變頻器培訓(xùn)1PPT課件

1、1第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)一 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的工作原理第1頁(yè)/共87頁(yè)2第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)一 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的工作原理Tn0Q1Q2Tn0Q3Q4第2頁(yè)/共87頁(yè)3第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)一 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的工作原理dtdnGDTTLM3752?LMTT?LMTT?LMTT第3頁(yè)/共87頁(yè)4第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二 直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理nnIKRKUKRIUndeeed0直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和其它參量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系可表示為：式中： n轉(zhuǎn)速（r/min）U電樞電壓(V)dI電樞電流(A)R電樞回路總電阻()勵(lì)磁磁通（Wb）eK由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng) 勢(shì)常數(shù)。第4頁(yè)/共87頁(yè)5第一部分 變頻調(diào)

2、速預(yù)備知識(shí)二 直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理0nTen0n01n02n03123NN123 第5頁(yè)/共87頁(yè)6第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二 直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理1、旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組GEGMM3放大裝置+-ifU+(-)-(+)+-生產(chǎn)機(jī)械勵(lì)磁電源旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組簡(jiǎn)稱為，國(guó)際上通稱Ward-Leonard系統(tǒng)。-TLTL0-TeTen-n正向電動(dòng)狀態(tài)正向制動(dòng)狀態(tài)反向電動(dòng)狀態(tài)反向制動(dòng)狀態(tài)Ten第6頁(yè)/共87頁(yè)7第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二 直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理2、靜止式可控整流器TenTenTen半控整流電路構(gòu)成的V-M系統(tǒng)全控整流電路構(gòu)成的V-M系統(tǒng)正反兩組全控整流電路構(gòu)成的V-M系統(tǒng) 晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系

3、統(tǒng)簡(jiǎn)稱為，國(guó)際上通稱靜止的Ward-Leonard系統(tǒng)。第7頁(yè)/共87頁(yè)8第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二 直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理3、直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器MLVTVD+-Us+-tu0TUdtonUsq采用簡(jiǎn)單的單管控制時(shí)，稱作，后來(lái)逐漸發(fā)展成采用各種脈沖寬度調(diào)制開(kāi)關(guān)的電路，通稱為。ssondUUTtU電動(dòng)機(jī)得到的平均電壓為：第8頁(yè)/共87頁(yè)9第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二 直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理3、直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器ssonsonsondUUTtUTtTUTtU) 12(12電動(dòng)機(jī)得到的平均電壓為：VT1+-UsM+-VT4VT3VT2tUd0tonUs-UstontonT2T第9頁(yè)

4、/共87頁(yè)10第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二 直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理PWM控制器UcRbR0VTb第10頁(yè)/共87頁(yè)11第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二 直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理第11頁(yè)/共87頁(yè)12第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二 直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理IdLntIdOIdmIdLntIdOIdmIdcr帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程理想的快速啟動(dòng)過(guò)程第12頁(yè)/共87頁(yè)13第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)二 直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理第13頁(yè)/共87頁(yè)14第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)三 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制第14頁(yè)/共87頁(yè)15第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四 交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理mNs1g44. 4Sk

5、NfE 定子每相電動(dòng)勢(shì)式中：Eg 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值，單位為V； 定子頻率，單位為Hz； f1定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； Ns基波繞組系數(shù)； kNs每極氣隙磁通量，單位為Wb。 m第15頁(yè)/共87頁(yè)16第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四 交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理基頻以下調(diào)速p要保持 m 不變，當(dāng)頻率 f1 從額定值 f1N 向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低 Eg ，使 1gfE常值p當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓 Us Eg，則得常值1fUs第16頁(yè)/共87頁(yè)17第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四 交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理第17頁(yè)/共87頁(yè)18第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備

6、知識(shí)四 交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理Eg 氣隙（或互感）磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；Es 定子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；Er 轉(zhuǎn)子全磁通在轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（折合到定子邊）。第18頁(yè)/共87頁(yè)19第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四 交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理1、恒壓頻比控制（Us/1恒值）p10260nn 為了近似地保持氣隙磁通不變，以便充分利用電機(jī)鐵心，發(fā)揮電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力，在基頻以下須采用恒壓頻比控制。這時(shí)，同步轉(zhuǎn)速自然要隨頻率變化。21sper13UnTRs帶負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落為： 1p0260snsnnsRsUnTr121spe3在恒壓頻比的條件下改變頻率 1 時(shí)，機(jī)械特性基本上是

7、平行下移。第19頁(yè)/共87頁(yè)20第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四 交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 該特性和直流他勵(lì)電機(jī)變壓調(diào)速時(shí)的情況基本相似，所不同的是，當(dāng)轉(zhuǎn)矩增大到最大值以后，轉(zhuǎn)速再降低，特性就折回來(lái)了，而且頻率越低時(shí)最大轉(zhuǎn)矩值越小，具體分析如下：2rs21s1s21spmaxe)(123llLLRRUnT可見(jiàn)最大轉(zhuǎn)矩 Temax 是隨著的 1 降低而減小的。頻率很低時(shí)，Temax太小將限制電機(jī)的帶載能力，采用定子壓降補(bǔ)償，適當(dāng)?shù)靥岣唠妷篣s，可以增強(qiáng)帶載能力。1、恒壓頻比控制（Us/1恒值）第20頁(yè)/共87頁(yè)21第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四 交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理1、恒壓頻比控制（Us/1恒值）第2

8、1頁(yè)/共87頁(yè)22第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四 交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理2r212rgrlLsREI代入電磁轉(zhuǎn)矩關(guān)系式，得2 r2122 rr121gpr2r212r2g1pe33llLsRRsEnsRLsREnT由等效電路可以看出sRInPTsRIPrrpmmerrm21123/32、恒Eg/1控制 第22頁(yè)/共87頁(yè)23第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四 交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理2、恒Eg/1控制 2 r2122 rr121gpr2r212r2g1pe33llLsRRsEnsRLsREnTsRsEnTr121gpe3u當(dāng)s很小時(shí)，可忽略分母中含s項(xiàng)，則 sLsREnTl132 r1r21gpeu當(dāng)

9、s 接近于1時(shí)，可忽略分母中的 Rr2 項(xiàng)，則第23頁(yè)/共87頁(yè)24第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四 交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理sLsREnTl132 r1r21gpe 將右式對(duì) s 求導(dǎo)，并令 dTe / ds = 0，可得恒Eg /1控制特性在最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率 r1rmlLRs和最大轉(zhuǎn)矩r21gpmaxe123lLEnT2、恒Eg/1控制 第24頁(yè)/共87頁(yè)25第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四 交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理3、恒Er/1控制sREI/rrr 如果把電壓頻率協(xié)調(diào)控制中的電壓再進(jìn)一步提高，把轉(zhuǎn)子漏抗上的壓降也抵消掉，得到恒 Er /1 控制。代入電磁轉(zhuǎn)矩基本關(guān)系式，得 r121rpr2r2r1

10、pe33RsEnsRsREnTsRInPTsRIPrrpmmerrm21123/3第25頁(yè)/共87頁(yè)26第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)四 交流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理3、恒Er/1控制氣隙磁通的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) Eg 對(duì)應(yīng)于氣隙磁通幅值 m ，那么，轉(zhuǎn)子全磁通的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) Er 就應(yīng)該對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子全磁通幅值 rm ：rmNs1r44. 4skNfE 只要能夠按照轉(zhuǎn)子全磁通幅值 rm = Constant 進(jìn) 行控制，就可以獲得恒 Er /1了。這正是所遵循的原則第26頁(yè)/共87頁(yè)27第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)五 交流變頻器的主要類型1、交-直-交變頻器變壓變頻(VVVF)中間直流環(huán)節(jié)恒壓恒頻(CVCF)逆變DC

11、ACAC50Hz整流交-直-交（間接）變壓變頻器第27頁(yè)/共87頁(yè)28第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)五 交流變頻器的主要類型變壓變頻(VVVF)中間直流環(huán)節(jié)恒壓恒頻(CVCF)PWM逆變器DCACAC50Hz調(diào)壓調(diào)頻C交-直-交PWM變壓變頻器1、交-直-交變頻器第28頁(yè)/共87頁(yè)29第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)五 交流變頻器的主要類型SCR可控整流器六 拍逆變器DCACAC50Hz調(diào)頻調(diào)壓可控整流器調(diào)壓、六拍逆變器調(diào)頻的交-直-交變壓變頻器1、交-直-交變頻器第29頁(yè)/共87頁(yè)30第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)五 交流變頻器的主要類型2、交-交變壓變頻器 交交變頻AC50HzACCVCFVVVF第30

12、頁(yè)/共87頁(yè)312、交-交變壓變頻器 第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)五 交流變頻器的主要類型第31頁(yè)/共87頁(yè)322、交-交變壓變頻器 2AO ta a 0 2a BCDEFu0第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)五 交流變頻器的主要類型第32頁(yè)/共87頁(yè)33第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六 電壓源型和電流源型逆變器第33頁(yè)/共87頁(yè)34 在調(diào)速系統(tǒng)中，逆變器的負(fù)載是異步電機(jī)，屬感性負(fù)載。在中間直流環(huán)節(jié)與負(fù)載電機(jī)之間，除了有功功率的傳送外，還存在無(wú)功功率的交換。濾波器除濾波外還起著對(duì)無(wú)功功率的緩沖作用，使它不致影響到交流電網(wǎng)。 用電流源型逆變器給異步電機(jī)供電的電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)有一個(gè)顯著特征，就是容易實(shí)現(xiàn)

13、能量的回饋，從而便于四象限運(yùn)行，適用于需要回饋制動(dòng)和經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械。第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六 電壓源型和電流源型逆變器第34頁(yè)/共87頁(yè)35第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六 電壓源型和電流源型逆變器第35頁(yè)/共87頁(yè)36 正由于交-直-交電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的直流電壓可以迅速改變，所以動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較快，而電壓源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)就慢得多。 電壓源型逆變器屬恒壓源，電壓控制響應(yīng)慢，不易波動(dòng)，所以適于做多臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行時(shí)的供電電源，或單臺(tái)電機(jī)調(diào)速但不要求快速起制動(dòng)和快速減速的場(chǎng)合。采用電流源型逆變器的系統(tǒng)則相反，不適用于多電機(jī)傳動(dòng)，但可以滿足快速起制動(dòng)和可逆運(yùn)行的要求。第一部分

14、 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六 電壓源型和電流源型逆變器第36頁(yè)/共87頁(yè)37第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六 電壓源型和電流源型逆變器第37頁(yè)/共87頁(yè)38同一橋臂上、下兩管之間互相換流的逆變器稱作。，當(dāng)VT1關(guān)斷后，使VT4導(dǎo)通，而當(dāng)VT4關(guān)斷后，又使VT1導(dǎo)通。這時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的區(qū)間是180，其他各相亦均如此。由于每隔60有一個(gè)器件開(kāi)關(guān)，在180導(dǎo)通型逆變器中，除換流期間外，每一時(shí)刻總有3個(gè)開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通。第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六 電壓源型和電流源型逆變器第38頁(yè)/共87頁(yè)39第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六 電壓源型和電流源型逆變器第39頁(yè)/共87頁(yè)40的換流是在不同橋臂中同一排

15、左、右兩管之間進(jìn)行的。，VT1關(guān)斷后使VT3導(dǎo)通，VT3關(guān)斷后使VT5導(dǎo)通，VT4關(guān)斷后使VT6導(dǎo)通等等。這時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件一次連續(xù)導(dǎo)通120，在同一時(shí)刻只有兩個(gè)器件導(dǎo)通，如果負(fù)載電機(jī)繞組是Y聯(lián)結(jié)，則只有兩相導(dǎo)電，另一相懸空。第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)六 電壓源型和電流源型逆變器第40頁(yè)/共87頁(yè)41七 正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù) 以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為并用頻率和期望波相同的正弦波作為當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備

16、知識(shí)第41頁(yè)/共87頁(yè)42按照波形面積相等的原則，每一個(gè)矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，因而這個(gè)序列的矩形波與期望的正弦波等效。這種調(diào)制方法稱作（Sinusoidal pulse width modulation，簡(jiǎn)稱SPWM），這種序列的矩形波稱作。 p如果在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)，三角載波只在正或負(fù)的一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的SPWM波也只處于一個(gè)極性的范圍內(nèi)，叫做p如果在正弦調(diào)制波半個(gè)周期內(nèi)，三角載波在正負(fù)極性之間連續(xù)變化，則SPWM波也是在正負(fù)之間變化，叫做七 正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第42頁(yè)/共87頁(yè)43七 正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)第一

17、部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第43頁(yè)/共87頁(yè)44雙極性PWM控制方式單極性PWM控制方式七 正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第44頁(yè)/共87頁(yè)45八 電流滯環(huán)跟蹤PWM(CHBPWM)控制技術(shù)常用的一種電流閉環(huán)控制方法是。第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第45頁(yè)/共87頁(yè)46八 電流滯環(huán)跟蹤PWM(CHBPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第46頁(yè)/共87頁(yè)47九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)經(jīng)典的SPWM控制主要著眼于使變壓變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波，并未顧及輸出電流的波形。電流滯環(huán)跟蹤控制則直接控制輸出電流，使之在正弦波附近變化，這就比只要求正弦電壓前進(jìn)

18、了一步。交流電動(dòng)機(jī)需要輸入三相正弦電流的最終目的是在電動(dòng)機(jī)空間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。如果對(duì)準(zhǔn)這一目標(biāo)，把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，按照跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)控制逆變器的工作，其效果應(yīng)該更好。這種控制方法稱作“磁鏈跟蹤控制”，下面的討論將表明，磁鏈的軌跡是交替使用不同的電壓空間矢量得到的，所以又稱“電壓空間矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制”。第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第47頁(yè)/共87頁(yè)48 交流電動(dòng)機(jī)繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時(shí)間變化的，分析時(shí)常用時(shí)間相量來(lái)表示，但如果考慮到它們所在繞組的空間位置，也可以如圖所示，定義為九 電壓空間矢量P

19、WM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第48頁(yè)/共87頁(yè)49 tRddssssIu式中 us 定子三相電壓合成空間矢量； Is 定子三相電流合成空間矢量；s 定子三相磁鏈合成空間矢量。 三相的電壓平衡方程式相加，即得用合成空間矢量表示的定子電壓方程式為：當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不是很低時(shí)，定子電阻壓降所占的成分很小，可忽略不計(jì)。t ddssu t dssu或 九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第49頁(yè)/共87頁(yè)50 tj1ems其中：m是磁鏈s的幅值， 1為其旋轉(zhuǎn)角速度。當(dāng)電動(dòng)機(jī)由三相平衡正弦電壓供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈?zhǔn)?/p>

20、量頂端的運(yùn)動(dòng)軌跡呈圓形（一般簡(jiǎn)稱為磁鏈圓）。這樣的定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量可用下式表示：t ddssu )2(m1m1ms111ee)e(ddtjtjtjjtu九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第50頁(yè)/共87頁(yè)51 )2(m1m1ms111ee)e(ddtjtjtjjtu如圖所示，當(dāng)磁鏈?zhǔn)噶吭诳臻g旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，電壓矢量也連續(xù)地按磁鏈圓的切線方向運(yùn)動(dòng)2弧度，其軌跡與磁鏈圓重合。這樣，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的軌跡問(wèn)題就可轉(zhuǎn)化為九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第51頁(yè)/共87頁(yè)52（1）電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡如果，圖中的逆變器采用180導(dǎo)通型，

21、功率開(kāi)關(guān)器件共有8種工作狀態(tài)，其中& 6 種有效開(kāi)關(guān)狀態(tài)；& 2 種無(wú)效狀態(tài)（因?yàn)槟孀兤鬟@時(shí)并沒(méi)有輸出電壓）：上橋臂開(kāi)關(guān) VT1、VT3、VT5 全部導(dǎo)通；下橋臂開(kāi)關(guān) VT2、VT4、VT6 全部導(dǎo)通。九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第52頁(yè)/共87頁(yè)53（1）電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第53頁(yè)/共87頁(yè)54（1）電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)工作周期從100狀態(tài)開(kāi)始，這時(shí)VT6、VT1、VT2導(dǎo)通，其等效電路如圖所示。九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備

22、知識(shí)第54頁(yè)/共87頁(yè)55（1）電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡工作狀態(tài)100的合成電壓空間矢量九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第55頁(yè)/共87頁(yè)56（1）電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡工作狀態(tài)110的合成電壓空間矢量每個(gè)周期的六邊形合成電壓空間矢量九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第56頁(yè)/共87頁(yè)57（2）定子磁鏈?zhǔn)噶慷它c(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡 電壓空間矢量與磁鏈?zhǔn)噶康年P(guān)系：11 ut112ii1iiiut6, 2 , 1i依此類推，可以寫(xiě)成 的通式：九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第57頁(yè)/共87頁(yè)58（2）定

23、子磁鏈?zhǔn)噶慷它c(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡 磁鏈?zhǔn)噶吭隽颗c電壓矢量、時(shí)間增量的關(guān)系：如果u1的作用時(shí)間t 小于 /3 ，則i的幅值也按比例地減小，如圖中的矢量。可見(jiàn)，在任何時(shí)刻，所產(chǎn)生的磁鏈增量的方向決定于所施加的電壓，其幅值則正比于施加電壓的時(shí)間。九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第58頁(yè)/共87頁(yè)59 如前分析，我們可以得到的結(jié)論是：p如果想獲得更多邊形或逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，就必須在每一個(gè)期間內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)工作狀態(tài)，以形成更多的相位不同的電壓空間矢量。為此，必須對(duì)逆變器的控制模式進(jìn)行改造。p如果交流電動(dòng)機(jī)僅由常規(guī)的六拍階梯波逆變器供電，磁鏈軌跡便是六邊形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這顯然不象

24、在正弦波供電時(shí)所產(chǎn)生的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)那樣能使電動(dòng)機(jī)獲得勻速運(yùn)行。九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第59頁(yè)/共87頁(yè)60 逼近圓形時(shí)的磁鏈增量軌跡電壓空間矢量的線性組合九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第60頁(yè)/共87頁(yè)61 sincosss202101suuuuujTtTt可根據(jù)各段磁鏈增量的相位求出所需的作用時(shí)間t1和t2。2C0B0A0se )(e )()(jjtttuuuu式中 = 120。jtte )()(BCABsuuu九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第61頁(yè)/共87頁(yè)62

25、020201d0201d0201d30201d3d02d01s23223213sin3coseeTtjTtTtUjTtTtUjTtTtUTtTtUUTtUTtjjusincosss202101suuuuujTtTtd0201s2cosUTtTtud02s23sinUTtudsds01sin31cosUUTtuuds02sin32UTtu九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第62頁(yè)/共87頁(yè)63 換相周期 T0 應(yīng)由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所需的頻率決定， T0 與 t1+ t2 未必相等，其間隙時(shí)間可用零矢量 u7 或 u8 來(lái)填補(bǔ)。為了減少功率器件的開(kāi)關(guān)次數(shù)，一般使 u7

26、和 u8 各占一半時(shí)間，因此0)(2121087ttTtt零矢量的使用電壓空間矢量的扇區(qū)劃分為了討論方便起見(jiàn)，可把逆變器的一個(gè)工作周期用6個(gè)電壓空間矢量劃分成6個(gè)區(qū)域，稱為扇區(qū)（Sector），如圖所示的、，每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)的時(shí)間均為/3 。九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第63頁(yè)/共87頁(yè)64 電壓空間矢量的扇區(qū)劃分p在常規(guī)六拍逆變器中一個(gè)扇區(qū)僅包含兩個(gè)開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)。p實(shí)現(xiàn)SVPWM控制就是要把每一扇區(qū)再分成若干個(gè)對(duì)應(yīng)于時(shí)間 T0 的小區(qū)間。按照上述方法插入若干個(gè)線性組合的新電壓空間矢量 us，以獲得優(yōu)于正六邊形的多邊形（逼近圓形）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 p在實(shí)際系統(tǒng)中

27、，應(yīng)該盡量減少開(kāi)關(guān)狀態(tài)變化時(shí)引起的開(kāi)關(guān)損耗，因此不同開(kāi)關(guān)狀態(tài)的順序必須遵守下述原則：九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第64頁(yè)/共87頁(yè)65 插值舉例每一個(gè)T0相當(dāng)于 PWM電壓波形中的一個(gè)脈沖波。圖中所示扇區(qū)內(nèi)的區(qū)間包含t1,t2,t7和t8共4段，相應(yīng)的電壓空間矢量為 u1,u2,u7和u8,即100,110,111和000 共4種開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 為了使電壓波形對(duì)稱，把每種狀態(tài)的作用時(shí)間都一分為二，因而形成電壓空間矢量的作用序列為：12788721，其中1表示作用u1,2表示作用u2 ，。 這樣，在這一個(gè)時(shí)間內(nèi)，逆變器三相的開(kāi)關(guān)狀態(tài)序列為100，110，11

28、1，000，000，111，110，100。 按照最小開(kāi)關(guān)損耗原則進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)上述1278的順序是不合適的。 為此，應(yīng)該把切換順序改為81277218，即開(kāi)關(guān)狀態(tài)序列為000，100，110，111，111，110，100，000，這樣就能滿足每次只切換一個(gè)開(kāi)關(guān)的要求了。九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第65頁(yè)/共87頁(yè)66 插值舉例虛線間的每一小段表示一種工作狀態(tài) 九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第66頁(yè)/共87頁(yè)67 總結(jié)1) 逆變器的一個(gè)工作周期分成6個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)相當(dāng)于常規(guī)六拍逆變器的一拍。為了使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)

29、磁場(chǎng)逼近圓形，每個(gè)扇區(qū)再分成若干個(gè)小區(qū)間 T0，T0越短，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)越接近圓形，但T0的縮短受到功率開(kāi)關(guān)器件允許開(kāi)關(guān)頻率的制約。2) 在每個(gè)小區(qū)間內(nèi)雖有多次開(kāi)關(guān)狀態(tài)的切換，但每次切換都只涉及一個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件，因而開(kāi)關(guān)損耗較小。3) 每個(gè)小區(qū)間均以零電壓矢量開(kāi)始，又以零矢量結(jié)束。4) 利用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，計(jì)算簡(jiǎn)便。5) 采用SVPWM控制時(shí)，逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，這比一般的SPWM逆變器輸出電壓提高了15%九 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第67頁(yè)/共87頁(yè)68十 坐標(biāo)變換和變換矩陣1）坐標(biāo)變換的基本思路p直流電機(jī)的物理模型圖

30、中繪出了二極直流電機(jī)的物理模型，圖中 F為勵(lì)磁繞組，A 為電樞繞組，C 為補(bǔ)償繞組。F 和 C 都在定子上，只有 A 是在轉(zhuǎn)子上。 把 F 的軸線稱作直軸或 d 軸（direct axis），主磁通的方向就是沿著 d 軸的；A和C的軸線則稱為交軸或q 軸（quadrature axis）。第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第68頁(yè)/共87頁(yè)691）坐標(biāo)變換的基本思路p直流電機(jī)的物理模型 電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線始終被電刷限定在 q 軸位置上，其效果好象一個(gè)在 q 軸上靜止的繞組一樣。 但它實(shí)際上是旋轉(zhuǎn)的，會(huì)切割 d 軸的磁通而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)，這又和真正靜止的繞組不同，通常把這種等效的靜止繞組稱作“偽靜止繞組”

31、（pseudo - stationary coils）。十 坐標(biāo)變換和變換矩陣第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第69頁(yè)/共87頁(yè)701）坐標(biāo)變換的基本思路p交流電機(jī)的物理模型十 坐標(biāo)變換和變換矩陣第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第70頁(yè)/共87頁(yè)711）坐標(biāo)變換的基本思路p交流電機(jī)的物理模型十 坐標(biāo)變換和變換矩陣第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第71頁(yè)/共87頁(yè)722）三相-兩相變換（3/2變換） 在三相靜止繞組A、B、C和兩相靜止繞組a、 之間的變換，或稱三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系間的變換，簡(jiǎn)稱。設(shè)磁動(dòng)勢(shì)波形是正弦分布的，當(dāng)三相總磁動(dòng)勢(shì)與二相總磁動(dòng)勢(shì)相等時(shí)，兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢(shì)在 a、 軸上的投影都應(yīng)相等。

32、十 坐標(biāo)變換和變換矩陣第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第72頁(yè)/共87頁(yè)732）三相-兩相變換（3/2變換） )2121(60cos60cosCBA3C3B3A32iiiNiNiNiNiN)(2360sin60sinCB3C3B32iiNiNiNiNCBA232323021211iiiNNii寫(xiě)成矩陣形式，得十 坐標(biāo)變換和變換矩陣第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第73頁(yè)/共87頁(yè)742）三相-兩相變換（3/2變換） CBA232323021211iiiNNii 考慮，在此前提下，可以證明，匝數(shù)比應(yīng)為：3223NNCBA232302121132iiiii十 坐標(biāo)變換和變換矩陣第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第74

33、頁(yè)/共87頁(yè)752）三相-兩相變換（3/2變換） 令 C3/2 表示從三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的變換矩陣，則： 2323021211322/3C如果要從兩相坐標(biāo)系變換到三相坐標(biāo)系，簡(jiǎn)稱 ，可利用增廣矩陣得方法把C3/2擴(kuò)成方陣，求其逆矩陣后，再除去增加得一列，即得： 2321232101323/2C十 坐標(biāo)變換和變換矩陣第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第75頁(yè)/共87頁(yè)762）三相-兩相變換（3/2變換） 如果三相繞組是Y形聯(lián)結(jié)不帶零線，則有 iA + iB + iC = 0，或 iC = iA iB 。代入左式并整理后得：BA221023iiiiBA2161032iiiiCBA232302121132iiiii十 坐標(biāo)變換和變換矩陣第一部分 變頻調(diào)速預(yù)備知識(shí)第76頁(yè)/共87頁(yè)773）兩相兩相旋轉(zhuǎn)變換（2s/2r變換） 從兩相靜止坐標(biāo)系、到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 d、q 變換稱作兩相兩相旋轉(zhuǎn)變換，簡(jiǎn)稱 ，其中 s 表示靜止，r 表示旋轉(zhuǎn)。由圖可見(jiàn)， ia、i 和 id、i