,为,：,：,三,相,相,桥,桥,式,式,全,全,控,控,整,整,流,流,电,电,路,路,原,原,理,理,图,图,三,相,相,桥,桥,式,式,全,全,控,控,整,整,流,流,电,电,路,路,带,带,阻,阻,感,感,负,负,载,载,=0,时,的,的,波,波,形,形,为,变,变,压,压,器,器,二,二,次,次,侧,侧,线,线,电,电,压,压,的,的,有,有,效,效,值,值,2.1.3,三,三相桥整流,电,电路的有源,逆,逆变工作状,态,态,三相桥式整,流,流电路工作,于,于有源逆变,状,状态时的电,压,压波形,2.1.4,整,整流电路的,功,功率因数和,谐,谐波,(2)三相,桥,桥式全控整,流,流电路,通常电力系,统,统中装设的,并,并联补偿电,容,容器，可对,相,相移功率因,数,数,DPF,进行校正，,但,但畸变所引,起,起的功率因,数,数降低则只,能,能通过减小,谐,谐波含有率,得,得到改善。,2.1.5,交,交流电感对,换,换相的影响,由于换相的,影,影响，交流,侧,侧电流波形,将,将发生变化,，,，这会对功,率,率因数以及,注,注入交流系,统,统的谐波电,流,流产生影响,。,。,2.1.6,双,双三相桥,式,式整流电路,变压器接线,方,方式不同时,电,电网侧电流,波,波形,将上述两组,不,不同的变压,器,器组合起来,，,，其电网侧,的,的总电流中,将,将不再含有5、7、17、19等,次,次数的谐波,，,，而只含有12k1,次,次的特征谐,波,波，即为12脉动整流,，,，如图(c)所示，,2.2 直,流,流-直流变,换,换电路,将一种幅值,直,直流电压变,换,换成另一幅,值,值固定或大,小,小可调的可,控,控直流电压,的,的过程称为,直,直流-直流,电,电压变换。,由,由于这类变,换,换的基本原,理,理是利用开,关,关器件对输,入,入电压波形,周,周期性地“,斩,斩切”，因,此,此也常称为,斩,斩波器。,主要内容：,降压型(Buck)变,换,换器、,升压型(Boost),变,变换器,升降压(Buck-Boost),变,变换器,全桥直-直,变,变换器,DC/DC 变换器的分类,降压变换器,电,电路原理图,连续电流下,对,对应的波形,(1)连续,电,电流工作方,式,式,2.2.1,降,降压型变,换,换器,2)电流临,界,界连续工作,方,方式,(3)间断,电,电流方式。,由于应用场,合,合不同，降,压,压变换器有,两,两种工作方,式,式：,输入电压,不,不变的间断,电,电流工作方,式,式：,当降压变换,器,器应用于直,流,流电机调速,时,时，输入电,压,压保持不变,，,，而输出电,压,压通过调节,占,占空比来控,制,制,。,输出电压,不,不变的间断,电,电流工作方,式,式。,在许多应用,场,场合，如直,流,流开关电源,，,，则需要保,持,持输出电压,不,不变，而输,入,入电压由于,电,电网的波动,会,会有所变化,，,，通过调节,占,占空比保持,输,输出电压。,(4)选择,合,合适的低通,滤,滤波器截止,频,频率 ，,使,使,，,，可大,大,大减少输出,电,电压纹波。,2.2.2,升,升压型变换,器,器,升压变换器,电,电路结构如,图,图所示，它,主,主要用于直,流,流稳压电源,和,和直流电机,的,的再生制动,。,。,升压变换器,电,电路原理,2.2.3升,降,降压,型,型变,换,换器,主要,应,应用,于,于要,求,求相,对,对输,入,入电,压,压的,公,公共,端,端为,负,负极,性,性、,输,输出,电,电压,可,可高,于,于或,低,低于,输,输入,电,电压,的,的直,流,流稳,压,压电,源,源,升降,压,压变,换,换器,电,电路,原,原理,2.2.4,全桥,直,直-,直,直变,换,换器,上图,为,为全,桥,桥开,关,关型,变,变换,器,器电,路,路图,，,，主,要,要应,用,用于,：,：,(1)直-直(幅,值,值极,性,性),变,变换,，,，用,于,于直,流,流电,机,机的,驱,驱动,。,。,(2)直-交(正,弦,弦波,形,形),变,变换,，,，用,于,于单,相,相交,流,流不,间,间断,电,电源,。,。,(3)直-交(中,高,高频,率,率),变,变换,，,，用,于,于变,压,压器,隔,隔离,式,式直,流,流开,关,关电,源,源等,。,。,全桥,直,直一,直,直换,流,流器,电,电路,单极,性,性电,压,压开,关,关脉,宽,宽调,制,制方,式,式,双极,性,性电,压,压开,关,关脉,宽,宽调,制,制方,式,式,思考,：,：逆,变,变；,有,有源,逆,逆变,；,；无,源,源逆,变,变。,2.3,直,直流,一,一交,流,流变,换,换电,路,路,电压源,逆,逆变器,电流源,逆,逆变器,四象限,工,工作情,况,况,反并联,二,二极管,逆变器,输,输出瞬,时,时电压,和,和电流,曲,曲线,无论逆,变,变器输,出,出是方,波,波还是,正,正弦，,在,在负载,为,为感性,或,或容性,负,负载时,，,，其输,出,出电压,滞,滞后或,超,超前电,流,流。因,此,此，在,任,任意时,刻,刻（除,阻,阻性负,载,载）其,输,输出功,率,率的瞬,时,时值有,正,正有负,。,。正的,输,输出功,率,率表明,逆,逆变器,输,输出功,率,率，即,能,能量从,逆,逆变器,输,输入向,负,负载传,输,输；负,的,的输出,功,功率表,明,明逆变,器,器工作,于,于整流,状,状态，,从,从负载,向,向逆变,器,器反馈,能,能量。,因,因此逆,变,变器必,须,须能够,工,工作在,四,四个象,限,限才能,适,适应各,种,种不同,的,的负载,情,情况。,在第一,象,象限，,逆,逆变器,输,输出电,压,压和电,流,流均为,正,正，逆,变,变器输,出,出能量,；,；在第,三,三象限,，,，逆变,器,器输出,电,电压和,电,电流均,为,为负，,逆,逆变器,输,输出能,量,量；即,在,在1、4象限,，,，逆变,器,器工作,在,在逆变,状,状态。,在,在第二,象,象限，,逆,逆变器,输,输出电,压,压为负,，,，电流,为,为正，,逆,逆变器,从,从负载,向,向逆变,器,器反馈,能,能量；,在,在第三,象,象限，,逆,逆变器,输,输出电,压,压为正,，,，电流,为,为负，,逆,逆变器,从,从负载,向,向逆变,器,器反馈,能,能量。,即,即在2,、,、3象,限,限，逆,变,变器工,作,作在整,流,流状态,。,。,为了使,逆,逆变其,能,能够在,四,四个象,限,限工作,，,，功率,开,开关管,反,反并联,一,一个二,极,极管即,可,可实现,。,。,逆变器,波,波形指,标,标,1）谐,波,波因子,（,（HarmonicFactor）,第n次,谐,谐波因,子,子,HF,n,定义为,第,第n次,谐,谐波分,量,量有效,值,值同基,波,波分量,有,有效之,值,值比，,即,即,2）总,谐,谐波（,畸,畸变）,因,因子,THD,(Totalharmonicdistortionfactor),该参数,表,表征了,一,一个实,际,际波形,同,同基波,分,分量的,接,接近程,度,度。输,出,出为理,想,想正弦,波,波的THD为,零,零。,3）畸,变,变因子,（,（Distortionfactor,）,）,总谐波,因,因子指,示,示了总,的,的谐波,合,合量，,但,但它并,不,不能告,诉,诉我们,每,每一个,谐,谐波分,量,量的影,响,响程度,，,，畸变,因,因子定,义,义：,对于第,次,次谐波,的,的畸变,因,因子定,义,义如下,：,：,逆变器,单相逆变,三相逆变,方波,脉宽调制,方波,脉宽调制,1、电,路,路结构,及,及原理,(1),相,相半桥,电,电压型,逆,逆变电,路,路,相半桥,电,电压型,逆,逆变电,路,路及其,工,工作波,形,形,(2),单,单相全,桥,桥逆变,电,电路,单相全,桥,桥逆变,电,电路下,图,图所示,，,，有四,个,个功率,管,管、四,个,个反并,联,联二极,管,管组成,，,，其控,制,制方式,有,有双极,性,性控制,、,、受限,双,双极性,控,控制和,移,移相控,制,制三种,。,。,电压型,逆,逆变电,路,路举例(全桥,逆,逆变电,路,路),全桥电,路,路受限,双,双极性,控,控制方,式,式工作,波,波形,全桥电,路,路移相,控,控制方,式,式的工,作,作过程,三相电,压,压型桥,式,式逆变,电,电路,2、PWM控,制,制的基,本,本原理,面积等,效,效原理,：,：冲量,相,相等而,形,形状不,同,同的窄,脉,脉冲加,在,在具有,惯,惯性的,环,环节上,时,时，其,效,效果基,本,本相同,。,。,冲量：,窄,窄脉冲,的,的面积,。,。,效果：,环,环节的,输,输出响,应,应波形,。,。,即：如,果,果把各,输,输出波,形,形用傅,里,里叶变,换,换分析,，,，则其,低,低频段,非,非常接,近,近，仅,在,在高频,段,段略有,差,差异。,形状不,同,同而冲,量,量相同,的,的各种,窄,窄脉冲,PWM,逆,逆变电,路,路的实,质,质是依,靠,靠调节,脉,脉冲宽,度,度改变,输,输出电,压,压，通,过,过改变,调,调制周,期,期达到,改,改变输,出,出频率,的,的目的,。,。,要改变,等,等效输,出,出正弦,波,波的幅,值,值时，,只,只要按,照,照同一,比,比例系,数,数改变,上,上述各,脉,脉冲的,宽,宽度即,可,可。,实用的PWM,逆,逆变装,置,置由3,部,部分组,成,成：直,流,流电源,、,、中间,滤,滤波环,节,节和逆,变,变电路,。,分类：,(1)根,据,据调制脉,冲,冲的极性,，,，可分为,单,单极性和,双,双极性调,制,制两种。,(2)根,据,据载频信,号,号和基准,信,信号的频,率,率之间的,关,关系，可,分,分为同步,调,调制和异,步,步调制两,种,种。,(3)根,据,据基准信,号,号的不同,，,，可分为,矩,矩形波脉,宽,宽调制和,正,正弦波脉,宽,宽调制等,。,。,矩形波脉,宽,宽调制法,：,：输出脉,冲,冲列是等,宽,宽的，只,能,能控制一,定,定次数的,谐,谐波；,正弦波脉,宽,宽调制法,：,：输出脉,冲,冲列是不,等,等宽的，,宽,宽度按正,弦,弦规律变,化,化，故输,出,出电压的,波,波形接近,正,正弦波。方案：SPWM,3、PWM逆变电,路,路及其控,制,制方法,(1),单相桥式,单相桥式PWM逆,变,变电路,单极性.PWM控,制,制方式波,形,形,双极性PWM控制,方,方式波形,单极性PWM波形,谐,谐波畸变,低,低于双极,性,性,(2)三,相,相桥式PWM逆变,电,电路,三相桥式PWM逆,变,变电路,三相桥式PWM逆,变,变电路波,形,形,为了防止,上,上、下2,个,个臂直通,而,而造成短,路,路，在给,一,一个臂施,加,加关断信,号,号后，再,延,延迟某一,时,时间，才,给,给另一个,臂,臂施加导,通,通信号。,延,延迟时间,的,的长短取,决,决于开关,器,器件的关,断,断时间。,但,但这个延,迟,迟时间对,输,输出的PWM波形,将,将带来一,定,定影响，,使,使其与正,弦,弦波产生,偏,偏离。,3、异步,调,调制和同,步,步调制,(1)异,步,步调制：,载,载波信号,和,和调制信,号,号不保持,同,同步关系,的,的调制方,式,式,(2)同,步,步调制：,载,载波比等,于,于常数，,并,并在变频,时,时使载波,信,信号和调,制,制信号保,持,持同步的,调,调制方式,(3)分,段,段同步调,制,制：同步,调,调制和异,步,步调制结,合,合起来，,构,构成分段,同,同步调制,方,方式，即,把,把逆变电,路,路的输出,频,频率范围,划,划分成若,干,干个频段,，,，每个频,段,段内都保,持,持载波比,为,为恒定，,不,不同频段,的,的载波比,不,不同。各频段的,载,载波比取3的整数,倍,倍且为奇,数,数为宜。,4、PWM控制技,术,术,自然采样,法,法,规则,采,采样法,特,特定谐波,消,消去法,4、PWM控制技,术,术,(1)自,然,然采样法,。,。,按照SPWM控制,的,的基本原,理,理，,在正弦波,和,和三角波,的,的自然交,点,点,时刻，控,制,制功率开,关,关器件的,通,通,断，这种,生,生成SPWM波形,的,的方,法，称为,自,自然采样,法,法。,要准确生,成,成SPWM波形，,就,就应,准确地计,算,算出正弦,波,波和三角,波的交点,。,自然采样,法,法,(2)规,则,则采样法,包括对称,和,和不对称,规,规则采样,法,法,对称和不,对,对称规则,采,采样法,对于对称,规,规则采样,法,法，以三,角,角波负半,周,周角平分,线,线与正弦,波,波交点作,为,为采样点,，,，过此点,作,作平行线,，,，该平行,线,线与三角,波,波在内,有,有两个交,点,点，此两,个,个交点即,脉,脉冲的开,通,通时刻和,关,关断时刻,。,对于不对,称,称规则采,样,样法，把,四等份,，,，等份线,与,与正弦波,在,在内有五,个,个交点，,除,除去二等,份,份线与正,弦,弦波交点,，,，剩余两,个,个交点，,此,此两个交,点,点作为采,样,样点，过,这,这两点作,平,平行线与,三,三角波在,内,内有四个,交,交点，取,采,采样点最,近,近的两个,交,交点作为,脉,脉冲的开,通,通时刻和,关,关断时刻,。,。,不对称规,则,则采样法,生,生成的梯,形,形波与正,弦,弦波逼近,程,程度较高,，,，谐波分,量,量的幅值,较,较小。,按冲量相,等,等原理计,算,算双极性,第,第k个PWM脉冲,开,开通和关,断,断角,(3)特,定,定谐波消,去,去法。,特定谐波,消,消去法中,，,，脉冲开,关,关时间不,是,是由三角,波,波载波与,正,正弦调制,波,波的交点,确,确定的，,而,而是从消,除,除某些特,定,定谐波的,目,目的出发,，,，通过解,方,方程组确,定,定。,特定谐波,消,消去法的,输,输出PWM波形,特点：,基波幅度,大,大小与调,制,制度 成,正,正比：。,谐波频率,的,的主要分,量,量以簇（clusters,）,）的形式,出,出现,规则采样,法,法的频谱,图,图,5、PWM逆变电,路,路的谐波,分,分析,不同调制,度,度时单相桥双,极,极性输出电压,的,的频谱图,不同调制,度,度时三相桥双,极,极性输出电压,的,的频谱图,对于三相,逆,逆变器，,如,如果选择,为,为奇数并,且,且为三的,倍,倍数,（例如3,，,，9，15，21,，,，27,）,），线电,压,压的形状,与,与正弦波,更,更为接近,；,；,在相电压,的,的谐波中,不,不存在偶,次,次谐波。,2.3.5、PWM跟踪控,制,制技术,1、滞环,比,比较方式,滞环比较,方,方式电流,跟,跟踪控制,举,举例,滞环比较,方,方式的指,令,令电流和,输,输出电流,2、三角,波,波比较方,式,式,优点：,开关频率,固,固定，等,于,于载波频,率,率，便于,高,高频滤波,器,器的设计,为改善输,出,出电压波,形,形，三角,波,波载波常,用,用三相三,角,角波信号,。,。,比滞环比,较,较控制方,式,式输出电,流,流所含谐,波,波少。,3、定时,比,比较方式,特点：,不用滞环,比,比较器，,而,而是设置,一,一个固定,的,的时钟，,以,以固定采,样,样周期对,指,指令信号,和,和被控制,变,变量进行,采,采样，并,根,根据两者,偏,偏差的极,性,性来控制,变,变流电路,开,开关器件,的,的通断，,使,使被控制,量,量跟踪指,令,令信号。,电流控制,误,误差没有,一,一定的环,宽,宽，控制,的,的精度要,低,低一些。,2.4、,交,交流-交,流,流变换电,路,路,AC/AC,变换器,交流斩波器,DC-Link,逆变器,On/off 控制,触发角控制,电压型,电流型,周波变换器,谐振型,2.4.1交流调,压,压电路,电阻负载,2.4.1.1单,相,相调压电,路,路,阻感负载,电阻负载,单,单相交流,调,调压电路,基波和谐,波,波电流含,量,量,2.1.2、三相,交,交流调压,电,电路,(a)星,形,形连接,(b)线,路,路控制三,角,角形连接,(c)支,路,路控制三,角,角形连接,(d)中,点,点控制三,角,角形连接,2.4.2、交流,调,调功电路,控制方法,是,是：,在设定的,周,周期内，,使,使晶闸管,开,开关接通,几,几个整周,波,波，再断,开,开几个整,周,周波，通,过,过改变接,通,通周波数,与,与断开周,波,波数的比,值,值来调节,负,负载上的,交,交流平均,电,电压，达,到,到调节负,载,载功率的,目,目的。其,直,直接调节,对,对象是电,路,路的平均,输,输出功率,。,。,过零触发,调,调功电路,输,输出波形,调功电路,通,通常用于,热,热惯性较,大,大的电热,负,负载,2.4.3、交交,变,变频电路,交交变频,电,电路是不,通,通过中间,环,环节而把,工,工频交流,电,电直接变,换,换成不同,频,频率交流,电,电的变频,电,电路.又,称,称为直接,变,变频器或,周,周波变换,器,器。,这,种,种,变,变,频,频,器,器,可,可,用,用,于,于,交,交,流,流,电,电,机,机,变,变,频,频,调,调,速,速,系,系,统,统,，,，,也,也,用,用,于,于,风,风,力,力,发,发,电,电,机,机,中,中,产,产,生,生,变,变,速,速,恒,恒,频,频,电,电,源,源,等,等,。,单相交交变,频,频电路原理,图,图和输出电,压,压波形,变流电路单,向,向导电,输入输出特,性,性：,1)输出上,限,限频率。:,变流电路采,用,用6脉波的,三,三相桥式电,路,路时，最高,输,输出频率不,高,高于电网频,率,率的13,12。,电,电网频率为50Hz时,，,，交交变频,电,电路的输出,上,上限频率约,为,为20Hz,。,。,2)输入功,率,率因数。,输入功率因,数,数较低，不,论,论负载是滞,后,后的还是超,前,前的功率因,数,数，输入的,无,无功电流总,是,是滞后的。,3)输出电,压,压谐波,与电网频率,、,、变流电路,脉,脉波数m、,输,输出频率,f,o,有关,三相交交变,频,频电路,(1)电路,接,接线方式:,公共交流母,线,线进线方式,和,和输出星形,连,连接方式。,公共交流母,线,线进线,输出星形连,接,接方式,(2)输入,输,输出特性。,输出频率上,限,限和输出电,压,压中的谐波,与,与单相交交,变,变频电路一,致,致的。,不同的是输,入,入电流谐波,分,分量大为减,少,少且输入功,率,率因数有所,提,提高。,(3)改善,输,输入功率因,数,数和提高输,出,出电压,在各相电压,中,中叠加同样,的,的直流分量,或,或3倍于输,出,出频率的谐,波,波分量（直,流,流偏置 ）,梯形波输出,控,控制方式,（,（交流偏置,）,）,和交直交比,较,较，交交变,频,频的优点：,只用一次变,流,流，效率较,高,高；,可方便地实,现,现四象限工,作,作；,低频输出波,形,形接近正弦,波,波,；,缺点是：,接线复杂，,采,采用三相桥,的,的三相交交,变,变频器至少,要,要用36只,晶,晶闸管；,受电网频率,和,和变流电路,脉,脉波数的限,制,制，输出频,率,率较低；,输入功率因,数,数较低；,输入电流谐,波,波含量大，,频,频谱复杂；,应用：,主要用于500kW或1000kW以下的大,功,功率、低转,速,速交流调速,电,电路中，已,在,在轧机主传,动,动装置、鼓,风,风机、矿石,破,破碎机、球,磨,磨机、卷扬,机,机等场合。,既可用于异,步,步电动机，,也,也可用于同,步,步电动机。,
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