變流技術(shù)培訓(xùn)

變流技術(shù)（整流逆變）緒論：電力機(jī)車的發(fā)展半導(dǎo)體元件的發(fā)展基礎(chǔ)知識(shí)：三相異步電動(dòng)機(jī)半導(dǎo)體元件電力電子器件交直交機(jī)車基本原理無(wú)源逆變?cè)砜刂品绞嚼鋮s原理緒論第一節(jié)電力機(jī)車的發(fā)展１、我國(guó)機(jī)車的發(fā)展２、電力機(jī)車的發(fā)展３、我國(guó)交流傳動(dòng)機(jī)車的發(fā)展１、我國(guó)電力機(jī)車的發(fā)展蒸汽機(jī)車內(nèi)燃機(jī)車：電傳動(dòng)液力傳動(dòng)電力機(jī)車：直流電力機(jī)車交直傳動(dòng)機(jī)車（直流牽引電機(jī)）交流傳動(dòng)機(jī)車（交流牽引電機(jī)）２、電力機(jī)車的發(fā)展1879年5月31日，直流電力機(jī)車1904年瑞士開(kāi)始采用單相交流制電力牽引1932年匈牙利試驗(yàn)成功了單相工頻交流電力機(jī)車1950年法國(guó)試制了引燃管整流電力機(jī)車1960年西德制成半導(dǎo)體整流器式電力機(jī)車晶閘管（可控硅）80年代初西德研制了采用異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的交—直—交電力機(jī)車我國(guó)電力機(jī)車我國(guó)電氣化鐵路自1958年開(kāi)始籌建,采用單相工頻交流供電制,接觸網(wǎng)電壓為25KV。1958年試制成功韶山1（6Y1）型引燃管整流器式電力機(jī)車,1961年8月15日寶雞—鳳州段91KM電氣化鐵路通車,這是我國(guó)第一條電氣化鐵路。SS1SS2SS3SS4SS5SS6SS7SS8

3、交流傳動(dòng)機(jī)車的發(fā)展

1996年，AC4000型交流傳動(dòng)電力機(jī)車成為中國(guó)第一臺(tái)交流傳動(dòng)電力機(jī)車。功率為4,000kW，最高時(shí)速120km/h。

DJ型交流傳動(dòng)高速客運(yùn)電力機(jī)車用于干線客運(yùn)，軸式Bo-Bo，功率為4800kW，最高時(shí)速220km/h。烏茲別克斯坦機(jī)車，軸式B0-B0-B0

，持續(xù)制功率：6000kW，最高運(yùn)行速度120km/h。中華之星該電動(dòng)車組將成為我國(guó)京一沈快速客運(yùn)通道的主型車。列車最高運(yùn)營(yíng)速度可達(dá)270km／h?！爸性恰眲?dòng)車組為動(dòng)力分散型、交流傳動(dòng)電動(dòng)車組，首列動(dòng)車組于2001年10月生產(chǎn)下線。于鄭武線上運(yùn)營(yíng)。持續(xù)制牽引功率：6400kW，最高運(yùn)營(yíng)速度：160km/h。中國(guó)第一臺(tái)正式進(jìn)入高速領(lǐng)域的DJ1型200km/h高速動(dòng)車組，是我們強(qiáng)大機(jī)車家族的又一精心完美之作。城際客運(yùn)，B0-B0，200km/h?！八{(lán)箭”電動(dòng)旅客列車組是為滿足廣深線“小編組、高密度、高速度”的公交化客運(yùn)要求，由株洲電力機(jī)車廠、株洲電力機(jī)車研究所、長(zhǎng)春客車廠和廣鐵集團(tuán)于2000年共同研制的新一代交傳高速電動(dòng)旅客列車組。持續(xù)制功率：4800kW，最高速度：210km/h。

DJ2型號(hào)交流傳動(dòng)電力機(jī)車是我國(guó)第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)品的商用型交流傳動(dòng)電力機(jī)車。它具有粘著好、恒功范圍寬、軸功率大、功率因素及效率高、諧波干擾小、維修率低、節(jié)省電能和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。Bo-Bo，4800kW，200km/h。第二節(jié)電力機(jī)車與半導(dǎo)體元件無(wú)整流元件：直流電力機(jī)車引燃管整流：交直電力機(jī)車6Y16Y2二極管整流：有級(jí)調(diào)速SS18G可控硅整流：無(wú)級(jí)調(diào)速SS3----6K8K可關(guān)斷可控硅GTO：交直交傳動(dòng)機(jī)車IGBT：交直交傳動(dòng)機(jī)車第二章基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)三相異步交流電機(jī)第二節(jié)半導(dǎo)體元件第一節(jié)三相異步交流電機(jī)直流電機(jī)：調(diào)速范圍廣，且易于平滑調(diào)節(jié)，過(guò)載、起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，易于控制，可靠性高，調(diào)速時(shí)能量損耗較小。缺點(diǎn)是換向困難，單機(jī)的容量受到限制。而且由于運(yùn)行時(shí)換向器需經(jīng)常維修，壽命也較短。三相異步交流電機(jī)的特點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行效率較高、具有適用的工作特點(diǎn)。缺點(diǎn)有功率因數(shù)較差，0.86左右，這需要進(jìn)行功率補(bǔ)償。同步轉(zhuǎn)速：f：輸入電源頻率；p：繞組極對(duì)數(shù)。轉(zhuǎn)差率：n：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速三相異步電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，都給定了額定電壓u,額定電流I，及相應(yīng)的額定頻率，磁通的數(shù)值都定為接近磁路飽和值，從公式中可見(jiàn):降低f1,可使電機(jī)減速。但從2式中可見(jiàn):降低f1時(shí)，若電壓u1不變，必須增大，但增大是不可能的，因?yàn)樗航咏柡椭?。保持磁通不變，只有降低u1,保持u1/f1=常數(shù)。交流傳動(dòng)機(jī)車的特點(diǎn)1、交流傳動(dòng)機(jī)車功率大、粘著系數(shù)高、恒功區(qū)寬?，F(xiàn)代交流傳動(dòng)機(jī)車最大輪周功率可達(dá)1600Kw--1800kW2、節(jié)能效果顯著。交流傳動(dòng)機(jī)車采用四象限變流器，接觸網(wǎng)電流減少20%左右。3、維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單。4、諧波干擾小。交流傳動(dòng)機(jī)車等效干擾電流Jp值在2A左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于直流傳動(dòng)機(jī)車，可大大減輕對(duì)通信信號(hào)的干擾。第二節(jié)半導(dǎo)體元件常見(jiàn)的半導(dǎo)體元件有二極管、晶閘管、雙向晶閘管、門極關(guān)斷（GTO）晶閘管、雙極型晶體管（BPT或BJT）、電力MOSFET、靜電感應(yīng)晶體管（SIT）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、MOS控制晶閘管（MCT）、集成門極換向晶閘管（IGCT）、功率集成電路（PIC）。第三章電力電子器件及其應(yīng)用晶閘管（可控硅）絕緣柵雙極晶體管（IGBT）第一節(jié)晶閘管晶閘管全稱為晶體閘流管，是一種功率半導(dǎo)體器件。具有容量大、效率高、控制特性好、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn)。常用的螺栓式與平板式兩種，有三個(gè)引出極：陽(yáng)極（A）、陰極（K）、門極（G），它安裝在散熱器上，一般電流在200A以上的晶閘管采用平板式結(jié)構(gòu)。晶閘管的導(dǎo)通條件是：加正向電壓、門極加正向電壓。關(guān)斷條件是：流過(guò)晶閘管的電流小于維持電流。理想狀態(tài)下晶閘管導(dǎo)通后，相當(dāng)于短路；晶閘管截止時(shí)，相當(dāng)于斷路。常見(jiàn)的單相電路有：半控橋（用于整流，只能輸出正電壓）、全控橋（用于整流和逆變，能輸出正負(fù)電壓）。輔助電路：頻率控制范圍：0～50Hz主電路：輸出頻率：0～120Hz晶閘管觸發(fā)電路的作用是為門極提供觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流，保證晶閘管在要求的時(shí)刻準(zhǔn)確觸發(fā)導(dǎo)通。觸發(fā)電壓可以是交流正半周的一部分，也可用直流，但更常用的是采用脈沖電壓。為保證晶閘管裝置能正?？煽抗ぷ鳎|發(fā)電路應(yīng)滿足以下要求：（1）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度（2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度

(3)觸發(fā)脈沖的前沿要陡（4）觸發(fā)脈沖的輸出功率要足夠（5）觸發(fā)脈沖與主回路電源電壓必須同步（6）觸發(fā)脈沖具有需要的移相范圍第三節(jié)IGBT絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，它是按照集成電路的工藝制造出來(lái)的,由于IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)且不需要復(fù)雜的吸收電路，由它們構(gòu)成的逆變器的成本和體積比同等GTO小50—70%，而且較低的損耗可允許提高開(kāi)關(guān)頻率并減少諧波;此外其電絕緣的封裝，使變流器的組裝更為簡(jiǎn)單。

漏極D---C源極S----E柵極（門極）G柵極上加正向偏置并大于開(kāi)啟電壓時(shí)，導(dǎo)通。加反向偏置，截止。IGBT的特點(diǎn)安全工作區(qū)寬電流密度高導(dǎo)通壓降低輸入阻抗高驅(qū)動(dòng)功率小驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)速度快熱穩(wěn)定性好擎住效應(yīng)在IGBT內(nèi)部，除了作為主開(kāi)關(guān)的PNP晶體管外，還寄生著一個(gè)NPN型晶體管。當(dāng)集電極電流IC大于規(guī)定的臨界電流ICM時(shí)，IGBT的柵極失去控制作用，這種失控現(xiàn)象就跟普通晶閘管被觸發(fā)以后，即使撤消觸發(fā)信號(hào)，晶閘管仍然維持導(dǎo)通的機(jī)理一樣，因此被稱為IGBT的擎住效應(yīng)。發(fā)生擎住效應(yīng)后，集電極電流IC增大，造成過(guò)高的功耗，最后導(dǎo)致器件損壞。引發(fā)擎住效應(yīng)的原因，可能是集電極電流過(guò)大（靜態(tài)擎住效應(yīng)），也可能是duCE/dt過(guò)大（動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)），溫度升高也會(huì)加重發(fā)生擎住效應(yīng)的危險(xiǎn)。驅(qū)動(dòng)電路輸入信號(hào)高電平---V1導(dǎo)通---MOSFET截止---VT1導(dǎo)通---G正向偏置電壓輸入信號(hào)低電平---V1截止---MOSFET導(dǎo)通---VT2導(dǎo)通---G反向偏置電壓IGBT參數(shù)（1）集射極擊穿電壓UCES集射極擊穿電壓UCES即為IGBT的最高工作電壓，它取決于IGBT內(nèi)部的PNP晶體管所能承受的擊穿電壓的大小。（2）開(kāi)啟電壓UGE（th）和最大柵極電壓UGEM開(kāi)啟電壓UGE（th）是IGBT導(dǎo)通所需的最低柵射極電壓，即轉(zhuǎn)移特性與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)。UGE（th）具有負(fù)溫度系數(shù)。在25℃時(shí)，IGBT的UGE（th）一般為2~6V。由于IGBT的驅(qū)動(dòng)為MOSFET，應(yīng)將最大柵射極電壓UGEM限制在20V以內(nèi)，其最佳值一般取15V左右。（3）通態(tài)壓降UCE(on)通態(tài)壓降UCE(on)是指IGBT處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)集射極間的導(dǎo)通壓降。它決定了IGBT的通態(tài)損耗，此值越小，器件的功率損耗越小。（4）集電極最大連續(xù)電流IC和峰值電流ICMIGBT集電極允許流過(guò)的最大連續(xù)電流IC為IGBT的額定電流。IC的大小主要取決于結(jié)溫的限制。為了防止電流擎住效應(yīng)的出現(xiàn)，IGBT也規(guī)定了最大集電極峰值電流ICM。對(duì)IGBT柵控電路的基本要求如下：1、提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?，使IGBT能可靠地開(kāi)通和關(guān)斷。2、提供足夠大的瞬時(shí)功率或瞬時(shí)電流，使IGBT能及時(shí)迅速建立柵控電場(chǎng)而導(dǎo)通。3、輸入、輸出延遲時(shí)間盡可能小，以提高工作頻率。4、輸入、輸出電器隔離性能足夠高，使信號(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路絕緣。5、具有靈敏的過(guò)電流保護(hù)能力。智能功率模塊（IntelligentPowerModule—IPM）是以IGBT為基本功率開(kāi)關(guān)元件，將功率變換、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路封裝集成在一起的專用功能模塊，也稱智能IGBT。使用IPM模塊，僅需提供各橋臂對(duì)應(yīng)IGBT的驅(qū)動(dòng)電源和相應(yīng)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，因而大大方便了應(yīng)用和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并使可靠性大大提高。IPM在中、大功率變頻電路上已得到廣泛應(yīng)用，如國(guó)產(chǎn)藍(lán)箭列車，就是用利用IPM模塊構(gòu)成牽引逆變器。第四章交直交電力機(jī)車基本原理概述整流器第一節(jié)概述交直交機(jī)車是將恒頻的交流電通過(guò)整流電路變換成直流，然后再經(jīng)逆變將直流變換成調(diào)壓調(diào)頻的交流電。這種變頻器雖然多了一個(gè)中間直流環(huán)節(jié)，但輸出交流電的頻率可高于電網(wǎng)的頻率。變頻器由主回路、控制回路組成。主回路包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器。一、整流器將單相電經(jīng)過(guò)整流變?yōu)橹绷麟姟６?、逆變器最常?jiàn)的結(jié)構(gòu)是利用6個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中主開(kāi)關(guān)的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流電。三、中間直流環(huán)節(jié)由于逆變器的負(fù)載為異步（感應(yīng)）電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。無(wú)論電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)或電制動(dòng)狀態(tài)，其功率因數(shù)不會(huì)為1。因此在直流中間環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換。這種無(wú)功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件（電容器或電抗器）來(lái)緩沖。所以常稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。主變流器特點(diǎn)(l)主變流器輸入端為兩重四象限變流器，通過(guò)輸入電纜直接與牽引變壓器牽引繞組輸出端相連:主變流器輸出端為三相逆變器，通過(guò)電纜直接連接到牽引電動(dòng)機(jī)的三相輸入接線座上:在四象限變流器和逆變器之間是中間直流環(huán)節(jié)，包括支撐電容器、一次諧振電路、過(guò)壓斬波電路、高壓安全聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)等部件。（2)控制方式。輸入端采用四象限變流控制方式，具有中間直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定、功率因數(shù)接近于1.0,能量可再生等優(yōu)點(diǎn)輸出端采用異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方式，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性優(yōu)良、控制簡(jiǎn)單高效、牽引力變化平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。不斷檢測(cè)電流，及時(shí)對(duì)變流器進(jìn)行控制，使電流與電壓相位相同，從而使得功率因數(shù)提高。參考書(shū)電力電子技術(shù)黃俊

電力牽引交流傳動(dòng)與控制黃濟(jì)榮機(jī)械工業(yè)出版社電力牽引控制系統(tǒng)王書(shū)林趙茜中國(guó)電力出版社四象限脈沖整流器額定輸入電流883A額定輸入容量1280KVA中間電壓2800V逆變器輸出電流0—520A額定輸出電壓2000V額定輸出電流382A輸出頻率0—120Hz額定輸出頻率35Hz第二節(jié)主變流器一、單相不可控橋式整流電路二、三相不可控橋式整流電路三、全控橋電路四、電壓型四象限脈沖整流器一、單相不可控橋式整流電路二、三相橋式不可控整流電路三、全控橋電路1、電阻性負(fù)載2、電感性負(fù)載3、電容性負(fù)載4、電源性負(fù)載變流器向負(fù)載輸出能量---整流負(fù)載向變流器輸出能量---逆變四、電壓型四象限脈沖整流器一個(gè)理想的交直變流器，在直流側(cè)提供平直的直流電流和電壓，而僅從交流電網(wǎng)吸收有功功率。從原理上講，這種裝置可以由一個(gè)無(wú)儲(chǔ)能部分的變流器和一個(gè)分離的儲(chǔ)能部分組成。1、四象限變流器的基本原理整流器的電壓變比為，即電源電壓可得電壓變比為在理想情況下，整流器中既沒(méi)有損耗，也沒(méi)有儲(chǔ)能，所以輸入功率等于輸出功率。所以電流變比為若供電電網(wǎng)中的變流電流是純正弦波的，且與交流電壓同步，那么交流電流為在理想情況下，其直流功率和交流功率的平均值應(yīng)當(dāng)相等且所以所以直流側(cè)電流為由關(guān)系式可得到儲(chǔ)能器的電流為因?yàn)樗?，?chǔ)能器接收的電流是正弦波，頻率為供電頻率的2倍，幅值等于直流側(cè)負(fù)載電流。另外儲(chǔ)能器上的電壓是一個(gè)純直流電壓。所以為了保證加在儲(chǔ)能器上的直流電不引起電流，而流過(guò)雙倍網(wǎng)頻的交流電也不會(huì)在其端子上引起電壓。解決的辦法就是利用電容器和電抗器串聯(lián)的諧振電路，其諧振頻率必須等于2倍的電網(wǎng)頻率。為了提高輸出電壓的穩(wěn)定性，可以并聯(lián)電容。從以上分析可以看出，如果變流器的電流變比符合的要求，按時(shí)間的正弦函數(shù)變化，則既能保證直流側(cè)輸出平整的直流量，又能滿足交流側(cè)畸變無(wú)功功率盡可能小的要求。在理想的交直變流器中，可在輸出直流電流的情況下，通過(guò)脈寬調(diào)制來(lái)保證交流電流為正弦波，并與交流電壓同步。2、電路原理反并聯(lián)IGBT構(gòu)成了開(kāi)關(guān)S，用于控制能量的流動(dòng)。S斷開(kāi)時(shí)，交流電源的功率送入整流橋，S閉合時(shí)，將交流電源短接。通過(guò)這種方法，使直流側(cè)的電壓和電流不斷在零和最大值之間變換，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制，可得到需要的電流變比。由于這種變流器和并聯(lián)儲(chǔ)能元件構(gòu)成，并按PWM方式工作，所以稱為脈沖整流裝置。電壓型脈沖整流器在不保證電源電流發(fā)生畸變并與電源電壓保持同相位的同時(shí)，其輸出端提供恒定的平整的直流電壓，而輸出直流電流的大小與負(fù)載特性有關(guān)。但由于電感的存在，和不可能同相位，因?yàn)椴豢煽卣髦辉试S與同極性的電流流過(guò)。所以在I和III中的那部分電流，即電流的負(fù)值部分，將不能流過(guò)不可控整流電路。解決辦法是再插入另外一個(gè)開(kāi)關(guān)電路，允許I和III中的電流流過(guò)。由于和同相位，所以電感需要的無(wú)功功率將由直流側(cè)來(lái)提供，即要求變流器必須具有反饋能力。四象限脈沖變流器能執(zhí)行脈寬調(diào)制和能量轉(zhuǎn)換，即可實(shí)現(xiàn)整流、反饋的功能。能在輸入電壓和電流平面的所有四個(gè)象限工作。工作模式元件

變化工作模式能量傳遞++0VD1V3/V2VD4↑短接→工作模式元件

變化工作模式能量傳遞+++VD1VD4↓整流→直流側(cè)工作模式元件

變化工作模式能量傳遞++-V2V3↑反饋

+直流側(cè)→3、儲(chǔ)能器的功能由兩部分組成：相應(yīng)于2倍電網(wǎng)的串聯(lián)諧振電路（也可以取消）濾波電容器（支撐電容器）支撐電容器1、與脈沖整流器、逆變器交換無(wú)功功率和諧波功率。2、與異步電動(dòng)機(jī)交換無(wú)功功率。3、它與變壓器漏感交換無(wú)功功率。4、支撐中間回路電壓，使其穩(wěn)定。在機(jī)車啟動(dòng)時(shí)，中間回路首先經(jīng)過(guò)脈沖整流器的二極管充電，為了限制充電電流，在充電回路中臨時(shí)接入限流電阻。充電完成后，脈沖整流器投入工作。第五章無(wú)源逆變?cè)斫涣麟?--直流電---整流直流電---交流電---逆變逆變電路：有源逆變無(wú)源逆變有源逆變電路，是把交流側(cè)接在交流電網(wǎng)上，直流電能經(jīng)過(guò)直交變換后，向交流電源反饋能量，相應(yīng)的裝置也稱為有源逆變器。如再生制動(dòng)。相控角大于90°的全控整流器為常見(jiàn)的有源逆變器。無(wú)源逆變電路，是把直流電能變換為交流電能后，直接向非電源負(fù)載供電的電路。無(wú)源逆變電路廣泛應(yīng)用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速及各種需要嚴(yán)格的頻率和波形的負(fù)載。第一節(jié)無(wú)源逆變的工作原理1、基本原理2、分類按相數(shù)：?jiǎn)蜗嗳喟粗绷鱾?cè)電源：電壓型電流型按電路結(jié)構(gòu)按換流方式3、用途變頻調(diào)速標(biāo)準(zhǔn)50Hz電源不間斷電源(UPS)中頻裝置第二節(jié)電壓型逆變電路1、單相全橋逆變電路它是由兩對(duì)橋臂組合而成。VT1和VT4構(gòu)成一對(duì)導(dǎo)電臂，VT2和VT3構(gòu)成另一對(duì)導(dǎo)電臂，兩對(duì)導(dǎo)電臂交替導(dǎo)通180°。下面分析感性負(fù)載時(shí)的工作過(guò)程。t=0時(shí)刻以前，VT2、VT3導(dǎo)通，VT1、VT4關(guān)斷，電源電壓反向加在負(fù)載上，。在t=0時(shí)刻，負(fù)載電流上升到負(fù)的最大值，此時(shí)關(guān)斷VT2、VT3，同時(shí)驅(qū)動(dòng)VT1、VT4，由于感性負(fù)載電流不能立即改變方向，負(fù)載電流經(jīng)VD1、VD4續(xù)流，此時(shí)，由于VD1、VD4導(dǎo)通，VT1、VT4受反壓而不能開(kāi)通。負(fù)載電壓。到t1時(shí)刻，觸發(fā)VT1、VT4在正向電壓作用下開(kāi)始導(dǎo)通，負(fù)載電流正向增大，負(fù)載電壓到t2時(shí)刻，負(fù)載電流上升到正的最大值，此時(shí)關(guān)斷VT1、VT4，并驅(qū)動(dòng)VT2、VT3，同樣，由于負(fù)載電流不能立即換向，負(fù)載電流經(jīng)VD2、VD3續(xù)流，負(fù)載電壓t3時(shí)刻，負(fù)載電流下降到0，VD2、VD3自然關(guān)斷，VT2、VT3開(kāi)通，負(fù)載電流反向增大，。到t4時(shí)刻，負(fù)載電流上升到負(fù)的最大值，此時(shí)關(guān)斷VT2、VT3，同時(shí)驅(qū)動(dòng)VT1、VT4，由于感性負(fù)載電流不能立即改變方向，負(fù)載電流經(jīng)VD1、VD4續(xù)流，此時(shí)，由于VD1、VD4導(dǎo)通，VT1、VT4受反壓而不能開(kāi)通。負(fù)載電壓完成一個(gè)工作同期。到t1時(shí)刻，負(fù)載電流下降到0，VD1、VD4自然關(guān)斷，VT1、VT4在正向電壓作用下開(kāi)始導(dǎo)通，負(fù)載電流正向增大，負(fù)載電壓。到t2時(shí)刻，負(fù)載電流上升到正的最大值，此時(shí)關(guān)斷VT1、VT4，并驅(qū)動(dòng)VT2、VT3，同樣，由于負(fù)載電流不能立即換向，負(fù)載電流經(jīng)VD2、VD3續(xù)流，負(fù)載電壓t3時(shí)刻，負(fù)載電流下降到0，VD2、VD3自然關(guān)斷，VT2、VT3開(kāi)通，負(fù)載電流反向增大，。到t4時(shí)刻，負(fù)載電流上升到負(fù)的最大值，完成一個(gè)工作同期?？梢?jiàn)，對(duì)于感性負(fù)載，VD1~VD4起提供負(fù)載電流續(xù)流通道和反饋無(wú)功能量的作用。2、電壓型三相橋式逆變器電路由三個(gè)半橋組成，開(kāi)關(guān)管采用全控型器件，VD1~VD6為續(xù)流二極管。通常中、大功率的應(yīng)用均要求采用三相逆變電路，當(dāng)對(duì)波形有較高要求時(shí)，則采用此基本線路進(jìn)行多重疊加或采用PWM控制方法，以抑制高次諧波。根據(jù)各開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短，該電路可分180°導(dǎo)電型和120°導(dǎo)電型，其中常用的為180°導(dǎo)電型。在180°導(dǎo)電型中，每個(gè)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)持續(xù)180°，同一相上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)管交替導(dǎo)通，在任何時(shí)刻都有三個(gè)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通。在一個(gè)周期內(nèi)，6個(gè)管子觸發(fā)導(dǎo)通的次序?yàn)閂T1~VT6，依次相隔60°，導(dǎo)通的組合順序?yàn)閂T1VT2VT3、VT2VT3VT4、VT3VT4VT5、VT4VT5VT6、VT5VT6VT1、VT6VT1VT2，每種組合工作60°電角度。

120度導(dǎo)通型，在一個(gè)周期內(nèi)，6個(gè)管子觸發(fā)導(dǎo)通的次序?yàn)閂T1~VT6，依次相隔60°，導(dǎo)通的組合順序?yàn)閂T6VT1、T1VT2、VT2VT3、VT3VT4、VT4VT5、VT5VT6，每種組合工作60°電角度。0---60°：VT6VT1導(dǎo)通，Uan=0.5UdUbn=-0.5UdUcn=060°---120°：VT1VT2導(dǎo)通，Uan=0.5UdUbn=0Ucn=-0.5Ud120°---180°：VT2VT3導(dǎo)通，Uan=0Ubn=0.5UdUcn=-0.5UdUanUbnUcnUabUbcUca0.5Ud-0.5Ud0Ud-0.5Ud-0.5Ud0.5Ud0-0.5Ud0.5Ud0.5Ud-Ud00.5Ud-0.5Ud-0.5UdUd-0.5Ud-0.5Ud0.5Ud0-Ud0.5Ud0.5Ud-0.5Ud00.5Ud-0.5Ud-0.5UdUd0-0.5Ud0.5Ud0.5Ud-Ud0.5Ud電壓型逆變電路的特點(diǎn)1)直流側(cè)接有大電容，相當(dāng)于電壓源，直流電壓基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。2)由于直流電壓源的箝位作用，交流側(cè)電壓波形為矩形波，與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)，而交流側(cè)電流波形和相位因負(fù)載阻抗角的不同而異，其波形接近三角波或接近正弦波。3)當(dāng)交流側(cè)為電感性負(fù)載時(shí)需提供無(wú)功功率，直流側(cè)電容起緩沖無(wú)功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋能量提供通道，各逆變臂都并聯(lián)了續(xù)流二極管。4)逆變電路從直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率是脈動(dòng)的，因直流電壓無(wú)脈動(dòng)，故功率的脈動(dòng)是由直流電流的脈動(dòng)來(lái)體現(xiàn)的。5)當(dāng)用于交-直-交變頻器中且負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果電動(dòng)機(jī)工作在再生制動(dòng)狀態(tài)，就必須向交流電源反饋能量。因直流側(cè)電壓方向不能改變，所以只能靠改變直流電流的方向來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就需要給交-直整流橋再反并聯(lián)一套逆變橋，或在整流側(cè)采用四象限脈沖變流器。第三節(jié)脈寬調(diào)制控制

為了使輸出電壓波形趨于正弦波，可以采用多重逆變或脈沖寬度調(diào)制的方法。脈沖寬度調(diào)制簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制（PWM），PWM技術(shù)就是在所需的頻率周期內(nèi)，將直流電壓調(diào)制成等幅不等寬的系列交流輸出電壓脈沖，以達(dá)到控制頻率、電壓、電流和抑制諧波的目的。

沖量（脈沖面積）相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。即是說(shuō)，對(duì)于兩個(gè)不同的窄脈沖，如果它們的面積相等，則將它們分別加在相同的慣性環(huán)節(jié)上，如R－L電路，則有相同的輸出波形。我們稱之為面積等效原理。它是PWM控制技術(shù)的重要基礎(chǔ)。1、單極性SPWM控制在正半周，讓IGBT管VT1一直保持導(dǎo)通，而讓VT4交替通斷。當(dāng)uc>ur時(shí)，VT1、二極管VD3導(dǎo)通，負(fù)載上所加電壓uo=0。當(dāng)uc<ur時(shí)，VT1、VT4導(dǎo)通，負(fù)載上所加電壓uo=Ud。在負(fù)半周，讓IGBT管VT2一直保持導(dǎo)通，而讓VT3交替通斷。當(dāng)uc<ur時(shí)，VT2、二極管VD4導(dǎo)通，負(fù)載上所加電壓uo=0。當(dāng)uc

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ur時(shí)，VT2、VT3導(dǎo)通，負(fù)載上所加電壓uo=-Ud。像這種在ur的半個(gè)周期內(nèi)三角波載波只在一個(gè)方向變化，所得到的PWM波形也只在一個(gè)方向變化的控制方式稱為單極性PWM控制方式。調(diào)節(jié)調(diào)制信號(hào)ur的幅值可以使輸出脈沖寬度作相應(yīng)的變化，這能改變逆變器輸出電壓的基波幅值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的平滑調(diào)節(jié)；改變調(diào)制信號(hào)ur的頻率則可以改變輸出電壓的頻率。

2、雙極性SPWM控制在雙極性PWM控制方式中，在ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角形載波是在正負(fù)兩個(gè)方向變化的，所得到的PWM波形也是在兩個(gè)方向變化的。在的一周期內(nèi)，輸出的PWM波形只有±Ud兩種電平。當(dāng)ur＞uc時(shí)，給VT1和VT4以開(kāi)通信號(hào)，給VT2、VT3以關(guān)斷信號(hào)，輸出電壓uo＝Ud；當(dāng)ur<uc時(shí)，給VT2、VT3以開(kāi)通信號(hào)，給VT1、VT4以關(guān)斷信號(hào)，輸出電壓uo＝－Ud。3、三相橋式SPWM控制當(dāng)ura＞uc時(shí)，給上橋臂VT1以導(dǎo)通信號(hào)，給下橋臂VT4以關(guān)斷信號(hào)，則a相相對(duì)于直流電源假想中點(diǎn)o的輸出電壓。當(dāng)ura＜uc時(shí)，給VT4以導(dǎo)通信號(hào)，給VT1以關(guān)斷信號(hào)，則。VT1和VT4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終是互補(bǔ)的。第六章控制方式標(biāo)量控制矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制標(biāo)量控制由感應(yīng)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性推導(dǎo)出來(lái)的恒定壓頻比控制方法和可控轉(zhuǎn)差頻率控制方法，都只是控制變量的幅值，并且給定量和反饋量都是與相應(yīng)變量成正比的直流量，因此叫標(biāo)量控制。這種控制動(dòng)態(tài)性能較差。沒(méi)有從根本上解決非線性、多變量的特殊問(wèn)題。矢量控制又叫磁場(chǎng)定向控制。

把感應(yīng)電機(jī)經(jīng)坐標(biāo)變換為等效成直流電機(jī)，然后再按照直流電機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制。再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的反變換，就可以控制交流電機(jī)。

缺點(diǎn)：電流控制與頻率控制的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)問(wèn)題，矢量控制的磁通矢量如何定向的問(wèn)題。直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制選擇固定于定子繞組的坐標(biāo)系，并以空間矢量的概念建立逆變器輸出的電壓與定子磁鏈定向控制、電磁轉(zhuǎn)矩控制的策略。逆變器輸出的電壓空間矢量對(duì)定子磁鏈、電磁轉(zhuǎn)矩的作用結(jié)果與電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)有關(guān)。反之，在己知電動(dòng)機(jī)某時(shí)刻狀態(tài)的條件下，根據(jù)電動(dòng)機(jī)定子磁鏈定向的基本要求，總能選擇合適的電壓空間矢量去控制定子磁鏈的幅值、相位和電磁轉(zhuǎn)矩的大小。

基于這種簡(jiǎn)單的物理概念，針對(duì)高電壓、大功率器件開(kāi)關(guān)頻率有限等因素，選擇定子磁鏈以六邊形軌跡運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的band-band控制---即轉(zhuǎn)矩自控制和磁鏈自控制。

第七章冷卻原理純水冷卻系統(tǒng)由水膨脹箱、水泵、水---空氣熱交換器、離子交換器、被冷卻模塊、管路等組成，冷卻介質(zhì)為乙二醇與高純水混合物。水膨脹箱內(nèi)的冷卻介質(zhì)由水泵泵往主變流器外的熱交換器，經(jīng)由熱交換器冷卻后流回主變流器，流入并聯(lián)連接的8個(gè)相構(gòu)件模塊，與功率器件進(jìn)行熱量交換:然后注入水膨脹箱，再由水膨脹箱泵往熱交換器，如此循環(huán)往復(fù)。

為保證冷卻介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度，在冷卻回路中并聯(lián)有離子交換器(TW)，循環(huán)過(guò)程中部分冷卻介質(zhì)流經(jīng)離子交換器去除離子，在一定的時(shí)間內(nèi)，所有的冷卻介質(zhì)都經(jīng)過(guò)去離子處理。囚采用直接冷卻(被冷卻器件和冷卻介質(zhì)之間未用絕緣材料)，冷卻效果很好。冷卻系統(tǒng)還安裝有溫度、壓力、水位、電導(dǎo)率等傳感器和保護(hù)開(kāi)關(guān)，以確保安全。第八章主變流器保護(hù)(1)冷卻系統(tǒng)的保護(hù)在冷卻系統(tǒng)中，設(shè)定了如下監(jiān)視和保護(hù):①主變流器進(jìn)口水壓監(jiān)測(cè);②主變流器進(jìn)口水壓保護(hù)(失壓保護(hù));③水電導(dǎo)率監(jiān)視和保護(hù);④進(jìn)出水溫的監(jiān)視和保護(hù);⑤蓄水箱水位的監(jiān)視和低于最底許用水位保護(hù)。(