1、1動(dòng)車組傳動(dòng)與控制動(dòng)車組傳動(dòng)與控制牽引變流器牽引變流器第三章第三章 牽引變流器牽引變流器2交交-直直-交變壓變頻裝置交變壓變頻裝置 該類變壓變頻裝置先將該類變壓變頻裝置先將恒壓恒頻恒壓恒頻（CVCF）的交流電通）的交流電通過整流器變成過整流器變成直流電直流電，再經(jīng)過逆變器將直流電變換成，再經(jīng)過逆變器將直流電變換成可控頻可控頻率和電壓率和電壓的交流電，其主要構(gòu)成環(huán)節(jié)如下：的交流電，其主要構(gòu)成環(huán)節(jié)如下：整流逆變 50HzACACDC恒壓恒頻（CVCF）變壓變頻（VVVF）中間直流環(huán)節(jié)圖3-1 交-直-交變壓變頻裝置第三章第三章 牽引變流器牽引變流器3第一節(jié)第一節(jié) 逆變器的基本原理逆變器的基本原理第

2、三章第三章 牽引變流器牽引變流器4逆變器的基本原理逆變器的基本原理 逆變器一般接成三相橋逆變器一般接成三相橋式電路，以便輸出三相交流式電路，以便輸出三相交流變頻電源。左圖中僅給出組變頻電源。左圖中僅給出組成逆變器所必須的成逆變器所必須的6個(gè)個(gè)電力電電力電子開關(guān)器件子開關(guān)器件VT1VT6。在每。在每個(gè)周期中，控制各個(gè)器件輪個(gè)周期中，控制各個(gè)器件輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，可使輸出端流導(dǎo)通和關(guān)斷，可使輸出端得到三相交流電壓，改變開得到三相交流電壓，改變開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間，即關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間，即可得到不同的輸出頻率?？傻玫讲煌妮敵鲱l率。 圖 37 三相逆變器主電路 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器5

3、逆變器的基本原理逆變器的基本原理 在同一橋臂上、下兩管在同一橋臂上、下兩管之間互相換相，這時(shí)每個(gè)晶之間互相換相，這時(shí)每個(gè)晶閘管在一個(gè)周期中的閘管在一個(gè)周期中的導(dǎo)通導(dǎo)通180電角電角，其它各相也是，其它各相也是如此，只不過三相對(duì)應(yīng)元件如此，只不過三相對(duì)應(yīng)元件相差相差120電角電角輪流導(dǎo)，使輪流導(dǎo)，使VT1VT6各元件每隔各元件每隔60電電角輪換導(dǎo)通，在每一時(shí)刻都角輪換導(dǎo)通，在每一時(shí)刻都有三個(gè)元件同時(shí)導(dǎo)通。有三個(gè)元件同時(shí)導(dǎo)通。 1 2 3 4 5 6 1 2 3 V T1 V T2 V T3 V T4 V T5 V T6 V T1 V T2 V T3 V T4 V T5 V T6 V T1 V T

4、2 V T3 V T4 V T5 V T6 V T1 V T4 V T1 V T6 V T6 V T3 V T5 V T5 V T2 dU32dU31+ Ud - Ud UA UB UC UA O UB O UC O UA B UB C UC A t t t t t t t t t t （ a ） （ b ） （ c） （ d ） （ e） （ f） （ g ） （ h ） （ i） 脈 沖 順 序 導(dǎo) 通 關(guān) 斷 圖 6 2 2 三 相 逆 變 器 導(dǎo) 通 情 況 及 電 壓 波 形 圖38第三章第三章 牽引變流器牽引變流器6逆變器的基本原理逆變器的基本原理 若將每一時(shí)刻逆變器各晶閘管元件的

5、開關(guān)情況以一等效若將每一時(shí)刻逆變器各晶閘管元件的開關(guān)情況以一等效（元件開通時(shí)認(rèn)為短路，元件斷開時(shí)認(rèn)為斷路元件開通時(shí)認(rèn)為短路，元件斷開時(shí)認(rèn)為斷路）電路表示，）電路表示，則很容易得到任一時(shí)刻的相、線電壓，從而繪出相、線電壓則很容易得到任一時(shí)刻的相、線電壓，從而繪出相、線電壓波形。波形。 ZA ZA ZA ZA ZA ZA ZB ZB ZB ZB ZB ZB ZC ZC ZC ZC ZC ZC + + + + + + - - - - - - 圖39 三相逆變器各階段的等效電路（180導(dǎo)通型） 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器7逆變器的基本原理逆變器的基本原理 例如，在例如，在060范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，

6、VT1、VT5、VT6同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)導(dǎo)通，VT2、VT3、VT4同時(shí)關(guān)斷，則此時(shí)電機(jī)繞組的各相等效阻抗同時(shí)關(guān)斷，則此時(shí)電機(jī)繞組的各相等效阻抗中的中的ZA與與ZC并聯(lián)，再與并聯(lián)，再與ZB串聯(lián)。假定三相負(fù)載對(duì)稱，則串聯(lián)。假定三相負(fù)載對(duì)稱，則ZA=ZB=ZC=Z，此時(shí)，此時(shí)ZA、ZC上的相電壓應(yīng)相等，即上的相電壓應(yīng)相等，即ddCOAOUUZZZUU3122 ZB上的相電壓為：上的相電壓為：ddOBBOUUZZZUU322 由圖由圖3-8可見，在每個(gè)周期內(nèi)，相電壓波形由六個(gè)階梯可見，在每個(gè)周期內(nèi)，相電壓波形由六個(gè)階梯狀波形組成（常稱狀波形組成（常稱六階波六階波）。）。第三章第三章 牽引變流器牽引變流器

7、8逆變器的基本原理逆變器的基本原理 根據(jù)根據(jù)相電壓相電壓的六階波形和的六階波形和線電壓線電壓的矩形波形可以求出電的矩形波形可以求出電壓的壓的有效值有效值，即，即 ddddAOAOUUUUdtUU471. 0323232343212122202 ddddABABUUUUdtUU816. 03232323212122202 利用富氏級(jí)數(shù)對(duì)相電壓和線電壓進(jìn)行利用富氏級(jí)數(shù)對(duì)相電壓和線電壓進(jìn)行諧波分析諧波分析，表示為，表示為)11sin1117sin715sin51sin21111 ttttUUdAO )11sin1117sin715sin51sin321111 ttttUUdAB 第三章第三章 牽引變

8、流器牽引變流器9逆變器的基本原理逆變器的基本原理 逆變器的負(fù)載是異步電動(dòng)機(jī)，屬逆變器的負(fù)載是異步電動(dòng)機(jī)，屬電感性負(fù)載電感性負(fù)載。當(dāng)逆變器。當(dāng)逆變器以六階波電壓對(duì)電機(jī)供電時(shí)，其以六階波電壓對(duì)電機(jī)供電時(shí)，其電流波形電流波形在負(fù)載電感的作用在負(fù)載電感的作用下將下將趨于平滑趨于平滑，其平滑程度將與六階波電壓的頻率有關(guān)。，其平滑程度將與六階波電壓的頻率有關(guān)。 uAO iAO t t uAO iAO t t （a） （b） 圖3 10 六階波電壓下的電流波形 （a）高頻時(shí)電流波形 （b）低頻時(shí)電流波形 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器10逆變器的基本原理逆變器的基本原理 當(dāng)當(dāng)電壓頻率較高電壓頻率較高時(shí)，

9、異步電動(dòng)機(jī)定子繞組電感對(duì)電流的時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)定子繞組電感對(duì)電流的滯后作用相對(duì)突出，因此將獲得接近正弦形的電流波形。這滯后作用相對(duì)突出，因此將獲得接近正弦形的電流波形。這樣便可大大消除階梯狀電壓波形帶來的不利影響，可使異步樣便可大大消除階梯狀電壓波形帶來的不利影響，可使異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。 而當(dāng)而當(dāng)電壓頻率較低電壓頻率較低時(shí)，六階波電壓波形延續(xù)時(shí)間相對(duì)變時(shí)，六階波電壓波形延續(xù)時(shí)間相對(duì)變長(zhǎng)，繞組電感只能在電壓階躍變化的一個(gè)較短暫時(shí)間內(nèi)對(duì)電長(zhǎng)，繞組電感只能在電壓階躍變化的一個(gè)較短暫時(shí)間內(nèi)對(duì)電流起滯后作用，電流波形將與電壓波形接近。流起滯后作用，電流波形將與電壓波形接近。 頻率愈低，電

10、流波形也愈接近六階波頻率愈低，電流波形也愈接近六階波，其中的，其中的高次諧波高次諧波電流電流成分也愈多，必將增大異步電動(dòng)機(jī)的成分也愈多，必將增大異步電動(dòng)機(jī)的附加轉(zhuǎn)矩和損耗附加轉(zhuǎn)矩和損耗，惡化異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，高次諧波電流引起的電磁波會(huì)惡化異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，高次諧波電流引起的電磁波會(huì)對(duì)通訊發(fā)生干擾對(duì)通訊發(fā)生干擾。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器11第二節(jié)第二節(jié) 正弦脈寬調(diào)制（正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制技術(shù)）控制技術(shù) 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器12傳統(tǒng)變流技術(shù)的弊端傳統(tǒng)變流技術(shù)的弊端 在在以往以往的交的交-直直-交變壓變調(diào)速系統(tǒng)中為了獲得變頻調(diào)速所交變壓變調(diào)速系統(tǒng)中為了獲得變

11、頻調(diào)速所要求的電壓頻率協(xié)調(diào)控制，交要求的電壓頻率協(xié)調(diào)控制，交-直流整流器必須是相控的，且直流整流器必須是相控的，且在調(diào)速時(shí)須在調(diào)速時(shí)須同時(shí)控制整流器和逆變器同時(shí)控制整流器和逆變器，如此就帶來了一系列，如此就帶來了一系列的問題。主要是：的問題。主要是：（1）主電路有兩個(gè)須控制的功率環(huán)節(jié)，相對(duì)來說比較復(fù)雜；）主電路有兩個(gè)須控制的功率環(huán)節(jié)，相對(duì)來說比較復(fù)雜；（2）由于中間直流環(huán)節(jié)有濾波電容或電抗器等大慣性儲(chǔ)能元）由于中間直流環(huán)節(jié)有濾波電容或電抗器等大慣性儲(chǔ)能元件存在，使系統(tǒng)的件存在，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)緩慢動(dòng)態(tài)響應(yīng)緩慢；（3）由于整流器為相控的，使供電電源的）由于整流器為相控的，使供電電源的功率因數(shù)功率

12、因數(shù)隨變頻裝隨變頻裝置輸出的頻率的降低（電壓也隨之降低）而變差，并產(chǎn)生置輸出的頻率的降低（電壓也隨之降低）而變差，并產(chǎn)生高高次諧波電流次諧波電流；（4）逆變器輸出為）逆變器輸出為六階波六階波交流電壓（電流），在交流電動(dòng)機(jī)交流電壓（電流），在交流電動(dòng)機(jī)中形成較多的中形成較多的各次諧波各次諧波，從而產(chǎn)生較大的，從而產(chǎn)生較大的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，影響電，影響電機(jī)的穩(wěn)定工作，低速時(shí)尤為嚴(yán)重。機(jī)的穩(wěn)定工作，低速時(shí)尤為嚴(yán)重。第三章第三章 牽引變流器牽引變流器13脈寬調(diào)制（脈寬調(diào)制（SPWM）逆變器的基本原理）逆變器的基本原理 1964年，德國(guó)的年，德國(guó)的A.Schonung等人率先提出了脈寬調(diào)制等人率先提出

13、了脈寬調(diào)制變頻的思想，他們把通信系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)推廣應(yīng)用于交流變頻的思想，他們把通信系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)推廣應(yīng)用于交流變頻器，用這種技術(shù)構(gòu)成的變頻器，用這種技術(shù)構(gòu)成的PWM逆變器基本上解決了六階逆變器基本上解決了六階波變頻器中存在的問題。波變頻器中存在的問題。 逆變器的功率開關(guān)器件按一定規(guī)律控制其導(dǎo)通或關(guān)斷，逆變器的功率開關(guān)器件按一定規(guī)律控制其導(dǎo)通或關(guān)斷，使輸出端獲得使輸出端獲得一系列寬度不等的矩形脈沖電壓波形一系列寬度不等的矩形脈沖電壓波形。通過改。通過改變矩形脈沖的變矩形脈沖的不同寬度不同寬度可以控制逆變器輸出可以控制逆變器輸出交流基波電壓的交流基波電壓的幅值，幅值，通過改變通過改變調(diào)制周期調(diào)

14、制周期可以控制其可以控制其輸出頻率，輸出頻率，從而同時(shí)實(shí)從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)變壓變壓和和變頻。變頻。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器14一一、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理 所謂的正弦脈寬調(diào)所謂的正弦脈寬調(diào)制（制（SPWM）波形，就）波形，就是與正弦波等效的一系是與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈列等幅不等寬的矩形脈沖波形，等效的原則是沖波形，等效的原則是兩波形每一對(duì)應(yīng)區(qū)間的兩波形每一對(duì)應(yīng)區(qū)間的面積相等。面積相等。 圖 311 與正弦波等效的等幅不等寬矩形脈沖序列波 （a）正弦波形 （b）等效的 SPWM 波形 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器15一一、正弦脈寬

15、調(diào)制逆變器的基本原理、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理 正弦波正、負(fù)半周分別用正、負(fù)矩形脈沖等效的正弦波正、負(fù)半周分別用正、負(fù)矩形脈沖等效的SPWM波形稱作波形稱作單極式單極式SPWM。下圖中。下圖中VT1VT6是逆變器是逆變器的六個(gè)功率開關(guān)器件，各有一個(gè)續(xù)流二極管反并聯(lián)接。的六個(gè)功率開關(guān)器件，各有一個(gè)續(xù)流二極管反并聯(lián)接。圖 312 SPWM 變壓變頻器主電路原理圖 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器16一一、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理 下圖所示為單極式下圖所示為單極式SPWM波形，它是由逆變器上橋臂波形，它是由逆變器上橋臂中一個(gè)功率開關(guān)器件反復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷形成的。其

16、等效正弦波中一個(gè)功率開關(guān)器件反復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷形成的。其等效正弦波為為Umsin1t，而，而SPWM脈沖序列波的幅值為脈沖序列波的幅值為US/2。 圖 313 單極式 SPWM 電壓波形 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器17一一、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理 各脈沖寬度不等，但中心間距相同，都等于各脈沖寬度不等，但中心間距相同，都等于/n，n為正為正弦波半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)。令第弦波半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)。令第i個(gè)矩形脈沖的寬度為個(gè)矩形脈沖的寬度為i，其，其中心點(diǎn)相位角為中心點(diǎn)相位角為i，則根據(jù)面積相等的等效原則，可寫成：，則根據(jù)面積相等的等效原則，可寫成：imiimnm

17、SinUnnUttdUUii sin2sin2)2cos()2cos()(sin22211 當(dāng)當(dāng)n的數(shù)值較大時(shí)：的數(shù)值較大時(shí)： nn22sin iSminUU sin2 則：則： 上式表明，第上式表明，第i個(gè)脈沖的寬度個(gè)脈沖的寬度i與該處正弦波值近似成正比。因此，與與該處正弦波值近似成正比。因此，與半個(gè)周期正弦波等效的半個(gè)周期正弦波等效的SPWM波是波是兩側(cè)窄、中間寬，脈沖寬按正弦規(guī)律逐兩側(cè)窄、中間寬，脈沖寬按正弦規(guī)律逐漸變化的序列脈沖波形漸變化的序列脈沖波形。第三章第三章 牽引變流器牽引變流器18一一、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理 實(shí)用的辦法是引用通訊技術(shù)中的實(shí)

18、用的辦法是引用通訊技術(shù)中的“調(diào)制調(diào)制”概念，將所期概念，將所期望的望的正弦波形正弦波形作為基準(zhǔn)的作為基準(zhǔn)的調(diào)制波調(diào)制波（Modulation Wave），而），而受它調(diào)制的信號(hào)稱為受它調(diào)制的信號(hào)稱為載波載波（Carrier Wave）。在）。在SPWM中常中常用用等腰三角波等腰三角波作為載波。作為載波。 當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)時(shí)刻控制逆變器當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)時(shí)刻控制逆變器開關(guān)器件的通斷，即可在逆變器的輸出端得到一組等幅而脈開關(guān)器件的通斷，即可在逆變器的輸出端得到一組等幅而脈沖寬度正比于正弦函數(shù)值的矩形脈沖，這就是沖寬度正比于正弦函數(shù)值的矩形脈沖，這就是正弦脈寬調(diào)制正

19、弦脈寬調(diào)制技術(shù)技術(shù)（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱SPWM）。）。第三章第三章 牽引變流器牽引變流器19一一、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理 一組三相對(duì)稱的正弦參考電壓信號(hào)（調(diào)制波）一組三相對(duì)稱的正弦參考電壓信號(hào)（調(diào)制波）ura、urb、urc由信號(hào)發(fā)生器提供，由信號(hào)發(fā)生器提供，其頻率決定逆變器輸出的基波頻率，其頻率決定逆變器輸出的基波頻率，應(yīng)在所要求的輸出范圍內(nèi)可調(diào)，且參考電壓信號(hào)的幅值在一應(yīng)在所要求的輸出范圍內(nèi)可調(diào)，且參考電壓信號(hào)的幅值在一定范圍內(nèi)變化，以決定逆變器輸出電壓的大小定范圍內(nèi)變化，以決定逆變器輸出電壓的大小。三角載波信。三角載波信號(hào)由三角波發(fā)生器產(chǎn)生，為三相正弦參考電壓

20、信號(hào)共用，分號(hào)由三角波發(fā)生器產(chǎn)生，為三相正弦參考電壓信號(hào)共用，分別與每相參考電壓比較后，給出別與每相參考電壓比較后，給出“正正”或或“零零”的輸出，產(chǎn)的輸出，產(chǎn)生生SPWM脈沖序列波脈沖序列波uda、udb、udc，作為逆變器功率開關(guān)器，作為逆變器功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。件的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器20一一、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理 參考信號(hào)發(fā)生器 三角波發(fā)生器 ura urb urc uda udb udc 驅(qū)動(dòng)V1V6 圖3- SPWM控制電路框圖 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器21一一、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理、正弦

21、脈寬調(diào)制逆變器的基本原理 圖6 3 2 單 極 式 脈 寬 調(diào) 制 波 的 形 成 （ a ） 正 弦 調(diào) 制 波 與 三 角 載 波 ； （ b ） 輸 出 的S P W M控 制 電 壓 波 形 ； （ c ） 單 極 式S P W M輸 出 相 電 壓 波 形 。 圖3-15 單極式脈寬調(diào)制電壓波形的形成圖3-16 脈寬調(diào)制電壓波形及電流波形第三章第三章 牽引變流器牽引變流器22二、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理、正弦脈寬調(diào)制逆變器的基本原理 單極式單極式SPWM波形在波形在半周內(nèi)的脈沖電壓只在半周內(nèi)的脈沖電壓只在“正正”（或（或“負(fù)負(fù)”）和）和“零零”之間之間變化，主電路每相只有一個(gè)變化

22、，主電路每相只有一個(gè)開關(guān)器件反復(fù)通斷。開關(guān)器件反復(fù)通斷。 如果讓同一橋臂上、下如果讓同一橋臂上、下兩個(gè)開關(guān)器件交替地通斷，兩個(gè)開關(guān)器件交替地通斷，處于互補(bǔ)工作方式，則輸出處于互補(bǔ)工作方式，則輸出脈沖就在脈沖就在“正正”和和“負(fù)負(fù)”之之間變化，從而得到間變化，從而得到雙極式的雙極式的SPWM波形。波形。圖 317 三相雙極式 SPWM 波形 （a）三相調(diào)制波與雙極性三角載波； （b）uAO = f (t)； （c）UBO = f (t)； （d）UCO = f (t)； （e）UAB = f (t)。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器23二、對(duì)脈寬調(diào)制的制約條件、對(duì)脈寬調(diào)制的制約條件 根據(jù)脈寬

23、調(diào)制的特點(diǎn)，逆變器主電路的功率開關(guān)器件根據(jù)脈寬調(diào)制的特點(diǎn)，逆變器主電路的功率開關(guān)器件在其輸出電壓半周內(nèi)要開關(guān)在其輸出電壓半周內(nèi)要開關(guān)n次。次。當(dāng)當(dāng)n 越大，脈沖序列波的越大，脈沖序列波的脈寬脈寬i 越小時(shí)，越小時(shí)，SPWM的基波更接近期望的正弦波的基波更接近期望的正弦波。 但是，功率開關(guān)器件本身的但是，功率開關(guān)器件本身的開關(guān)能力開關(guān)能力是有限的，所以是有限的，所以在應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)時(shí)必然要受到一定條件的制約，主要在應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)時(shí)必然要受到一定條件的制約，主要表現(xiàn)在以下兩方面：表現(xiàn)在以下兩方面： 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器24二、對(duì)脈寬調(diào)制的制約條件、對(duì)脈寬調(diào)制的制約條件 （1）功率

24、開關(guān)器件的開關(guān)頻率）功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率 各種功率開關(guān)器件的各種功率開關(guān)器件的開關(guān)損耗開關(guān)損耗限制了脈寬調(diào)制逆變器的限制了脈寬調(diào)制逆變器的每秒脈沖數(shù)。普通晶閘管的換流能力差（須采用強(qiáng)迫換流電每秒脈沖數(shù)。普通晶閘管的換流能力差（須采用強(qiáng)迫換流電路），其開關(guān)頻率一般不超過路），其開關(guān)頻率一般不超過300500Hz，現(xiàn)在在，現(xiàn)在在SPWM逆逆變器中已很少使用。取而代之的是變器中已很少使用。取而代之的是全控型開關(guān)器件全控型開關(guān)器件，開關(guān)頻，開關(guān)頻率較高，如電力晶體管率較高，如電力晶體管BJT（曾用（曾用GTR）的開關(guān)頻率可達(dá)）的開關(guān)頻率可達(dá)15KHz，可關(guān)斷晶閘管，可關(guān)斷晶閘管GTO的開關(guān)頻率可達(dá)的

25、開關(guān)頻率可達(dá)12KHz，功率，功率場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管P-MOSFET的開關(guān)頻率可達(dá)的開關(guān)頻率可達(dá)50KHz，絕緣柵雙極晶，絕緣柵雙極晶體管體管IGBT的開關(guān)頻率可達(dá)的開關(guān)頻率可達(dá)20KHz等。等。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器25二、對(duì)脈寬調(diào)制的制約條件、對(duì)脈寬調(diào)制的制約條件 （2）調(diào)制度）調(diào)制度 為保證主電路開關(guān)器件的安全工作，必須使調(diào)制成的脈為保證主電路開關(guān)器件的安全工作，必須使調(diào)制成的脈沖波有個(gè)沖波有個(gè)最小脈寬最小脈寬與與最小間歇最小間歇的限制，以保證最小脈沖寬度的限制，以保證最小脈沖寬度大于開關(guān)器件的大于開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間導(dǎo)通時(shí)間ton，而最小脈沖間歇大于器件的，而最小脈沖間歇大于

26、器件的關(guān)關(guān)斷時(shí)間斷時(shí)間toff。這就要求參考電壓信號(hào)的幅值。這就要求參考電壓信號(hào)的幅值Urm不能超過三角不能超過三角載波的峰值載波的峰值Utm的某百分?jǐn)?shù)。為此，定義的某百分?jǐn)?shù)。為此，定義Urm與與Utm之比為之比為調(diào)制調(diào)制度度為：為：M=Urm/Utm 在理想情況下，在理想情況下，M值可在值可在01之間變化，以調(diào)節(jié)逆變器輸之間變化，以調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的大小。實(shí)際上出電壓的大小。實(shí)際上M總是小于總是小于1的（由于上述的原因），的（由于上述的原因），一般取最高的一般取最高的M=0.80.9。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器26三、同步調(diào)制和異步調(diào)制、同步調(diào)制和異步調(diào)制 定義載波頻率定義載波頻

27、率ft與參考調(diào)制波頻率與參考調(diào)制波頻率fr之比為之比為載波比載波比N（或（或稱調(diào)制比），即稱調(diào)制比），即N=ft/fr 在實(shí)行在實(shí)行SPWM脈寬調(diào)制時(shí)，載波比脈寬調(diào)制時(shí)，載波比N對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作性能很有影響。視載波比工作性能很有影響。視載波比N的變化與否，有的變化與否，有同步調(diào)制同步調(diào)制與與異步調(diào)制異步調(diào)制之分。之分。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器27三、同步調(diào)制和異步調(diào)制、同步調(diào)制和異步調(diào)制（1）同步調(diào)制）同步調(diào)制 在同步調(diào)制方式中，在同步調(diào)制方式中，N=常數(shù)常數(shù)，變頻時(shí)三角載波的頻率，變頻時(shí)三角載波的頻率ft與正弦調(diào)制波的頻率與正弦調(diào)制波的頻率fr同步變化，因而逆

28、變器輸出電壓半波同步變化，因而逆變器輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)是固定不變的。內(nèi)的矩形脈沖數(shù)是固定不變的。 若取若取N等于等于3的倍數(shù)的倍數(shù)，則同步調(diào)制能保證，則同步調(diào)制能保證輸出波形的正、輸出波形的正、負(fù)半波始終保持對(duì)稱負(fù)半波始終保持對(duì)稱，并能嚴(yán)格保證，并能嚴(yán)格保證三相輸出波形間具有互三相輸出波形間具有互差差120的對(duì)稱關(guān)系。的對(duì)稱關(guān)系。 但是，當(dāng)輸出但是，當(dāng)輸出頻率很低頻率很低時(shí)，由于相鄰兩脈沖的間距增大，時(shí)，由于相鄰兩脈沖的間距增大，諧波成分諧波成分會(huì)顯著增加，使負(fù)載電機(jī)產(chǎn)生較大的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較會(huì)顯著增加，使負(fù)載電機(jī)產(chǎn)生較大的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較強(qiáng)的噪聲，這是同步調(diào)制方式的主要缺點(diǎn)。強(qiáng)的噪聲，這是同

29、步調(diào)制方式的主要缺點(diǎn)。第三章第三章 牽引變流器牽引變流器28三、同步調(diào)制和異步調(diào)制、同步調(diào)制和異步調(diào)制（2）異步調(diào)制）異步調(diào)制 為獲得異步電動(dòng)機(jī)低頻（低速）運(yùn)行的良好特性，必須抑為獲得異步電動(dòng)機(jī)低頻（低速）運(yùn)行的良好特性，必須抑制在低頻時(shí)的制在低頻時(shí)的最低次諧波最低次諧波。 假設(shè)在逆變器輸出頻率為假設(shè)在逆變器輸出頻率為50Hz時(shí)，已將時(shí)，已將5、7次次諧波消除，諧波消除，只有只有11次次以上的諧波存在。則此時(shí)所產(chǎn)生最低的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩頻率以上的諧波存在。則此時(shí)所產(chǎn)生最低的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩頻率為為1150=5500Hz，它對(duì)電機(jī)的正常運(yùn)行沒有什么影響。，它對(duì)電機(jī)的正常運(yùn)行沒有什么影響。 若采用若采用同步調(diào)制同

30、步調(diào)制方式，當(dāng)逆變器輸出頻率為方式，當(dāng)逆變器輸出頻率為3HZ時(shí)，由于時(shí)，由于也存在也存在11次以上的諧波，則相應(yīng)所產(chǎn)生的最低脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩頻率為次以上的諧波，則相應(yīng)所產(chǎn)生的最低脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩頻率為113=33Hz。此頻率與一般被驅(qū)動(dòng)機(jī)械的。此頻率與一般被驅(qū)動(dòng)機(jī)械的自振頻率自振頻率較接近，較接近，很容易引起傳動(dòng)系統(tǒng)的共振而損壞機(jī)械設(shè)備。很容易引起傳動(dòng)系統(tǒng)的共振而損壞機(jī)械設(shè)備。第三章第三章 牽引變流器牽引變流器29三、同步調(diào)制和異步調(diào)制、同步調(diào)制和異步調(diào)制（2）異步調(diào)制）異步調(diào)制 為此，提出了異步調(diào)制方式，即在逆變器的整個(gè)變頻范為此，提出了異步調(diào)制方式，即在逆變器的整個(gè)變頻范圍內(nèi)，載波比圍內(nèi)，載波比N不等于常

31、數(shù)不等于常數(shù)。一般在。一般在改變參考信號(hào)頻率改變參考信號(hào)頻率fr時(shí)保時(shí)保持三角載波頻率持三角載波頻率ft不變不變，因而，因而提高了低頻時(shí)的載波比提高了低頻時(shí)的載波比。這樣。這樣逆變器輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)可隨輸出頻率的降低而逆變器輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)可隨輸出頻率的降低而增加，相應(yīng)地可減少負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與噪音，從而改善增加，相應(yīng)地可減少負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與噪音，從而改善了系統(tǒng)的低頻工作性能。了系統(tǒng)的低頻工作性能。第三章第三章 牽引變流器牽引變流器30三、同步調(diào)制和異步調(diào)制、同步調(diào)制和異步調(diào)制（2）異步調(diào)制）異步調(diào)制 有利則有弊，異步調(diào)制方式在有利則有弊，異步調(diào)制方式在改善低頻工作性

32、能改善低頻工作性能的同時(shí)，的同時(shí)，又又失去了同步調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)失去了同步調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)。 當(dāng)載波比當(dāng)載波比N隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時(shí)，它不可隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時(shí)，它不可能總是能總是3的倍數(shù)的倍數(shù)，勢(shì)必使逆變器輸出電壓波形及其相位都發(fā)生，勢(shì)必使逆變器輸出電壓波形及其相位都發(fā)生變化，難以保持三相輸出間的對(duì)稱性，將造成電機(jī)工作的不變化，難以保持三相輸出間的對(duì)稱性，將造成電機(jī)工作的不平穩(wěn)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，為了楊長(zhǎng)避短，可將同步與異平穩(wěn)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，為了楊長(zhǎng)避短，可將同步與異步兩種調(diào)制方式結(jié)合起來，成為步兩種調(diào)制方式結(jié)合起來，成為分段同步的調(diào)制方式分段同步的調(diào)制方式。 第三章第三章

33、牽引變流器牽引變流器31三、同步調(diào)制和異步調(diào)制、同步調(diào)制和異步調(diào)制（3）分段同步調(diào)制）分段同步調(diào)制 該調(diào)制方式是把逆變器的整個(gè)變頻范圍劃分為該調(diào)制方式是把逆變器的整個(gè)變頻范圍劃分為若干頻段若干頻段，在在每個(gè)頻段內(nèi)都維持載波比每個(gè)頻段內(nèi)都維持載波比N恒定恒定（即同步），而對(duì)不同的（即同步），而對(duì)不同的頻率段取不同的頻率段取不同的N值，值，頻率低時(shí)，頻率低時(shí)，N值取大些值取大些，一般大致按，一般大致按等比級(jí)數(shù)安排。表等比級(jí)數(shù)安排。表3-1給出了一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的頻段和載波比分給出了一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的頻段和載波比分配，以資參考。配，以資參考。 在逆變器輸出頻率在逆變器輸出頻率f1的不同頻段內(nèi)，用不同的的不同

34、頻段內(nèi)，用不同的N值進(jìn)行同值進(jìn)行同步調(diào)制，可使各頻段載波頻率步調(diào)制，可使各頻段載波頻率ft（也是開關(guān)頻率）受到限制，（也是開關(guān)頻率）受到限制，其中最高開關(guān)頻率在其中最高開關(guān)頻率在11071134HZ之間，這是在之間，這是在BJT器件允器件允許范圍之內(nèi)。許范圍之內(nèi)。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器32三、同步調(diào)制和異步調(diào)制、同步調(diào)制和異步調(diào)制（3）分段同步調(diào)制）分段同步調(diào)制逆變器輸出頻率f1 (Hz)載波比N開關(guān)頻率ft (Hz)41621873811162741277291107172742714113411176672611227111027141122159731.411134.67表

35、表3-1 分段同步調(diào)制的頻段和載波比分段同步調(diào)制的頻段和載波比 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器33三、同步調(diào)制和異步調(diào)制、同步調(diào)制和異步調(diào)制（3）分段同步調(diào)制）分段同步調(diào)制ft(Hz) f1(Hz) 600 700 1000 20 40 600 159 102 66 42 27 N=18 圖3-18 分段同步調(diào)制時(shí)輸出頻率f1與開關(guān)頻率ft的關(guān)系曲線 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器34三、同步調(diào)制和異步調(diào)制三、同步調(diào)制和異步調(diào)制（3）分段同步調(diào)制）分段同步調(diào)制 世界各國(guó)對(duì)載波比世界各國(guó)對(duì)載波比N的選擇是多種多樣的。有的采用的選擇是多種多樣的。有的采用異異步調(diào)制步調(diào)制與與分段同步分段同步

36、相結(jié)合的方法，即在機(jī)車起動(dòng)低速（相結(jié)合的方法，即在機(jī)車起動(dòng)低速（f1很很低）時(shí)進(jìn)行異步調(diào)制，而當(dāng)?shù)停r(shí)進(jìn)行異步調(diào)制，而當(dāng)f1達(dá)到一定頻率值后，實(shí)行分段達(dá)到一定頻率值后，實(shí)行分段同步調(diào)制。例如，前西德早期的同步調(diào)制。例如，前西德早期的DE2500型內(nèi)燃機(jī)車上，異步型內(nèi)燃機(jī)車上，異步狀態(tài)的狀態(tài)的ft=200Hz，用于，用于f118Hz的范圍；在的范圍；在f1=1823Hz范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，N=9；f1=2327Hz時(shí)，時(shí)，N=6；f1=2735Hz時(shí)，時(shí)，N=3；當(dāng)；當(dāng)f135Hz時(shí)，時(shí)，N=1，即實(shí)行矩形波法控制，如圖，即實(shí)行矩形波法控制，如圖319所示。所示。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器

37、35三、同步調(diào)制和異步調(diào)制、同步調(diào)制和異步調(diào)制（3）分段同步調(diào)制）分段同步調(diào)制ft（Hz） f1（Hz） N=9 N=6 N=3 N=1 200 0.4 18 23 27 35 異步 分段同步 圖3-19異步調(diào)制與同步調(diào)制時(shí)晶閘管開關(guān)頻率變化情況 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器36三、同步調(diào)制和異步調(diào)制三、同步調(diào)制和異步調(diào)制（3）分段同步調(diào)制）分段同步調(diào)制 有的國(guó)家在異步狀態(tài)時(shí)采用有的國(guó)家在異步狀態(tài)時(shí)采用f1=300Hz，同步狀態(tài)時(shí)取，同步狀態(tài)時(shí)取N=9、7、5、3、1，避開，避開N=6的調(diào)制比。也有不采用異步狀的調(diào)制比。也有不采用異步狀態(tài)的，如美國(guó)的態(tài)的，如美國(guó)的Airporter型動(dòng)車

38、上，在型動(dòng)車上，在f1=12Hz時(shí)，取時(shí)，取N=105；f1=24.5Hz時(shí)，時(shí)，N=45；f1=4.59.5Hz時(shí)，時(shí)，N=21；f1=9.522Hz時(shí)，時(shí)，N=9；f1=2235Hz，N=3；當(dāng)；當(dāng)f135Hz時(shí)，時(shí)，N=1。即全部采用同步狀態(tài)。即全部采用同步狀態(tài)。 而現(xiàn)代逆變器已采用全控型功率開關(guān)元件，開關(guān)頻率大而現(xiàn)代逆變器已采用全控型功率開關(guān)元件，開關(guān)頻率大大提高，且取消了強(qiáng)迫換流電路，故最高三角載波頻率大提高，且取消了強(qiáng)迫換流電路，故最高三角載波頻率ft已已超過了超過了1000Hz，這樣可大大改善脈寬調(diào)制輸出波形。，這樣可大大改善脈寬調(diào)制輸出波形。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器

39、37四、由四、由IGBT（全控型器件）構(gòu)成的逆變電路（全控型器件）構(gòu)成的逆變電路絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor） 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器38四、由四、由IGBT（全控型器件）構(gòu)成的逆變電路（全控型器件）構(gòu)成的逆變電路 T1T6為六只為六只IGBT，構(gòu)成電壓型三相橋式逆變器，向異，構(gòu)成電壓型三相橋式逆變器，向異步電動(dòng)機(jī)供給三相變頻電源。步電動(dòng)機(jī)供給三相變頻電源。 異步電動(dòng)機(jī)的滯后電流由反饋二極管異步電動(dòng)機(jī)的滯后電流由反饋二極管D1D6續(xù)流。續(xù)流。 例如：逆變器例如：逆變器A相輸出電流相輸出電流+iA，由，由Tl和

40、和D4輪流供給，輪流供給，+iA=iTl+iD4； UA為正時(shí)，為正時(shí)，T1導(dǎo)通；導(dǎo)通； UA為負(fù)時(shí)，為負(fù)時(shí)，D4導(dǎo)通。導(dǎo)通。 逆變器逆變器A相的負(fù)方向電流相的負(fù)方向電流-iA，經(jīng)過，經(jīng)過T4和和D1流出，即流出，即-iA=iT4 +iD1； UA為正時(shí)，為正時(shí)， D1導(dǎo)通；導(dǎo)通； UA為負(fù)時(shí)，為負(fù)時(shí)， T4導(dǎo)通。導(dǎo)通。第三章第三章 牽引變流器牽引變流器39四、由四、由IGBT（全控型器件）構(gòu)成的逆變電路（全控型器件）構(gòu)成的逆變電路 直流中間回路的直流中間回路的T7、R2及及D構(gòu)成過構(gòu)成過電壓泄放電路電壓泄放電路。 CS、RS及及DS構(gòu)成構(gòu)成緩沖（吸收）電路緩沖（吸收）電路。 串聯(lián)的晶閘管串聯(lián)

41、的晶閘管SCR在開機(jī)時(shí)處在不觸發(fā)狀態(tài)，使儲(chǔ)能電在開機(jī)時(shí)處在不觸發(fā)狀態(tài)，使儲(chǔ)能電容器容器Cd的最初充電電流流經(jīng)限流電阻的最初充電電流流經(jīng)限流電阻R1，逆變器起動(dòng)后，逆變器起動(dòng)后SCR始終導(dǎo)通，它不能對(duì)直流環(huán)節(jié)調(diào)壓。始終導(dǎo)通，它不能對(duì)直流環(huán)節(jié)調(diào)壓。 采用采用正弦脈寬調(diào)制正弦脈寬調(diào)制（SPWM）技術(shù)，對(duì)電機(jī)提供調(diào)壓、）技術(shù)，對(duì)電機(jī)提供調(diào)壓、調(diào)頻的三相交流電。調(diào)頻的三相交流電。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器40四、由四、由IGBT（全控型器件）構(gòu)成的逆變電路（全控型器件）構(gòu)成的逆變電路 圖3 逆變器-交流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的電壓、電流波形（a）六階梯波時(shí)的電壓、電流；（b）PWM時(shí)的電壓、電流波形。 第

42、三章第三章 牽引變流器牽引變流器41五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器 在電壓型逆變器中，過去幾乎均采用所謂在電壓型逆變器中，過去幾乎均采用所謂二點(diǎn)式逆變器二點(diǎn)式逆變器，或者稱為或者稱為二電平二電平電路。這種逆變器的工作方式是把中間直流電路。這種逆變器的工作方式是把中間直流回路的回路的正極電位正極電位或或負(fù)極電位負(fù)極電位接到電動(dòng)機(jī)上。接到電動(dòng)機(jī)上。 隨著逆變器容量和電壓的提高，特別是采用隨著逆變器容量和電壓的提高，特別是采用GTO晶閘管晶閘管的電路中，已經(jīng)開始采用多點(diǎn)式逆變器，其中以的電路中，已經(jīng)開始采用多點(diǎn)式逆變器，其中以三點(diǎn)式變流三點(diǎn)式變流器器最為成功，包括三點(diǎn)式

43、脈沖整流器和三點(diǎn)式逆變器。最為成功，包括三點(diǎn)式脈沖整流器和三點(diǎn)式逆變器。 在三點(diǎn)式逆變器中，除了將中間直流回路的在三點(diǎn)式逆變器中，除了將中間直流回路的正極正極或或負(fù)極負(fù)極電位送到電動(dòng)機(jī)去以外，還可以把中間直流電壓回路的電位送到電動(dòng)機(jī)去以外，還可以把中間直流電壓回路的中點(diǎn)中點(diǎn)電位電位送到電動(dòng)機(jī)上去，故三點(diǎn)式逆變器有時(shí)也被稱為送到電動(dòng)機(jī)上去，故三點(diǎn)式逆變器有時(shí)也被稱為中點(diǎn)嵌中點(diǎn)嵌位逆變器位逆變器。第三章第三章 牽引變流器牽引變流器42五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器圖342 二點(diǎn)式逆變器及其輸出波形 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器43五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器五

44、、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器圖3-43 三點(diǎn)式逆變器及其輸出波形第三章第三章 牽引變流器牽引變流器44五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器三點(diǎn)式逆變器具有以下兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：三點(diǎn)式逆變器具有以下兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)： 1、二點(diǎn)式逆變器的輸出端電位在、二點(diǎn)式逆變器的輸出端電位在Ud/2和和Ud/2之間之間變化，而三點(diǎn)式逆變器在變化，而三點(diǎn)式逆變器在Ud/2和和0之間或者之間或者0和和Ud/2之之間變化。這樣，間變化。這樣，GTO器件的器件的阻斷電壓阻斷電壓被限制在被限制在輸入端直流輸入端直流電壓的一半電壓的一半。對(duì)于目前在牽引系統(tǒng)廣泛采用的。對(duì)于目前在牽引系統(tǒng)廣泛采用的4.5k

45、V的的GTO器件，中間直流電壓可提高到器件，中間直流電壓可提高到3.0kV以上。以上。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器45五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器 2、三點(diǎn)式逆變器的輸出電壓波形比二點(diǎn)式逆變器的波形、三點(diǎn)式逆變器的輸出電壓波形比二點(diǎn)式逆變器的波形包含包含較少的諧波分量較少的諧波分量。在一個(gè)周期內(nèi)，。在一個(gè)周期內(nèi)，二點(diǎn)式二點(diǎn)式逆變器電路只逆變器電路只有有8種狀態(tài)種狀態(tài)，而，而三點(diǎn)式三點(diǎn)式逆變器電路中有逆變器電路中有27種狀態(tài)種狀態(tài)。因此，這將。因此，這將有利于減少相鄰兩種電路狀態(tài)間轉(zhuǎn)換時(shí)引起的有利于減少相鄰兩種電路狀態(tài)間轉(zhuǎn)換時(shí)引起的電壓和電流沖電壓和電流沖

46、擊擊，從而有利于降低損耗、提高系統(tǒng)效率，減少電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈，從而有利于降低損耗、提高系統(tǒng)效率，減少電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。動(dòng)。 三點(diǎn)式逆變器的缺點(diǎn)在于增加元件數(shù)目和安裝位置，這三點(diǎn)式逆變器的缺點(diǎn)在于增加元件數(shù)目和安裝位置，這對(duì)于有強(qiáng)迫換流回路的快速晶閘管逆變器來說尤為明顯。對(duì)于有強(qiáng)迫換流回路的快速晶閘管逆變器來說尤為明顯。第三章第三章 牽引變流器牽引變流器46五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器 一個(gè)三點(diǎn)式電路一個(gè)三點(diǎn)式電路可想象成由可想象成由兩個(gè)二點(diǎn)式電路組成兩個(gè)二點(diǎn)式電路組成。如圖。如圖3-44所示，所示，T1、T3組成一個(gè)二點(diǎn)式逆變器組成一個(gè)二點(diǎn)式逆變器TSR1，而，而T2、T

47、4組成另組成另一個(gè)二點(diǎn)式逆變器一個(gè)二點(diǎn)式逆變器TSR2。與一般的二點(diǎn)式逆變器情況相同，在。與一般的二點(diǎn)式逆變器情況相同，在TSR1和和TSR2中，總是一個(gè)元件開通，同時(shí)另一個(gè)元件關(guān)斷。中，總是一個(gè)元件開通，同時(shí)另一個(gè)元件關(guān)斷。 當(dāng)輸出點(diǎn)的電壓從當(dāng)輸出點(diǎn)的電壓從URO=Ud/2轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為URO=0時(shí)，時(shí)，T1/T3從從（通（通/斷）變換為（斷斷）變換為（斷/通），而通），而T2/T4保持在（通保持在（通/斷）的狀態(tài)不斷）的狀態(tài)不變；變； 當(dāng)輸出點(diǎn)的電壓從當(dāng)輸出點(diǎn)的電壓從URO=0轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為URO=Ud/2時(shí)，時(shí)，T1/T3保持保持（斷（斷/通）的狀態(tài)不變，而通）的狀態(tài)不變，而T2/T4從（通

48、從（通/斷）變換為（斷斷）變換為（斷/通）。通）。T1和和T4是主管是主管，起著開關(guān)的作用；，起著開關(guān)的作用；T2和和T3是輔管是輔管，它們與二極，它們與二極管管D5、D6一道，鉗制輸出端電位等于中點(diǎn)電位。一道，鉗制輸出端電位等于中點(diǎn)電位。第三章第三章 牽引變流器牽引變流器47五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器（a）TSR1（b）TSR2圖3-44 一個(gè)三點(diǎn)式逆變器分解成兩個(gè)二點(diǎn)式逆變器D5D6D6D5第三章第三章 牽引變流器牽引變流器48五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器 URO Ud/2 0 Ud/2 T1 通通 斷斷 斷斷 T2 通通

49、通通 斷斷 T3 斷斷 通通 通通 T4 斷斷 斷斷 通通表表3-2 三點(diǎn)式逆變器一相半橋電路各元件的開關(guān)狀態(tài)三點(diǎn)式逆變器一相半橋電路各元件的開關(guān)狀態(tài) 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器49五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器 從一相的輸出波形來看，它有兩種工作方法：從一相的輸出波形來看，它有兩種工作方法： 一種只有一塊寬度可隨一種只有一塊寬度可隨控制角控制角調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)矩脈沖波，或調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)矩脈沖波，或稱為稱為單脈沖方式單脈沖方式，可通過改變控制角，可通過改變控制角來調(diào)節(jié)輸出電壓波形來調(diào)節(jié)輸出電壓波形的基波分量，如圖的基波分量，如圖3-453-45（a a）所示。）所示。

50、另一種是有多個(gè)不同脈寬的脈沖波組成，即脈寬調(diào)制另一種是有多個(gè)不同脈寬的脈沖波組成，即脈寬調(diào)制PWMPWM方式方式，可調(diào)節(jié)輸出電壓波形的基波分量，如圖，可調(diào)節(jié)輸出電壓波形的基波分量，如圖3-453-45（b b）所示。）所示。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器50五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器圖345 三點(diǎn)式逆變電路的兩種輸出電壓波形（a）方波輸出（a0）；（bPWM方式輸出。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器51五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器 圖圖3-463-46所示為三相對(duì)稱負(fù)載，當(dāng)改變所示為三相對(duì)稱負(fù)載，當(dāng)改變控制角控制角的單

51、脈沖的單脈沖方式工作情況下，按逆變器原理分析，可以得到圖中所示的方式工作情況下，按逆變器原理分析，可以得到圖中所示的與控制角與控制角有關(guān)的對(duì)稱負(fù)載上每相（如有關(guān)的對(duì)稱負(fù)載上每相（如A A相）的輸出電壓的相）的輸出電壓的波形，這些電壓波形是由波形，這些電壓波形是由9 9種不同的以中間回路電壓為單位種不同的以中間回路電壓為單位（ 2/3Ud，1/21/2Ud，1/31/3Ud，1/61/6Ud，0 0）的電壓中取）的電壓中取值而組成的階梯波，然而當(dāng)控制角大于值而組成的階梯波，然而當(dāng)控制角大于60600 0時(shí)，波形就變?yōu)椴粫r(shí)，波形就變?yōu)椴贿B續(xù)的脈沖波。連續(xù)的脈沖波。 。 第三章第三章 牽引變流器牽引

52、變流器52五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器五、二點(diǎn)式逆變器和三點(diǎn)式逆變器圖346 三點(diǎn)式逆變電路在不同控制角a時(shí)的負(fù)載相電壓UAO波形 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器53第三節(jié)第三節(jié) 脈沖整流電路脈沖整流電路 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器54一、脈沖整流（變流）電路概述一、脈沖整流（變流）電路概述 脈沖整流電路既可以將電網(wǎng)輸入的交流脈沖整流電路既可以將電網(wǎng)輸入的交流整流整流為輸出的直為輸出的直流，也可方便地將直流流，也可方便地將直流逆變逆變?yōu)榻涣?，回饋到電網(wǎng)中去。因而為交流，回饋到電網(wǎng)中去。因而脈沖整流電路也可統(tǒng)稱為脈沖整流電路也可統(tǒng)稱為脈沖變流電路脈沖變流電路，其裝置稱，其裝置稱脈沖

53、變脈沖變（整）流器（整）流器。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器551、相控相控整流電路的弊端整流電路的弊端 在交在交-直調(diào)速系統(tǒng)中，通常采用傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單的直調(diào)速系統(tǒng)中，通常采用傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單的相控方式相控方式來來改變晶閘管整流器輸出的直流電壓，以調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變晶閘管整流器輸出的直流電壓，以調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但是相控整流器會(huì)導(dǎo)致但是相控整流器會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)流畸變網(wǎng)流畸變和和功率因數(shù)下降功率因數(shù)下降，使電站容量，使電站容量不能充分利用，并干擾通信及影響電子設(shè)備的正常工作不能充分利用，并干擾通信及影響電子設(shè)備的正常工作造造成電網(wǎng)的成電網(wǎng)的電氣污染電氣污染。 特別在大容量場(chǎng)合對(duì)電網(wǎng)影響很大，如

54、鐵路干線上運(yùn)行的特別在大容量場(chǎng)合對(duì)電網(wǎng)影響很大，如鐵路干線上運(yùn)行的相控調(diào)壓的電力機(jī)車，在單相相控調(diào)壓的電力機(jī)車，在單相25kV電網(wǎng)下有多臺(tái)電力機(jī)車運(yùn)電網(wǎng)下有多臺(tái)電力機(jī)車運(yùn)行，可使該電網(wǎng)的功率因數(shù)下降到行，可使該電網(wǎng)的功率因數(shù)下降到04左右左右電網(wǎng)的容量只電網(wǎng)的容量只利用了利用了40，而，而60作為無功交換而損失在線路中。作為無功交換而損失在線路中。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器562、問題的解決、問題的解決采用脈沖整流電路采用脈沖整流電路 因此首先在鐵路電力機(jī)車上發(fā)展起新型的脈沖整流器。因此首先在鐵路電力機(jī)車上發(fā)展起新型的脈沖整流器。由于這種脈沖整流器能很方便地在由于這種脈沖整流器能很方

55、便地在整流整流或或逆變逆變的四個(gè)象限內(nèi)的四個(gè)象限內(nèi)運(yùn)行，最初也稱它為運(yùn)行，最初也稱它為四象限變流器四象限變流器。 它可以從電網(wǎng)上獲取它可以從電網(wǎng)上獲取與網(wǎng)壓同相位的近似正弦波的交流與網(wǎng)壓同相位的近似正弦波的交流電流，使電網(wǎng)的污染減到最小限度電流，使電網(wǎng)的污染減到最小限度。所以在大容量傳動(dòng)裝置。所以在大容量傳動(dòng)裝置中，采用脈沖整流器具有中，采用脈沖整流器具有節(jié)約能源節(jié)約能源的重大意義。的重大意義。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器57二、脈沖整流電路的基本原理與分類二、脈沖整流電路的基本原理與分類 脈沖整流器是應(yīng)用脈沖整流器是應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM）發(fā)展來的一種）發(fā)展來的一種新型

56、電源變流器。相對(duì)于直流斬波器而言，它可稱為新型電源變流器。相對(duì)于直流斬波器而言，它可稱為交流斬交流斬波器波器。 脈沖整流器引入的目的是為了克服相控整流器對(duì)電網(wǎng)的脈沖整流器引入的目的是為了克服相控整流器對(duì)電網(wǎng)的污染。故對(duì)理想的脈沖整流器，可以假定它從交流電網(wǎng)吸取污染。故對(duì)理想的脈沖整流器，可以假定它從交流電網(wǎng)吸取與網(wǎng)壓同相位的正弦電流。與網(wǎng)壓同相位的正弦電流。iN(t)id(t)uN(t)ud(t)圖519 理想脈沖整流器的輸入與輸出第三章第三章 牽引變流器牽引變流器58二、脈沖整流電路的基本原理與分類二、脈沖整流電路的基本原理與分類 輸入端為輸入端為 uN（t）= UNsint iN（t）=

57、INsint 在理想情況，可以認(rèn)為所有元件均無損耗，則在理想情況，可以認(rèn)為所有元件均無損耗，則輸入功率輸入功率PN（t）應(yīng)等于應(yīng)等于輸出功率輸出功率Pd，即，即PN（t）= iN（t）uN（t）= UNIN（1cos2t） = Pd（t）= id（t）ud（t）說明：說明：電網(wǎng)的輸入功率電網(wǎng)的輸入功率PN（t）是以）是以2倍于電網(wǎng)頻率脈動(dòng)的。倍于電網(wǎng)頻率脈動(dòng)的。 22第三章第三章 牽引變流器牽引變流器59二、脈沖整流電路的基本原理與分類二、脈沖整流電路的基本原理與分類 脈沖整流器按輸出情況可以分為電壓型與電流型兩類：脈沖整流器按輸出情況可以分為電壓型與電流型兩類：電壓型電壓型輸出電壓恒定輸出電

58、壓恒定ud（t）= Ud，稱，稱電壓型脈沖整流器電壓型脈沖整流器。此時(shí)其輸出電流為此時(shí)其輸出電流為可見，可見，輸出電流輸出電流id（t）也是以）也是以2倍于網(wǎng)頻脈動(dòng)的倍于網(wǎng)頻脈動(dòng)的。 )2cos1 ()()()()(tUUItututitidNNdNNd電流型電流型是輸出電流恒定是輸出電流恒定id（t）= Id，稱稱電流型脈沖整流器電流型脈沖整流器，其輸出電壓為其輸出電壓為可見，可見， ud（t）也是以也是以2倍于網(wǎng)頻脈動(dòng)的輸出電壓倍于網(wǎng)頻脈動(dòng)的輸出電壓。 )2cos1 ()()()()(tIUItitutitudNNdNNd第三章第三章 牽引變流器牽引變流器60二、脈沖整流電路的基本原理與分

59、類二、脈沖整流電路的基本原理與分類 對(duì)于這種理想脈沖整流器，如果要在直流負(fù)載上得到恒對(duì)于這種理想脈沖整流器，如果要在直流負(fù)載上得到恒定的電壓與電流，則必須在脈沖整流器定的電壓與電流，則必須在脈沖整流器直流側(cè)直流側(cè)與負(fù)載之間接與負(fù)載之間接入一個(gè)由入一個(gè)由電容、電感組成的濾波器電容、電感組成的濾波器，以平衡，以平衡2倍于網(wǎng)頻脈動(dòng)的倍于網(wǎng)頻脈動(dòng)的能量。能量。 此外，在理想脈沖整流器中假定此外，在理想脈沖整流器中假定PWM的脈沖頻率的脈沖頻率fp是無是無限大，但實(shí)際上功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)頻率都有一定的限制，限大，但實(shí)際上功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)頻率都有一定的限制，故存在諧波，為此在脈沖整流器故存在諧波，為

60、此在脈沖整流器交流測(cè)交流測(cè)與電網(wǎng)之間也需接入與電網(wǎng)之間也需接入相應(yīng)的相應(yīng)的濾波器濾波器。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器61二、脈沖整流電路的基本原理與分類二、脈沖整流電路的基本原理與分類 圖圖520 濾波器結(jié)構(gòu)濾波器結(jié)構(gòu)（a）電壓型基本結(jié)構(gòu)；（）電壓型基本結(jié)構(gòu)；（b）電流型基本結(jié)構(gòu)。）電流型基本結(jié)構(gòu)。 第三章第三章 牽引變流器牽引變流器62二、脈沖整流電路的基本原理與分類二、脈沖整流電路的基本原理與分類 電壓型脈沖整流器電壓型脈沖整流器直流側(cè)的濾波器，由支撐電容直流側(cè)的濾波器，由支撐電容Cd和吸收二次諧波電流的串聯(lián)型諧振濾波器和吸收二次諧波電流的串聯(lián)型諧振濾波器L2C2組成，交流側(cè)組成，