電機(jī)控制技術(shù)與應(yīng)用--專題

1、電機(jī)控制技術(shù)與應(yīng)用錢祥忠 錢祥忠錢祥忠，教授，工學(xué)博士，碩士生導(dǎo)師,溫州大學(xué)電氣傳動與智能控制研究所所長,計算機(jī)應(yīng)用碩士點(二級)負(fù)責(zé)人,電氣工程及其自動化專業(yè)負(fù)責(zé)人； 1991年7月畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)研究生部，獲理學(xué)碩士學(xué)位； 2003年6月畢業(yè)于電子科技大學(xué)，獲工學(xué)博士學(xué)位； 2010年9月-2011年2月，華中科技大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)訪問學(xué)者。主要內(nèi)容常用電機(jī)簡介常用電機(jī)簡介電機(jī)控制技術(shù)電機(jī)控制技術(shù)常用主要電機(jī)常用主要電機(jī)：v 直流電機(jī)直流電機(jī)v 交流異步電動機(jī)交流異步電動機(jī)v 永磁同步電動機(jī)永磁同步電動機(jī)v 控制電機(jī)控制電機(jī)交流電動機(jī)交流電動機(jī)直流電動機(jī)直流電動機(jī)鼠籠

2、式鼠籠式繞線式繞線式異步機(jī)異步機(jī)同步機(jī)同步機(jī)他勵、并勵、串勵、復(fù)勵他勵、并勵、串勵、復(fù)勵電動機(jī)：電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能電動機(jī)：電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能發(fā)電機(jī)：其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能發(fā)電機(jī)：其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能電動機(jī)的作用電動機(jī)的作用電電機(jī)機(jī)電電動動機(jī)機(jī) 直流電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)直流電直流電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)直流電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。 將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的電機(jī)稱為直流電將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的電機(jī)稱為直流電動機(jī)動機(jī)； 反之，則稱為直流發(fā)電機(jī)反之，則稱為直流發(fā)電機(jī)。 一、直流一、直流電動機(jī)電動機(jī)3直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖端蓋磁軛主磁極勵磁繞組電樞繞組 電樞鐵心

3、換向器電刷裝置軸端蓋軸承風(fēng)扇換向極繞組換向磁極5直流電機(jī)主要由定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動部分）兩大部分組成。電動機(jī)工作原理AUXNiaSiaffTemXUANiaSiaffTem線圈邊中電流不改變方向，則平均 Tem = 0。11N aB1 AB2換向片電刷UiaX SfTemf UXB1B2iaA SffTem電刷和換向片的作用是什么？線圈邊切割磁力線會產(chǎn)生什么？12eNaiaeaeiaea14直流電流交流電流電磁轉(zhuǎn)矩(拖動轉(zhuǎn)矩)換向機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)克服反電動勢做功電動機(jī)的電磁關(guān)系外加電源電刷和換向器電樞繞組內(nèi)部氣隙磁場轉(zhuǎn)子eaNeaSB1AXB2EaXANST1B1B2eaeaT1Ea電刷和

4、換向片的作用是什么？載流導(dǎo)體在磁場中會產(chǎn)生什么？15ffff直流發(fā)電機(jī)二、三相異步電動機(jī)二、三相異步電動機(jī)鼠籠式鼠籠式繞線式繞線式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子（固定部分）定子（固定部分） 轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）分為兩個基本部分分為兩個基本部分： 定子定子作作用：用： 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 轉(zhuǎn)子作轉(zhuǎn)子作用用：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。感應(yīng)電動勢或電流。機(jī)座機(jī)座定子繞組定子繞組銘牌數(shù)據(jù)銘牌數(shù)據(jù)出線端子出線端子按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：繞線型異步電動機(jī)繞線型異步電動機(jī)鼠籠型異步電動機(jī)鼠籠型異步電動機(jī)繼續(xù)繼續(xù)下面是它主要部件的拆分圖。下面是它主要部件的拆分圖。 右圖

5、是一臺三相鼠籠型異步電右圖是一臺三相鼠籠型異步電動機(jī)的外形圖。動機(jī)的外形圖。鼠籠型轉(zhuǎn)子鼠籠型轉(zhuǎn)子鐵心和繞組鐵心和繞組結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖三相繞線型三相繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖返回三相異步電動機(jī)的基本工作原理三相異步電動機(jī)的基本工作原理U2U1W2V1W1V21nn（一）轉(zhuǎn)動原理1 1、電生磁、電生磁：三相對稱繞組通三相對稱繞組通往三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)往三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場。磁場。2 2、磁生電、磁生電：旋轉(zhuǎn)磁場切割旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動勢和電流。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動勢和電流。3 3、電磁力、電磁力：轉(zhuǎn)子載流（有功轉(zhuǎn)子載流（有功分量電流）體在磁場作用下受分量電流）體在磁場作用下受

6、電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。為機(jī)械能。（二）轉(zhuǎn)差率11nnsn 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率是異步電機(jī)的一個基本物理量，它反映電機(jī)的各種是異步電機(jī)的一個基本物理量，它反映電機(jī)的各種運行情況。運行情況。轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動時，;s,n10 電機(jī)理想空載時電機(jī)理想空載時，.s,nn01 作為電動機(jī)，轉(zhuǎn)速在作為電動機(jī)，轉(zhuǎn)速在10n范圍內(nèi)變化，轉(zhuǎn)差率在范圍內(nèi)變化，轉(zhuǎn)差率在0 0 1 1范圍內(nèi)變。范圍內(nèi)變。 負(fù)載越大，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差率越大；反之，轉(zhuǎn)差率越小。負(fù)載越大，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差率越大；反之，轉(zhuǎn)差率越小。轉(zhuǎn)差率的大小能夠反映電機(jī)的

7、轉(zhuǎn)速大小或負(fù)載大小。電機(jī)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差率的大小能夠反映電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小或負(fù)載大小。電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：速為：11n = (- s)n 額定運行時，轉(zhuǎn)差率一般在額定運行時，轉(zhuǎn)差率一般在0.010.060.010.06之間，即電機(jī)轉(zhuǎn)速接之間，即電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步速。近同步速。 同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率，用同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率，用s s表示，表示，即：即：（三）異步電機(jī)的三種運行狀態(tài)根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小和正負(fù)根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小和正負(fù), ,異步電機(jī)有三種運行狀態(tài)異步電機(jī)有三種運行狀態(tài)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苣茈娔芎蜋C(jī)械能變電能和機(jī)械能變成內(nèi)能成內(nèi)能電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)電能轉(zhuǎn)

8、變?yōu)闄C(jī)械能械能能量關(guān)系制動制動制動制動驅(qū)動驅(qū)動電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)速外力使電機(jī)快速外力使電機(jī)快速旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)外力使電機(jī)沿磁外力使電機(jī)沿磁場反方向旋轉(zhuǎn)場反方向旋轉(zhuǎn)定子繞組接對定子繞組接對稱電源稱電源實現(xiàn)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電磁制動電磁制動電動機(jī)電動機(jī)狀態(tài)狀態(tài)10 n n0n n10 s1s0s 為了分析旋轉(zhuǎn)磁動勢的旋轉(zhuǎn)方向，設(shè)三相對稱電流按余弦規(guī)為了分析旋轉(zhuǎn)磁動勢的旋轉(zhuǎn)方向，設(shè)三相對稱電流按余弦規(guī)律變化，律變化，U U 相電流最大時為計時點，電流取首進(jìn)尾出為正，電相電流最大時為計時點，電流取首進(jìn)尾出為正，電流波形和各時刻旋轉(zhuǎn)磁動勢的位置如圖所示：流波形和各時刻旋轉(zhuǎn)磁動勢的位置如圖所示：U2U1W2V1W1V21

9、n 1. 線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn) 兩者轉(zhuǎn)動方向一致兩者轉(zhuǎn)動方向一致異步異步 2. 線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢0nn2. 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向 當(dāng)當(dāng)通入定子繞組的三相電流的相序為通入定子繞組的三相電流的相序為A-B-CA-B-C時，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與這個順序是一致的，可見時，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與這個順序是一致的，可見磁場的轉(zhuǎn)向與定子繞組中的電流相序有關(guān)。磁場的轉(zhuǎn)向與定子繞組中的電流相序有關(guān)。取決于三相電流的相序。取決于三相電流的相序。改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的方法：換接其中兩相改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的方法：換接其中兩相3. 3. 電動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)

10、系電動機(jī)轉(zhuǎn)速電動機(jī)轉(zhuǎn)速:n電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致， 但但 異步電動機(jī)異步電動機(jī)0nn 無轉(zhuǎn)距無轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流無轉(zhuǎn)子電流提示提示：如果如果0nn 2.2 2.2 電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理 在電動機(jī)定子繞組中通入三相對稱交流電在電動機(jī)定子繞組中通入三相對稱交流電流后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場流后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。 旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動勢。就感應(yīng)出電動勢。 在電動勢

11、的作用下，閉合的導(dǎo)條中就有電流，在電動勢的作用下，閉合的導(dǎo)條中就有電流，該電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電該電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力作用。由電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動磁力作用。由電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。起來。三、同步電機(jī)三、同步電機(jī)種類：原理運行狀態(tài)運行狀態(tài)返回1 1、汽、汽輪發(fā)電輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)返回2 2、水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)、水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)(1)(1)立式水輪發(fā)電機(jī)立式水輪發(fā)電機(jī)(2)(2)臥式水輪發(fā)電機(jī)臥式水輪發(fā)電機(jī)2 2、水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)、水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)10000kW10000kW水輪機(jī)轉(zhuǎn)子水輪機(jī)轉(zhuǎn)子1.1.發(fā)電環(huán)節(jié)發(fā)電環(huán)節(jié)各種電機(jī)

12、各種電機(jī) 引進(jìn)引進(jìn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)國產(chǎn)國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)國產(chǎn)國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子汽輪發(fā)電機(jī)定子國產(chǎn)國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心現(xiàn)場運行的水輪發(fā)電機(jī)現(xiàn)場運行的水輪發(fā)電機(jī)四、控制電機(jī)1 伺服電動機(jī)伺服電動機(jī)2 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)3 直線電動機(jī)直線電動機(jī)（一）伺服電動機(jī)與普通小型直流電動機(jī)相同；與普通小型直流電動機(jī)相同；SM+Ua IaE電磁式電磁式If+Uf SM+Ua IaE永磁式永磁式伺服電動機(jī)（執(zhí)行電動機(jī)），它伺服電動機(jī)（執(zhí)行電動機(jī)），它將輸入的電壓信號將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出，

13、改變輸入信號，改變輸入信號的大小和極性可以改變伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向，的大小和極性可以改變伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向，故輸入的電壓信號又稱為控制信號或控制電壓。故輸入的電壓信號又稱為控制信號或控制電壓。交流伺服電動機(jī) 工作原理當(dāng)兩相繞組分別加上相位相差當(dāng)兩相繞組分別加上相位相差 90o 的額定電壓時：的額定電壓時： 對稱兩相運行對稱兩相運行 ic 和和 if 產(chǎn)生產(chǎn)生 圓形旋轉(zhuǎn)磁場圓形旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生產(chǎn)生 T 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 如果如果 uc 反相，即改變反相，即改變 ic 和和 if 的相序的相序旋轉(zhuǎn)磁場改變方向旋轉(zhuǎn)磁場改變方向 n 的方向改變。的方向改變。 同時減小同時減小 uc 和和 uf

14、而保持其而保持其 90o 的相位差的相位差圓形磁通勢圓形磁通勢 的幅值的幅值 T n 。SM 控制繞組控制繞組 勵磁繞組勵磁繞組 Uc Uf cfIcIf （二）步進(jìn)電動機(jī) 基本結(jié)構(gòu)14 23定子定子 、 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子U1U2V1V2W2W1三相磁阻式步進(jìn)電動三相磁阻式步進(jìn)電動機(jī)原理圖機(jī)原理圖 步進(jìn)電動機(jī)的典型結(jié)構(gòu)步進(jìn)電動機(jī)的典型結(jié)構(gòu) U2U1W2W1V1V2（三）直線電動機(jī)直線電動機(jī)也稱線性電機(jī)，是一種能夠直接產(chǎn)生直線運動也稱線性電機(jī)，是一種能夠直接產(chǎn)生直線運動的電氣裝置，可分為直流直線電動機(jī)和交流的電氣裝置，可分為直流直線電動機(jī)和交流直線電動機(jī)。直線電動機(jī)。直線電動機(jī)是旋轉(zhuǎn)電機(jī)的另一種結(jié)構(gòu)形式

15、。旋直線電動機(jī)是旋轉(zhuǎn)電機(jī)的另一種結(jié)構(gòu)形式。旋轉(zhuǎn)電機(jī)電樞是環(huán)行的，如果沿著徑向切開，轉(zhuǎn)電機(jī)電樞是環(huán)行的，如果沿著徑向切開，然后拉開展平，就構(gòu)成了一臺直線電動機(jī)。然后拉開展平，就構(gòu)成了一臺直線電動機(jī)。工作原理：工作原理： 在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，電樞繞組接電源，產(chǎn)生電樞在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，電樞繞組接電源，產(chǎn)生電樞電流，帶電導(dǎo)體在磁場中會受到一個切向的安電流，帶電導(dǎo)體在磁場中會受到一個切向的安培力的作用，大小相等，方向相反，從而產(chǎn)生培力的作用，大小相等，方向相反，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使電機(jī)轉(zhuǎn)動起來。電磁轉(zhuǎn)矩使電機(jī)轉(zhuǎn)動起來。 而在直線電機(jī)中，原先上下大小相等，方而在直線電機(jī)中，原先上下大小相等，方向相反的兩個力，現(xiàn)在變成

16、了大小相等，方向向相反的兩個力，現(xiàn)在變成了大小相等，方向相同的水平磁拉力，從而使電樞產(chǎn)生直線運動相同的水平磁拉力，從而使電樞產(chǎn)生直線運動直線電動機(jī)的應(yīng)用：直線電動機(jī)的應(yīng)用： 高速磁懸浮列車，是直線電機(jī)實際應(yīng)用的最高速磁懸浮列車，是直線電機(jī)實際應(yīng)用的最典型的例子典型的例子 ； 高檔數(shù)控機(jī)床高檔數(shù)控機(jī)床 ； 直線電機(jī)驅(qū)動的電梯：由于直線電機(jī)驅(qū)動直線電機(jī)驅(qū)動的電梯：由于直線電機(jī)驅(qū)動的電梯沒有曳引機(jī)組。建筑物的高度增至的電梯沒有曳引機(jī)組。建筑物的高度增至10001000米左右，就必須使用無鋼絲繩電梯，這種電梯米左右，就必須使用無鋼絲繩電梯，這種電梯采用高溫超導(dǎo)技術(shù)的直線電機(jī)驅(qū)動，線圈裝在采用高溫超導(dǎo)技

17、術(shù)的直線電機(jī)驅(qū)動，線圈裝在井道中，轎廂外裝有高性能永磁材料，就如磁井道中，轎廂外裝有高性能永磁材料，就如磁懸浮列車一樣，采用無線電波或光控技術(shù)控制懸浮列車一樣，采用無線電波或光控技術(shù)控制。二、電機(jī)的控制技術(shù)二、電機(jī)的控制技術(shù)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 逆變的概念逆變（Invertion）把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過程。逆變電路把直流電逆變成交流電的電路。有源逆變電路交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)。 應(yīng)用：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)串級調(diào)速以及高壓直流輸電等。無源逆變電路變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載.逆變與變頻變頻電路：分為交交變頻和交直交變頻兩種。交直交變頻由交直變換

18、（整流）和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變。v主要應(yīng)用各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽能電池等。交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。 逆變電路的基本工作原理S1、S4閉合閉合，S2、S3斷開斷開時，負(fù)載電壓uo為正正。S1、S4斷開斷開，S2、S3閉合閉合時，負(fù)載電壓uo為負(fù)負(fù)。直流電交流電逆變電路最基本的工逆變電路最基本的工作原理作原理 改變兩組開關(guān)切換頻率，可改變輸出交流電頻率。圖5-1 逆變電路及其波形舉例a)b)tuoiot1t2電阻負(fù)載電阻負(fù)載時，負(fù)載電流i io o和u uo o的波形相同，相位也相同。阻感負(fù)載阻感負(fù)載時，i

19、io o相位滯后于u uo o，波形也不同。 三相電壓型逆變電路三個單相逆變電路可組合成一個三相逆變電路應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路三相橋式逆變電路圖5-9 三相電壓型橋式逆變電路PWM控制技術(shù)vPWM (Pulse Width Modulation)控制就是 脈寬調(diào)制技術(shù)脈寬調(diào)制技術(shù)：即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值)。1）重要理論基礎(chǔ)面積等效原理面積等效原理沖量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，其效果基本相同效果基本相同。沖量沖量窄脈沖的面積效果基本相同效果基本相同環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同圖6-1 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖d)

20、單位脈沖函數(shù)f (t)d (t)tOa)矩形脈沖b)三角形脈沖c)正弦半波脈沖tOtOtOf (t)f (t)f (t)OutSPWM波Out如何用一系列等幅不等寬的脈沖等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波OutOu t若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。OutSPWM波Out如何用一系列等幅不等寬的脈沖等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波OutOwtUd-Ud對于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個完整周期的等效PWM波為：OwtUd-Ud根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，而且這種方式在實際應(yīng)用中更為廣泛。 1.交交- -直直-

21、-交變壓變頻器交變壓變頻器 交-直-交變壓變頻器先將工頻交流電源通過整流器變換成直流，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流，如下圖所示。 交-直-交變壓變頻器基本結(jié)構(gòu)交-直-交（間接）變壓變頻器 變壓變頻變壓變頻(VVVF)中間直流環(huán)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)恒壓恒頻恒壓恒頻(CVCF)逆變逆變DCACAC 50Hz整流整流 交-直-交PWM變壓變頻器基本結(jié)構(gòu) 交交-直直-交交PWM變壓變頻器變壓變頻器變壓變頻變壓變頻(VVVF)中間直流環(huán)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)恒壓恒頻恒壓恒頻(CVCF)PWM逆變器逆變器DCACAC 50Hz調(diào)壓調(diào)頻調(diào)壓調(diào)頻C 普通交-直-交變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu)SCR可控可控整流器整流器 六

22、六 拍拍逆變器逆變器DCACAC 50Hz調(diào)頻調(diào)頻調(diào)壓調(diào)壓可控整流器調(diào)壓、六拍逆變器調(diào)頻的交可控整流器調(diào)壓、六拍逆變器調(diào)頻的交- -直直- -交變壓變頻器交變壓變頻器 兩種類型逆變器結(jié)構(gòu)逆變器逆變器LdIdCdUdUd+-a) 電壓源逆變器b) 電流源逆變器 電壓源型和電流源型逆變器示意圖電壓源型和電流源型逆變器示意圖交交- -直交電壓源變頻器工作原理直交電壓源變頻器工作原理 交-直-交變壓變頻器中的逆變器一般接成三相橋式電路，以便輸出三相交流變頻電源，下圖為6個電力電子開關(guān)器件VT1 VT6 組成的三相逆變器主電路，圖中用開關(guān)符號代表任何一種電力電子開關(guān)器件。 三相橋式逆變器主電路結(jié)構(gòu)VT1

23、VT3VT5VT4VT6VT2Ud 三相橋式逆變器主電路M3控制方式 控制各開關(guān)器件輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，可使輸出端得到三相交流電壓。在某一瞬間，控制一個開關(guān)器件關(guān)斷，同時使另一個器件導(dǎo)通，就實現(xiàn)了兩個器件之間的換流。在三相橋式逆變器中，有180導(dǎo)通型和120導(dǎo)通型兩種換流方式。 但須注意，必須防止同一橋臂的上、下兩管同時導(dǎo)通，否則將造成直流電源短路，謂之“直通”。為此，在換流時，必須采取“先斷后通”的方法，即先給應(yīng)關(guān)斷的器件發(fā)出關(guān)斷信號，待其關(guān)斷后留一定的時間裕量，叫做“死區(qū)時間”，再給應(yīng)導(dǎo)通的器件發(fā)出開通信號。 死區(qū)時間的長短視器件的開關(guān)速度而定，器件的開關(guān)速度越快時，所留的死區(qū)時間可以越短。為

24、了安全起見，設(shè)置死區(qū)時間是非常必要的，但它會造成輸出電壓波形的畸變。SPWM交-直-交變頻器原理圖M3URUI正弦波脈寬調(diào)制正弦波脈寬調(diào)制（SPWM)變頻器變頻器SPWM變頻器的工作原理變頻器的工作原理1. PWM調(diào)制原理調(diào)制原理 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載波（Carrier wave），并用頻率和期望波相同的正弦波作為調(diào)制波（Modulation wave），當(dāng)調(diào)制波與載波相交時，由它們的交點確定逆變器開關(guān)器件的通斷時刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半個周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。與正弦波等效的等幅矩形脈沖序列波 動畫 按照波形面積

25、相等的原則，每一個矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，因而這個序列的矩形波與期望的正弦波等效。這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制（Sinusoidal pulse width modulation，簡稱SPWM），這種序列的矩形波稱作SPWM波。SPWM變頻器電路原理圖 a) 主電路 b)控制電路框圖 單相橋式PWM逆變電路 信號波載波圖6-4調(diào)制電路Ud+V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoRLurucVT1VT2VT3VT4三相橋式PWM逆變電路 調(diào)制電路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4utV6VD6V5VD5BACNOC+C+urAurBurC2Ud2UdVT1VT4VT

26、3VT6VT5VT2圖6-5urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud（1）單極性PWM控制方式（2）雙極性PWM控制方式圖6-6urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud同步調(diào)制三相PWM波形 uturAurBurCuuAOuBOOtttt000uCO2Ud2Ud PWM PWM逆變器主電路及輸出波形逆變器主電路及輸出波形三相橋式PWM逆變器的雙極性SPWM波形 w1 tOOOOUd2-Ud2w1 tw1 tw1 tw1 turaurburcutuAO-Ud2Ud2-Ud2-UdUd2UduCOuBOuAB電流環(huán)跟蹤控制的一相原理圖滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制原理 滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流 電流滯環(huán)跟蹤控制時的電流波形a) 電流波形b) 電壓波形三相電流跟蹤型PWM逆變電路 三相電流跟蹤型PWM逆變電路 +-iUi*UV4+-iVi*V+-iWi*WV1V6V3V2V5UdUV