交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真研究修改版V

1、摘要 隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)得到了迅速發(fā)展，其顯著的節(jié)能效益，高精確的調(diào)速精度，寬泛的調(diào)速范圍，完善的保護(hù)功能，以及易于實現(xiàn)的自動通信功能，得到了廣大用戶的認(rèn)可，在運行的安全可靠、安裝使用、維修維護(hù)等方面，也給使用者帶來了極大的便利。因此，研究交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本工作原理和作用特性意義十分重大。本文研究了變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本組成部分，主回路主要有三部分組成：將工頻電源變換為直流電源的“整流器”；吸收由整流器和逆變器回路產(chǎn)生的電壓脈動的“濾波回路”，也是儲能回路；將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。使用Matlab/Simulink搭建交直交變

2、頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，通過試驗對該交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本工作原理、工作特性及作用有更深的認(rèn)識，也對諧波對于交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的影響有了一定的了解。關(guān)鍵詞 ：交直交變頻，整流，逆變，諧波，仿真。AbstractWith power electronic technology, computer technology, automatic control tech-nology is developing rapidly, AC variable-frequency system technology has been de-veloping rapidly. Significant energ

3、y efficiency and precision and broad scope of spe-ed control, perfect protection and easy to implement automatic communications, all which have win the many users acceptance . Therefore, studying the AC-DC-AC variablefrequency systerm for the role of the basic working principle and characteristics o

4、f great significance.In this paper we studied the basic component of the variable frequency speed regulation system. There are three main components: the "rectifier" which convert the AC power into DC power; the "loop filter " can absorbed the voltage pulse which the rectifier an

5、d inverter circuit generated by,it is also energy storage circuit; the “inverter” converts the DC power into the AC power. Then we used the Matlab / Simulink to build an AC-DC-AC Frequency Control System Simulation Model. Through the test of the AC-DC Frequency Control System to pay the basic workin

6、g principle and working characteristics, we not only had a deeper understanding of the role,but also had a certain degree of understanding about the harmonic AC-DC-DC Frequency Control System.Key Words ：AC-DC-AC variable requency systerm, rectifier，inverter，harmonics, simulation目錄摘要IAbstractII1 引言11

7、.1 交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展11.2 交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)研究的目的與意義21.3 研究現(xiàn)狀分析32交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理及特性研究72.1 系統(tǒng)的構(gòu)成82.2 交直交變頻的基本工作特性82.3 交直交變頻調(diào)速的優(yōu)越性82.4 交直交變頻調(diào)速合理應(yīng)用92.5 變頻器容量的確定102.6 熟悉Matlab的原理及應(yīng)用及Simulink仿真113 工作原理研究及仿真實驗123.1 設(shè)計方案123.2 整流器的工作原理研究及實驗123.2.1 整流器的基本工作原理123.2.2 整流器部分的實驗研究與分析143.3逆變器的工作原理研究及其實驗分析213.3.1 逆變器的基本工作原理213.3.2 逆

8、變器實驗研究分析233.4 交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的實驗研究分析303.4.1 交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)模型的實驗研究303.4.2 交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行仿真與分析363.5 變頻器輸出諧波的影響383.5.1 變頻器輸出諧波對負(fù)載的影響383.5.2 諧波實驗研究與分析（逆變器部分）414結(jié)論45致謝46參考文獻(xiàn)47附錄一： 整流模塊仿真模型48附錄二： 交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真模型49 1 引言1.1 交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展隨著電機制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，電動機作為風(fēng)機、水泵、壓縮機、機床等各種設(shè)備的動力，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)、公用設(shè)施和家用電器等各個領(lǐng)域，其中異步電動機是各類電動機中應(yīng)用最廣、需要量最

9、大的一種。在我國，異步電動機的用電量約占總負(fù)荷的80%以上，其中風(fēng)機、泵類、壓縮機和空調(diào)制冷機的用電量分別占全國用電量的10.4%, 20.9%, 9.4%和 6%。從全球范圍看，電動機的用電量平均占世界各國社會總用電量的一半以上，占工業(yè)用電量的70%左右。因此，提高電機系統(tǒng)的效率，對節(jié)約電能意義十分重大。異步電動機的基本特點是，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源相連，其定子電流直接取自交流電力系統(tǒng)。與其它電機相比，異步電動機的結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用、維護(hù)方便，運行可靠性高，重量輕，成本低。以三相異步電動機為例，與同功率、同轉(zhuǎn)速的直流電動機相比，前者重量只及后者的二分之一，成本僅為三分之一。異步電動機還容易

10、按不同環(huán)境條件的要求，派生出各種系列產(chǎn)品。它還具有接近恒速的負(fù)載特性，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械拖動的要求。其局限性是，它的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速有固定的轉(zhuǎn)差率，因而調(diào)速性能較差，在要求有較寬廣的平滑調(diào)速范圍的使用場合(如傳動軋機、卷揚機、大型機床、風(fēng)機、水泵等)，不如直流電動機經(jīng)濟、方便。但是，直流電動機結(jié)構(gòu)上存在機械換向器和電刷，使它具有一些難以克服的固有缺點，如維修工作量大，事故率高，容量受換向條件的制約，使用環(huán)境受限 (特別在易燃、易爆、粉塵等場合難以應(yīng)用)。20世紀(jì)70年代初，席卷世界先進(jìn)工業(yè)國家的石油危機迫使他們投入大量人力和財力去研究高效節(jié)能的交流傳動系統(tǒng)。到了二十世紀(jì)90年

11、代，隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)得到了迅速發(fā)展，其技術(shù)和性能勝過其它任何一種調(diào)速方式 (如:降壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、內(nèi)反饋串級調(diào)速和液力偶合調(diào)速)。所謂變頻調(diào)速就是利用變頻調(diào)速器從電網(wǎng)接收工頻 50HZ的交流電，經(jīng)過恰當(dāng)?shù)膹娭谱儞Q方法，將輸入的給定頻率交流電變換成為頻率和幅值都可調(diào)節(jié)的交流電輸出到交流電動機，從而實現(xiàn)交流電動機的變速運行。1.2 交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)研究的目的與意義電動機調(diào)速的節(jié)能效果交流異步電動機的輸出轉(zhuǎn)速由下式確定: (1-1)式中 電動機的輸出轉(zhuǎn)速; 輸入的電源頻率; 電動機的轉(zhuǎn)差率: 電機的極對數(shù)。由公式(1-1)可知，電動

12、機的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電機的極對數(shù)有關(guān)系，因而交流電動機的直接調(diào)速方式主要有變極調(diào)速(調(diào)整P)、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速或串級調(diào)速或內(nèi)反饋電機(調(diào)整s)和變頻調(diào)速(調(diào)整f)等.通過流體力學(xué)的基本定律可知:風(fēng)機 (或水泵)類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力(揚程)H以及軸功率P具有如下關(guān)系 （1-2） （1-3） （1-4）由公式(1-4)可知，在其它運行條件不變的情況下，通過下調(diào)電機的運行速度，其節(jié)電效果是與轉(zhuǎn)速降落成立方的關(guān)系，因此，節(jié)電效果非常明顯。例如在工況只需要50%的風(fēng)量或水量時，則可以將電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為額定的一半，而此時電機消耗的功率僅為額定的2.5%，即理論上節(jié)

13、能可達(dá)87.5%.目前交流傳動己經(jīng)上升為電氣調(diào)速傳動的主流，直流傳動系統(tǒng)占統(tǒng)治地位的局面已經(jīng)受到強烈的沖擊。推廣使用可調(diào)速電動機及其控制系統(tǒng)的節(jié)能具有廣闊的前景，在不久的將來，交流電氣傳動將會完全取代直流電氣傳動。電動機作為風(fēng)機、水泵、壓縮機、機床等各種設(shè)備的動力，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)、公用設(shè)施和家用電器等各個領(lǐng)域，其中異步電動機是各類電動機中應(yīng)用最廣、需要量最大的一種。使之成為國內(nèi)外企業(yè)采用電機節(jié)能方式的首選。因此，提高電機系統(tǒng)的效率，對節(jié)約電能意義十分重大。隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)得到了迅速發(fā)展，其顯著的節(jié)能效益，高精確的調(diào)速精度，寬泛的調(diào)速

14、范圍，完善的保護(hù)功能，以及易于實現(xiàn)的自動通信功能，得到了廣大用戶的認(rèn)可，在運行的安全可靠、安裝使用、維修維護(hù)等方面，也給使用者帶來了極大的便利。因此，研究交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)將有利于提高系統(tǒng)的可靠性和工作效率。為了分析變頻器對電動機的影響，利用Matlab仿真工具，搭建交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，對系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。1.3 研究現(xiàn)狀分析(1) 采用新型功率半導(dǎo)體器件功率半導(dǎo)體器件的不斷進(jìn)步，尤其是新型可關(guān)斷器件，如BIT(雙極型晶體管)、MOSFET(金屬氧化硅場效應(yīng)管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)的實用化，使得開關(guān)高頻化的PWM 技術(shù)成為可能。目前功率半導(dǎo)體器件正向高壓、大功率、高頻化、

15、集成化和智能化方向發(fā)展。典型的電力電子變頻裝置有電壓型交直交變頻器、電流型交直交變頻器和交交變頻器三種。電流型交直交變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作儲能元件，無功功率將由大電感來緩沖，它的一個突出優(yōu)點是當(dāng)電動機處于制動 (發(fā)電)狀態(tài)時，只需改變網(wǎng)側(cè)可控整流器的輸出電壓極性即可使回饋到直流側(cè)的再生電能方便地回饋到交流電網(wǎng)，構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)具有四象限運行能力，可用于頻繁加減速等對動態(tài)性能有要求的單機應(yīng)用場合，在大容量風(fēng)機、泵類節(jié)能調(diào)速中也有應(yīng)用。電壓型交直交變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電容作儲能元件，無功功率將由大電容來緩沖。對于負(fù)載電動機而言，電壓型變頻器相當(dāng)于一個交流電壓源，在不超過容量限度的情況

16、下，可以驅(qū)動多臺電動機并聯(lián)運行。電壓型PWM 變頻器在中小功率電力傳動系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位。但電壓型變頻器的缺點在于電動機處于制動(發(fā)電)狀態(tài)時，回饋到直流側(cè)的再生電能難以回饋給交流電網(wǎng)，要實現(xiàn)這部分能量的回饋，網(wǎng)側(cè)不能采用不可控的二極管整流器或一般的可控整流器，必須采用可逆變頻器，這種再生能量回饋式高性能變頻器具有直流輸出電壓連續(xù)可調(diào)，輸入電流 (網(wǎng)側(cè)電流)波形基本為正弦，功率因數(shù)保持為1并且能量可以雙向流動的特點，代表一個新的技術(shù)發(fā)展動向，但成本問題限制了它的發(fā)展速度。通常的交一交變頻器都有輸入諧波電流大、輸入功率因數(shù)低的缺點，只能用于低速 (低頻)大容量調(diào)速傳動。為此，矩陣式交一交變頻器應(yīng)

17、運而生。矩陣式交一交變頻器功率密度大，而且沒有中間直流環(huán)節(jié)，省去了笨重而昂貴的儲能元件，它為實現(xiàn)輸入功率因數(shù)為1,輸入電流為正弦和四象限運行開辟了新的途徑。(2) 用脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)技術(shù)隨著電壓型PWM變頻器在高性能的交流傳動系統(tǒng)中應(yīng)用日趨廣泛，PWM技術(shù)的研究越來越深入。PWM 利用功率半導(dǎo)體器件的高頻開通和關(guān)斷，把直流電壓變成按一定寬度規(guī)律變化的電壓脈沖序列，以實現(xiàn)變頻、變壓并有效地控制和消除諧波。PWM技術(shù)可分為三大類:正弦PWM、優(yōu)化PWM 及隨機PWM。正弦PWM 包括以電壓、電流和磁通的正弦為目標(biāo)的各種PWM 方案.正弦PWM一般隨

18、著功率器件開關(guān)頻率的提高會得到很好的性能，因此在中小功率交流傳動系統(tǒng)中被廣泛采用。但對于大容量的電力變換裝置來說，太高的開關(guān)頻率會導(dǎo)致大的開關(guān)損耗，而且大功率器件如GTO的開關(guān)頻率目前還不能做得很高，在這種情況下，優(yōu)化PWM 技術(shù)正好符合裝置的需要。特定諧波消除法 (Selected Harmonic Mi-inationPWM,SHE PWM)、效率最優(yōu)PWM和轉(zhuǎn)矩脈動最小PWM都屬于優(yōu)化PWM技術(shù)的范疇。普通PWM變頻器的輸出電流中往往含有較大的和功率器件開關(guān)頻率相關(guān)的諧波成分，諧波電流引起的脈動轉(zhuǎn)矩作用在電動機上，會使電動機定子產(chǎn)生振動而發(fā)出電磁噪聲，其強度和頻率范圍取決于脈動轉(zhuǎn)矩的大小

19、和交變頻率。如果電磁噪聲處于人耳的敏感頻率范圍，將會使人的聽覺受到損害。一些幅度較大的中頻諧波電流還容易引起電動機的機械共振，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。為了解決以上問題，一種方法是提高功率器件的開關(guān)頻率，但這種方法會使得開關(guān)損耗增加;另一種方法就是隨機地改變功率器件的導(dǎo)通位置和開關(guān)頻率，使變頻器輸出電壓的諧波成分均勻地分布在較寬的頻帶范圍內(nèi)，從而抑制某些幅值較大的諧波成分，以達(dá)到抑制電磁噪聲和機械共振的目的，這就是隨機PWM 技術(shù)。(3) 應(yīng)用矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)及現(xiàn)代控制理論交流傳動系統(tǒng)中的交流電動機是一個多變量、非線性、強禍合、時變的被控對象，VVVF(Variable Voltag

20、e Variable Frequency)控制是從電動機穩(wěn)態(tài)方程出發(fā)研究其控制特性，動態(tài)控制效果很不理想。20世紀(jì)70年代初提出用矢量變換的方法來研究交流電動機的動態(tài)控制過程，不但要控制各變量的幅值，同時還要控制其相位，以實現(xiàn)交流電動機磁通和轉(zhuǎn)矩的解禍，促使了高性能交流傳動系統(tǒng)逐步走向?qū)嵱没Ｄ壳案邉討B(tài)性能的矢量控制變頻器已經(jīng)成功地應(yīng)用在軋機主傳動、電力機車牽引系統(tǒng)和數(shù)控機床中。此外，為了解決系統(tǒng)復(fù)雜性和控制精度之間的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接轉(zhuǎn)矩控制、電壓定向控制等。另外，智能控制技術(shù)如模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等也開始應(yīng)用于交流調(diào)速傳動系統(tǒng)中，以提高控制的精度。(4) 廣泛應(yīng)用微

21、電子技術(shù)隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式控制處理芯片的運算能力和可靠性得到很大提高，這使得全數(shù)字化控制系統(tǒng)取代以前的模擬器件控制系統(tǒng)成為可能。目前適于交流傳動系統(tǒng)的微處理器有單片機、數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor, DSP )、專用集成電路(Application Specific IntegratedCircuit, ASIC)等。其中，高性能的計算機結(jié)構(gòu)形式采用超高速緩沖儲存器、多總線結(jié)構(gòu)、流水線結(jié)構(gòu)和多處理器結(jié)構(gòu)等。核心控制算法的實時完成、功率器件驅(qū)動信號的產(chǎn)生以及系統(tǒng)的監(jiān)控、保護(hù)功能都可以通過微處理器實現(xiàn)，為交流傳動系統(tǒng)的控制提供很大的靈活性，且控制器的硬

22、件電路標(biāo)準(zhǔn)化程度高，成本低，使得微處理器組成全數(shù)字化控制系統(tǒng)達(dá)到了較高的性能價格比。(5) 開發(fā)新型電動機和無機械傳感器技術(shù)交流傳動系統(tǒng)的發(fā)展對電動機本體也提出了更高的要求。電動機設(shè)計和建模有了新的研究內(nèi)容，如三維渦流場的計算、考慮轉(zhuǎn)子運動及外部變頻供電系統(tǒng)方程的聯(lián)解、電動機阻尼繞組的合理設(shè)計及籠條的故障檢測等。為了更詳細(xì)地分析電動機內(nèi)部過程，如繞組短路或轉(zhuǎn)子斷條等問題，多回路理論應(yīng)運而生。隨著20世紀(jì)80年代永磁材料特別是欽鐵硼永磁的發(fā)展，永磁同步電動機(Permanent-Magnet Synchronous Motor, PMSM)的研究逐漸熱門和深入，由于這類電動機無需勵磁電流，運行效

23、率、功率因數(shù)和功率密度都很高，因而在交流傳動系統(tǒng)中獲得了日益廣泛的應(yīng)用。在高性能的交流調(diào)速傳動系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子速度 (位置)閉環(huán)控制往往是必需的。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速 (位置)反饋控制，須用光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器等與電動機同軸安裝的機械速度(位置)傳感器來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子速度和位置的檢測。但機械式的傳感器有安裝、電纜連接和維護(hù)等問題，降低了系統(tǒng)的可靠性。對此，許多學(xué)者開展了無速度 (位置)傳感器控制技術(shù)的研究，即利用檢測到的電動機出線端電量 (如電機電壓、電流)，估測出轉(zhuǎn)子的速度、位置，還可以觀測到電動機內(nèi)部的磁通、轉(zhuǎn)矩等，進(jìn)而構(gòu)成無速度 (位置)傳感器高性能交流傳動系統(tǒng)。該技術(shù)無需在電動機轉(zhuǎn)子和機座上安裝機械式

24、的傳感器，具有降低成本和維護(hù)費用、不受使用環(huán)境限制等優(yōu)點，將成為今后交流電氣傳動技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。(6) 變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波對交流電機負(fù)載運行的影響眾所周知，電機的轉(zhuǎn)速和電源的頻率是線性關(guān)系，變頻器就是利用這一原理將50Hz的工頻電通過整流和逆變轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流電源。從結(jié)構(gòu)來看，變頻器可分為間接變頻和直接變頻兩大類。間接變頻將工頻電流通過整流器變成直流，然后再經(jīng)過逆變器將直流變換成頻率和電壓可控的交流。直接變頻器則將工頻交流直接變換成頻率和電壓可控的交流，沒有中間的直流環(huán)節(jié)。目前變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用較多的還是間接變頻器，即交直交變頻器. 由于變頻器供電側(cè)電流中會含有諧波，這些諧波電流注入

25、電網(wǎng)后將對電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，而其逆變電路輸出側(cè)產(chǎn)生的高次諧波也會給電動機帶來諸如發(fā)熱加劇、轉(zhuǎn)矩脈動及噪聲等問題，甚至造成電機損壞，另外，諧波還對通信以及電子設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，影響周圍設(shè)備的正常運行。因此，研究變頻器的諧波特性將有利于提高交流傳動系統(tǒng)的可靠性和工作效率。2 交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理及特性研究變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖: 圖2-1變頻器調(diào)速系統(tǒng)的原理接線圖變頻器原理是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。交直交變頻器則是先把交流電經(jīng)整流器先整流成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，再經(jīng)過逆變器把這個直流電流變成頻率和電壓都可變的

26、交流電。    交直交變頻器又可以分為電壓型和電流型兩種，由于控制方法和硬件設(shè)計等各種因素，電壓型逆變器應(yīng)用比較廣泛。傳統(tǒng)的電流型交直交變頻器采用自然換流的晶閘管作為功率開關(guān)，其直流側(cè)電感比較昂貴，而且應(yīng)用于雙饋調(diào)速中，在過同步速時需要換流電路，在低轉(zhuǎn)差頻率的條件下性能也比較差，在雙饋異步風(fēng)力發(fā)電中應(yīng)用的不多。采用電壓型交直交變頻器這種整流變頻裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、諧波含量少、定轉(zhuǎn)子功率因數(shù)可調(diào)等優(yōu)異特點，可以明顯地改善雙饋發(fā)電機的運行狀態(tài)和輸出電能質(zhì)量，并且該結(jié)構(gòu)通過直流母線側(cè)電容完全實現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)的分離。 變頻器的整流部分通常采用三相6脈動橋式整流電

27、路，因此，交流供電側(cè)電流中所包含的諧波主要是(k為正整數(shù))次諧波，這些諧波電流注入電網(wǎng)后將對電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。在變頻器的逆變側(cè)，通過控制裝置產(chǎn)生6組脈寬可調(diào)的PWM波控制三相的6組功率元件的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而形成電壓、頻率可調(diào)的三相輸出電壓。2.1 系統(tǒng)的構(gòu)成交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本構(gòu)成如原理圖2-1所示，它由整流、濾波、逆變等部分組成。交流電源經(jīng)整流、濾波、逆變后變成直流電源，再通過逆變器的有規(guī)則的導(dǎo)通和截止使之輸出頻率可變的電源。其主回路主要有三部分構(gòu)成：將工頻電源變換為直流電源的“整流器”；吸收由整流器和逆變器回路產(chǎn)生的電壓脈動的“濾波回路”，也是儲能回路；將直流功率變換為交流功

28、率的“逆變器”。(1) 整流器近來大量使用的就是二極管整流器，它把工頻電源變換為直流電源，電功率的傳送是不可逆的。(2) 濾波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有六倍電源頻率的脈動電壓，此外，逆變器回路產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓波動。為了抑制這些電壓波動，采用直流電抗器和電容器吸收脈動電壓（電流）。裝置容量較小時，如果電源輸出阻抗和整流器容量足夠時，可以省去直流電抗器而采用簡單的阻容濾波回路。(3) 逆變器 同整流器相反，逆變器的作用是在所確定的時間里有規(guī)則地使六個功率開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷，從而將直流功率變換為所需電壓和頻率的交流輸出功率。2.2 交直交變頻的基本工作特性Ø 調(diào)速時平滑

29、性好，效率高。低速時，特性靜關(guān)率較高，相對穩(wěn)定性好。 Ø 調(diào)速范圍較大，精度高。Ø 起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯。 Ø 變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡便。Ø 易于實現(xiàn)過程自動化。 Ø 必須有專用的變頻電源，目前造價較高。 Ø 在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，低速段電動機的過載能力大為降低。2.3 交直交變頻調(diào)速的優(yōu)越性交流電動機的調(diào)速方法有三種：變極調(diào)速、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和變頻調(diào)速。其中，變頻調(diào)速最具優(yōu)勢。這里僅就交流變頻調(diào)速系統(tǒng)與直流調(diào)速系統(tǒng)做一比較。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，由于直流電動機具有電

30、刷和整流子，因而必須對其進(jìn)行檢查，電機安裝環(huán)境受到限制。例如：不能在有易爆氣體及塵埃多的場合使用。此外，也限制了電機向高轉(zhuǎn)速、大容量發(fā)展。而交流電機就不存在這些問題，主要表現(xiàn)為以下幾點： 第一，直流電機的單機容量一般為12 - 14MW，還常制成雙電樞形式，而交流電機單機容量卻可以數(shù)倍于它。第二，直流電機由于受換向限制，其電樞電壓最高只能做到一千多伏，而交流電機可做到6 - 10kV。第三，直流電機受換向器部分機械強度的約束，其額定轉(zhuǎn)速隨電機額定功率而減小，一般僅為每分鐘數(shù)百轉(zhuǎn)到一千多轉(zhuǎn)，而交流電機的達(dá)到每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)。第四，直流電機的體積、重量

31、、價格要比同等容量的交流電機大。最后，特別要指出的是交流調(diào)速系統(tǒng)在節(jié)約能源方面有著很大的優(yōu)勢。一方面，交流拖動的負(fù)荷在總用電量中占一半或一半以上的比重，這類負(fù)荷實現(xiàn)節(jié)能，可以獲得十分可觀的節(jié)電效益。另一方面，交流拖動本身存在可以挖掘的節(jié)電潛力。在交流調(diào)速系統(tǒng)中，選用電機時往往留有一定余量，電機又不總是在最大負(fù)荷情況下運行；如果利用變頻調(diào)速技術(shù)，輕載時，通過對電機轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，就能達(dá)到節(jié)電的目的。工業(yè)上大量使用風(fēng)機、水泵、壓縮機等，其用電量約占工業(yè)用電量的50%；如果采用變頻調(diào)速技術(shù)，既可大大提高其效率，又可減少10%的電能消耗。2.4 交直交變頻調(diào)速合理應(yīng)用交流變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國已得到廣

32、泛應(yīng)用。美國有60% - 65%的發(fā)電量用于電機驅(qū)動，由于有效地利用了變頻調(diào)速技術(shù)，僅工業(yè)傳動用電就節(jié)約了15% - 20%的電量。 采用變頻調(diào)速，一是根據(jù)要求調(diào)速用，二是節(jié)能。它主要基于下面幾個因素： (1) 變頻調(diào)速系統(tǒng)自身損耗小，工作效率高。 (2) 電機總是保持在低轉(zhuǎn)差率運行狀態(tài)，減小轉(zhuǎn)子損耗。 (3) 可實現(xiàn)軟啟、制動功能，減小啟動電流沖擊。 在采用變頻調(diào)速時，需從工藝要求、節(jié)約效益、投資回收期等各方面考慮。如果僅從工藝要求、節(jié)約效益考慮，下面幾種情況選用變頻調(diào)速較有利： (1) 根據(jù)

33、工藝要求，生產(chǎn)線或單臺設(shè)備需要按程序或按要求調(diào)整電機速度的。如：包裝機傳送系統(tǒng)，根據(jù)不同品種的產(chǎn)品，需要改變系統(tǒng)傳送速度，使用變頻調(diào)速可使調(diào)速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制準(zhǔn)確，并易于實現(xiàn)程序控制。 (2) 用變頻調(diào)速代替機械變速。如：機床，不僅可以省去復(fù)雜的齒輪變速箱，還能提高精度、滿足程序控制要求。 (3) 用變頻調(diào)速代替用閘門或擋板調(diào)整流量適于風(fēng)機、水泵、壓縮機等。例如：鍋爐上水泵、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機實行了變頻調(diào)速控制，不僅省去了伺服放大器、電動操作器、電動執(zhí)行器和給水閥門（或擋風(fēng)板），而且使得整個鍋爐鍋爐控制系統(tǒng)得到了快速的動態(tài)響應(yīng)、高的控制精度和穩(wěn)定性。 2.5 變

34、頻器容量的確定變頻調(diào)速是通過變頻器來實現(xiàn)的，對于變頻器的容量確定至關(guān)重要。合理的容量選擇本身就是一種節(jié)能降耗措施。根據(jù)現(xiàn)有資料和經(jīng)驗，比較簡便的方法有三種： (1)電機實際功率確定發(fā) 首先測定電機的實際功率，以此來選用變頻器的容量。 (2)公式法 設(shè)安全系數(shù)取1.05，則變頻器的容量為  （2-1）式中，為電機負(fù)載；為電機功率。 計算出Pb后，按變頻器產(chǎn)品目錄可選出具體規(guī)格。 為第n臺電動機的額定電流，n為電機的臺數(shù)。在任何情況下，都不能在連續(xù)使用時超過額定電流I，當(dāng)一臺變頻器用于多臺電機時，應(yīng)滿足 電機額定電流法

35、變頻器 變頻器容量選定過程，實際上是一個變頻器與電機的最佳匹配過程，最常見、也較安全的是使變頻器的容量大于或等于電機的額定功率，但實際匹配中要考慮電機的實際功率與額定功率相差多少，通常都是設(shè)備所選能力偏大，而實際需要的能力小，因此按電機的實際功率選擇變頻器是合理的，避免選用的變頻器過大，使投資增大。 雖然變頻調(diào)速有諸多優(yōu)點，但也有其不利因素，主要問題是電流中含高次諧波較多，除對電網(wǎng)有污染外，也使電機自身增加損耗，引起電機發(fā)熱。再有，變頻器價格貴、投資回收器長、技術(shù)復(fù)雜、尤其在實現(xiàn)閉環(huán)自動控制時，還需進(jìn)行技術(shù)處理。 此外，不是任何情況下變頻器都節(jié)電，如果電機負(fù)載變化

36、不大，或深井泵配有水塔，節(jié)電、節(jié)水效果都不大，就不宜使用變頻調(diào)速。2.6 熟悉Matlab的原理及應(yīng)用及Simulink仿真Matlab(Matrix Laboratory的縮寫)是Mathworks公司開發(fā)的一種集計算、圖形可視化和編輯功能于一體的功能強大、操作簡便、易于擴充的語言，是目前國際上公認(rèn)的優(yōu)秀的數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件之一。 Matlab系統(tǒng)的強大功能是由其核心內(nèi)容（語言系統(tǒng)、開發(fā)環(huán)境、圖形系統(tǒng)、數(shù)學(xué)函數(shù)庫、應(yīng)用程序接口等）和輔助工具箱（符號計算、圖象處理、優(yōu)化、統(tǒng)計和控制等工具箱）兩大部分構(gòu)成。Simulink是一個進(jìn)行動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成軟件包。它可以處理的系統(tǒng)包括：線性、

37、非線性系統(tǒng)；離散、連續(xù)及混合系統(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。在Simulink 提供的圖形用戶界面GUI上，只要進(jìn)行鼠標(biāo)的簡單拖拉操作就可構(gòu)造出復(fù)雜的仿真模型。它外表以方塊圖形式呈現(xiàn)，且采用分層結(jié)構(gòu)。從建模角度講，這既適于自上而下（Top-down）的設(shè)計流程（概念、功能、系統(tǒng)、子系統(tǒng)、直至器件），又適于自下而上（Bottum-up） 逆程設(shè)計。從分析研究角度講，這種Simulink模型不僅能讓用戶知道具體環(huán)節(jié)的動態(tài)細(xì)節(jié)，而且能讓用戶清晰地了解各器件、各子系統(tǒng)、各系統(tǒng)間的信息交換，掌握各部分之間的交互影響。在Simulink環(huán)境中，用戶將觀察到現(xiàn)實世界中摩擦、風(fēng)阻、齒隙、飽和、死區(qū)等非線性因

38、素和各種隨機因素對系統(tǒng)行為的影響。在Simulink環(huán)境中，用戶可以在仿真進(jìn)程中改變感興趣的參數(shù)，實時地觀察系統(tǒng)行為的變化。Simulink環(huán)境使用戶擺脫了深奧數(shù)學(xué)推演的壓力和煩瑣編程的困擾。3工作原理研究及仿真實驗3.1 設(shè)計方案在此次設(shè)計中是交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究，主要是通過一個具體的交直交變頻方案或者自己搭建一個交直交變頻的方案來研究交直交變頻的基本原理、工作特性、各部分的基本作用及變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波對負(fù)載運行的影響。對交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究需要從幾個模塊分別進(jìn)行研究，例如有降壓模塊、整流模塊、逆變模塊、負(fù)載模塊及測量模塊幾個部分。其主回路主要有三部分構(gòu)成：將工頻電源變

39、換為直流電源的“整流器”；吸收由整流器和逆變器回路產(chǎn)生的電壓脈動的“濾波回路”，也是儲能回路；將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。之后利用Matlab/Simulink搭建模型對其輸出的波形進(jìn)行仿真研究，并進(jìn)行諧波分析，并分析輸出諧波對交流電機負(fù)載運行的影響。對交直交變頻器的基本原理和基本組成部分進(jìn)行研究。然后選定合適的電壓源，再進(jìn)行降壓，然后通過對整流器的分析研究選定合適的整流方案并進(jìn)行研究分析，通過對逆變器的研究和分析選定合適的逆變器并選定合適的逆變器搭建方案。其中這些部分的研究要根據(jù)負(fù)載模塊的相關(guān)要求來確定，例如：負(fù)載的電壓、頻率等的要求。接下來要對交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本特性進(jìn)行研究

40、，并與其他的調(diào)速方法作比較說明其優(yōu)越性，確定其基本的參數(shù)。并在前面的理論基礎(chǔ)上熟悉和學(xué)會在Matlab/Simulink中搭建模型的方法。為后面成功搭建交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的模型和仿真作準(zhǔn)備。在前面的基礎(chǔ)上搭建交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，并對其中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置進(jìn)行仿真，對整流后的波形，逆變后的波形進(jìn)行結(jié)果分析。3.2 整流器的工作原理研究及實驗3.2.1 整流器的基本工作原理在電容濾波器的三相不可控整流電路中，最常用的就是三相橋式結(jié)構(gòu)?？紤]電感時電容濾波的三相橋式整流電路原理圖如下圖所示：圖3-1（a）考慮電感時電容濾波的三相橋式整流電路圖3-1（b）考慮電感時電容濾波的波形 該電路中，當(dāng)某一

41、對二極管導(dǎo)通時，輸出直流電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個，該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通時，由電容向負(fù)載供電，按指數(shù)規(guī)律下降。 設(shè)二極管在距線電壓過零點角處開始導(dǎo)通，并以二極管和開始同時導(dǎo)通的時刻為時間零點，則線電壓為 （3-1）而相電壓為 （3-2）在時，二極管和開始同時導(dǎo)通，直流側(cè)電壓等于；下一次同時導(dǎo)通的一對管子是和，直流側(cè)電壓等于。這兩段導(dǎo)通過程之間的交替有兩種情況，一種是在和同時導(dǎo)通之前和是關(guān)斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充電電流是斷續(xù)的，另一種是一直導(dǎo)通，交替時由導(dǎo)通換相至導(dǎo)通，是連續(xù)的。介于二者之間的臨界情況是，和同時導(dǎo)通的階段與和同時導(dǎo)通的階段在處恰好銜接了起來，

42、恰好連續(xù)。由“電壓下降速度相等”的原則，可以確定臨界條件。假設(shè)在的時刻“速度相等”恰好發(fā)生，則有 （3-3）可得,這就是臨界條件。和分別是電流斷續(xù)和連續(xù)的條件。對一個確定的裝置來說，通常只有是可變的，它的大小反映了負(fù)載的輕重。因此可以說，在輕載時直流側(cè)獲得的充電電流是斷續(xù)的，重載時是連續(xù)的，分界點就是。3.2.2 整流器部分的實驗研究與分析以上分析的是理想的情況，未考慮實際電路中存在的交流側(cè)電感以及為抑制沖擊電流而串聯(lián)的電感。當(dāng)考慮上述電感時，電路的工作情況發(fā)生變化，其仿真過程如下：在實驗的運行階段， 需要對實驗進(jìn)行仿真， 本軟件采用自動化領(lǐng)域廣泛使用的應(yīng)用軟件 Matlab中的一個軟件包 S

43、imulink 作為仿真工具對各種電力電子電路進(jìn)行仿真。Simulink 是一個結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力的系統(tǒng)級設(shè)計和仿真工具， 它擁有非常豐富的模塊庫，使系統(tǒng)建模像搭建實際電路一樣方便。自 MATLAB6.5 版本以后， Simulink 的模塊庫中又增加了一個電力系統(tǒng)模塊集 Power System Blockset， 可用于電力電子系統(tǒng)、 電機系統(tǒng)、 電力傳動等領(lǐng)域的仿真和分析，功能十分強大。本軟件主要用到的是Simulink 基本模塊庫和 Power System Blockset 模塊集中的模塊。對一個電路的仿真需要分兩步完成： 建模和設(shè)置參數(shù)， 運行仿真。下面以三相橋式不可控整

44、流電路實驗為例來介紹仿真的具體實現(xiàn)。(1) 建模和設(shè)置參數(shù)：根據(jù)三相橋式全控整流電路的原理圖和實驗過程中要求觀測的波形， 在模型窗口中引入模塊并設(shè)置參數(shù)如下：1) 從 Electrical Sources 模塊庫中復(fù)制 （用鼠標(biāo)拖拉）三個交流電壓源模塊到模型窗口中。電壓設(shè)置值為120V，頻率 Frequency值都設(shè)置為 60， 相位設(shè)置為 0，其它值采用默認(rèn)值。 具體參數(shù)設(shè)置如下：2) 從Power Electronics模塊庫中復(fù)制一個通用6個diode模塊。參數(shù)設(shè)置為 ,。3) 從Elements模塊庫中復(fù)制一個串聯(lián) RLC模塊，電感參數(shù)設(shè)置為。4）從Elements模塊庫中復(fù)制一個串聯(lián)

45、 RLC模塊，電感參數(shù)設(shè)置為。5）從Sinks 模塊庫中復(fù)制1個示波器模塊 Scope，通道數(shù)設(shè)置為 3。仿真模型見附錄一和圖3-2。圖3-2三相橋式不可控整流電路仿真模型按圖3-2和附錄一搭建仿真電路模型，選用的主要模塊的名稱及提取路徑見表3-1:表3-1 仿真電路模塊的名稱及提取路徑模塊名提取路徑通用橋式電路模塊Universal BridgeSimPowerSystems/Electrical Source三相電壓源SimPowerSystems/Power Electricnics串聯(lián)RLC支路RSimPowerSystems/Elements電壓表模塊SimPowerSystems/

46、Measurements電流表模塊SimPowerSystems/Measurements有效值測量模塊RMSSimPowerSystems/Extra Library/ Measurements示波器ScopeSimulink/Sinks(2) 運行仿真打開仿真/參數(shù)窗口，打開菜單，Simlation>Configuration Parameters>Solver,選擇 ode23tb 算法（此系統(tǒng)里面用到了電感，電容等非線性元件。然后我又接了電壓表測量電路的輸出電壓。這時，系統(tǒng)提示：Your model contains nonlinear element,to get a p

47、roper simulating performance ,you have to use stiff solver .The recommended solver is ode23tb or ode15s.如果沒接電壓表就沒有這種提示），將相對誤差設(shè)置為， 停止時間設(shè)置為 0.1s， 單擊工具欄中的“開始”按鈕開始仿真。仿真結(jié)束后雙擊示波器模塊可觀測被測量的波形，改變模塊參數(shù)可得到隨之變化的仿真波形。經(jīng)分析可知，有電感時電流波形的前沿平緩了許多，有利于電路的正常工作。經(jīng)過整流之后得到如下仿真波形：圖3-3整流濾波后電流（D1和D3粗線所示）波形圖3-4整流濾波后電流波形圖3-5整流濾波后電壓

48、波形（有效值）主要數(shù)量關(guān)系:1) 輸出電壓平均值 空載時，輸出電壓平均值最大，為。隨著負(fù)載的加重，輸出電壓的平均值減小，至進(jìn)入連續(xù)情況后，輸出電壓波形的平均值為?？梢姡?在。與電容濾波的單相橋式不可控整流電路相比，的變化范圍要小得多。2) 電流平均值輸出電流平均值為 (3-4) 電容電流平均值為零，因此 (3-5)在一個電流周期中，有六個波頭，流過每一個二極管的是其中的兩個波頭，因此二極管電流的平均值為的1/3，即 (3-6)3) 二極管承受的電壓 二極管承受的最大反向電壓為線電壓的峰值，為。4) 橋式整流電路電容量的確定電容濾波的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可

49、供查閱。一般常采用以下近似估算法： 一種是在的條件下，近似認(rèn)為。橋式整流電路的電容量一般幾百到幾萬uF. 3.3 逆變器的工作原理研究及其實驗分析3.3.1 逆變器的基本工作原理逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同可分為兩種：直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆變電路；直流側(cè)是電流源的稱為電流型逆變電路。這里采用的電壓型逆變電路，下面構(gòu)成、原理和特性進(jìn)行介紹：其基本原理圖如下：圖3-6 （a）三相電壓型橋式逆變電路圖3-6（b）電壓型三相橋式逆變電路的工作波形電壓型逆變電路主要有以下特點：(1) 直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。(2) 由于直流電壓源

50、的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗的情況的不同而不同。(3) 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管，也就是IGBT。在三相逆變電路中，應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路。采用IGBT作為作為開關(guān)器件的電壓型三相橋式逆變電路如圖3-6（a）所示可以看成由三個半橋逆變電路組成。圖3-4電路的直流側(cè)通常只有一個電容器就可以了，但為了分析方便，畫作串聯(lián)的兩個電容器并標(biāo)出了假象中點。和單相半橋、全橋逆變電路相同，電壓型三相橋式逆變電路的基本工作

51、方式也是180°導(dǎo)電方式，即每個橋臂的導(dǎo)電角度為180°，同一相（即同一半橋）上下兩個臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度依次相差120°。這樣，在任一瞬間，將有三個橋臂同時導(dǎo)通?？赡苁巧厦嬉粋€臂下面兩個臂，也可能是上面兩個臂下面一個臂同時導(dǎo)通。因為每次換流都是在同一相上下兩個橋臂之間進(jìn)行的，因此也被稱為縱向換流。3.3.2 逆變器實驗研究分析(1)建模和設(shè)置參數(shù)：根據(jù)三相電壓型橋式逆變電路的原理圖和實驗過程中要求觀測的波形，在模型窗口中引入模塊并設(shè)置參數(shù)如下：1)從 Electrical Sources 模塊庫中復(fù)制（用鼠標(biāo)拖拉）直流電壓源模塊到模型窗口中。電壓Pha

52、se-to-phase rms voltage設(shè)置值為600V，其它值采用默認(rèn)值。2) 從Power Electronics模塊庫中復(fù)制一個通用三相電橋模塊。參數(shù)設(shè)置為 ，其他采用默認(rèn)值，設(shè)置Power electronic device為IGBT-Diode bridge。3) 從Elements模塊庫中選擇一個異步電機，參數(shù)設(shè)置如下：感應(yīng)電機模塊的參數(shù)為：，極對數(shù)。4）從 Sinks 模塊庫中復(fù)制4個示波器模塊 Scope，通道數(shù)設(shè)置為 2和1。5）其中的調(diào)制脈沖發(fā)生模塊可在Power System工具箱直接選取。其逆變的仿真電路和波形如下所示：圖3-7 利用異步電機負(fù)載的仿真模型按圖3-

53、7搭建仿真電路模型，選用的主要模塊的名稱及提取路徑見表3-2:表3-2 仿真電路模塊名稱及提取路徑模塊名提取路徑1. 6脈沖發(fā)生器6-Pulse GeneratorSimPowerSystems/ExtraLibrary/ControlBlocks通用橋式電路模塊Universal BridgeSimPowerSystems/Electrical Source三相電壓源SimPowerSystems/Power Electricnics串聯(lián)RLC支路RSimPowerSystems/Elements電壓表模塊SimPowerSystems/Measurements電流表模塊SimPowerSy

54、stems/Measurements異步電機模塊SimPowerSystems/ Electrical Source示波器ScopeSimulink/Sinks(2) 運行仿真：打開仿真/參數(shù)窗口， 選擇 ode23tb 算法， 將相對誤差設(shè)置為 1e- 3， 停止時間設(shè)置為 0.1s， 單擊工具欄中的 “開始” 按鈕開始仿真。仿真結(jié)束后雙擊示波器模塊可觀測被測量的波形， 改變模塊參數(shù)可得到隨之變化的仿真波形。圖3-8 電壓型三相橋式逆變電路的Vab工作波形 圖3-9 負(fù)載的轉(zhuǎn)子、定子電流圖3-10 負(fù)載轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 圖3-11 異步電機的電磁轉(zhuǎn)矩下面對其進(jìn)行分析：對于相來說，當(dāng)橋臂1導(dǎo)通時，當(dāng)橋

55、臂4導(dǎo)通時，。因此，的波形是幅值為的矩形波。、兩相的情況和相類似，、的波形形狀和相同，只是相位依次相差120°。負(fù)載線電壓、可由下式求出 (3-7)設(shè)負(fù)載中點與直流電源假想中點之間的電壓為，則負(fù)載各相的相電壓分別為 (3-8)把上面各式相加并整理求得 （3-9）設(shè)負(fù)載為三相對稱負(fù)載，則有，故可得 (3-10)由此可以得出：也是矩形波，但其頻率為頻率的3倍，幅值為其1/3，即為。下面對三相橋式逆變電路的輸出電壓進(jìn)行定量分析。把輸出電壓展開成傅里葉級數(shù)得 (3-11) 式中，為自然數(shù)。輸出線電壓有效值為 (3-12)其中基波幅值和基波有效值分別為 (3-13) (3-14)下面再來對負(fù)載的相電壓進(jìn)行分析。把其展開成傅里葉級數(shù)得 (3-15) 式中，為自然數(shù)。負(fù)載相電壓的有效值為 (3-16)其中的基波幅值和分別為 (3-17) (3-18)在上述的180°導(dǎo)電方式的逆變器中，為了防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件同時導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源的短路，要采取“先斷后通”的方法。即先給應(yīng)關(guān)斷的器件關(guān)斷信號，待其關(guān)斷后留一定的時間裕量，然后再給應(yīng)導(dǎo)通的器件發(fā)出開通信號，即在兩者之間留一個短暫的死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短要視器件的開關(guān)速度而定，器件的開關(guān)速度越快，所留的死區(qū)時間就可