課件5--交流調速基礎

1、2022-6-2第五章交流調速基礎2概述概述 交、直流調速系統(tǒng)比較交、直流調速系統(tǒng)比較 交流調速的難點和復雜性交流調速的難點和復雜性 交流調速系統(tǒng)的技術突破交流調速系統(tǒng)的技術突破 交流調速系統(tǒng)的主要應用領域交流調速系統(tǒng)的主要應用領域交流調速涉及的知識交流調速涉及的知識電力變換電路電力變換電路 變頻器的基本構成變頻器的基本構成 跟蹤型跟蹤型PWM控制控制重點內容重點內容2022-6-2第五章交流調速基礎42022-6-2第五章交流調速基礎62022-6-2第五章交流調速基礎7n 與其相關的電子器件和微處理器更新?lián)Q代的速度制約了與其相關的電子器件和微處理器更新?lián)Q代的速度制約了交流調速系統(tǒng)的發(fā)展速度

2、交流調速系統(tǒng)的發(fā)展速度n 調速系統(tǒng)的精度和成本又使交流調速系統(tǒng)的應用復雜化調速系統(tǒng)的精度和成本又使交流調速系統(tǒng)的應用復雜化22coseTmTKI2022-6-2第五章交流調速基礎82022-6-2第五章交流調速基礎92022-6-2第五章交流調速基礎13概述概述電力變換電路電力變換電路2022-6-2第五章交流調速基礎14理論基礎：理論基礎：自控原理（古典控制、現(xiàn)代控制）自控原理（古典控制、現(xiàn)代控制）主電路主電路（變頻器電動機）（變頻器電動機）控制電路控制電路 （硬件：單片機、（硬件：單片機、PLC、PC、DSP） （軟件：交流電動機控制方案軟件：交流電動機控制方案（VVVF、VCS、DTC）

3、變頻器變頻器PmechPmPs2022-6-2第五章交流調速基礎20概述概述交流調速涉及的知識交流調速涉及的知識電力變換電路電力變換電路 變頻器的基本構成變頻器的基本構成 跟蹤型跟蹤型PWM控制控制2022-6-2第五章交流調速基礎21無源逆變無源逆變2022-6-2第五章交流調速基礎22變頻器基本結構變頻器基本結構變流器變流器平滑電路平滑電路逆變器逆變器控制器控制器電源電源IM（1）變頻器的基本構成）變頻器的基本構成2022-6-2第五章交流調速基礎23交交變頻交交變頻AC ACCVCF VVVF50Hz2022-6-2第五章交流調速基礎24單相交交變頻電路原理單相交交變頻電路原理 工作原理

4、工作原理無環(huán)流工作方式無環(huán)流工作方式一組工作，一組工作，另一組封鎖另一組封鎖兩組變流器按兩組變流器按一定頻率交替工作一定頻率交替工作給負載給負載輸出某頻率交流電輸出某頻率交流電2022-6-2第五章交流調速基礎25 工作原理工作原理對反并聯(lián)變流對反并聯(lián)變流器晶閘管的控制角器晶閘管的控制角連續(xù)進行交變的相連續(xù)進行交變的相位調制，則可輸出位調制，則可輸出連續(xù)的交流電連續(xù)的交流電改變控制角變改變控制角變化的快慢和大小，化的快慢和大小，可以控制輸出交流可以控制輸出交流電的頻率和幅值電的頻率和幅值2022-6-2第五章交流調速基礎26 特點：特點：一次變流，直接變換效率高，但可調頻率范圍窄一次變流，直接

5、變換效率高，但可調頻率范圍窄輸出電壓由輸入電壓的某些部分構成，低頻波形好輸出電壓由輸入電壓的某些部分構成，低頻波形好按電網(wǎng)電壓過零自然換流，變流器容量可以很大按電網(wǎng)電壓過零自然換流，變流器容量可以很大 可以方便地實現(xiàn)可以方便地實現(xiàn)4象限工作象限工作所用功率元件數(shù)量較多所用功率元件數(shù)量較多功率因數(shù)較低功率因數(shù)較低適用范圍：大容量低速傳動適用范圍：大容量低速傳動2022-6-2第五章交流調速基礎27電壓型逆變器：直流側是電壓源電壓型逆變器：直流側是電壓源電流型逆變器：直流側是電流源電流型逆變器：直流側是電流源整整 流流AC DC ACCVCF 中間直流環(huán)節(jié)中間直流環(huán)節(jié) VVVF50Hz逆逆 變變2

6、022-6-2第五章交流調速基礎29電壓型逆變器的主要特點電壓型逆變器的主要特點中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波，相當于恒壓源中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波，相當于恒壓源交流側輸出電壓是矩形波，電流波形為正弦波交流側輸出電壓是矩形波，電流波形為正弦波為了給交流側向直流側反饋能量提供通道，各臂均為了給交流側向直流側反饋能量提供通道，各臂均需反并聯(lián)續(xù)流二極管需反并聯(lián)續(xù)流二極管從直流側向交流側傳送的功率是脈動的從直流側向交流側傳送的功率是脈動的當電機工作在再生制動狀態(tài)時，需在中間直流環(huán)節(jié)當電機工作在再生制動狀態(tài)時，需在中間直流環(huán)節(jié)中并聯(lián)電阻進行能耗制動中并聯(lián)電阻進行能耗制動2022-6-2第五章交流調速基礎3

7、0當需要向交流電源反饋能量時，只能夠改變直流電流當需要向交流電源反饋能量時，只能夠改變直流電流方向來實現(xiàn)，即反并聯(lián)一套逆變器方向來實現(xiàn)，即反并聯(lián)一套逆變器反并聯(lián)逆變橋的電壓型逆變器反并聯(lián)逆變橋的電壓型逆變器電壓型逆變器的主要特點電壓型逆變器的主要特點2022-6-2第五章交流調速基礎31中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波，相當于恒流源中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波，相當于恒流源交流側輸出電流是矩形波，電壓波形為正弦波交流側輸出電流是矩形波，電壓波形為正弦波因電流不能反向，故控制器件無需反并聯(lián)續(xù)流二極管因電流不能反向，故控制器件無需反并聯(lián)續(xù)流二極管從直流側向交流側傳送的功率是脈動的從直流側向交流側傳送的功率

8、是脈動的電流型逆變器的主要特點電流型逆變器的主要特點2022-6-2第五章交流調速基礎32當電機工作在再生制動狀態(tài)時，若交直變換為可控當電機工作在再生制動狀態(tài)時，若交直變換為可控 變流器，可方便地實現(xiàn)再生制動變流器，可方便地實現(xiàn)再生制動電流型逆變器的兩種運行狀態(tài)電流型逆變器的兩種運行狀態(tài)電流型逆變器的主要特點電流型逆變器的主要特點2022-6-2第五章交流調速基礎33按照整流器是否可控，交直交變頻器可分為：按照整流器是否可控，交直交變頻器可分為： 可控整流器逆變器可控整流器逆變器 前者調壓，后者調頻前者調壓，后者調頻 不可控整流器不可控整流器PWM逆變器逆變器 調壓調頻均由逆變器調節(jié)調壓調頻均

9、由逆變器調節(jié)2022-6-2第五章交流調速基礎34 調頻和調壓分別完成，二者之間需要協(xié)調配合調頻和調壓分別完成，二者之間需要協(xié)調配合 可控整流器對電網(wǎng)諧波造成污染，降低功率因數(shù)可控整流器對電網(wǎng)諧波造成污染，降低功率因數(shù) 輸出波形為矩形波，含有一系列高次諧波輸出波形為矩形波，含有一系列高次諧波（可控整流器基本逆變器）的不足之處：（可控整流器基本逆變器）的不足之處：2022-6-2第五章交流調速基礎35PWM變頻器的特點變頻器的特點變流器可為不可控整流橋，簡化電路，提高功率因數(shù)變流器可為不可控整流橋，簡化電路，提高功率因數(shù)消除或抑制低次諧波，輸出波形非常逼近正弦波消除或抑制低次諧波，輸出波形非常逼

10、近正弦波調頻同時調壓，與中間直流環(huán)節(jié)參數(shù)無關調頻同時調壓，與中間直流環(huán)節(jié)參數(shù)無關可由可由PWM整流器和整流器和PWM逆變器組成電壓型變頻器，逆變器組成電壓型變頻器，允許能量雙向傳遞，實現(xiàn)四象限運行允許能量雙向傳遞，實現(xiàn)四象限運行2022-6-2第五章交流調速基礎36PWM逆變器的主電路逆變器的主電路PWM電壓型變頻器主電路電壓型變頻器主電路PWM電壓型變頻器的電壓型變頻器的主電路主電路包括交直部分和直交部分包括交直部分和直交部分161.dLLVDVDCRSHL：三相整流橋：濾波電容：限流電阻：短接開關 ：交直部分電量指示167120106010601062.BBVTVTVDVDCCRRVDVD

11、RV：三相逆變橋：續(xù)流二極管緩沖電路：制動 直交部分電阻：制動單元2022-6-2第五章交流調速基礎37（2）跟蹤型PWM控制 將電流、電壓或磁通的將電流、電壓或磁通的指令值指令值作為調制波信號作為調制波信號 將電流、電壓或磁通的將電流、電壓或磁通的實際值實際值作為載波信號作為載波信號 通過兩者的瞬時值比較，構成通過兩者的瞬時值比較，構成閉環(huán)控制閉環(huán)控制，決定，決定 PWM逆變器各功率開關元件的通斷，使實際逆變器各功率開關元件的通斷，使實際 輸出跟蹤指令信號輸出跟蹤指令信號 又稱為瞬時值控制型逆變器又稱為瞬時值控制型逆變器2022-6-2第五章交流調速基礎38 電流跟蹤型電流跟蹤型PWM控制控

12、制實質：實質：bang-bang控制控制應用領域：應用領域：高性能單電動機交流傳動高性能單電動機交流傳動2022-6-2第五章交流調速基礎39基本思想：基本思想：v 將一個正弦波電流給定信號與電流實測信號相比較，若將一個正弦波電流給定信號與電流實測信號相比較，若 實際電流值大于給定值，則通過逆變器開關器件的動作實際電流值大于給定值，則通過逆變器開關器件的動作 使之減少；反之使之增加。使實際輸出電流圍繞著給定使之減少；反之使之增加。使實際輸出電流圍繞著給定 的正弦波電流鋸齒形變化，并將偏差限制在一定范圍內。的正弦波電流鋸齒形變化，并將偏差限制在一定范圍內。v 與此同時，逆變器輸出的電壓波成為與此

13、同時，逆變器輸出的電壓波成為PWM波，快速調節(jié)波，快速調節(jié) 電流幅值和相位，使電動機電流得到高品質的動態(tài)控制。電流幅值和相位，使電動機電流得到高品質的動態(tài)控制。 電流跟蹤型電流跟蹤型PWM控制控制2022-6-2第五章交流調速基礎40 電流跟蹤型PWM控制*0120122TTTTTiiiiiiVTVTiiVTVTiiiIiIIiII 給定值 ；實際值 ；差值時，導通截止，負載電流 上升時，截止導通，負載電流 下降實際電流 在大：開關動作頻率低，跟蹤誤差大控使用滯環(huán)比較器滯環(huán)的寬度對跟小：開關動作頻率高，開與關蹤性能有很損耗大，跟大影響蹤誤差之間振動式地跟小蹤制原理：2022-6-2第五章交流調

14、速基礎 電流跟蹤型PWM控制優(yōu)點：硬件簡單；實時控制；無需調節(jié)逆變器電壓；閉環(huán)控制優(yōu)點：硬件簡單；實時控制；無需調節(jié)逆變器電壓；閉環(huán)控制缺點：諧波損耗較大，開關次數(shù)較多缺點：諧波損耗較大，開關次數(shù)較多三相電流跟蹤型逆變器的控制圖6-24+-iUi*UV4+-iVi*V+-iWi*WV1V6V3V2V5UdUVW2022-6-2第五章交流調速基礎42 電壓跟蹤型PWM控制*11*11uuuuuu給定值:實際值：輸出電壓差值經(jīng)濾波器送滯輸出用于驅動逆變橋環(huán)比較器上的輸入端開關器件2022-6-2第五章交流調速基礎43 電壓跟蹤型PWM控制1*11*11PWMuuuuu輸出電壓是波形，含有大量高次諧

15、波，必須用適當?shù)臑V波器濾除等于0：自激振蕩電路，輸出高頻率方波直流信號：輸出正負脈沖寬度不同交流信號：輸出 的 頻率相對較低時 基波跟蹤2022-6-2第五章交流調速基礎44 磁通跟蹤型PWM控制1*1u11即電壓積分值的電路輸出電壓經(jīng)積分器后變?yōu)榇磐ǜ?，保證磁通基本恒定常用于含有鐵心的旋轉機械或變壓器2022-6-2第五章交流調速基礎45（3）變頻器舉例SIEMENS變頻器變頻器u緊湊型緊湊型MicroMaster410u基本型基本型MicroMaster420u節(jié)能型節(jié)能型MicroMaster430u矢量型矢量型MicroMaster4402022-6-2第五章交流調速基礎46（3）變頻器舉例基本操作板基本操作板2022-6-2第五章交流調速