三相有源逆变器的控制原理方法与建模仿真结果研究-毕业设计学位论文范文模板参考资料

三相有源逆变器的控制原理方法与建模仿真结果研究-毕业设计学位论文范文模板参考资料内容摘要：

业设计（论文） 11 为 cosd doUU 。 （ ） 由此可见，只要保持电流连续的条件，控制角 α 的变化，不但可以改变 Ud 的大小，而且可以改变 Ud 的极性，当 /2  时， Ud 为负值，正适合于逆变工作的范围。 在逆变工作状态下，晶闸管大部分时间都工作于交流电源的负半周，承受的阻断电压主要为正向阻断电 压，且其反向阻断时间对应着晶闸管的逆变角 β（   ） ，如图 （ b） 所示。 实现有源逆变的条件 由上述有源逆变工作状态的原理分析可知，实现有源逆变必须同时满足两个基本条件：其一是外部条件，即要有一个能提供逆变能量的直流电源，如上例的电动机电势 E，这个直流电势是电能从变流器直流侧逆向送回交流电网的源泉 ，直流电势源的极性及大小应能实现电能从直流侧输出送回变流器；其二是内部条件，即变流器在控制角 /2 的范围内工作，使变流器输出的平均电压 Ud 的极性与整流状态时相反，大小应和直流电势源配合，完成反馈直流电能回交流电网的功能 [12]。 从上面的分析可以看出，整流和逆变、交流和直流在晶闸管变换器中互相联系着，并在一定条件下可互相转换，同一个变流器，既可以作整流器，又可以做整流器，又可以做逆变器，其关键是内部和外部的条件 [13]。 逆变电路的工作原理，参量关系及分析方法等 都和整流电路密切相关，并在很多方面是一致的。 晶闸管整流器有源逆变条件的获得，必须具体情况进行具体分析。 例如，在直流拖动系统中，当同一个变流器从整流状态转入有源逆变状态，这意味着电动机一定要从电动运行状态转变为发电制动运行状态，要求电动机电枢电势 E 的极性随之改变。 对于某些生产机械，如直流卷扬机系统中，电势 E 的极性随重物的 “提升 ”与 “下放 ”自行改变，但在大多数场合，生产机械的拖动电机不会自动改变电枢电势的极性， 例如电力机车，在上下坡道行驶时，因车轮转向不变，在下坡发电制动时，其电枢电势 E 的极性不能自行改变，为 此必须采取其他措施，如可使励磁电流反向或反接电枢电路 [14]。 在可逆拖动系统中，通常采用两套反并联的变流器相互切换，如正组整流，电机正转电动，用反组来完成有源逆变实现正转制动；反组整流，点击反转电动，用正组来完成有源逆变，实现电机的反转制动，等等 [15]。 邵阳学院毕业设计（论文） 12 不难分析，半控桥式电路或具有续流二极管的电路，因为不可能输出负电压，变流器不能实现有源逆变，而且也不允许直流侧出现反极性的直流电势。 三相桥式整流电路 工业广泛应用的三相桥式全控整流电路，是由两组三相半波整流电路串联而成的，一组三相半波整流电路为 共阴极接线，另一组是共阳极，如图 （ a） 所示。 如果它们的负载完全相同且控制角  一致，则负载电流 1dI 、 2dI 应完全相同，在零线中流过的电流平均值 0 1 2 0ddI I I  ，如果将零线切断，不影响电路工作，就成为三相桥式全控整流电路，如图 （ b） 所示。 由于共阴极组正半周触发导通，经变压器副边绕组的是正向电流，而共阳极组在负半周触 发导通，流经变压器副边绕组的是反相电流；因此在一周期中变压器绕组中没有直流磁势，而且每相绕组在正负半周都有电流流过，延长了变压器的导电时间，提高了变压器绕组的利用率 [16] [17]。 （ a） 三相半波共阴极组和共阳极组串联电路 （ b） 三相桥式整流电路 图 三相半波共阴极组和共阳极组串联构成三相桥式整流电路 三相桥式全控整流电路的工作原理及波形 图 为整流变压器采用 D， y 接线的三相全控桥整流电路和 00 、大电感负载时时的电压电流波形。 由三相半波电路可知，在共阴极组的自然换流点（即00 ） 1t 、 3t 、 5t 时刻分别触发 1T 、 3T 、 5T 晶闸管，两组自然换流点对应的自然换流点 2t 、 4t 、 6t 时刻，分别触发 2T 、 4T 、 6T 晶闸管，两组自然换流点对应邵阳学院毕业设计（论文） 13 相相差 060 ，元件各自在本组内换流，即1 3 5 1T T T T   , 2 4 6 2T T T T   ,每个管子轮流导通 0120 ，为了使电流通过负载与电源形成回路，必须在共阴极组和共阳极组中个有一个晶闸管同时导通。 在 12~tt期间， a 相电压较正， b 相电压较负，在触发脉冲作用下， 5T 、 6T 管同时导通，电流从 a 相经 1T 负载 6T 流回 b相，负载上得到线电压 abu。 从 2t 开始， a 相电压乃保持电位最高，但 c 相电压开始比 b 更负，此时脉冲 2gu 触发， （ a）三相桥式全控整流电路；（ b）晶闸管的触发顺序；（ c）输出电压波形； （ d）整流变压器副边电流 ia、 ic 及电源电流 iA 的波形 图 三相桥式全控整流电路及 0 时的电压电流波形 2T 导通，迫使 6T 承受反压而关断，负载电流从 6T 换到 2T ，在 23~tt期间，电流路邵阳学院毕业设计（论文） 14 径为 a 相相经 1T 负载 2T 流回 c 相，负载上 得到线电压 acu .在 3t 时刻，由于 b相电压比 a 相电压高，故触发 3T 管，导通后迫使 1T 关断，电流从 1T 换到 3T ，在 34~tt期间 2T 、 3T 管导通，为 b、 c 相供电，负载上的到线电压 bcu ； 45~tt期间为 b、a 相供电， 3T 、 4T 管导通； 56~tt期间为 c、 a 相供电， 4T 、 5T 管导通； 67~tt期间为 c、 b 相供电， 5T 、 6T 管导通。 78~tt期间为 a、 b 相供电， 6T 、 1T 管导通。 总之，三相桥式全控整流电路中晶闸管导通的顺序是 6 1 2 3 4 56 12… 这时，共阴极组输出电压波形是三相电压正半轴的包络线，共阳极组输出是负半轴的包络线，三相桥式全控整流的输出电压 du 两组输出电压之和，其大小等值于相电压波形正负包络线之间的面积；所以 du 波形为三相电压正半周的包络线， du 每周期脉动 6 次，最低次谐波频率为电源频率的 6 倍，即 300Hz。 00 时，平均直流电压 222 7 4dU U U  ，为直流输出电压的最大值 0du。 ai 、 ci 及电源电流 a A B C A a ci i i i i   的波形如图 （ b） 中所示，其他两相电流波形相同，只是相位上依次相差 120 ， K 为变压器原副边的匝数比 12/WW，在这里假 设 1K。 （ a） 30 输出电压波形 （ b） 60 输出电压波形邵阳学院毕业设计（论文） 15 （ c） 90 输出电压波形 （ d） 120 输出电压波形 图 三相桥式全控整流电路控制角 0 时输 出电压电流波形 当控制角 0 时，输出电压波形发生变化，图 (a)、 (b)、（ c）、 (d)分别为 030 、 060 、 090 及 0120 时的波形。 从图 中可见，当 060 时， du 波形均为正值；当 0060 90 时，由于 dL 的平均波作用延长了元件的导通时间， du 波形瞬时值出现负值，但正面积仍大于负面积，平均电压 dU 仍为正值；当  趋于 090 时，因为是阻感负载， dU 接近于 0 但不会等于 0，可见 du 波形不连续； 090 后，由于 di 太小，晶闸管无法导通，图 （ d） 示出 0120 时不规则的杂乱波形。 通过以上分析，可归纳以下几点。 （ 1） 三相桥式全控全控整流电路，对于共阴极组触发脉冲的要求是保证 1T 、 3T和 5T 依次导通，对于共阳极组触发脉冲的要求是保证 2T 、 4T 和 6T 依次导通，晶闸管在本组内每 0120 换流一次。 由于共阴极组与供阳极组换流点相差 060 ；所以每隔 060有一次换流， 6 个触发脉冲的顺序是 1 2 3 4 5 6 1       （ 2） 三相全控桥控制角  的起算点（自然换流点）与三相半波相同，为相邻电压的交点（包括正向与负向），在电压波形上，就是相邻线电压的交点；故线电压的交点也是自然换相点，距离该线电压波形原点为 060。 （ 3） 三相桥式全控整流电路在任何时刻必须由共阴极组合共阳极组各一个晶闸管同时导通才能构成电流回路；因此，三相桥式可控整流电路必须用双窄脉冲或宽脉冲触发，如图 （ b）、（ c） 所示。 邵阳学院毕业设计（论文） 16 （ 4） 晶闸管两端电压波形，其分析方法与三相半波时一样，如 0 ，晶闸管 1T 所承受的电压波形。 由于桥式电路输出电压比三相半波增大一倍；所以在同样的 dU 值时，三相桥式电路对于管子的耐压要 求降低了一半，流过晶闸管的电流平均值 dTI 与三相半波时完全相同，变压器副边绕组每周期各有 0120 流过正负电流，绕组利用率提高，变压器铁心不存在直流磁化。 (a) 变压器副边三相电压波形； (b) 宽脉冲触发； （ c） 双窄脉冲触发 图 三相全控桥 0 时触发脉冲的两种形式 基本电量计算 当电流连续时，三相桥式整流电路不论  为何值，负载上的电压都是线电压的一部分；因此三相桥式整流实质上就是三相线电压的整流，其输出等值于一周期输出 6 脉波、相电压为 23U 的六相半波整流电路。 因此可以直接从线电压入手，计邵阳学院毕业设计（论文） 17 算直流输出电压在 /3 范围内的平均值即可。 （ 1） 整流电压的计算 1） 电阻性负载 设 22 3 sinabu U t ，根据电流连续是否，对输出平均电压份两中情况进行计算，如图 （ a）、 (b)所示。 （ a） /3 时的输出电压波形 （ b） / 3 2 / 3   时输出电压波形 图 三相全控整流电路电阻性负载输出电压电流波形 ① 当 0 / 3 时，电流连续，输出电压 du 波形也是连续的，其平均值为 2 21 4 c os 5 c os c osddU U U U    ， （ ） 式中， 21U ——线电压有效值。 ② 当 / 3 2 / 3   时，电流出现断续。 当 t 时， 1T 、 6T 中的电流已经下降到 0，但由于 2T 脉冲未来到， 2T 不能导通， 1T 、 6T 自行关断，此时电路中所有的原件均处于阻断状态，整流桥从电网断开，负载电流 0di  ，输出电压 0du。 设断流角为  ，则这种情况一直延续到  ，之后因 2T 触你发脉冲的到来， 2T 开始导邵阳学院毕业设计（论文） 18 通， 2T 重新导通，整流桥重新进入工作状态，直流平均电压值为 20/36 6 s in 1 c o s23ddU U td t U         （ ） 当 2 /3 时， 0dU ，所以电阻负载的移相范围是 0~2 /3。 2） 电感性负载 如果平波电抗足够大，电流连续，晶闸管的导通角就总是 2 /3 ；因此的那个控制角为  时，整流输出的直流电压平均值为 2 c os c osdU U U （ ） 图 三相桥式全控整流电路输出平均电压与控制角的关系 dU 与控制角  的关系如图 中曲线所示。 在 0 / 2 区间及 0dU 时，其工作状态即为本章讲的整流工作状态； /2  区间及 0dU ，称为有源逆变工作状态。 可见，大电感负载工作于整流状态下，移相范围为 00~90。 （ 2） 变压器副边绕组每相电流有效值 2I 的计算 （ 3） 在三相桥式全控整流电路中，变压器 副边绕组每相电流有效值 2I 的计算， 只要参见图 （ d）中的电流 di 的波形，便可知 2dII ；因此  222 1 2 2 22 3 3 3d d dI I I I     （ ） 其值比三相半波时高 2 倍，说明了绕组的利用率提高了。 由于变压器副边绕组中电流没有直流分量；所以 原、副边绕组电压波形相同。 这样，根据变压器原、副边安匝相等的原则，可以求出原边绕组的电流 2I。 计算变压器容量，很显然，结果必然是 1 2 0S S S。 邵阳学院毕业设计（论文） 19 三相有源逆 变 电路 三相半波逆变电路的工作原理 （ 1） 三相半波整流电路的工作原理 掌握了三相半波整流电路和上述逆变的基本概念后，三相半波逆变电路的工作原理就不难理解了。 （ a） 整流工作状态输出电压波形 （ b） 逆变工作状态输出电压 波形 图 三相半波电路的整流与逆变 图 （ a） 为三相半波电机负载电路，负载回路接有大电感，电流连续当 30o时，依次触发晶闸。