牵引变流器变流器工作原理

. .牵引变流器变流器工作原理1，概述交流异步电动机的同步转速与电源频率的关系:⑴IGBT同步转速随电源频率线性地变化，改变频率时的机械特性是一组平行的曲线，类似于直流电机电枢调压调速特性。因此，从性能上来讲，变频调速是交流电机最理想的调速方法。异步电机电压U与磁通Φ的关系：1⑵有⑵式知，若 不变， 与 成反比，如果 下降，则 增加，使磁路过饱和，励磁电流迅速上升，导致铁损增加，电机发热与效率下降，功率因数降低。果 上升，则 减小，电磁转矩也就跟着减小，电机负载能力下降。由此可见，在调节 的同时，还要协调地控制 ，即给电机提供变压变频电源，才可以获得较好的调速性能。由变压变频装置给笼型异步电机供电所组成的调速系统叫做变压变频调速系统，它可以分为转速开环恒压频比控制、转速闭环转差频率控制系统，可以满地铁列车和电动车组的调速系统，对静、动态性能的要求很高，采用矢量控制系统为交-直-交变频器。2，牵引变流器工作原理1/8. .牵引变流器将直流电变成电压和频率可变的交流电，并采用采用正弦脉宽调制（SPWM）方法，使输出波形近似正弦波，用于驱动异步电机，实现无级调速。2.1，电压型PWM变频器主电路的原理图图1 电压型PWM变频器主电路的原理2.2，变频器的调制方式正弦波脉宽调制（SPWM）。2.2.1，ucur2示。0000002/8. .22.2.2，IGBTU为正时，V，V；U为负时，V

导通；Ｇ 1 2 Ｇ 1 2V为正时，V，V；V为负时，V

导通；Ｇ 3 4 Ｇ 3 4W为正时，V，V；W为负时，V

导通。Ｇ 5 6 Ｇ 5 6V～V8：61 6电位上；2种是0开关状态，特点是三相负载接在相同电位上，同时接电源正极，或同时接电源负极。6种是工作状态为：①V、V、V导通，V、V、V截止，A、B接电源正极，C接电源负极；1 3 6 2 4 5②V、V、V导通，V、V、V截止，A、C接电源正极，B接电源负极；1 4 5 2 3 6③V、V、V导通，V、V、V截止，B、C接电源正极，A接电源负极；2 3 5 1 4 6④V、V、V导通，V、V、V截止，A、B接电源负极，C接电源极正；2 4 5 1 3 6⑤V、V、V导通，V、V、V截止，A、C接电源负极，B接电源极正；2 3 6 1 4 5⑥V、V、V导通，V、V、V截止，B、C接电源负极，A接电源极正。1 4 6 2 3 52种是0开关状态为：①V、V、V导通，V、V、V截止，A、B、C都与电源正极接通；1 3 5 2 4 6②V、V、V截止，V、V、V导通，A、B、C都与电源负极接通。1 3 5 2 4 62.2.3，A、B、C三点的电位波形以直流电源负极（0V线）为参考电位。U为正时，V，V，U；UV，V

为0；Ｇ 1 2 A Ｇ 1 2 AV为正时，V，V，U；VV，V

为0；Ｇ 3 4 B Ｇ 3 4 BW为正时，V，V，U；WV，V

为0。Ｇ 5 6 C Ｇ 5 6 CA、B、C三点电位的波形如图3所示3/8. .000000图3A、B、C三点电位的波形2.2.4，正弦波脉宽调制（SPWM）的特点这种调制方式的特点是：输出的PWM波，谐波分量减少。urur2.2.5，载波比种（1）N为常数，因此，在逆变器输出电压的一个周期调制脉冲数是固定的。若取N较大的转矩脉动和噪声，低速时运转不平稳。（2）N响电机的平稳运行。4/8. .（3）在不同的频段，NN，变频器的控制方式电压频率协调控制严重时会烧坏电机；磁通过小时，电机出力不足，输出转矩小，电机的铁心不能充分利用，造成浪费。所以，变频调速时还要同时改变定子电压，以保证电机调速时保持每极磁通量为额定值。由关系式可知，为了保持Φ恒定，改变频率 时，就要相应地改变定子感应电势 ，使定子电势，使这就是恒定压频比的控制方式。不论是恒定电势频率比还是恒定电压频率比都只能在基频以下运行如果要在基频以上调速运行频率 可以大于额定频率 ，但是电压 却不能大于额定电压 ，只能保持 磁通与频率成反比地下降。如图4所示。

。如果继续增大，这将使图4 恒压频比控制特性5/8. .如果电动机在不同转速下都有额定电流，则电机能在温升容许的情况下长期运行，这时转矩基本上随磁通变化。在基频以下属于恒转矩调速的性质，在基频以上属于恒功率调速的性质。高频高压时,定子电压远大于定子阻抗压降,定子阻抗压降可忽略不计，U1E≠E1 1 1能保证磁通恒定。因此，低速时时引起电势和磁通的明显降低，将发生严重励磁不足和转矩减少的问题。523在非线性特性中， 与 在高频时是成正比的，但是随着频率趋于零，电压逐渐被提高在偏置特性中电压补偿量与频率比分量共同决定定子电压故⑷式中: 值根据不同负载的需要进行调整。转差频率控制从异步电动机的转矩方程式和稳态电路图可以看到，当S很小时， 很小，般为 的2％～5％，可得近似的转矩与转差角频率的关系式：⑸上式说明在S很小的围只要能够维持气隙磁通 不变异步电动机的“保持磁通恒定”是基于稳态等效电路和稳态转矩公式而得到的结论。在动态过程中，磁通不可能保持恒定。加之在实际中，磁饱和和温度变化等引起的电机参数的变化都将导致气隙磁通的变化，使驱动性能降低，这是稳态的函数关系所不能自适应解决的稳态，所以转差率控制的精度保证是困难的。转差频率控制的基本要点之一是保持磁通恒定，为此需要对定子电流进行调节。这种策略加强了对磁场的控制，有利于系统响应的快速和稳定性。但是对定子电流进行调节的规律是在稳态的情况下得到的，在动态过程中，一般说，并不能依此来保证磁通恒定。另外，转差频率控制仍然没有对电流的相位进行控制，这也会影响它对转矩的控制能力。关系，还是保持恒磁通时,定子电流与转差的关系，都是在稳态条件下得出的，不能反映动态特性，因而仍然不能保证最优的动态性能。6/8. .矢量控制的变频调速系统异步电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合、多变量的系统，通过坐标变换，可以使之降阶并解耦，但是并没有改变其非线性、多变量的本质。在标量控制中，动态性能不够理想，调节器的参数很难设计，究其原因在于仍采用单变量系统的控制思想，而没有从根本上解决非线性、多变量的特殊问题。矢量变换控制的基本思路，是以产生同样的旋转磁场为准则，建立三相交流绕组电流、两组交流绕组电流和在旋转坐标上的正交绕组直流电流之间的等效关系。由电动机结构与旋转磁场的基本原理可知，三相固定的对称绕组A、B、通过三相正弦平衡交流电流ia、ib、ic时，即产生转速为 的旋转磁场，如图5（a）所示。图5 等效旋转磁场下的不同绕组实际上，产生旋转磁场不一定非要三相不可，除单相以外，二相、四相…….两相固定绕组和，通以两相平衡交流电流和（90°）5（a）5（b）中所示的两套绕M产生位置固定的磁通。如果使两个绕组同时以同步转速旋转，磁通自然随着旋转起来。这样也可以认为和图5（a）所示的绕组是等效的。7/8. .直流的相互垂直的固定绕组如果取磁通 的位置和M绕组的平面正交就和等效M，T枢绕组。由此可见，将异步电动机模拟成直流电动机进行控制，就是将ABCM-TM-T以像控制直流电动机一样去控制异步电动机，以获得优越的调速性能。r2机的温度而变化，在转矩控制精度上将产生问题。因此，设置转差补偿运算器，由电动机的定子电压、定子电流等检出转差频率的误差，自动地补偿转差频率，以求提高转矩控制的精度。直接转矩控制的变频调速系统直接转矩控制方法是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型交流变频调速的系统结果、优良的动静态性能备受人们的青睐，得到迅速的发展。直接