【正文】 生產(chǎn)機(jī)械，如可逆軋機(jī)，礦井提升機(jī)、電梯、龍門刨床等，在生產(chǎn)過程中都要求電動機(jī)頻繁的啟動、制動、反向和調(diào)速。但分析有源逆變電路時(shí)，應(yīng)著重區(qū)分同一變流器在什么條件下的工作在整流狀態(tài)，又在什么條件下工作在逆變狀態(tài)。該模塊能為變換橋提供 6 個(gè)觸發(fā)脈沖，相位依次間隔 60176。 圖 三相全控橋式有源逆變電路建模圖 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 仿真結(jié)果分析 建模工作完成后，成功運(yùn)行了仿真模型得到了較為理想的仿真結(jié)果。 （ 9） 引入兩個(gè) “Mean Value”模塊和兩個(gè) “Display”模塊用于計(jì)算和顯示直流側(cè)電壓和電流的平均值。具體設(shè)置如圖 所示。按照反并聯(lián)可你線路對環(huán)流的處理方式分為不同的控制方案，如配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)，邏輯控制的無環(huán) 流系統(tǒng)及錯(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng)等。 c o s(1 ) (1 )Un s n n E ?? ? ? ? （ ） 由此可見，改變逆變角 β，就可以調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速。兩組晶閘管變流器的交流側(cè)分別與兩個(gè)交流系統(tǒng)u u2連接，變流器的直流側(cè)相互關(guān)聯(lián)，中間的直流環(huán)節(jié)雖未接有負(fù)載，但可以起著傳遞功率的作用。 你邊工作時(shí)， ? ? ??? ，暫設(shè) ??? ，則 2c os 1 2 si ndBIxUm? ??? 逆變時(shí)要求 min??? ，故存在下列關(guān)系 2c o s m in 12 sindBIxU m? ????????? （ ） 安全裕量角 39。圖 （ b） 表明脈沖延遲的情況， ug2 延遲到 ω t2時(shí)刻才出現(xiàn)，此時(shí) a 相電壓 ua 已大于 b 相電壓，晶閘管 T2承受反向電壓不能被觸發(fā)導(dǎo)通，晶閘管 T1也不能關(guān)斷，相當(dāng)于 ug2遺漏，形成短路。還有，整流工況若丟失了脈沖，晶閘管不再被觸發(fā)而阻斷，整個(gè)系統(tǒng)斷電，不會發(fā)生危險(xiǎn)，但在逆變工況丟失了脈沖則會形成危險(xiǎn)的短路故障；因此，對逆變電路觸發(fā)裝置的可靠性也提出了更高的要求 [18]。就變壓器副邊繞組來看，在晶閘管導(dǎo)通時(shí)，電流和交流電源極性相反的時(shí)間總是多于極性 相同的時(shí)間，這說明交流電源總的來說是吸收電能的。設(shè)斷流角為 ?? ，則這種情況一直延續(xù)到 ???? ，之后因 2T 觸你發(fā)脈沖的到來， 2T 開始導(dǎo)邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 通， 2T 重新導(dǎo)通，整流橋重新進(jìn)入工作狀態(tài)，直流平均電壓值為 20/36 6 s in 1 c o s23ddU U td t U??? ?? ? ?? ? ????? ? ? ?????????? （ ） 當(dāng) 2 /3??? 時(shí)， 0dU? ，所以電阻負(fù)載的移相范圍是 0~2 /3? 。 00?? 時(shí)，平均直流電壓 222 7 4dU U U? ? ?，為直流輸出電壓的最大值 0du 。 從上面的分析可以看出，整流和逆變、交流和直流在晶閘管變換器中互相聯(lián)系著，并在一定條件下可互相轉(zhuǎn)換，同一個(gè)變流器，既可以作整流器，又可以做整流器，又可以做逆變器，其關(guān)鍵是內(nèi)部和外部的條件 [13]。根據(jù)逆變輸出交流電能去向的不同，所有逆變電路又分為有源逆變和無 源逆變兩種，前者以電網(wǎng)為負(fù)載，將逆變輸出的交流電能回送到電網(wǎng)， 后者則以用電器為負(fù)載，如交流電機(jī)、電爐等。相移控制可應(yīng)用于電壓型及電流型有源逆變器中，輸出電壓或輸出電流 為方波。 SVPWM 的合成原理是個(gè)很重要的，它并不只用在 SVPWM，在其它一些應(yīng)用中也很有用的。因此稱其為零矢量。當(dāng)三角波既在其頂點(diǎn)又在底點(diǎn)時(shí)刻對正弦波進(jìn)行采樣時(shí) ， 由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬 ， 在一個(gè)載波周期 (此時(shí)為采樣周期的兩倍 )內(nèi)的位置一般并不對稱 ， 這種方法稱為非對稱規(guī)則采樣 。 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的 ， 目前使用較廣泛的PWM 法 .前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論 ： 沖量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) ,其效果基本相同 。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)熱，其功耗相對于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。 脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制 方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù) [6]。采用 Matlab 來仿真電力電子技術(shù)課程中的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn) ， 和傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)對比 ,更直觀更快捷。采用開環(huán)相控觸發(fā)方式，在 Matlab/Simulink 下建立了三相全控橋式變換電路的仿真模型，通過調(diào)整其觸發(fā)角（ α90176。 在 Matlab 中的電力系統(tǒng)模塊庫 PSB 以 Simulink為運(yùn)算環(huán)境 ， 涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動和電力系統(tǒng)等電工學(xué)科中常用的基本元件和系統(tǒng)仿真模型。 模擬信號的值可以連續(xù)變化，其時(shí)間和幅度的分辨率都沒有限制。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。 (2) 硬件調(diào)制法 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 硬件調(diào)制法是為解決等面積法計(jì)算繁瑣的缺點(diǎn)而提出的 ， 其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號 ， 把接受調(diào)制的信號作為載波 ， 通過對載波的調(diào)制得到所期望的 PWM 波形 。 該方法雖然可以很好地消除所指定的低次諧波 ， 但是 ， 剩余未消去的較低次諧波的幅值可能會相當(dāng)大 ， 而且同樣存在計(jì)算復(fù)雜的缺點(diǎn) 。 當(dāng)要合成某一矢量時(shí)先將這一矢量分解到離它最 近的兩個(gè)基本矢量。所謂相位控制是指通過控制晶閘管的觸發(fā)角使電路處于 有源逆變狀態(tài)，并可控制有源逆變器的直流側(cè)電壓。電流總諧波畸變 THD 約為 %。 （ a）整流狀態(tài) 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 （ b） 逆變狀態(tài) 圖 晶閘管 直流電動機(jī)系統(tǒng)變流器的兩種工作狀態(tài) （ 1）變流器工作于整流狀態(tài) 0 / 2???? 。在可逆拖動系統(tǒng)中，通常采用兩套反并聯(lián)的變流器相互切換，如正組整流，電機(jī)正轉(zhuǎn)電動，用反組來完成有源逆變實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)制動；反組整流，點(diǎn)擊反轉(zhuǎn)電動，用正組來完成有源逆變，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)制動，等等 [15]。 （ 1） 三相橋式全控全控整流電路，對于共陰極組觸發(fā)脈沖的要求是保證 1T 、 3T和 5T 依次導(dǎo)通，對于共陽極組觸發(fā)脈沖的要求是保證 2T 、 4T 和 6T 依次導(dǎo)通，晶閘管在本組內(nèi)每 0120 換流一次。由于變壓器副邊繞組中電流沒有直流分量；所以 原、副邊繞組電壓波形相同。 圖 中分別繪出控制角 α 為 π/ π/2 和 5π/6 時(shí)輸出電壓 ud 的波形，以及晶閘管 T1兩端的波形。 在 t??? 區(qū)間，電路有 T T6 導(dǎo)通， ( 0)d CB CBu u u??，1 ( 0)T AC ACu u u??。如果換相的裕量角不足，即當(dāng) ??? 時(shí)，從圖 （ d） 的 中可清楚地看到，當(dāng)換相尚未結(jié)束時(shí)，電路的工作狀態(tài)到達(dá) P 點(diǎn)之后， a 相電壓 ua 將高于 b 相電壓 ub，晶閘管 T2則將承受反向電壓而重新關(guān)斷，而應(yīng)該關(guān)斷的 T1 卻還承受著正電壓而繼續(xù)導(dǎo)通，且 a 相電壓隨著時(shí)間的推遲愈來愈高，致使逆變失敗。? 值約取 10 。由于它具有良好的調(diào)速特性，并能將電動機(jī)的轉(zhuǎn)差功率回饋電網(wǎng)，效率較高，價(jià)格較低；因此在風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載方面獲得廣泛的應(yīng)用。為了加快過渡過程，它們的拖動電機(jī)都具有工作于四象限的機(jī)械特性。必須掌握整流和逆變的電能流轉(zhuǎn)方向德變化，以及實(shí)現(xiàn)電能流轉(zhuǎn)方向變化的內(nèi)部和外部條件。將該模塊設(shè)置 為頻率 50Hz，脈沖寬度 10176。 圖 仿真波形圖 圖 為仿真模型中示波器 Scope 得到的波形，自上而下分別為直流側(cè)電流Id 波形，直流側(cè)電壓 Ud 波形，晶閘管電流 IT1波形，晶閘管電壓 UT1波形。 R=10Ω， L=1H。將其設(shè)置為工頻 50Hz，相鄰相間電壓 380V，內(nèi)電阻，內(nèi)電感 0H。 圖 兩組變流器的工作方式和電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)（無換流運(yùn)行方式） 在反并聯(lián)可逆線路中，存在著對環(huán)流（即不通過負(fù)載而在兩變流器中流過的電邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 流）的處理方式及兩組變流器之間的切換問題，這是可逆控制的關(guān)鍵技術(shù)。 c ossE U ?? ； （ ） 因?yàn)檗D(zhuǎn)差率 11nns n?? ， 所以電機(jī)轉(zhuǎn)速 2111 2039。 圖 為直流輸電原理圖。設(shè)計(jì)變流器時(shí)，重疊角可計(jì)算。如圖 （ a） 所示，當(dāng) a 相晶閘管 T1導(dǎo)通到 ω t1時(shí)刻觸發(fā)脈沖 ug2 遺漏觸發(fā) T2 管，電流換到 b 相，如果在 ω t2 時(shí)刻觸發(fā)脈沖 ug2遺漏， T1 管不受反壓關(guān)不斷， a 相晶閘管 T1 將繼續(xù)導(dǎo)通到正半周，使電源瞬時(shí)電壓 與直流電勢順向串聯(lián)，形成短路。但在逆變工作時(shí)，若 β=π/3， a 相電通，在 ω t2時(shí)， b 相和 c 相電壓均為正值且相等，都比 a 相電壓高，若此時(shí) T T T3仍同時(shí)接受脈沖 ，則不能保證一定會按電路正常工作需要，由 T1 換相到 T2，即由 T1換到 T2 只能由觸發(fā)脈沖進(jìn)行控制，使之依照規(guī)定的換相順序觸發(fā)相應(yīng)得晶閘管導(dǎo)通。主回路內(nèi)的電流 id 方向沒有變，但是它從 E 的正極流出，從 Ud 的正端流入，所以電能倒送。當(dāng) t??? 時(shí)， 1T 、 6T 中的電流已經(jīng)下降到 0，但由于 2T 脈沖未來到， 2T 不能導(dǎo)通， 1T 、 6T 自行關(guān)斷，此時(shí)電路中所有的原件均處于阻斷狀態(tài)，整流橋從電網(wǎng)斷開，負(fù)載電流 0di ? ，輸出電壓 0du? ?？傊鄻蚴饺卣麟娐分芯чl管導(dǎo)通的順序是 6 1 2 3 4 56 12… 這時(shí)，共陰極組輸出電壓波形是三相電壓正半軸的包絡(luò)線，共陽極組輸出是負(fù)半軸的包絡(luò)線，三相橋式全控整流的輸出電壓 du 兩組輸出電壓之和，其大小等值于相電壓波形正負(fù)包絡(luò)線之間的面積；所以 du 波形為三相電壓正半周的包絡(luò)線， du 每周期脈動 6 次，最低次諧波頻率為電源頻率的 6 倍，即 300Hz。 實(shí)現(xiàn)有源逆變的條件 由上述有源逆變工作狀態(tài)的原理分析可知，實(shí)現(xiàn)有源逆變必須同時(shí)滿足兩個(gè)基本條件：其一是外部條件，即要有一個(gè)能提供逆變能量的直流電源，如上例的電動機(jī)電勢 E，這個(gè)直流電勢是電能從變流器直流側(cè)逆向送回交流電網(wǎng)的源泉 ，直流電勢源的極性及大小應(yīng)能實(shí)現(xiàn)電能從直流側(cè)輸出送回變流器；其二是內(nèi)部條件，即變流器在控制角 /2??? 的范圍內(nèi)工作，使變流器輸出的平均電壓 Ud 的極性與整流狀態(tài)時(shí)相反，大小應(yīng)和直流電勢源配合，完成反饋直流電能回交流電網(wǎng)的功能 [12]。在許多場合，同一套晶閘管或其他可控電力電子變流電路既可作整 流又可作 逆 變，這種裝置稱為 逆 變流裝置或變流器。 相移控制 相移控制與相位控制原理基本相同，但它是針對可關(guān)斷器件的控制方式，通過控制開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，便可控制有源逆變器輸出電壓及輸出電流，控制信號的相位移動直接控制著輸出電壓或輸出電流的相位移動。只是象罷了。 普通的三相全橋是由六個(gè)開關(guān)器件構(gòu)成的三個(gè)半橋 . 這六個(gè)開關(guān)器件組合起來（同一個(gè)橋臂的上下半橋的信號相反）共有 8 種安全的開關(guān)狀態(tài) . 其中 000、 111（這里是表示三個(gè)上橋臂的開關(guān)狀態(tài)）這兩種開關(guān)狀態(tài)在電機(jī)驅(qū)動中都不會產(chǎn)生有效的電流。 當(dāng)三角波只在其頂點(diǎn) (或底點(diǎn) )位置對正弦波進(jìn)行采樣時(shí) ， 由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬 ， 在一個(gè)載波周期 (即采樣周期 )內(nèi)的位置是對稱的 ， 這種方法稱為對稱規(guī)則采樣 。三相 SPWM 是使用 SPWM 模擬市電的三相輸出，在變頻器領(lǐng)域被廣泛的采用。能夠解決這個(gè)問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重 (如老式的家庭立體聲設(shè)備 )和昂貴。 圖 三相全控有 源 逆變電路 控制 方法 脈沖寬度調(diào)制 技術(shù) (PWM) 脈沖寬度調(diào)制 (PWM)，是英文 “ Pulse Width Modulation” 的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 并應(yīng)用 Matlab 的可視化仿真工具 Simulink 對三相全控橋式有源逆變電路進(jìn)行建模 ，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析 ， 并得出了較為理想的仿真結(jié)果 [2]。），并且直流側(cè)接絕對值大于變換器直流測輸出平均電壓絕對值的反電動勢，使之工作在有源逆變的狀態(tài)。它由以下 6 個(gè)子模塊組成 :電源模塊庫、連接模塊庫、測量模塊庫、基本件模塊庫、電 力電子模塊庫、電機(jī)模塊庫 [3] [5]。 9V 電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于 9V，而是隨時(shí)間發(fā)生變化， 并可取任何實(shí)數(shù)值。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯 1 改變?yōu)檫壿?0 或?qū)⑦壿?0 改變?yōu)檫壿?1 時(shí)，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。 通常采用等腰三角波作為載波 ， 當(dāng)調(diào)制信號波為正弦波時(shí) ， 所得到的就是 SPWM 波形 。 該方法同 樣只適用于同步調(diào)制方式中 。而后用這兩個(gè)基本矢量矢量去表示。有源逆變器要想工作在逆變狀態(tài)，需滿足如下條件： a)直流電動勢極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，且其絕對值大于變流電路直流側(cè)的平均電壓。 （ 2） 電流型有源逆變器 三相電流型方波逆變電路采用 120176。 在圖 （ a） 中，設(shè)變流器工作于整流狀態(tài)，由單相全控整流電路的分析可知，大電感負(fù)