矢量为V6
(7) 工作模式6:开关管T1、T2、T3导通,T4、T5、T6关断;其a、b、c端相电压分别为uaN=Ud3,ubN=Ud3,ucN=?2Ud3;相应的线电压分别为uab=0,ubc=Ud,uca=?Ud;与该工作模式对应的电压空间矢量为V2
(8) 工作模式7:开关管T1、T3、T5导通,T2、T4、T6关断;其a、b、c端相电压分别为uaN=0,ubN=0,ucN=0;相应的线电压分别为uab=0,
ubc=0,uca=0;与该工作模式对应的电压空间矢量为V7
2两电平牵引逆变器控制方式 ○
牵引逆变器主要采用如下四种方式进行调节:异步调制、同步调制、分段同步调制及方波控制四种调制方式。由此产生控制IGBT通断的PWM脉冲。因为定子的电压频率不是单一的,所以对应不同频率片段采用不同的调制方式。方波控制即单脉冲控制,是指输出交流量的每半个周期中只有一个电压或电流脉冲,其输出频率通过脉冲周期进行调节,而输出量的有效值由脉冲持续时间决定。本文重点对牵引逆变器的PWM控制方式做一讨论。所谓PWM控制技术,就是利用半导体器件的开通和关断把直流电压变换成一定形状的电压脉冲序列,从而达到变频、调压和消除谐波等目的的一种控制方法。
四种控制方法的分析
(1)异步调制方式:在实行SPWM脉宽调制时,在一个调制信号周期内所包含的三角载波的个数称为载波频率比N (亦即载波比)。载波比N= 载波频率/调制波频率,载波比N为常数,载波信号和调制信号保持同步的调制方式为同步调制,在变频调速过程中,载波个数随定子电压频率相应变化的调制称为异步调制。
对于异步调制方式,当正弦控制信号的频率变化时,通常保持三角载波信号的频率和幅值不变。在异步电机刚启动时,由于系统在低频区工作,为了使系统能够正常工作,通常采用异步调制方式,
(2)同步调制方式:指载波信号和调制信号保持同步的调制方式,在该调制方式下载波比保持不变。因为三相系统的特点,为了保持三相之间的平衡,通常载波比为3的整数倍。由于当载波比为偶数时,载波的正负半周不呈180度分布会造成波形左右的不对称从而出现偶次谐波问题,故载波比又必须是奇数。但是同步调制方式也有自身的局限性,刚开始逆变器的输出频率较低,较
小的载波比会引起谐波的明显增大从而产生较大的噪音,为此我们需要选取较大的载波比。然而,随着逆变器输出频率的不断增大,开关频率也逐渐升高,开关有可能承受不住。
(3)分段同步调制方式:为了扬长避短,可将同步调至和异步调制结合起来,成为分段同步调制方式。即把整个频率分成不同的频率段,在不同的频率段均采用同步调制方式,不同之处在于每段的载波比N不同,在段内则维持载波比N的稳定,则可以解决开关无法承受或者噪音干扰大的问题。当逆变器输出频率小时,可以采用较大的载波比;相反,在逆变器输出频率逐渐增大的过程中,可以逐渐减小载波比。
(4)方波调制方式:即通过单脉冲方式控制,在输出交流量的每半个周期中只有一个电压或电流脉冲,其输出频率通过脉冲周期进行调节,而输出量的有效值由脉冲持续时间决定。
3逆变技术的发展趋势 ○
逆变技术的原理早在1931 年就有人研究过,从1948 年美国西屋电气公司研制出第一台3KHz 感应加热逆变器至今已有近60 年历史了,而晶闸管SCR 的诞生为正弦波逆变器的发展创造了条件,到了20 世纪70 年代,可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(BJT)的问世使得逆变技术得到发展应用。到了20 世纪80 年代,功率场效应管(MOSFET)、绝缘栅极晶体管(IGBT)、MOS 控制晶闸管(MCT)以及静电感应功率器件的诞生为逆变器向大容量方向发展奠定了基础,因此电力电子器件的发展为逆变技术高频化,大容量化创造了条件。进入80 年代后,逆变技术从应用低速器件、低开关频率逐渐向采用高速器件,提高开关频率方向发展。逆变器的体积进一步减小,逆变效率进一步提高,正弦波逆变器的品质指标也得到很大提高。另一方面,微电子技术的发展为逆变技术的实用化创造了平台,传统的逆变技术需要通过许多的分立元件或模拟集成电路加以完成,随着逆变技术复杂程度的增加,所需处理的信息量越来越大,而微处理器的诞生正好满足了逆变技术的发展要求,从8 位的带有PWM 口的微处理器到16 位单片机,发展到今天的32 位DSP 器件,使先进的控制技术如矢量控制技术、多电平变换技术、重复控制、模糊逻辑控制等在逆变领域得到了较好的应用。
总之,逆变技术的发展是随着电力电子技术、微电子技术和现代控制理论的发展而发展,进入二十一世纪,逆变技术正向着频率更高、功率更大、效率更高、体积更小的方向发展。