近代交流調(diào)速教案 緒論 第1章

1、近代交流調(diào)速內(nèi)容近代交流調(diào)速內(nèi)容緒論緒論第第1 1章章 變頻調(diào)速的一般基礎(chǔ)變頻調(diào)速的一般基礎(chǔ)第第2 2章章 交交- -直直- -交電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)交電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)第第3 3章章 交交- -直直- -交電流型晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)交電流型晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)第第4 4章章 電流型變頻器的多重化技術(shù)電流型變頻器的多重化技術(shù)第第5 5章章 PWMPWM逆變器逆變器近代交流調(diào)速內(nèi)容近代交流調(diào)速內(nèi)容第第6 6章章 交交- -交變頻器交變頻器第第7 7章章 異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及矢量控制異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及矢量控制第第8 8章章* * 同步電動(dòng)機(jī)矢量控制同步電動(dòng)機(jī)矢量控制第第9 9章章* * 變

2、頻器設(shè)計(jì)變頻器設(shè)計(jì) 緒論緒論 一、概一、概 述述 電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)中電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)中,按照控制對(duì)象類型區(qū)按照控制對(duì)象類型區(qū)分分,可分為直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)可分為直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng).20世紀(jì)大部分年代里世紀(jì)大部分年代里,電力傳動(dòng)已形成公認(rèn)格局電力傳動(dòng)已形成公認(rèn)格局: 80%交流不調(diào)速傳動(dòng)交流不調(diào)速傳動(dòng); 2%交流可調(diào)速傳動(dòng)交流可調(diào)速傳動(dòng); 18%直流可調(diào)速傳動(dòng)直流可調(diào)速傳動(dòng);以前廣泛使用的交流電動(dòng)機(jī)不調(diào)速系統(tǒng)以前廣泛使用的交流電動(dòng)機(jī)不調(diào)速系統(tǒng):啟動(dòng)時(shí)采用直接啟動(dòng)。危害是什么？啟動(dòng)時(shí)采用直接啟動(dòng)。危害是什么？帶動(dòng)風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等負(fù)載需要調(diào)節(jié)流帶動(dòng)風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等負(fù)載需要調(diào)節(jié)流量時(shí)，只能采用

3、擋板、閘閥、回流、放空等措量時(shí)，只能采用擋板、閘閥、回流、放空等措施。缺點(diǎn)是什么？施。缺點(diǎn)是什么？ 近年來交流調(diào)速有了飛速發(fā)展，已進(jìn)入與直流電動(dòng)機(jī)近年來交流調(diào)速有了飛速發(fā)展，已進(jìn)入與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速相媲美、相競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代，有取代直流調(diào)速的發(fā)展趨調(diào)速相媲美、相競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代，有取代直流調(diào)速的發(fā)展趨勢(shì)。勢(shì)。原因：有兩個(gè)方面原因：有兩個(gè)方面1、直流電機(jī)的不足、直流電機(jī)的不足1） 具有電刷和換向器，必須經(jīng)常檢查維修。且價(jià)格貴。具有電刷和換向器，必須經(jīng)常檢查維修。且價(jià)格貴。2） 換向火花使其應(yīng)用環(huán)境受到限制。換向火花使其應(yīng)用環(huán)境受到限制。3） 換向能力限制電機(jī)的容量和速度。直流電動(dòng)機(jī)的極限換向能力限制電機(jī)的容量

4、和速度。直流電動(dòng)機(jī)的極限容量和速度之積約為容量和速度之積約為 。4）直流電機(jī)大部分功率是通過換向器流入電樞，轉(zhuǎn)子發(fā)）直流電機(jī)大部分功率是通過換向器流入電樞，轉(zhuǎn)子發(fā)熱多卻散熱條件差，中大型電機(jī)需要強(qiáng)迫風(fēng)冷或水冷。熱多卻散熱條件差，中大型電機(jī)需要強(qiáng)迫風(fēng)冷或水冷。min/106rKW 2 2、近代交流調(diào)速技術(shù)的成熟、近代交流調(diào)速技術(shù)的成熟 直到直到2020世紀(jì)世紀(jì)60-7060-70年代，隨著年代，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)，出現(xiàn)了采用電力電子變換器的交流拖動(dòng)系統(tǒng)，大規(guī)模集成電路和了采用電力電子變換器的交流拖動(dòng)系統(tǒng)，大規(guī)模集成電路和計(jì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，使高性

5、能的交流調(diào)速系統(tǒng)得到發(fā)展，特，使高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)得到發(fā)展，特別是別是現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用及交流調(diào)速原理的發(fā)展與成熟現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用及交流調(diào)速原理的發(fā)展與成熟，使一，使一直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交直流拖動(dòng)按調(diào)速性能分工的格局終于直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交直流拖動(dòng)按調(diào)速性能分工的格局終于被打破。交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前電力拖動(dòng)控制的主要被打破。交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前電力拖動(dòng)控制的主要發(fā)發(fā)展方向。展方向。1 1）電力電子器件是變頻器發(fā)展的基礎(chǔ)）電力電子器件是變頻器發(fā)展的基礎(chǔ) 第一代是由第一代是由SCRSCR（晶閘管）組成的變頻器功能差、頻率低。（晶閘管）組成的變頻器功能差、頻率低。 第二代是第

6、二代是GTOGTO和和GTR GTR ，變頻器開關(guān)頻率在，變頻器開關(guān)頻率在2kHz2kHz以下，以下，PWMPWM技術(shù)開始應(yīng)技術(shù)開始應(yīng)用，可輸出正弦波電壓和電流，但載波頻率和最小脈寬受限，噪用，可輸出正弦波電壓和電流，但載波頻率和最小脈寬受限，噪聲大。聲大。 第三代是第三代是MOSFETMOSFET和和IGBTIGBT，開關(guān)頻率可達(dá)，開關(guān)頻率可達(dá)20kHz20kHz以上，以上，PWMPWM調(diào)制的逆變調(diào)制的逆變器諧波噪聲大大降低。變頻器功率大，器諧波噪聲大大降低。變頻器功率大， 應(yīng)用廣泛。應(yīng)用廣泛。第四代是第四代是IPMIPM，具有保護(hù)功能有過流、短路、過壓、欠壓和過熱等，具有保護(hù)功能有過流、短

7、路、過壓、欠壓和過熱等，還可以實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。使變頻器的體積、重量和連線大為減少，還可以實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。使變頻器的體積、重量和連線大為減少，而功能和可靠性大為提高。而功能和可靠性大為提高。2 2）計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論是變頻器發(fā)展的支柱）計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論是變頻器發(fā)展的支柱 沒有采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，由分立電子元件組成變頻器控制電路沒有采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，由分立電子元件組成變頻器控制電路，可靠性差、頻率低，輸出的電壓和電流的波形是方波?？煽啃圆?、頻率低，輸出的電壓和電流的波形是方波。 采用采用8 8位微處理器構(gòu)成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，采用恒壓頻比位微處理器構(gòu)成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，采用恒壓頻比U U/ /F F控制

8、、轉(zhuǎn)差頻率控制等方法控制、轉(zhuǎn)差頻率控制等方法,使使逆變器能夠得到相當(dāng)接近正弦波的逆變器能夠得到相當(dāng)接近正弦波的輸出電壓和電流，輸出電壓和電流，工作性能有了很大提高。工作性能有了很大提高。 采用采用16位甚至位甚至32位微處理器位微處理器構(gòu)成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，構(gòu)成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，推出了推出了矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等先進(jìn)技術(shù)，使變頻器動(dòng)態(tài)性能得到了矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等先進(jìn)技術(shù)，使變頻器動(dòng)態(tài)性能得到了很大提高。很大提高。 變頻器通過內(nèi)置參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)、變頻器通過內(nèi)置參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)、PIDPID調(diào)節(jié)器、模糊控制和自調(diào)節(jié)器、模糊控制和自適應(yīng)控制等多種模式選擇，以及適應(yīng)控制等多種模式選擇，以及 PLCP

9、LC控制器和通訊單元等，根據(jù)控制器和通訊單元等，根據(jù)需要可實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)不同負(fù)載、寬調(diào)速和伺服控制等多種應(yīng)用。需要可實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)不同負(fù)載、寬調(diào)速和伺服控制等多種應(yīng)用。 （1 1）大功率負(fù)載，如電力機(jī)車、卷揚(yáng)機(jī)、厚板扎機(jī)等的控制系統(tǒng)中，使用交）大功率負(fù)載，如電力機(jī)車、卷揚(yáng)機(jī)、厚板扎機(jī)等的控制系統(tǒng)中，使用交流調(diào)速性價(jià)比最優(yōu)。流調(diào)速性價(jià)比最優(yōu)。（2 2）在高速運(yùn)行場(chǎng)合，如高速磨頭、離心機(jī)、高速電鉆等，轉(zhuǎn)速要求達(dá)到數(shù)）在高速運(yùn)行場(chǎng)合，如高速磨頭、離心機(jī)、高速電鉆等，轉(zhuǎn)速要求達(dá)到數(shù)千到上萬轉(zhuǎn)，交流調(diào)速系統(tǒng)可滿足要求。千到上萬轉(zhuǎn)，交流調(diào)速系統(tǒng)可滿足要求。（3 3）在易燃、易爆、多塵的場(chǎng)合，交流調(diào)速系統(tǒng)可不需過多維護(hù)

10、。）在易燃、易爆、多塵的場(chǎng)合，交流調(diào)速系統(tǒng)可不需過多維護(hù)。（4 4）在中壓調(diào)速系統(tǒng)（）在中壓調(diào)速系統(tǒng)（6KV-10KV6KV-10KV），采用中壓電機(jī)和變頻調(diào)速系統(tǒng)，可節(jié)?。?，采用中壓電機(jī)和變頻調(diào)速系統(tǒng)，可節(jié)省變電站的容量。變電站的容量。（5 5）從控制系統(tǒng)成本上分析：控制裝置、功率裝置及電機(jī)三部分在總調(diào)速系）從控制系統(tǒng)成本上分析：控制裝置、功率裝置及電機(jī)三部分在總調(diào)速系統(tǒng)中所占比例看：直流調(diào)速系統(tǒng)是統(tǒng)中所占比例看：直流調(diào)速系統(tǒng)是-5%-5%、40%40%和和55%55%；交流調(diào)速系統(tǒng)是；交流調(diào)速系統(tǒng)是-10%10%、60%60%和和30%30%。交流調(diào)速系統(tǒng)主要應(yīng)用領(lǐng)域：交流調(diào)速系統(tǒng)主要應(yīng)用

11、領(lǐng)域：（1）以節(jié)能為目的）以節(jié)能為目的,改恒速為變速。改恒速為變速。 在原來大量的交流不調(diào)速領(lǐng)域中，改直接啟動(dòng)為軟啟在原來大量的交流不調(diào)速領(lǐng)域中，改直接啟動(dòng)為軟啟動(dòng)；改恒速為可調(diào)速。節(jié)電率可達(dá)動(dòng)；改恒速為可調(diào)速。節(jié)電率可達(dá)20%以上。以上。（2）以減少維護(hù)成本為目的，取代直流調(diào)速系統(tǒng)。）以減少維護(hù)成本為目的，取代直流調(diào)速系統(tǒng)。 如直流電梯改為交流電梯；直流軋機(jī)改為交流扎機(jī)；如直流電梯改為交流電梯；直流軋機(jī)改為交流扎機(jī)；（3）直流調(diào)速難以實(shí)現(xiàn)的領(lǐng)域。）直流調(diào)速難以實(shí)現(xiàn)的領(lǐng)域。 如電動(dòng)機(jī)車；厚板軋機(jī)；高速電鉆。如電動(dòng)機(jī)車；厚板軋機(jī)；高速電鉆。按調(diào)節(jié)參數(shù)劃分調(diào)速方法，分為：按調(diào)節(jié)參數(shù)劃分調(diào)速方法，分

12、為：（1）改變磁極對(duì)數(shù)調(diào)速；）改變磁極對(duì)數(shù)調(diào)速；（2）改變電源頻率調(diào)速；）改變電源頻率調(diào)速；（3）改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率調(diào)速；）改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率調(diào)速； 改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率調(diào)速，又包含了多種性能差改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率調(diào)速，又包含了多種性能差別很大的調(diào)速方法。別很大的調(diào)速方法。)1 (601spfn三、三、異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分類異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分類 1、按電動(dòng)機(jī)的實(shí)際調(diào)速方法分類、按電動(dòng)機(jī)的實(shí)際調(diào)速方法分類 變極對(duì)數(shù)調(diào)速；變極對(duì)數(shù)調(diào)速；轉(zhuǎn)子繞組串電阻調(diào)速；轉(zhuǎn)子繞組串電阻調(diào)速；液力耦合器調(diào)速；液力耦合器調(diào)速； 傳統(tǒng)交流調(diào)速傳統(tǒng)交流調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速；轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速； 調(diào)壓調(diào)速；調(diào)壓調(diào)速；繞線電機(jī)串級(jí)調(diào)

13、速或雙饋電機(jī)調(diào)速；繞線電機(jī)串級(jí)調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)速； 近代交流調(diào)速近代交流調(diào)速變頻調(diào)速；變頻調(diào)速；2、按電動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換類型分類、按電動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換類型分類 從定子傳入轉(zhuǎn)子的從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率可分成兩部分：電磁功率可分成兩部分： 一部分是拖動(dòng)負(fù)載的一部分是拖動(dòng)負(fù)載的機(jī)械功率機(jī)械功率 ； 另一部分是傳輸給轉(zhuǎn)另一部分是傳輸給轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率，子電路的轉(zhuǎn)差功率， 與轉(zhuǎn)差率成正比。與轉(zhuǎn)差率成正比。PmPsPmech=(1-S)PmPs=SPm1 1）轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)）轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng) 全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路中。路中。屬于轉(zhuǎn)差功率耗費(fèi)

14、型調(diào)速方法的有：屬于轉(zhuǎn)差功率耗費(fèi)型調(diào)速方法的有：降壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、繞線式降壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、繞線式異步機(jī)串電阻調(diào)速。異步機(jī)串電阻調(diào)速。 效率低，且越到低速時(shí)效率越低；但系統(tǒng)效率低，且越到低速時(shí)效率越低；但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本低。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本低。例如：晶閘管調(diào)壓調(diào)速例如：晶閘管調(diào)壓調(diào)速M(fèi)3TVCTeOnn0TemaxsmTLABCFDE風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性調(diào)壓調(diào)速特點(diǎn)調(diào)壓調(diào)速特點(diǎn)晶閘管調(diào)壓調(diào)速存在問題晶閘管調(diào)壓調(diào)速存在問題使電源波形畸變，高次諧波增大；使電源波形畸變，高次諧波增大；調(diào)速范圍有限，僅適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)荷；調(diào)速范圍有限，僅適用

15、于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)荷；電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比，當(dāng)電壓調(diào)電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比，當(dāng)電壓調(diào)整跟不上負(fù)載變化時(shí)易產(chǎn)生停車。整跟不上負(fù)載變化時(shí)易產(chǎn)生停車。調(diào)壓調(diào)速應(yīng)用：調(diào)壓調(diào)速應(yīng)用： 1. 1.軟啟動(dòng)器軟啟動(dòng)器 2.2.輕載降壓節(jié)能運(yùn)行輕載降壓節(jié)能運(yùn)行2 2）轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)）轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)差功率大部分通過串級(jí)調(diào)速裝置回饋到電網(wǎng)，轉(zhuǎn)差功率大部分通過串級(jí)調(diào)速裝置回饋到電網(wǎng)，僅有少部分轉(zhuǎn)差功率耗費(fèi)在轉(zhuǎn)子上。僅有少部分轉(zhuǎn)差功率耗費(fèi)在轉(zhuǎn)子上。 屬于轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速方法的有屬于轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速方法的有：繞線式：繞線式異步機(jī)串級(jí)調(diào)速和雙饋電機(jī)調(diào)速。異步機(jī)串級(jí)調(diào)速和雙饋電機(jī)調(diào)速。

16、速度越低，回饋功率越多，效率越高。速度越低，回饋功率越多，效率越高。 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的局限性（1）只能應(yīng)用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)；（2）功率因數(shù)低；3 3） 轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng) 無論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率中的轉(zhuǎn)子銅損部分基無論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率中的轉(zhuǎn)子銅損部分基本不變。本不變。 屬于轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速方法的有：變極調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速方法的有：變極調(diào)速和變頻調(diào)速。和變頻調(diào)速。 變極對(duì)數(shù)調(diào)速是有級(jí)調(diào)速，應(yīng)用場(chǎng)合有限。變極對(duì)數(shù)調(diào)速是有級(jí)調(diào)速，應(yīng)用場(chǎng)合有限。 變頻調(diào)速為無級(jí)調(diào)速，而且效率更高，但設(shè)備變頻調(diào)速為無級(jí)調(diào)速，而且效率更高，但設(shè)備成本也更高。成本也更高。本課程本課程僅涉

17、及變頻調(diào)速部分僅涉及變頻調(diào)速部分變頻調(diào)速系統(tǒng)由三部分組成變頻調(diào)速系統(tǒng)由三部分組成: :功率變送裝置功率變送裝置, ,控制器和交流電動(dòng)機(jī)?？刂破骱徒涣麟妱?dòng)機(jī)。變頻器由兩部分組成變頻器由兩部分組成：功率變送裝置和控制器。：功率變送裝置和控制器。功率變送裝置有四種形式：功率變送裝置有四種形式：（1 1）AC/DCAC/DC；（；（2 2）DC/DCDC/DC；（；（3 3）DC/ACDC/AC； （4 4）AC/ACAC/AC。變頻器的基本類型變頻器的基本類型 1) 1) 按變頻的原理分類按變頻的原理分類 : : 交交- -交變頻器（交變頻器（AC/ACAC/AC）；）； 交交- -直直- -交變頻

18、器（交變頻器（AC/DC-DC/DC-DC/ACAC/DC-DC/DC-DC/AC或或 AC/DC-DC/ACAC/DC-DC/AC）。）。 2) 2) 按變頻器的控制方式分類按變頻器的控制方式分類 ： 壓頻比控制變頻器壓頻比控制變頻器 （ V V/ /f f ）；）； 轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器 （SFSF）；）； 矢量控制矢量控制 （VCVC）；）； 直接轉(zhuǎn)矩控制。直接轉(zhuǎn)矩控制。 3 3）按用途分類：）按用途分類： 通用變頻器、專用變頻器。通用變頻器、專用變頻器。四、交流調(diào)速技術(shù)四、交流調(diào)速技術(shù)1、移相調(diào)壓調(diào)速技術(shù)、移相調(diào)壓調(diào)速技術(shù)2、VVVF調(diào)速技術(shù)調(diào)速技術(shù)3、轉(zhuǎn)差頻率調(diào)速、轉(zhuǎn)

19、差頻率調(diào)速4、脈寬調(diào)制技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)5、矢量控制技術(shù)、矢量控制技術(shù)6、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)五、半導(dǎo)體功率變換器存在的共性問題五、半導(dǎo)體功率變換器存在的共性問題高次諧波的影響（特別是高次諧波的影響（特別是5、7次諧波）次諧波）功率因數(shù)變壞（比工頻正弦波低功率因數(shù)變壞（比工頻正弦波低8%）瞬間停電影響瞬間停電影響元器件、裝置及電動(dòng)機(jī)相互匹配問題元器件、裝置及電動(dòng)機(jī)相互匹配問題六、本課程所需理論、技術(shù)支持六、本課程所需理論、技術(shù)支持電機(jī)學(xué)、電力拖動(dòng)；電力電子學(xué)；信息與轉(zhuǎn)換技術(shù)；微電子、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。第第1 1章章 變頻調(diào)速的一般理論變頻調(diào)速的一般理論本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：變

20、頻調(diào)速原則；變頻調(diào)速原則；異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)電壓頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)的機(jī)械特性；電壓頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)的機(jī)械特性；變頻器的變頻器的 換流方式；換流方式；變頻器的變壓方式；變頻器的變壓方式；基于異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)；基于異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)；第第1 1節(jié)節(jié) 變頻調(diào)速原則及其機(jī)械特性變頻調(diào)速原則及其機(jī)械特性 變頻器變頻器是把工頻電源是把工頻電源(50Hz或或60Hz)變換成各種變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備的變速運(yùn)行的設(shè)備。包包含含控制裝置和功率變送裝置控制裝置和功率變送裝置。 使用變頻器如同使用計(jì)算機(jī)，進(jìn)入會(huì)使用階段很使用變

21、頻器如同使用計(jì)算機(jī)，進(jìn)入會(huì)使用階段很容易，但要使用好，使其工作在最佳狀態(tài)、發(fā)揮最佳容易，但要使用好，使其工作在最佳狀態(tài)、發(fā)揮最佳效能就不容易了。需要我們對(duì)變頻器的結(jié)構(gòu)和原理有效能就不容易了。需要我們對(duì)變頻器的結(jié)構(gòu)和原理有更深入的了解。更深入的了解。 交交-交變頻器交變頻器又稱為直接變頻器又稱為直接變頻器將電網(wǎng)交流電變成變壓變將電網(wǎng)交流電變成變壓變頻的交流電頻的交流電沒有明顯的中間濾波環(huán)節(jié)沒有明顯的中間濾波環(huán)節(jié)交交-直直-交變頻器交變頻器又稱為間接變頻器又稱為間接變頻器將電網(wǎng)交流電變成變壓變頻的交將電網(wǎng)交流電變成變壓變頻的交流電流電具有明顯的整流具有明顯的整流-濾波濾波-逆變環(huán)節(jié)逆變環(huán)節(jié)一、一、

22、 三種不同的變頻調(diào)速原則三種不同的變頻調(diào)速原則 1 1）恒磁通變頻調(diào)速；）恒磁通變頻調(diào)速； 2 2）恒功率變頻調(diào)速；）恒功率變頻調(diào)速； 3 3）恒流變頻調(diào)速）恒流變頻調(diào)速；1 1 恒磁通變頻調(diào)速恒磁通變頻調(diào)速mwkNfE44. 411111E氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有 效值效值( (V)； 1f定子電源頻率定子電源頻率(Hz)； 1N定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； 1wk定子基波繞組系數(shù)；定子基波繞組系數(shù)； m每極氣隙磁通量每極氣隙磁通量(Wb)。 要保持要保持 m 不變，當(dāng)頻率不變，當(dāng)頻率 f1 從從額定值額定值 f1N 向下調(diào)節(jié)時(shí)，必

23、須同向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低時(shí)降低 E1 ，使，使 11fE常值常值即即:采用采用恒值電動(dòng)勢(shì)頻率比的控制方式恒值電動(dòng)勢(shì)頻率比的控制方式。這是理想的控制方式這是理想的控制方式 ！實(shí)際實(shí)現(xiàn)方法：實(shí)際實(shí)現(xiàn)方法：1）高頻段采用恒壓頻比的控制方式）高頻段采用恒壓頻比的控制方式 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁勢(shì)值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓近似等于阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓近似等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即 則則 時(shí)，磁通時(shí)，磁通 m 可維持不變?？删S持不變。11EU 常值11fU這叫這叫:恒壓頻比的控制

24、方式恒壓頻比的控制方式。2 2）低頻段采用電壓補(bǔ)償）低頻段采用電壓補(bǔ)償( (又叫轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償又叫轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償) )的恒壓頻的恒壓頻比控制方式比控制方式 在低頻時(shí)在低頻時(shí) ，定子阻抗壓降在，定子阻抗壓降在E E1 1中所占的份量比較顯著，中所占的份量比較顯著，不能忽略。這時(shí)，需要人為地把電壓不能忽略。這時(shí)，需要人為地把電壓 U U1 1 抬高一些，抬高一些，以便以便近似地補(bǔ)償定子壓降近似地補(bǔ)償定子壓降。帶電壓補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制曲線帶電壓補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制曲線0UsU1Nf 1f 1Na 線性線性無補(bǔ)償無補(bǔ)償 b 偏置線性補(bǔ)償偏置線性補(bǔ)償C-分段線性補(bǔ)償分段線性補(bǔ)償小結(jié)小結(jié)mconstfE11constf

25、U112 2、 恒功率變頻調(diào)速原則恒功率變頻調(diào)速原則恒功率變頻調(diào)速協(xié)調(diào)控制條件：恒功率變頻調(diào)速協(xié)調(diào)控制條件： 但在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從但在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從 f1N 向上升高，定子電壓向上升高，定子電壓U1 不不可能超過額定電壓可能超過額定電壓U1N，最多只能保持，最多只能保持U1 =U1N ，這將迫使磁通與，這將迫使磁通與頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。 在額定頻率之上，在額定頻率之上，U U1 1=U=U1N1N，僅調(diào)整頻率，是近似的恒功率變頻調(diào)僅調(diào)整頻率，是近似的恒功率變頻調(diào)速。隨著速度的提高，電機(jī)轉(zhuǎn)矩減小。速

26、。隨著速度的提高，電機(jī)轉(zhuǎn)矩減小。constfU11全頻域內(nèi)變壓變頻控制策略全頻域內(nèi)變壓變頻控制策略mNf1Nm恒磁通調(diào)速恒磁通調(diào)速恒功率調(diào)速（弱恒功率調(diào)速（弱磁通調(diào)速）磁通調(diào)速）U1U1U1Nmf13、恒流變頻調(diào)速原則、恒流變頻調(diào)速原則 在變頻調(diào)速過程中始終保持定子電在變頻調(diào)速過程中始終保持定子電流恒定，即流恒定，即 。 具體方法就是采用電流閉環(huán)控制，具體方法就是采用電流閉環(huán)控制，當(dāng)定子電流設(shè)定值給定后，通過定子電當(dāng)定子電流設(shè)定值給定后，通過定子電流檢測(cè)值與給定值比較，在存在偏差情流檢測(cè)值與給定值比較，在存在偏差情況下電流調(diào)節(jié)器發(fā)調(diào)整令，改變電機(jī)工況下電流調(diào)節(jié)器發(fā)調(diào)整令，改變電機(jī)工作電壓，維持

27、定子電流不變。作電壓，維持定子電流不變。constI1二、異步電動(dòng)機(jī)二、異步電動(dòng)機(jī)電壓頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)的機(jī)械特性電壓頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)的機(jī)械特性主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性基頻以下電壓頻率協(xié)調(diào)控制的機(jī)械特性基頻以下電壓頻率協(xié)調(diào)控制的機(jī)械特性基頻以上電壓頻率協(xié)調(diào)控制的機(jī)械特性基頻以上電壓頻率協(xié)調(diào)控制的機(jī)械特性恒流變頻調(diào)速控制的機(jī)械特性恒流變頻調(diào)速控制的機(jī)械特性1、異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性、異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性22122211121max22211221)(4)(2kmkkexRRsxRRfmpUTxsRRfsRmpUT機(jī)械特性機(jī)械特性nn0smsTemaxTe010

28、2212kmxRRs2.基頻以下電壓頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)的特性基頻以下電壓頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)的特性 當(dāng)頻率較高時(shí)當(dāng)頻率較高時(shí) 當(dāng)頻率較低時(shí)當(dāng)頻率較低時(shí)恒壓頻比恒壓頻比機(jī)械特性曲線族機(jī)械特性曲線族e(cuò)T0nNn003n02n01nN11112131312111N補(bǔ)償定子壓降補(bǔ)償定子壓降后的特性后的特性3. 3. 基頻以上恒壓（基頻以上恒壓（U U1N1N）變頻時(shí)的機(jī)械特性）變頻時(shí)的機(jī)械特性基頻以上恒壓變頻機(jī)械特性曲線族基頻以上恒壓變頻機(jī)械特性曲線族當(dāng)電源頻率當(dāng)電源頻率提高時(shí)，同提高時(shí)，同步轉(zhuǎn)速隨之步轉(zhuǎn)速隨之提高，最大提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)矩減小，機(jī)械特性上機(jī)械特性上移，而形狀移，而形狀基本不變。基本不變。e

29、T0nNn0cn0bn0an0N1a1b1c1恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速c1b1a1N1*4. 恒流變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性恒流變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性戴維南定理 任意一個(gè)線性含源一端任意一個(gè)線性含源一端口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外部電路來說，口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外部電路來說，可以用一條含源支路來等效可以用一條含源支路來等效代替，該含源支路的電壓源代替，該含源支路的電壓源等于含源一端口網(wǎng)絡(luò)的開路等于含源一端口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，其電阻等于含源一端電壓，其電阻等于含源一端口網(wǎng)絡(luò)化為無源網(wǎng)絡(luò)的電阻口網(wǎng)絡(luò)化為無源網(wǎng)絡(luò)的電阻（即若是電流源使電流源電（即若是電流源使電流源電流為流為0，若是電壓源，使電，若是電壓源，使電壓等于壓等于0）)(4321

30、212.max1xxfIPxTmmconstIe恒流變頻調(diào)速特性：恒流變頻調(diào)速特性：（1）恒流變頻調(diào)速時(shí)，最大電磁轉(zhuǎn)矩保）恒流變頻調(diào)速時(shí)，最大電磁轉(zhuǎn)矩保持不變；持不變；（2）恒流變頻調(diào)速時(shí)，頻率越低，）恒流變頻調(diào)速時(shí)，頻率越低，sm越越大。大。（3）在相同頻率下，大電流時(shí)的電磁轉(zhuǎn)）在相同頻率下，大電流時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩大于小電流時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩。但臨界轉(zhuǎn)矩大于小電流時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩。但臨界轉(zhuǎn)差率與電流無關(guān)。差率與電流無關(guān)。恒流供電機(jī)械特性恒流供電機(jī)械特性TeOnasbI1,basbsaII11asaI1,bsbI1,bsaI1,結(jié)論：結(jié)論： 恒磁通變頻調(diào)速和恒流變頻恒磁通變頻調(diào)速和恒流變頻調(diào)速均屬于恒轉(zhuǎn)矩變

31、頻調(diào)速性質(zhì)。調(diào)速均屬于恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速性質(zhì)。第第2節(jié)節(jié) 變頻調(diào)速原理變頻調(diào)速原理變頻器的主要類型變頻器的主要類型1、按裝置類型分類：、按裝置類型分類： 交交-交變頻器；交交變頻器；交-直直-交變頻器交變頻器2、（交、（交-直直-交變頻器）按直流側(cè)電源性質(zhì)分類：交變頻器）按直流側(cè)電源性質(zhì)分類： 電壓源型變頻器；電流源型變頻器電壓源型變頻器；電流源型變頻器3、按逆變器導(dǎo)通模式分類：、按逆變器導(dǎo)通模式分類： 1800導(dǎo)通型；導(dǎo)通型；1200導(dǎo)通型導(dǎo)通型4、按逆變器的調(diào)制方式分類：、按逆變器的調(diào)制方式分類： 同步調(diào)制、異步調(diào)制、分段同步調(diào)制同步調(diào)制、異步調(diào)制、分段同步調(diào)制5、按變頻器的控制方法分類：、按

32、變頻器的控制方法分類：壓頻比恒定控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制壓頻比恒定控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制6、按逆變器輸出電壓波形分類；、按逆變器輸出電壓波形分類； 1800矩形波、矩形波、1200準(zhǔn)矩形波、單脈沖調(diào)制波、多脈沖調(diào)制波、準(zhǔn)矩形波、單脈沖調(diào)制波、多脈沖調(diào)制波、SPWM波波abc一、一、1800導(dǎo)通型（電壓型）導(dǎo)通型（電壓型） 僅以僅以1800導(dǎo)通型和導(dǎo)通型和1200導(dǎo)通型為例作分析導(dǎo)通型為例作分析 在一個(gè)控制周期內(nèi)，采用六拍觸發(fā)在一個(gè)控制周期內(nèi)，采用六拍觸發(fā)控制，每拍導(dǎo)通寬度為控制，每拍導(dǎo)通寬度為600具有以下特具有以下特點(diǎn)：點(diǎn)：（1）逆變器上每個(gè)晶閘管連續(xù)三

33、拍導(dǎo)通，）逆變器上每個(gè)晶閘管連續(xù)三拍導(dǎo)通，即即1800導(dǎo)通。導(dǎo)通。（2）任一時(shí)刻總有三個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通）任一時(shí)刻總有三個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)。狀態(tài)。（3）換相發(fā)生在逆變器同一橋臂上下兩）換相發(fā)生在逆變器同一橋臂上下兩晶閘管之間。晶閘管之間。1、 1800導(dǎo)通型導(dǎo)通規(guī)律導(dǎo)通型導(dǎo)通規(guī)律2、1800導(dǎo)通型的晶閘管導(dǎo)通規(guī)律真值表導(dǎo)通型的晶閘管導(dǎo)通規(guī)律真值表拍VT1VT2VT3VT4VT5VT61111 2 111 3 111 4 11151 11611 1 VT1 VT4 VT1A相相 VT5 VT2 VT2 VT5 VT3 VT6 VT6B相相 C相相3、1800導(dǎo)通型逆變器輸出分析導(dǎo)通型逆變器輸出分

34、析1拍觸發(fā)拍觸發(fā) VT1、VT5、VT6導(dǎo)通導(dǎo)通 Uao=Uco=Ud/3，Ubo=-2 Ud/32拍觸發(fā)拍觸發(fā) VT1、VT2、VT6導(dǎo)通導(dǎo)通 Uao=2 Ud/3，Uco= Ubo= -Ud/33拍觸發(fā)拍觸發(fā) VT1、VT2、VT3導(dǎo)通導(dǎo)通 Uao= Ubo= Ud/3，Uco= -2Ud/34拍觸發(fā)拍觸發(fā) VT2、VT3、VT4導(dǎo)通導(dǎo)通 Ubo= Ud/3，Uco= Uao= -Ud/35拍觸發(fā) VT3、VT4、VT5導(dǎo)通 Ubo= Uco= Ud/3，Uao= -2Ud/36拍觸發(fā) VT4、VT5、VT6導(dǎo)通 Uco= 2Ud/3，Uao= Ubo= -Ud/3逆變器三相輸出波形逆變器

35、三相輸出波形UaUbUc5 5、逆變器輸出線電壓、相電壓有效值、逆變器輸出線電壓、相電壓有效值二、二、1200導(dǎo)通型（電流型）導(dǎo)通型（電流型） 在一個(gè)控制周期內(nèi)，采用六拍觸發(fā)控在一個(gè)控制周期內(nèi)，采用六拍觸發(fā)控制，每拍導(dǎo)通寬度為制，每拍導(dǎo)通寬度為600具有以下特點(diǎn)：具有以下特點(diǎn)：（1）逆變器上每個(gè)晶閘管連續(xù)兩拍導(dǎo)通，）逆變器上每個(gè)晶閘管連續(xù)兩拍導(dǎo)通，即即1200導(dǎo)通。導(dǎo)通。 （2）任一時(shí)刻總有兩個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通）任一時(shí)刻總有兩個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)。狀態(tài)。 （3）換相發(fā)生在逆變器相鄰兩相橋臂晶閘）換相發(fā)生在逆變器相鄰兩相橋臂晶閘管之間。管之間。1200導(dǎo)通型控制真值表導(dǎo)通型控制真值表拍VT1VT2

36、VT3VT4VT5VT6111 2 11 3 11 4 115 1161 1第第3節(jié)節(jié) 逆變器換流方式逆變器換流方式換流過程：從一個(gè)晶閘管的可靠關(guān)斷到換流過程：從一個(gè)晶閘管的可靠關(guān)斷到另一只晶閘管的可靠導(dǎo)通過程。另一只晶閘管的可靠導(dǎo)通過程。換流過程可靠性問題：是逆變器安全工換流過程可靠性問題：是逆變器安全工作的關(guān)鍵。作的關(guān)鍵。晶閘管的可靠關(guān)斷的兩個(gè)條件：承受反晶閘管的可靠關(guān)斷的兩個(gè)條件：承受反壓；流過電流小于導(dǎo)通維持電流。壓；流過電流小于導(dǎo)通維持電流。換流有兩種方式：換流有兩種方式：1、有源逆變器、有源逆變器-自然換流自然換流例如：串級(jí)調(diào)速裝置例如：串級(jí)調(diào)速裝置利用電網(wǎng)電壓換流。利用電網(wǎng)電壓換

37、流。 逆變器對(duì)同步電動(dòng)機(jī)供電逆變器對(duì)同步電動(dòng)機(jī)供電利用定子反利用定子反電動(dòng)勢(shì)換流。電動(dòng)勢(shì)換流。2、無源逆變器、無源逆變器-強(qiáng)迫換流強(qiáng)迫換流 例如：逆變器給異步電動(dòng)機(jī)供電例如：逆變器給異步電動(dòng)機(jī)供電利用強(qiáng)迫利用強(qiáng)迫換流電路換流。換流電路換流。第第4節(jié)節(jié) 變頻器的變壓方式變頻器的變壓方式1、自耦變壓器變壓、自耦變壓器變壓頻率控制及驅(qū)動(dòng)頻率控制及驅(qū)動(dòng)放大器伺服電動(dòng)機(jī)放大器伺服電動(dòng)機(jī)f/u頻率給定頻率給定電壓測(cè)量電壓測(cè)量2、相位控制變壓、相位控制變壓頻率控制及驅(qū)動(dòng)頻率控制及驅(qū)動(dòng)相位觸發(fā)相位觸發(fā)f/u頻率給定頻率給定電壓測(cè)量電壓測(cè)量3、斬波器調(diào)壓、斬波器調(diào)壓換流電路換流電路PFW脈沖頻率調(diào)制方式PWM脈沖寬度調(diào)制方式4、脈寬調(diào)制（、脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)壓方式）調(diào)壓方式 這種方式下，調(diào)頻和調(diào)壓均對(duì)逆變這種方式下，調(diào)頻和調(diào)壓均對(duì)逆變器控制，為一級(jí)控制，簡(jiǎn)化了控制結(jié)構(gòu)，器控制，為一級(jí)控制，簡(jiǎn)化了控制結(jié)構(gòu)，但改善了逆變器輸出電源供電波形。但改善了逆變器輸出電源供電波形。討論討論 ：