交流变频技术与变流器工作原理.ppt

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1、时代集团时代集团 追求、超越、创新追求、超越、创新时代集团时代集团追求追求 超越超越 创新创新株洲南车时代电气股份有限公司株洲南车时代电气股份有限公司 营销中心营销中心 售后服务部售后服务部 金长松（）金长松（）交流变频技术与变流器工作原理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

2、交变流器。斩波技术原理斩波技术原理UduOKRUOtontoffT预备知识斩波技术降压斩波电路降压斩波电路UdVRLUOTVDLABuBuA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UO，电，电感储能在一个周期内增量和减量相等，感储能在一个周期内增量和减量相等，tontoffiL则则预备知识斩波技术升压斩波电路升压斩波电路UdVRLUOTVDLABuBuA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UO，电，电感储能在一个周期内增量和减量相等，感储能

3、在一个周期内增量和减量相等，toniL在在toff区间，输出电压是由电源电压与电感叠加形成的，在区间，输出电压是由电源电压与电感叠加形成的，在ton区间，由于区间，由于V的的短路，电感储能，输出电压由电容短路，电感储能，输出电压由电容C稳定。稳定。C预备知识斩波技术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

4、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。逆变技术的典型电路单相电压型逆变电路逆变技术的典型电路单相电压型逆变电路uOUd+-UduOV1V2V3V4V1V4开通开通V2V3开通开通V1V4开通开通预备知识逆变技术逆变技术的典型电路三相逆变技术的典型电路三相电压型电压型逆变电路逆变电路Ud+-UduUNV1V2V3V4V5V6uVNuW

5、NUdUd3123180导通角导通角612123234345456561预备知识逆变技术逆变技术的典型电路三相逆变技术的典型电路三相电流型电流型逆变电路逆变电路Id+-IdiUV1V2V3V4V5V6iViWId120导通角导通角122334455661-Id脉宽调制技术脉宽调制技术PWM通过控制半导体开关器件的通断时间，在输出端通过控制半导体开关器件的通断时间，在输出端通过控制半导体开关器件的通断时间，在输出端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（称获得幅度相等而宽度可调的输出波（称获得幅度相等而宽度可调的输出波（称获得幅度相等而宽度可调的输出波（称PWM

6、PWM波形），波形），波形），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从而实现控制输出电压的大小和来改善输出波形的一从而实现控制输出电压的大小和来改善输出波形的一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。种技术。种技术。种技术。SPWMSPWM正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制预备知识脉宽调制技术SPWM波形原理波形原理uuO22面积相等面积相等等效等效预备知识脉宽调制技术SPWM调制方式单极型调制调制方式单极型调制uO三角载波三角载波正弦调制波正弦调制波只要改变调制波的频率即可变频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

7、压改变调制波的幅值，可得到不同的输出电压uRuC预备知识脉宽调制技术SPWM调制方式双极型调制调制方式双极型调制uO 三角载波三角载波正弦调制波正弦调制波uRuCug14ug23 预备知识脉宽调制技术交直交变流器交直交变流器整整整整流流流流器器器器中中中中间间间间环环环环节节节节逆逆逆逆变变变变器器器器M3控制电路控制电路控制电路控制电路两点式变流器和三点式变流器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）：两点式变流器（两电平逆变器）：两点式变流器（两电平逆变器）：两点式变流器（两电平逆变器）：l l每个开关器件关断时承受的电压为直流侧电压。每个开关器件关断时承受的电压为直流侧电压

8、。每个开关器件关断时承受的电压为直流侧电压。每个开关器件关断时承受的电压为直流侧电压。l l输出以电源中点为基准，有输出以电源中点为基准，有输出以电源中点为基准，有输出以电源中点为基准，有 Ud/2 Ud/2两种电平。以电机中点为基准，相电压为两种电平。以电机中点为基准，相电压为两种电平。以电机中点为基准，相电压为两种电平。以电机中点为基准，相电压为6 6阶阶阶阶梯波。一个周期有梯波。一个周期有梯波。一个周期有梯波。一个周期有23=823=8个状态。个状态。个状态。个状态。三点式变流器（三电平、中点钳位型）：三点式变流器（三电平、中点钳位型）：三点式变流器（三电平、中点钳位型）：三点式变流器（

9、三电平、中点钳位型）：l l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。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。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。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。l l输出以电源中点为基准，有输出以电源中点为基准，有输出以电源中点为基准，有输出以电源中点为基准，有 Ud/2 Ud/2和和和和0 0三种电平。以电机中点为基准，相电压为三种电平。以电机中点为基准，相电压为三种电平。以电机中点为基准，相电压为三种电平。以电机中点为基准，相电压为12

10、12阶梯波。一个周期有阶梯波。一个周期有阶梯波。一个周期有阶梯波。一个周期有33=2733=27个状态个状态个状态个状态。l l谐波大大减少。谐波大大减少。谐波大大减少。谐波大大减少。两点式变流器和三点式流频器两点式变流器和三点式流频器Ud+-V1V4两点式电路两点式电路两点式电路两点式电路三点式电路三点式电路三点式电路三点式电路简化图形简化图形简化图形简化图形简化图形简化图形简化图形简化图形三点式电路工作原理三点式电路工作原理V1V1V2V2V3V3V4V4V1、V2导通，V3、V4关断0+Ud/2-Ud/2+Ud/2三点式电路工作原理三点式电路工作原理V1V1V2V2V3V3V4V4V2、

11、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/20三点式电路工作原理三点式电路工作原理V1V1V2V2V3V3V4V4V1、V2关断，V3、V4导通0+Ud/2-Ud/2-Ud/2三点式电路工作原理三点式电路工作原理V1V1V2V2V3V3V4V40+Ud/2-Ud/2UO0V1通通断断断断V2通通通通断断V3断断通通通通V4断断断断通通+Ud/2-Ud/2UO电力机车的两点式电压型交直交牵引变流器结构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逆变器电力机车的三

12、点式电压型交直交牵引变流器电力机车的三点式电压型交直交牵引变流器DCPT1DCPT2IM11IM12IM13IM14牵引变压器二次牵引变压器二次牵引变压器二次牵引变压器二次侧单相交流电侧单相交流电侧单相交流电侧单相交流电直流电源侧直流电源侧直流电源侧直流电源侧可调三相交流电可调三相交流电可调三相交流电可调三相交流电WWV VU UU UV VWW电容预备充电电容预备充电电容预备充电电容预备充电用电源用电源用电源用电源过电压抑制过电压抑制过电压抑制过电压抑制晶闸管单元晶闸管单元晶闸管单元晶闸管单元接地检测接地检测接地检测接地检测四台牵引电机四台牵引电机四台牵引电机四台牵引电机滤波电容滤波电容滤波

13、电容滤波电容过电压抑制过电压抑制过电压抑制过电压抑制电阻器电阻器电阻器电阻器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。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谢谢！谢谢！