《INV基本原理》ppt課件

1、 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用通用變頻器原理及運(yùn)用 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用學(xué)習(xí)情境學(xué)習(xí)情境2 2：變頻器的構(gòu)造、原理分析：變頻器的構(gòu)造、原理分析-2-2 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用學(xué)習(xí)情境學(xué)習(xí)情境2：變頻器的構(gòu)造、原理分析：變頻器的構(gòu)造、原理分析-2 知識(shí)目的：知識(shí)目的： 1、了解矢量控制變頻器根本原理；、了解矢量控制變頻器根本原理； 2、認(rèn)識(shí)通用變頻器在采用不同分類方法的各類型變頻器的特性；、認(rèn)識(shí)通用變頻器在采用不同分類方法的各類型變頻器的特性； 3、掌握通用變頻器的根本構(gòu)造、原理；、掌握通用變頻器的根本構(gòu)造、原理； 4、掌握通用變頻器的、掌握通用

2、變頻器的SPWM控制的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)勢(shì)?？刂频膶?shí)現(xiàn)和優(yōu)勢(shì)。才干目的：才干目的： 1、掌握、掌握IGBT-SPWM-VVVF交流調(diào)速系統(tǒng)組成。交流調(diào)速系統(tǒng)組成。 2、掌握、掌握SPWM、矢量調(diào)制方式下、矢量調(diào)制方式下V/F曲線測(cè)定方法。曲線測(cè)定方法。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 2.4 2.4 通用變頻器中的逆變器及其通用變頻器中的逆變器及其PWMPWM控制控制 前言：前言： 脈寬調(diào)制PWM變頻的設(shè)計(jì)思想，源于通訊系統(tǒng)中的載波調(diào)制技術(shù)。PWM變頻器的運(yùn)用，為近代變頻技術(shù)開(kāi)辟了新的開(kāi)展領(lǐng)域，目前PWM已成為現(xiàn)代變頻器產(chǎn)品的主導(dǎo)設(shè)計(jì)思想。 本節(jié)主要講解“二極管整流器-IGBT逆變器構(gòu)成的“交

3、-直-交變壓變頻電路。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2.4.1 PWM2.4.1 PWM電路的組成電路的組成 由“二極管整流器-IGBT逆變器構(gòu)成的“交-直-交變壓變頻電路的原理圖如圖2-21所示。圖圖2-21 2-21 交交- -直直- -交變壓變頻電路的原理圖交變壓變頻電路的原理圖 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 在交-直-交變壓變頻器中，又可分為電流源型和電壓源型。電流源型的變頻器如圖2-22 a所示,電壓源型的變頻器如圖2-22 b所示。 圖圖2-22 2-22 電流型變頻器和電壓型變頻器電流型變頻器和電壓型變頻器a) a) 電流型變頻器電流型變頻器 b) b)

4、電壓型變頻器電壓型變頻器 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2.4.2 PWM2.4.2 PWM電路的任務(wù)原理電路的任務(wù)原理 為使分析簡(jiǎn)明起見(jiàn)，我們將以單相逆變器來(lái)分析電路的任務(wù)原理。 圖2-23為一單相IGBT-PWM(電壓型)交流變壓變頻電路的原理圖圖中二極管整流器部分未畫(huà)出。主電路V1V4為IGBT開(kāi)關(guān)管，VD1VD4為續(xù)流二極管，ZL為負(fù)載，RG1RG4為IGBT柵極限流電阻，C為大容量電容器。 圖中四個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)管，以V1與V4為一組，V2與V3為另一組，假設(shè)使兩組開(kāi)關(guān)管依次輪番通、斷，那么在負(fù)載上流過(guò)的將是正、反向交替的交流電流，從而實(shí)現(xiàn)了將直流電變換成交流電的要求。圖圖2

5、-23 2-23 單相單相IGBT-SPWM(IGBT-SPWM(電壓電壓型型) )交流變壓變頻電路原理圖交流變壓變頻電路原理圖 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2.4.3 SPWM2.4.3 SPWM脈寬調(diào)制原理脈寬調(diào)制原理 PWM脈寬調(diào)制的方式很多： 由調(diào)制脈沖(調(diào)制波)的極性可分為單極性和雙極性； 由參考信號(hào)和載波信號(hào)的頻率關(guān)系可分為同步伐制方式和異步伐制方式。 參考信號(hào)為正弦波的脈沖寬度調(diào)制叫做正弦波脈沖寬度調(diào)制SPWM。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 單極性脈寬調(diào)制的特征是：參考信號(hào)和載波信號(hào)都為單極性的信號(hào)。如圖2-24、2-25所示。 圖圖2-24 2-24

6、單極性單相單極性單相SPWMSPWM調(diào)制波形分析調(diào)制波形分析1 11 1單極性脈寬調(diào)制單極性脈寬調(diào)制 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用圖圖2-25 2-25 單極性單相單極性單相SPWMSPWM調(diào)制波形分析調(diào)制波形分析2 2a) a) 正弦波正弦波b) SPWMb) SPWM波波 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 可見(jiàn)，輸出的調(diào)制波是幅值不變、等距但不等寬的脈沖序列。SPWM調(diào)制波的脈沖寬度根本上呈正弦分布，其各脈沖在單位時(shí)間內(nèi)的平均值的包絡(luò)線接近于正弦波，其調(diào)制波頻率越高，諧波分量越小。如圖2-26所示。圖圖2-26 2-26 單極性單相單極性單相SPWMSPWM調(diào)制波形分析

7、調(diào)制波形分析3 3 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 雙極性脈寬調(diào)制方式的特征是：參考信號(hào)和載波信號(hào)均為雙極性信號(hào)。 在雙極性SPWM方式中，參考信號(hào)為對(duì)稱可調(diào)頻、調(diào)幅的單相或三相正弦波，由于參考信號(hào)本身具有正負(fù)半周，無(wú)需反向器進(jìn)展正負(fù)半波控制。雙極性SPWM的調(diào)制規(guī)律相對(duì)簡(jiǎn)單，且不需分正負(fù)半周。 仍以單相為例，雙極性SPWM的調(diào)制規(guī)律如圖2-27所示： 2. 2. 雙極性脈寬調(diào)制雙極性脈寬調(diào)制 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用圖圖2-27 2-27 雙極性單相雙極性單相SPWMSPWM波形分析波形分析1 1a) a) 信號(hào)波與載波的比較信號(hào)波與載波的比較b) b) 雙極性雙極

8、性SPWMSPWM波形波形 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用圖圖2-28 2-28 雙極性三相雙極性三相SPWMSPWM波形分析波形分析2 2 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用圖圖2-29 2-29 雙極性三相雙極性三相SPWMSPWM波形分析波形分析3 3 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 結(jié)論：結(jié)論： 經(jīng)過(guò)對(duì)經(jīng)過(guò)對(duì)uCuC和和uTuT的逐點(diǎn)比較，可得到如圖的逐點(diǎn)比較，可得到如圖2-272-27所示的調(diào)所示的調(diào)制波形。此波形的特點(diǎn)是：制波形。此波形的特點(diǎn)是： 1) 1) 在每半周中，電壓的極性有正、有負(fù)，所以它是雙在每半周中，電壓的極性有正、有負(fù)，所以它是雙極性的。極

9、性的。 2) 2) 它的波形是等幅值、中心線等間隔的正、負(fù)方波；它的波形是等幅值、中心線等間隔的正、負(fù)方波；對(duì)應(yīng)的參考信號(hào)對(duì)應(yīng)的參考信號(hào)( (正弦波正弦波) )瞬時(shí)值較大的點(diǎn)，那么正、負(fù)方瞬時(shí)值較大的點(diǎn)，那么正、負(fù)方波脈沖寬度的差值愈大在零點(diǎn)處，正、負(fù)方波脈沖的寬波脈沖寬度的差值愈大在零點(diǎn)處，正、負(fù)方波脈沖的寬度將相等，因此，這是調(diào)制波。度將相等，因此，這是調(diào)制波。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 3) 調(diào)制波的基波與參考信號(hào)波是同頻率的正弦波，而且它的幅值也取決于參考信號(hào)波的幅值。 4) 綜上所述，改動(dòng)參考信號(hào)電壓的頻率，即可改動(dòng)逆變器輸出基波的頻率(頻率可調(diào)范圍普通為0400Hz

10、)；改動(dòng)參考信號(hào)電壓的幅值，便可改動(dòng)輸出基波的幅值。 5載波信號(hào)的頻率比較高(可達(dá)15kHz以上)，在負(fù)載電感(如電動(dòng)機(jī)繞組的電感)的濾波作用下，可以獲得與正弦基波根本一樣的正弦電流。 采用SPWM控制，逆變器相當(dāng)一個(gè)可控的功率放大器。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 2.5 IGBT-SPWM-VVVF 2.5 IGBT-SPWM-VVVF交流調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng) 2.5.1 2.5.1 采用模擬電路的采用模擬電路的IGBT-SPWM-VVVFIGBT-SPWM-VVVF交流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖交流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 模擬式IGBT-SPWM-VVVF交流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖如圖2-30所示

11、。 系統(tǒng)主電路為由三相二極管整流器-IGBT逆變器組成的電壓型變頻電路。供電對(duì)象為三相異步電動(dòng)機(jī)。IGBT采用公用驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)。SPWM發(fā)成電路的主體是，由正弦波發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號(hào)波，與三角波發(fā)生器產(chǎn)生的載波，經(jīng)過(guò)比較器比較后，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制波SPWM波。以上這此部件的任務(wù)原理已在前面中做了引見(jiàn)，現(xiàn)對(duì)其它環(huán)節(jié)做一簡(jiǎn)單闡明。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用圖圖2-30 2-30 模擬式模擬式IGBT-SPWM-VVVFIGBT-SPWM-VVVF交流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖交流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 1 1給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié) S1S1為正、反運(yùn)轉(zhuǎn)選擇開(kāi)關(guān)。

12、電位器為正、反運(yùn)轉(zhuǎn)選擇開(kāi)關(guān)。電位器 RP1RP1調(diào)理正向轉(zhuǎn)速；調(diào)理正向轉(zhuǎn)速；RP2RP2調(diào)理反向轉(zhuǎn)速。調(diào)理反向轉(zhuǎn)速。S2S2為起動(dòng)、停頓開(kāi)關(guān)，停車時(shí)，將輸入為起動(dòng)、停頓開(kāi)關(guān)，停車時(shí)，將輸入端接地，防止干擾信號(hào)侵入。端接地，防止干擾信號(hào)侵入。 2 2給定積分電路給定積分電路 它的主體是一個(gè)具有限幅的積分環(huán)節(jié)，以將正、負(fù)階它的主體是一個(gè)具有限幅的積分環(huán)節(jié)，以將正、負(fù)階躍信號(hào)，轉(zhuǎn)換成上升和下降、斜率均可調(diào)的，具有限幅的，躍信號(hào)，轉(zhuǎn)換成上升和下降、斜率均可調(diào)的，具有限幅的，正、負(fù)斜坡信號(hào)。正、負(fù)斜坡信號(hào)。 正斜坡信號(hào)將使起動(dòng)過(guò)程變得平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，同正斜坡信號(hào)將使起動(dòng)過(guò)程變得平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，同時(shí)也

13、減小了起動(dòng)時(shí)的過(guò)大的沖擊電流。負(fù)斜坡信號(hào)將使停時(shí)也減小了起動(dòng)時(shí)的過(guò)大的沖擊電流。負(fù)斜坡信號(hào)將使停車過(guò)程變得平穩(wěn)。車過(guò)程變得平穩(wěn)。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 3 3U/fU/f函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器 U/fU/f函數(shù)發(fā)生器是一個(gè)帶限幅的斜坡信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)發(fā)生器是一個(gè)帶限幅的斜坡信號(hào)發(fā)生器。 U/fU/f函數(shù)發(fā)生器其輸出特性如圖函數(shù)發(fā)生器其輸出特性如圖2-312-31所示：所示：圖圖2-31 U/f2-31 U/f函數(shù)發(fā)生器其輸出特性函數(shù)發(fā)生器其輸出特性 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 由于SPWM波的基波頻率取決于正弦信號(hào)波的頻率，SPWM的基波的幅值取決于在弦信號(hào)波的

14、幅值。 U/f函數(shù)發(fā)生器的功能就是在基頻以下，產(chǎn)生一個(gè)與頻率f1成正比的電壓，作為正弦信號(hào)波幅值的給定信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)恒壓頻比U/f恒量的控制。在基頻以上，那么使U為一恒量，以實(shí)現(xiàn)恒壓弱磁升速控制。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 4 4開(kāi)通延時(shí)器開(kāi)通延時(shí)器 它是使待導(dǎo)通的它是使待導(dǎo)通的IGBTIGBT管在換相時(shí)稍作延時(shí)后再驅(qū)動(dòng)管在換相時(shí)稍作延時(shí)后再驅(qū)動(dòng)待橋臂上另一待橋臂上另一IGBTIGBT完全關(guān)斷。這是為了防止橋臂上的兩完全關(guān)斷。這是為了防止橋臂上的兩個(gè)個(gè)IGBTIGBT管在換相時(shí)，一只沒(méi)有完全關(guān)斷而另一只卻又導(dǎo)管在換相時(shí)，一只沒(méi)有完全關(guān)斷而另一只卻又導(dǎo)通構(gòu)成同時(shí)導(dǎo)通，呵斥短路。通構(gòu)

15、成同時(shí)導(dǎo)通，呵斥短路。 5 5其他環(huán)節(jié)其他環(huán)節(jié) 此系統(tǒng)還設(shè)有過(guò)電壓、過(guò)電流等維護(hù)環(huán)節(jié)以及電源、此系統(tǒng)還設(shè)有過(guò)電壓、過(guò)電流等維護(hù)環(huán)節(jié)以及電源、顯示、報(bào)警等輔助環(huán)節(jié)圖中未畫(huà)出但此系統(tǒng)未設(shè)轉(zhuǎn)速顯示、報(bào)警等輔助環(huán)節(jié)圖中未畫(huà)出但此系統(tǒng)未設(shè)轉(zhuǎn)速負(fù)反響環(huán)節(jié)，因此是一個(gè)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。負(fù)反響環(huán)節(jié)，因此是一個(gè)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 綜上所述，模擬式IGBT-SPWM-VVVF交流調(diào)速系統(tǒng)的任務(wù)過(guò)程大致如下： 由給定信號(hào)(給出轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速大小) 起動(dòng)(或停頓)信號(hào) 給定積分器(實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)、減小起動(dòng)電流) U/f函數(shù)發(fā)生器(基頻以下，恒磁恒壓頻比控制；基頻以上，恒壓弱磁升速控

16、制) SPWM控制電路(由表達(dá)給定頻率和給定幅值的正弦信號(hào)波與三角波載波比較后產(chǎn)生SPWM波) 驅(qū)動(dòng)電路模塊 主電路(IGBT管三相逆變電路) 三相異步電動(dòng)機(jī)(實(shí)現(xiàn)了VVVF調(diào)速)。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2.5.2 2.5.2 單片微機(jī)控制的單片微機(jī)控制的IGBT-SPWM-VVVFIGBT-SPWM-VVVF交流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖交流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 單片微機(jī)控制的IGBT-SPWM-VVVF交流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖如圖2-32所示。 此系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用單片微機(jī)來(lái)進(jìn)展控制，主要經(jīng)過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓變頻控制、SPWM控制和發(fā)出各種維護(hù)指令包含著上例中各單元的功能。SPWM發(fā)生器可采

17、用公用的集成電路芯片，也可由微機(jī)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用圖圖2-32 2-32 單片微機(jī)控制的單片微機(jī)控制的IGBT-SPWM-VVVFIGBT-SPWM-VVVF交流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖交流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 1. 1. 限流電阻限流電阻R0R0和短接開(kāi)關(guān)和短接開(kāi)關(guān)S S 由于中間直流電路并聯(lián)著容量很大的電容器，在突加由于中間直流電路并聯(lián)著容量很大的電容器，在突加電源時(shí)，電源經(jīng)過(guò)二極管整流橋?qū)﹄娙莩潆娡患与妷簳r(shí)，電源時(shí)，電源經(jīng)過(guò)二極管整流橋?qū)﹄娙莩潆娡患与妷簳r(shí)，電容相當(dāng)于短路，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，使元器件損電容相當(dāng)于短路，

18、會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，使元器件損壞。為此在充電回路上，設(shè)置電阻壞。為此在充電回路上，設(shè)置電阻R0R0或電抗器來(lái)限制或電抗器來(lái)限制電流。待電源合上，起動(dòng)過(guò)渡過(guò)程終了以后，為防止電流。待電源合上，起動(dòng)過(guò)渡過(guò)程終了以后，為防止R0R0上上繼續(xù)耗費(fèi)電能，可延時(shí)以自動(dòng)開(kāi)關(guān)繼續(xù)耗費(fèi)電能，可延時(shí)以自動(dòng)開(kāi)關(guān)S S將將R0R0短接。短接。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 2. 2. 電壓檢檢測(cè)與泵升限制電壓檢檢測(cè)與泵升限制 當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)減速制動(dòng)時(shí)，它相當(dāng)一個(gè)感應(yīng)發(fā)電機(jī)，由當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)減速制動(dòng)時(shí)，它相當(dāng)一個(gè)感應(yīng)發(fā)電機(jī)，由于二極管不能反導(dǎo)游通，電動(dòng)機(jī)將經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管向電容器于二極管不能反導(dǎo)游通，電動(dòng)機(jī)將經(jīng)

19、過(guò)續(xù)流二極管向電容器充電，使電容充電，使電容C C的電壓隨著充電而不斷升高稱泵升電壓，的電壓隨著充電而不斷升高稱泵升電壓，這樣的高電壓將使元器件損壞。為此，在主電路設(shè)置了電壓這樣的高電壓將使元器件損壞。為此，在主電路設(shè)置了電壓檢測(cè)電路，當(dāng)電壓過(guò)高時(shí)，經(jīng)過(guò)泵升限制維護(hù)環(huán)節(jié)，使開(kāi)關(guān)檢測(cè)電路，當(dāng)電壓過(guò)高時(shí)，經(jīng)過(guò)泵升限制維護(hù)環(huán)節(jié)，使開(kāi)關(guān)管管VbVb導(dǎo)通，使電機(jī)制動(dòng)時(shí)釋放的電能在電阻導(dǎo)通，使電機(jī)制動(dòng)時(shí)釋放的電能在電阻RbRb上耗費(fèi)掉。上耗費(fèi)掉。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 3 3進(jìn)線電抗器進(jìn)線電抗器 由于整流橋后面接有一個(gè)容量很大的電容，在整流時(shí)，由于整流橋后面接有一個(gè)容量很大的電容，在整

20、流時(shí)，只需當(dāng)整流電壓大于電容電壓時(shí)，才會(huì)有電流，呵斥電流斷只需當(dāng)整流電壓大于電容電壓時(shí)，才會(huì)有電流，呵斥電流斷續(xù)，這樣電源供應(yīng)整流電路的電流中會(huì)含有較多的諧波成分，續(xù)，這樣電源供應(yīng)整流電路的電流中會(huì)含有較多的諧波成分，對(duì)電源呵斥不良影響使電壓波形畸變，變壓器和線路損耗對(duì)電源呵斥不良影響使電壓波形畸變，變壓器和線路損耗添加，因此在進(jìn)線處增設(shè)進(jìn)線電抗器添加，因此在進(jìn)線處增設(shè)進(jìn)線電抗器LinLin。 4 4溫度檢測(cè)溫度檢測(cè) 主要是檢測(cè)主要是檢測(cè)IGBTIGBT管殼的溫度，當(dāng)經(jīng)過(guò)電流過(guò)大，殼溫過(guò)管殼的溫度，當(dāng)經(jīng)過(guò)電流過(guò)大，殼溫過(guò)高時(shí)，微機(jī)將發(fā)出指令，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，使高時(shí)，微機(jī)將發(fā)出指令，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，

21、使IGBTIGBT管迅速截止。管迅速截止。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 5 5電流檢測(cè)電流檢測(cè) 由于此系統(tǒng)未設(shè)轉(zhuǎn)速負(fù)反響環(huán)節(jié)，所以經(jīng)過(guò)在交流側(cè)由于此系統(tǒng)未設(shè)轉(zhuǎn)速負(fù)反響環(huán)節(jié)，所以經(jīng)過(guò)在交流側(cè)或直流側(cè)檢測(cè)到的電流信號(hào)，來(lái)間接反映負(fù)載的大小，或直流側(cè)檢測(cè)到的電流信號(hào)，來(lái)間接反映負(fù)載的大小，使控制器微機(jī)能根據(jù)負(fù)載的大小，對(duì)電動(dòng)機(jī)因負(fù)載而使控制器微機(jī)能根據(jù)負(fù)載的大小，對(duì)電動(dòng)機(jī)因負(fù)載而引起的轉(zhuǎn)速變化，給予一定的補(bǔ)償。此外，電流檢測(cè)環(huán)節(jié)引起的轉(zhuǎn)速變化，給予一定的補(bǔ)償。此外，電流檢測(cè)環(huán)節(jié)還用于電流過(guò)載維護(hù)。還用于電流過(guò)載維護(hù)。 以上這些環(huán)節(jié)，在其他類似的系統(tǒng)如上例所示的系以上這些環(huán)節(jié)，在其他類似

22、的系統(tǒng)如上例所示的系統(tǒng)中，也都可以采用。統(tǒng)中，也都可以采用。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 2.6 2.6 矢量控制變頻器原理簡(jiǎn)介矢量控制變頻器原理簡(jiǎn)介 前言：前言： 前述的U/f控制類型的通用變頻器，其控制方式是建立在異步電機(jī)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型根底上的，動(dòng)態(tài)性能不高。為順應(yīng)高動(dòng)態(tài)性能的需求，常采用矢量控制方式。 交流變頻調(diào)速的矢量變換控制，涉及電機(jī)數(shù)學(xué)模型的等效變換，其中很多的數(shù)學(xué)運(yùn)算將超出本課程的根本要求。因此，這里主要從物理過(guò)程上闡明矢量控制 VCVector Control的根本思緒及其框架構(gòu)造。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2.6.1 2.6.1 矢量控制的根本思想

23、矢量控制的根本思想 前面我們討論的VVVF交流調(diào)速系統(tǒng)處理了異步電動(dòng)機(jī)平滑調(diào)速的問(wèn)題，使系統(tǒng)可以滿足許多工業(yè)運(yùn)用的要求，特別對(duì)中、小功率的交流調(diào)速系統(tǒng)。然而，其調(diào)速后的靜、動(dòng)態(tài)性能仍無(wú)法與直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相比。 緣由在于：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的“勵(lì)磁電路(If)和“電樞電路T=CTIa是相互獨(dú)立的，影響電磁轉(zhuǎn)矩T的控制量If 和Ia是相互獨(dú)立的，也可以說(shuō)是自然解偶的。電樞電流Ia的變化并不影響磁場(chǎng)，因此可以用控制電樞電流Ia的大小，去控制電磁轉(zhuǎn)矩。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 而異步電動(dòng)機(jī)的“勵(lì)磁電流和“負(fù)載電流轉(zhuǎn)子電流經(jīng)過(guò)電磁耦合，在定子電路中添加的電流都在定子電路內(nèi)定子電流為勵(lì)磁

24、電流與轉(zhuǎn)子電流折合過(guò)來(lái)的“負(fù)載電流之和，彼此相互疊加，其電流、電壓、磁通和電磁轉(zhuǎn)矩各量是相互關(guān)聯(lián)的，而且屬于強(qiáng)耦合形狀，從而使交流異步電動(dòng)機(jī)的控制問(wèn)題變得相當(dāng)復(fù)雜。 假設(shè)能對(duì)異步電動(dòng)機(jī)中的“勵(lì)磁電流和“負(fù)載電流分別加以控制，那么，其調(diào)速性能就可以和直流電動(dòng)機(jī)相媲美了。這就是矢量控制的根本思想。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制的目的：就是仿照直流電機(jī)的控制方式，利用坐標(biāo)變換的手段，把交流電動(dòng)機(jī)的定子電流分解為磁場(chǎng)分量電流相當(dāng)勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩分量電流相當(dāng)負(fù)載電流分別加以控制，以獲得類似于直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 2.6.2 2.6.2 三相交流電機(jī)繞組和直流電機(jī)繞組物

25、理模型三相交流電機(jī)繞組和直流電機(jī)繞組物理模型 的等效變換的等效變換 為闡明矢量控制的根本思想，必需先建立異步電動(dòng)機(jī)繞組和直流電動(dòng)機(jī)繞組物理模型的等效變換。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用圖圖2-33 2-33 等效的交流電動(dòng)機(jī)物理模型等效的交流電動(dòng)機(jī)物理模型 a a三相交流繞組三相交流繞組 b b等效二相交流繞組等效二相交流繞組 c c等效直流旋轉(zhuǎn)繞組等效直流旋轉(zhuǎn)繞組 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2.6.3 2.6.3 矢量控制的根本思緒矢量控制的根本思緒 對(duì)上述的等效變換，可以想象為如圖2-34所示的單元來(lái)進(jìn)展控制量的變換亦即坐標(biāo)量的變換。 圖圖2-34 2-34 矢量

26、控制構(gòu)思的構(gòu)造框圖矢量控制構(gòu)思的構(gòu)造框圖 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 圖2-35就是矢量控制構(gòu)思的構(gòu)造框圖。圖中3/2為三相/兩相交換單元，VR為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換單元，為M軸與a軸的夾角，角可經(jīng)過(guò)供電電壓，電流及轉(zhuǎn)速的檢測(cè)，間接換算出來(lái)。因此矢量控制通常都有電機(jī)電壓、電機(jī)電流及電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)與反響環(huán)節(jié)。 由圖10.2可見(jiàn)，從方框外部看，它是輸入iU、iV、iW三相電流，輸出電磁轉(zhuǎn)矩Te及轉(zhuǎn)速的三相異步電動(dòng)機(jī)；從內(nèi)部看，它是輸入勵(lì)磁電流im和電樞電流it，輸出同樣Te及的直流電動(dòng)機(jī)這是對(duì)電機(jī)物理模型的一種處置。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 從圖2-35 可見(jiàn)，既然異步

27、電動(dòng)機(jī)可以等效成直流電動(dòng)機(jī)，那么我們就可模擬直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得等效直流電動(dòng)機(jī)的控制量，再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，就可以按自流電動(dòng)機(jī)方式控制異步電動(dòng)機(jī)了。這就是矢量控制的根本思緒。2.6.42.6.4矢量控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)造框圖矢量控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)造框圖 圖圖2-35 2-35 矢量控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)造框圖矢量控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)造框圖 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 VR-同步旋轉(zhuǎn)變換,1M軸與a軸U軸間夾角,VR-1反旋轉(zhuǎn)變換 附：矢量控制原理框圖附：矢量控制原理框圖 如圖如圖2-36-2-36-圖圖2-392-39所示：所示：圖圖2-36 2-36 矢量控制

28、原理框圖矢量控制原理框圖 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用圖圖2-37 2-37 頻率開(kāi)環(huán)控制原理框圖頻率開(kāi)環(huán)控制原理框圖 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用圖圖2-38 2-38 無(wú)速度傳感器的矢量控制原理框圖無(wú)速度傳感器的矢量控制原理框圖 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用圖圖2-39 2-39 有速度傳感器的矢量控制原理框圖有速度傳感器的矢量控制原理框圖 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 2.7 2.7 交交- -交變頻電路簡(jiǎn)介交變頻電路簡(jiǎn)介 前言：前言： 交-交變頻器按輸出波形可分為方波和正弦波兩種類型。方波型和正弦波型變頻器的主電路均由不同的晶閘管整流電路

29、組合而成，它們?cè)陔娐窐?gòu)造上根本一樣，所不同的是：在各整流組中，移相控制角a固定不變時(shí)，輸出的交流電為方波；移相控制角a按正弦規(guī)律變化時(shí)，輸出的交流電為正弦波。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2.7.1 2.7.1 方波型交方波型交- -交變頻器交變頻器 1. 1. 單相方波型交單相方波型交- -交變頻電路圖交變頻電路圖2-402-40 圖圖2-40 2-40 單相交單相交- -交變頻器主電路及輸出電壓波形交變頻器主電路及輸出電壓波形 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2. 2. 三相方波型交三相方波型交- -交變頻電路圖交變頻電路圖2-412-41、圖、圖2-422-42 圖圖

30、2-41 2-41 三相方波型交三相方波型交- -交變頻器電流型的主電路交變頻器電流型的主電路 圖圖2-42 2-42 三相橋式銜接的交三相橋式銜接的交- -交變頻器電壓型主電路交變頻器電壓型主電路 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3. 3. 方波型交方波型交- -交變頻器小結(jié)交變頻器小結(jié) 方波型交-交變頻器的控制原理并不復(fù)雜，它的變頻靠調(diào)理六個(gè)整流組的切換頻率，變壓靠凋節(jié)晶閘管的控制角a來(lái)完成。 但方波帶來(lái)的高次諧波，使電動(dòng)機(jī)的低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、轉(zhuǎn)速不均勻、損耗及噪聲大，而且，為了保證整流組導(dǎo)通時(shí)晶閘管的正常觸發(fā)，交-交變頻器的輸出電壓周期T必需大于電網(wǎng)周期，其輸出交流電頻率只能在電網(wǎng)頻率的 1/2以下調(diào)理。 方波型交-交變頻器很少用于普通的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，而常用于無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)及超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。 通用變頻器通用變頻器原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2.7.2 2.7.2 正弦波型交正弦波型交- -交變頻器交變頻器 1 1輸出正弦波形的獲得方法輸出正弦波形的獲得方法 方波型交方波型交- -交變頻器的某一整流組任務(wù)時(shí)，只需輸出電壓交變頻器的某一整流組任務(wù)時(shí)，只需輸出電壓不需求調(diào)理，控制角不需求調(diào)理，控制角a a就是一個(gè)穩(wěn)定值，該整流組的輸出電壓就是一個(gè)穩(wěn)定值，該整流組的輸出電壓平均