第二讲静止式变压变频器VIP免费

《电力电子》2007年1期PowerElectronics|47知识讲座Lectures为了实现异步电动机的变压变频调速，必须具备能够同时控制电压幅值和频率的交流电源，而电网提供的是恒压恒频的电源，因此应该配置变压变频器，又称VVVF(VariableVoltageVariableFrequency)装置。最早的VVVF装置是旋转变频机组，即由直流电动机拖动交流同步发电机构成的机组，调节直流电动机的转速就能控制交流发电机输出的电压和频率。自从电力电子器件获得广泛应用以后，旋转变频机组便逐渐被淘汰，并形成了一系列通用型的静止式变压变频装置。2.1静止式变压变频器的主要类型2.1.1交-直-交和交-交变压变频器从整体结构上看，静止式的电力电子变压变频器可分为交-直-交和交-交两大类。(1)交-直-交变压变频器交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流(可控电压或恒压)，再通过逆变器变换成可控的交流(只控制频率或同时控制频率和电压)，如图2-1所示。由于这类变压变频器在恒频交流电源和变频交流输出之间有一个“中间直流环节”，所以又称间接式的变压变频器。上海大学陈伯时具体的整流和逆变电路种类很多，当前应用最广的是由二极管组成不控整流器和由全控型功率开关器件(P-MOSFET，IGBT等)组成的脉宽调制(PWM)逆变器，简称PWM变压变频器，如图2-2所示。PWM变压变频器的应用之所以如此广泛，是由于它具有如下的一系列优点:1)在主电路整流和逆变两个变流单元中，只有逆变单元是可控的，采用全控型的功率开关器件，通过驱动电压脉冲进行控制，可同时调节变频器的输出电压和频率，结构简单，效率高。2)输出电压波形虽然是一系列的脉冲波，但由于采用了恰当的PWM控制技术，正弦基波的比重较大，影响电动机运行的低次谐波受到很大的抑制，因而转矩脉动小，稳态性能好，调速范围宽。3)逆变器同时实现调压和调频，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响，动态性能较高。4)采用不可控的二极管整流器，电源侧功率因数较可控整流器高，且不受逆变器输出电压高低的影响。PWM变压变频器常用的全控型功率开关器件有:P-图2-1交-直-交(间接)变压变频器(接上期)图2-2交-直-交PWM变压变频器C-滤波电容交流电机变频调速讲座LecturesonVariableFrequencySpeedControlofACMachines第二讲静止式变压变频器StaticVVVFConverters《电力电子》2007年1期48|PowerElectronicsMOSFET(小容量)、IGBT(中、小容量)、GTO、IGCT、IEGT(大、中容量)等。受到开关器件额定电压和电流的限制，对于特大容量电机的变压变频调速仍只好采用半控型的晶闸管(SCR)，即用可控整流器调压和逆变器调频的交-直-交变压变频器，见图2-3。(2)交-交变压变频器交-交变压变频器的结构如图2-4所示，它只有一个变换环节，把恒压恒频(CVCF)的交流电源直接变换成VVVF的输出，因此又称直接式变压变频器。有时为了突出其变频功能，也称作周波变换器(Cycloconverter)。常用的交-交变压变频器输出的每一相都是一个由正、反两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路，也就是说，每一相都相当于一套直流可逆调速系统的反并联可逆线路(图2-5a)。正、反两组按一定周期相互切换，在负载上就获得交变的输出电压u0，u0的幅值决定于各组可控整流装置的控制角α，u0的频率决定于正、反两组整流装置的切换频率。如果控制角α一直不变，则输出平均电压是方波，如图2-5b所示。要获得正弦波输出，就必须在每一组整流装置导通期间不断改变其控制角，例如，在正向组导通的半个周期中，使控制角α由π/2(对应于平均电压u0=0)逐渐减小到0(对应于u0最大)，然后再逐渐增加到π/2(u0再变为0)，如图2-6所示。当α角按正弦规律变化时，半周中的平均输出电压即为图中虚线所示的正弦波。对反向组负半周的控制也是这样。交-交变压变频器虽然在结构上只有一个变换环节，省去了中间直流环节，看似简单，但所用的器件数量却很多，总体设备相当庞大。不过这些设备都是直流调速系统中常用的可逆整流装置，在技术上和制造工艺上都很成熟。这类交-交变频器的其它缺点是:输入功率因数较低，谐波电流含量大，频谱复杂，因此须配置滤波和无功补偿设备。其最高输出频率不超过电网频率的1/3~1/2，一...