电力电子变流器的传递函数及应用

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：表1.2斩波器2.电力电子变流器的传递函数失控时间电力电子变流器依靠脉冲移相（晶闸管）或改变脉冲宽度来调节输出电压，晶闸管脉冲移相和PWM调制在原理上都是由锯齿波和控制信号Uc比较来产生脉冲信号，如图1.8所示。图1.8 失控时间表1.3 晶闸管整流器的失控时间传递函数电力电子变流器从输入控制信号改变到输出电压变化中间有时间延迟，因此是一个滞后控制环节，其传递函数为式中，Ks为变流器放大倍数；Ts为变流器失控时间常数。

1.电力电子变流器

电力电子变流器是调速系统重要的装置，直流调速系统的变流器主要有AC/DC整流器和DC/DC斩波器，前者在小功率大功率系统中都有应用，后者目前主要使用在中小功率调速系统中。

（1）整流器目前应用的电力电子整流器主要是晶闸管整流器，采用可关断器件的PWM整流器可以控制网侧功率因数，但是成本较高，目前使用还不普遍。晶闸管整流器的特点是：采用相位控制，通过脉冲移相控制晶闸管触发时刻调节输出电压，输出电压的脉动与整流相数有关，一般在直流回路串电感（平波电抗器）来减小输出电压和电流的脉动。常用的整流器主电路见表1.1。

表1.1 整流器

（2）斩波器电力电子斩波器采用可关断器件（MOSFET、IGBT等）和PWM调制，其调制频率较高，输出电流脉动小、响应快，但由于受器件容量限制，因此目前主要使用在小功率高性能的调速系统中。斩波调速的调制频率较高，依靠电动机电枢电感电枢电流就可以连续，因此电枢回路一般不必串联平波电抗器，使系统体积、重量都大大减小。常用的斩波器主电路见表1.2。

表1.2斩波器

2.电力电子变流器的传递函数

（1）失控时间电力电子变流器依靠脉冲移相（晶闸管）或改变脉冲宽度（PWM）来调节输出电压，晶闸管脉冲移相和PWM调制在原理上都是由锯齿波和控制信号U_c比较来产生脉冲信号，如图1.8所示。由图可以看出，虽然t₁时U_c发生了变化，但是并不能立刻产生脉冲，而要到t₂时才能产生驱动脉冲信号，中间有时间滞后t_s（t_s=t₂-t₁），而且在t_s内输出脉冲和变流器输出电压也都不会变化，因此t_s称为失控时间。显然，t_s是随机不固定的，这在系统设计时很不方便，工程上常用t_s的最大值（即锯齿波周期T_s）或平均值T_s/2作为变流器的失控时间常数。晶闸管整流器的失控时间见表1.3。