《交直交变频器》.ppt

第5章 交-直-交变换器
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主要内容：
电压型和电流型变换器原理；
SPWM型变换器。
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简 介
交-直-交变换器就是把工频交流电先通过整流器整流成直流，而后再通过变换器，把的惯性系统上时，其输出响应波形基本相同。当窄脉冲变为图5-11 (d)所示的单位脉冲函数时，系统的响应则变为脉冲过渡函数。
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图5-11 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
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图5-12画出了一正弦波的正半波，并将其划分为k等分(图中k＝7)。将每一等分中的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形波所替代，从而得到一组等效于正弦波的一组等幅不等宽的矩形脉冲的方法称为逆变器的正弦脉宽调制(SPWM)。
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2．单极性调制
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3．双极性调制
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一般将正弦调制波的幅值与三角载波的峰值之比定义为调制度M(亦称调制比或调制系数。

在SPWM变换器中，使用最多的是三相桥式逆变器。三相桥式逆变器一般都采用双极性控制方式。U、V和W三相的SPWM的控制通常公用一个三角波载波信号，用三个相位互差120°的正弦波作为调制信号，以获得三相对称输出。U、V和W各相功率开关器件的控制规律相同。
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三相桥式逆变器
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在双极性SPWM控制方式中，同一相上、下两个臂的驱动信号都是互补的。但实际上为了防止上、下两个臂直通而造成短路，在给一个臂施加关断信号后，再延迟时间，才给另一个臂施加导通信号。延迟时间的长短主要由功率开关器件的关断时间决定。这个延迟时间将会给输出的SPWM波形带来影响，使其偏离正弦波。
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图5-15 三相SPWM波形
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3．SPWM的优点
(1) 在一个可控功率级内调频、调压，简化了主电路和控制电路的结构，使装置的体积小、重量轻、造价低。
(2) 直流电压可由二极管整流获得，交流电网的输入功率因数接近1；如有数台装置，可由同一台不可控整流器输出作直流公共母线供电。
(3) 输出频率和电压都在逆变器内控制和调节，其响应的速度取决于电子控制回路，而与直流回路的滤波参数无关，所以调节速度快，并且可使调节过程中频率和电压相配合，以获得好的动态性能。
（4）输出电压或电流波形接近正弦，从而减少谐波分量。
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4．关于SPWM的开关频率
SPWM调制后的信号中除了含有调制信号和频率很高的载波频率及载波倍频附近的频率分量之外，几乎不含其它谐波，特别是接近基波的低次谐波。因此， SPWM的开关频率愈高，谐波含量愈少。当载波频率越高时，SPWM的基波就越接近期望的正弦波。
但是，SPWM的载波频率除了受功率器件的允许开关频率制约外，开关器件工作频率提高，开关损耗和换流损耗会随之增加。另外，开关瞬间电压或电流的急剧变化形成很大的或，会产生强的电磁干扰；高、还会在线路和器件的分布电容和电感上引起冲击电流和尖峰电压
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同步调制和异步调制
在SPWM变换器中，载波频率与调制信号频率之比称为载波比。根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，SPWM变换器可以有异步调制和同步调制两种控制方式。
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1. 异步调制
在异步调制方式中，调制信号频率变化时，通常保持载波频率固定不变，因而载波比m是变化的。在调制信号的半个周期内，输出脉冲的个数不固定，脉冲相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称。
当调制信号频率较低时，载波比m较大，半周期内的脉冲数较多，正负半周期脉冲不对称和半周期内前后1/4周期脉冲不对称的影响都较小，输出波形接近正弦波。当调制信号频率增高时，载波比m就减小，半周期内的脉冲数减少，输出脉冲的不对称性影响就变大，还会出现脉冲的跳动。对于三相SPWM型变换器来说，三相输出的对称性也变差。因此，在采用异步调制方式时的高频段，希望尽量提高载波频率。
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2. 同步调制
在变频时使载波信号和调制信号的载波比m等于常数的调制方式称为同步调制。调制信号半个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。为了使一相的波形正、负半周镜对称，同时使三相输出波形严格对称，m应取载波比m为3的整数倍的奇数。
当变换器输出频率很低时，因为在半周期内输出脉冲的数目是固定的，所以由SPWM调制而产生的谐波频率也相应降低。这种频率较低的谐波通常不易滤除，如果负载为电动机，就会产生较大的转矩脉动和噪声。因此，在采用同步调制方式时的低频段，希望尽量提高载波比。
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3. 分段同步调制
为了克服上述缺点，通常都采用分段同步调制的方法，即把变换器的输出