第5章-異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)

1、 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一 異步電機(jī)的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般簡(jiǎn)稱為變頻調(diào)速異步電機(jī)的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般簡(jiǎn)稱為變頻調(diào)速系統(tǒng)。由于在調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率不隨轉(zhuǎn)速而變化，調(diào)速范系統(tǒng)。由于在調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率不隨轉(zhuǎn)速而變化，調(diào)速范圍寬，無(wú)論是高速還是低速時(shí)效率都較高，在采取一定圍寬，無(wú)論是高速還是低速時(shí)效率都較高，在采取一定的技術(shù)措施后能實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能，可與直流調(diào)速系統(tǒng)媲的技術(shù)

2、措施后能實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能，可與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美。因此現(xiàn)在應(yīng)用面很廣，是本書的重點(diǎn)。美。因此現(xiàn)在應(yīng)用面很廣，是本書的重點(diǎn)。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一w 在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，常須考慮的一個(gè)重要因素是：希望保持電機(jī)中每在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，常須考慮的一個(gè)重要因素是：希望保持電機(jī)中每極磁通量極磁通量 m 為額定值不變。如果磁通太弱，沒(méi)有充分利用電機(jī)的鐵為額定值不變。如果磁通太弱，沒(méi)有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果過(guò)分增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過(guò)心，是一種浪費(fèi)；如果過(guò)分增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和

3、，從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)。大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)。w 對(duì)于直流電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，只要對(duì)電樞反應(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，對(duì)于直流電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，只要對(duì)電樞反應(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)償， m 保持不變是很容易做到的。保持不變是很容易做到的。w 在交流異步電機(jī)中，磁通在交流異步電機(jī)中，磁通 m 由定子和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)合成產(chǎn)生，要保持磁由定子和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)合成產(chǎn)生，要保持磁通恒定就需要費(fèi)一些周折了。通恒定就需要費(fèi)一些周折了。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一 定子每相電動(dòng)勢(shì)

4、定子每相電動(dòng)勢(shì)mw11144. 4kNfE （5-1） 式中：式中：E1 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，單位為定子頻率，單位為Hz； 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； 基波繞組系數(shù)；基波繞組系數(shù)； 每極氣隙磁通量，單位為每極氣隙磁通量，單位為Wb。 f1N1Kwm（一）（一） 變壓變頻調(diào)速的基本控制方式變壓變頻調(diào)速的基本控制方式 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一 由式（由式（5-1）可知，）可知，只要控制好只

5、要控制好 E1 和和 f1 ，便可達(dá)到控，便可達(dá)到控制磁通制磁通 m 的目的的目的，對(duì)此，需要考慮基頻（額定頻率）以，對(duì)此，需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。下和基頻以上兩種情況。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一1. 基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 由式（由式（5-1）可知，要保持）可知，要保持 m 不變，當(dāng)頻率不變，當(dāng)頻率 f1 從額定從額定值值 f1N 向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低 E1 ，使，使 11fE常值常值 （5-2） 即即采用恒電動(dòng)勢(shì)頻率比的控制方式采用

6、恒電動(dòng)勢(shì)頻率比的控制方式。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一(1) 恒壓頻比的控制方式恒壓頻比的控制方式 繞組中的感應(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)，繞組中的感應(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阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓 U1 E1，則，則得得（5-3） 這是這是恒壓頻比的控制方式恒壓頻比的控制方式。常值11fU 但是，在低頻時(shí)但是，在低頻時(shí) U1 和和 E1都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比都較小，定子阻抗

7、壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時(shí)，需要人為地把電壓較顯著，不再能忽略。這時(shí)，需要人為地把電壓 U1 抬高一些，以便抬高一些，以便近近似地補(bǔ)償定子壓降似地補(bǔ)償定子壓降。 帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性示于下圖中的帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性示于下圖中的 b 線，無(wú)補(bǔ)償?shù)木€，無(wú)補(bǔ)償?shù)目刂铺匦詣t為控制特性則為a 線。線。 (2)帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制方式帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制方式 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一 帶壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性帶壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性O(shè)Us

8、f 1圖圖5-1 恒壓頻比控制特性恒壓頻比控制特性UsNf 1Na 無(wú)補(bǔ)償無(wú)補(bǔ)償 b 帶定子壓降補(bǔ)帶定子壓降補(bǔ)償償 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一2. 基頻以上調(diào)速基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從 f1N 向上升高，向上升高，但定子電壓但定子電壓Us 卻不可能超過(guò)額定電壓卻不可能超過(guò)額定電壓U1N ，最多只能，最多只能保持保持U1 = U1N ，這將迫使磁通與頻率成反比地降低，相，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。當(dāng)于直流電機(jī)弱磁

9、升速的情況。 把基頻以下和基頻以上兩種情況的控制特性畫在一把基頻以下和基頻以上兩種情況的控制特性畫在一起，如下圖所示。起，如下圖所示。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一 變壓變頻控制特性變壓變頻控制特性圖圖5-2 異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性 f1N恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速UsUsNmNm恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速Usf1OmN 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一 如果電機(jī)在不同轉(zhuǎn)

10、速時(shí)所帶的負(fù)載都能使電流達(dá)如果電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時(shí)所帶的負(fù)載都能使電流達(dá)到額定值，即都能在允許溫升下長(zhǎng)期運(yùn)行，則轉(zhuǎn)矩基到額定值，即都能在允許溫升下長(zhǎng)期運(yùn)行，則轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化；本上隨磁通變化； 按照電力拖動(dòng)原理，在基頻以下，磁通恒定時(shí)轉(zhuǎn)矩按照電力拖動(dòng)原理，在基頻以下，磁通恒定時(shí)轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”性質(zhì)；性質(zhì)； 在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，基本上屬于在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，基本上屬于“恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速”。返回目錄返回目錄 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期

11、一 變頻器按裝置的結(jié)構(gòu)形式分為交變頻器按裝置的結(jié)構(gòu)形式分為交-交變頻器和交交變頻器和交-直直-交變交變頻器。目前應(yīng)用較多的是交頻器。目前應(yīng)用較多的是交-直直-交變頻器。交變頻器。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，就要求為電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，就要求為電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)頻率可變的電源，即變頻器。頻率可變的電源，即變頻器。（一）（一） 變頻器按裝置的結(jié)構(gòu)形式分類變頻器按裝置的結(jié)構(gòu)形式分類1.交交-直直-交變壓變頻器交變壓變頻器 交交-直直-交變壓變頻器先將工頻交流電源通過(guò)整流器變換成交變壓變頻器先將工頻交流電源通過(guò)整流器變換成直流，再通過(guò)逆變器變換成可控頻率和電壓的交流，如圖所直流，再通過(guò)逆

12、變器變換成可控頻率和電壓的交流，如圖所示。示。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一圖圖5-3 交交-直直-交（間接）變壓變頻器交（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DCACAC50Hz整流整流 由于這類變壓變頻器在恒頻交流電源和變頻交流輸出之由于這類變壓變頻器在恒頻交流電源和變頻交流輸出之間有一個(gè)間有一個(gè)“中間直流環(huán)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)”，所以又稱間接式的變壓變頻器。，所以又稱間接式的變壓變頻器。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張

13、 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一交交-直直-交變頻器交變頻器控制方式控制方式(1) 用可控整流器變壓、逆變器變頻，即調(diào)壓和調(diào)頻分別用可控整流器變壓、逆變器變頻，即調(diào)壓和調(diào)頻分別在兩個(gè)環(huán)節(jié)上進(jìn)行，兩者要在控制電路上協(xié)調(diào)配合。在兩個(gè)環(huán)節(jié)上進(jìn)行，兩者要在控制電路上協(xié)調(diào)配合。w 優(yōu)點(diǎn)：裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。優(yōu)點(diǎn)：裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。w 缺點(diǎn)：由于輸入環(huán)節(jié)采用可控整流器，當(dāng)電壓和頻率調(diào)缺點(diǎn)：由于輸入環(huán)節(jié)采用可控整流器，當(dāng)電壓和頻率調(diào)得較低時(shí)，電網(wǎng)端的功率因數(shù)較小；另外，輸出環(huán)節(jié)多得較低時(shí)，電網(wǎng)端的功率因數(shù)較??；另外，輸出環(huán)節(jié)多用由晶閘管

14、組成的三相六拍逆變器用由晶閘管組成的三相六拍逆變器(每周換流六次每周換流六次)，輸，輸出的諧波較大。出的諧波較大。(2) 用不可控整流器整流、斬波器變壓、逆變器變頻，即用不可控整流器整流、斬波器變壓、逆變器變頻，即整流環(huán)節(jié)采用二極管不可控整流器，再增設(shè)斬波器，用整流環(huán)節(jié)采用二極管不可控整流器，再增設(shè)斬波器，用脈寬調(diào)壓。這樣雖然多了一個(gè)環(huán)節(jié)，但輸入功率因數(shù)高，脈寬調(diào)壓。這樣雖然多了一個(gè)環(huán)節(jié)，但輸入功率因數(shù)高，克服了第一種裝置的缺點(diǎn)。輸出逆變環(huán)節(jié)不變，仍有諧克服了第一種裝置的缺點(diǎn)。輸出逆變環(huán)節(jié)不變，仍有諧波較大的問(wèn)題。波較大的問(wèn)題。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下

15、一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一w 用不可控整流器整流、用不可控整流器整流、PWM逆變器同時(shí)變壓變頻。逆變器同時(shí)變壓變頻。 用不可控整流，則功率因數(shù)高；用用不可控整流，則功率因數(shù)高；用PWM逆變，則諧波逆變，則諧波可以減少。這樣，可以解決上述兩種裝置的兩個(gè)缺點(diǎn)?？梢詼p少。這樣，可以解決上述兩種裝置的兩個(gè)缺點(diǎn)。諧波減少的程度取決于開(kāi)關(guān)頻率，而開(kāi)關(guān)頻率受器件開(kāi)諧波減少的程度取決于開(kāi)關(guān)頻率，而開(kāi)關(guān)頻率受器件開(kāi)關(guān)時(shí)間的限制。關(guān)時(shí)間的限制。w 如果仍采用普通晶閘管，其開(kāi)關(guān)頻率比六拍逆變器也高如果仍采用普通晶閘管，其開(kāi)關(guān)頻率比六拍逆變器也高不了多少。采用可關(guān)斷的全控式器件

16、以后，開(kāi)關(guān)頻率可不了多少。采用可關(guān)斷的全控式器件以后，開(kāi)關(guān)頻率可以大大提高，輸出波形幾乎可以得到非常逼近的正弦波，以大大提高，輸出波形幾乎可以得到非常逼近的正弦波，因而又稱正弦波脈寬調(diào)制因而又稱正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)逆變器。它是當(dāng)前最逆變器。它是當(dāng)前最有前途的一種結(jié)構(gòu)形式，將在下一節(jié)做詳細(xì)介紹。有前途的一種結(jié)構(gòu)形式，將在下一節(jié)做詳細(xì)介紹。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一 普通交普通交-直直-交變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu)交變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu)SCR可控可控整流器整流器六六 拍拍逆變器逆變器DCACA

17、C50Hz調(diào)頻調(diào)頻調(diào)壓調(diào)壓圖圖5-5 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 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一2. 交交-交變壓變頻器交變壓變頻器 交交-交變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，它只有一個(gè)變交變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，它只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，把恒壓恒頻（換環(huán)節(jié)，把恒壓恒頻（CVCF）的交流電源直接變換成電）的交流電源直接變換成電壓和頻率都可調(diào)的交流電壓和頻率都可調(diào)的交流電VVVF輸出，因此又稱直接變頻輸出，因此又稱直接變頻器

18、。器。 圖圖5-6 交交-交（直接）變頻器交（直接）變頻器交交變頻交交變頻AC50HzACCVCFVVVF 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一 常用的交常用的交-交變壓變頻器輸出的每一相都是一個(gè)由正、交變壓變頻器輸出的每一相都是一個(gè)由正、反兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。反兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。 也就是說(shuō)，每一相都相當(dāng)于一套直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的也就是說(shuō)，每一相都相當(dāng)于一套直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的反并聯(lián)可逆線路（下圖反并聯(lián)可逆線路（下圖a）。）。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張

19、 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一交交-交變壓變頻器的基本電路結(jié)構(gòu)交變壓變頻器的基本電路結(jié)構(gòu)VRVFId-Id+-+a) 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)負(fù)負(fù)載載50Hz50Hzu0圖圖5-7-a 交交-交變壓變頻器每一相的可逆線路交變壓變頻器每一相的可逆線路 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一(1)交交-交變頻器的控制方式交變頻器的控制方式w 整半周控制方式整半周控制方式 正、反兩組按一定周期相互切換，在負(fù)載上就獲得交變正、反兩組按一定周期相互切換，在負(fù)

20、載上就獲得交變的輸出電壓的輸出電壓 u0 ， u0 的幅值決定于各組可控整流裝置的控的幅值決定于各組可控整流裝置的控制角制角 ， u0 的頻率決定于正、反兩組整流裝置的切換頻的頻率決定于正、反兩組整流裝置的切換頻率。如果控制角一直不變，則輸出平均電壓是方波，如率。如果控制角一直不變，則輸出平均電壓是方波，如下圖下圖 b 所示。所示。圖圖5-7 -b 方波型平均輸出電壓波形方波型平均輸出電壓波形u0t正組通正組通反組通反組通正組通正組通反組通反組通 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一w 調(diào)制控制方式調(diào)

21、制控制方式 要獲得正弦波輸出，就必須在每一組整流裝置要獲得正弦波輸出，就必須在每一組整流裝置導(dǎo)通期間不斷改變其控制角。導(dǎo)通期間不斷改變其控制角。例如例如：在正向組導(dǎo)通的半個(gè)周期中，使控制角：在正向組導(dǎo)通的半個(gè)周期中，使控制角 由由 /2（對(duì)應(yīng)于平均電壓（對(duì)應(yīng)于平均電壓 u0 = 0）逐漸減小到）逐漸減小到 0（對(duì)（對(duì)應(yīng)于應(yīng)于 u0 最大），然后再逐漸增加到最大），然后再逐漸增加到 /2（ u0 再再變?yōu)樽優(yōu)?），如下圖所示。），如下圖所示。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一2AOw t 0 2 B

22、CDEFu0圖圖5-8 交交-交變壓變頻器的單相正弦波輸出電壓波形交變壓變頻器的單相正弦波輸出電壓波形輸出電壓波形輸出電壓波形 當(dāng)當(dāng) 角按正弦規(guī)律變化時(shí)，半周中的平均輸出電壓即角按正弦規(guī)律變化時(shí)，半周中的平均輸出電壓即為圖中藍(lán)線所示的正弦波。對(duì)反向組負(fù)半周的控制也是為圖中藍(lán)線所示的正弦波。對(duì)反向組負(fù)半周的控制也是這樣。這樣。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一 單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形1OO23456圖4-20uoiowtwt 第第 5 章章 返回第一張返

23、回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一(2)三相交交變頻電路三相交交變頻電路 三相交交變頻電路可以由三相交交變頻電路可以由3個(gè)單相交交變頻電路組成，其個(gè)單相交交變頻電路組成，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示?；窘Y(jié)構(gòu)如下圖所示。 如果每組可控整流裝置都用橋式電路，含如果每組可控整流裝置都用橋式電路，含6個(gè)晶閘管（當(dāng)個(gè)晶閘管（當(dāng)每一橋臂都是單管時(shí)），則三相可逆線路共需每一橋臂都是單管時(shí)），則三相可逆線路共需36個(gè)晶閘個(gè)晶閘管，即使采用零式電路也須管，即使采用零式電路也須18個(gè)晶閘管。個(gè)晶閘管。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片

24、上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一 三相交交變頻器的基本結(jié)構(gòu)三相交交變頻器的基本結(jié)構(gòu) 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一 輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一三相橋式三相橋式交交變頻電路交交變頻電路 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返

25、回目錄 2022年5月9日星期一 因此，這樣的交因此，這樣的交-交變壓變頻器雖然在結(jié)構(gòu)上只有一交變壓變頻器雖然在結(jié)構(gòu)上只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，省去了中間直流環(huán)節(jié)，看似簡(jiǎn)單，但所用的個(gè)變換環(huán)節(jié)，省去了中間直流環(huán)節(jié)，看似簡(jiǎn)單，但所用的器件數(shù)量卻很多，總體設(shè)備相當(dāng)龐大。器件數(shù)量卻很多，總體設(shè)備相當(dāng)龐大。 不過(guò)這些設(shè)備都是直流調(diào)速系統(tǒng)中常用的可逆整流裝不過(guò)這些設(shè)備都是直流調(diào)速系統(tǒng)中常用的可逆整流裝置，在技術(shù)上和制造工藝上都很成熟，目前國(guó)內(nèi)有些企業(yè)置，在技術(shù)上和制造工藝上都很成熟，目前國(guó)內(nèi)有些企業(yè)已有可靠的產(chǎn)品。已有可靠的產(chǎn)品。 這類交這類交-交變頻器的其他缺點(diǎn)是：輸入功率因數(shù)較低，交變頻器的其他缺點(diǎn)是：輸入

26、功率因數(shù)較低，諧波電流含量大，頻譜復(fù)雜，因此須配置諧波濾波和無(wú)功諧波電流含量大，頻譜復(fù)雜，因此須配置諧波濾波和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。其最高輸出頻率不超過(guò)電網(wǎng)頻率的補(bǔ)償設(shè)備。其最高輸出頻率不超過(guò)電網(wǎng)頻率的 1/3 1/2，一般主要用于軋機(jī)主傳動(dòng)、球磨機(jī)、水泥回轉(zhuǎn)窯等大容量、一般主要用于軋機(jī)主傳動(dòng)、球磨機(jī)、水泥回轉(zhuǎn)窯等大容量、低轉(zhuǎn)速的調(diào)速系統(tǒng)，供電給低速電機(jī)直接傳動(dòng)時(shí)，可以省低轉(zhuǎn)速的調(diào)速系統(tǒng)，供電給低速電機(jī)直接傳動(dòng)時(shí)，可以省去龐大的齒輪減速箱。去龐大的齒輪減速箱。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一表表5-1

27、交交-直直-交變頻器與交交變頻器與交-交變頻器交變頻器主要特點(diǎn)比較表主要特點(diǎn)比較表 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一二二. 交交-直直-交變頻器按直流環(huán)節(jié)直流電源的性質(zhì)分類交變頻器按直流環(huán)節(jié)直流電源的性質(zhì)分類w 在交在交-直直-交變頻器中，按照中間直流環(huán)節(jié)直流電源性質(zhì)交變頻器中，按照中間直流環(huán)節(jié)直流電源性質(zhì)的不同，逆變器可以分成電壓源型和電流源型兩類，兩的不同，逆變器可以分成電壓源型和電流源型兩類，兩種類型的實(shí)際區(qū)別在于直流環(huán)節(jié)采用什么樣的濾波器。種類型的實(shí)際區(qū)別在于直流環(huán)節(jié)采用什么樣的濾波器。電

28、壓源型和電流源型逆變器的示意圖如圖電壓源型和電流源型逆變器的示意圖如圖5-8。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一在圖在圖5-8(a)中，直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波，因而直流電壓波形比較平直，中，直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波，因而直流電壓波形比較平直，在理想情況下相當(dāng)于一個(gè)恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，稱為在理想情況下相當(dāng)于一個(gè)恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，稱為電壓源型逆變器，有時(shí)簡(jiǎn)稱為電壓型逆變器。電壓源型逆變器，有時(shí)簡(jiǎn)稱為電壓型逆變器。在圖在圖5-8(b)中，直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波，使直流

29、電流波形比較平直，中，直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波，使直流電流波形比較平直，在理想情況下相當(dāng)于一個(gè)恒流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，叫做在理想情況下相當(dāng)于一個(gè)恒流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，叫做電流源型逆變器，或簡(jiǎn)稱為電流型逆變器。電流源型逆變器，或簡(jiǎn)稱為電流型逆變器。 逆變器逆變器LdIdCdUdUd+-a) 電壓源逆變器b) 電流源逆變器 圖圖5-8 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 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一 性能比較性能比較 兩類逆變器在主電路上雖然只

30、是濾波環(huán)節(jié)的不同，兩類逆變器在主電路上雖然只是濾波環(huán)節(jié)的不同，在性能上卻帶來(lái)了明顯的差異，主要表現(xiàn)如下：在性能上卻帶來(lái)了明顯的差異，主要表現(xiàn)如下： （1）無(wú)功能量的緩沖）無(wú)功能量的緩沖 在調(diào)速系統(tǒng)中，逆變器的負(fù)載是異在調(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，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)。響到交流電網(wǎng)。 因此，兩類逆變器的區(qū)別還表現(xiàn)在采

31、用什么儲(chǔ)能元件因此，兩類逆變器的區(qū)別還表現(xiàn)在采用什么儲(chǔ)能元件（電容器或電感器）來(lái)緩沖無(wú)功能量。（電容器或電感器）來(lái)緩沖無(wú)功能量。 （2）能量的回饋）能量的回饋 用電流源型逆變器給異步電機(jī)供電的電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)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)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)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。和經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5

32、月9日星期一 下面以由晶閘管可控整流器下面以由晶閘管可控整流器UCR和電流源型串聯(lián)二極和電流源型串聯(lián)二極管式晶閘管逆變器管式晶閘管逆變器CSI構(gòu)成的交構(gòu)成的交-直直-交變壓變頻調(diào)速系交變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)（如下圖所示）為例，說(shuō)明電動(dòng)運(yùn)行和回饋制動(dòng)兩種統(tǒng)（如下圖所示）為例，說(shuō)明電動(dòng)運(yùn)行和回饋制動(dòng)兩種狀態(tài)。狀態(tài)。 當(dāng)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，UCR的控制角的控制角 w w ，電動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)速運(yùn)行，電功率的傳送方向，電動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)速運(yùn)行，電功率的傳送方向如上圖如上圖a所示。所示。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一M

33、3+-UdIdLdCSI 電動(dòng)Te 逆變UCRa）電動(dòng)運(yùn)行電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài) 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一w 如果降低變壓變頻器的輸出頻率如果降低變壓變頻器的輸出頻率 w w1，或從機(jī)械上抬高電，或從機(jī)械上抬高電機(jī)轉(zhuǎn)速機(jī)轉(zhuǎn)速 w w ，使，使 w w1 90 ，則異步電機(jī)轉(zhuǎn)入發(fā)電狀態(tài)，逆變器轉(zhuǎn)入整流狀態(tài)，而可則異步電機(jī)轉(zhuǎn)入發(fā)電狀態(tài)，逆變器轉(zhuǎn)入整流狀態(tài)，而可控整流器轉(zhuǎn)入有源逆變狀態(tài)，此時(shí)直流電壓控整流器轉(zhuǎn)入有源逆變狀態(tài)，此時(shí)直流電壓Ud 立即反向，立即反向，而電流而電流 Id 方向不變，電

34、能由電機(jī)回饋給交流電網(wǎng)（圖方向不變，電能由電機(jī)回饋給交流電網(wǎng)（圖b）。）。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一逆變運(yùn)行狀態(tài)逆變運(yùn)行狀態(tài)M3+-UdIdLdCSI 90o有源逆變1 ut ，就導(dǎo)通就導(dǎo)通VT1， 如如A相的相的ur ut ，就導(dǎo)通，就導(dǎo)通VT4。 圖圖5-11 雙極性脈寬調(diào)制模式雙極性脈寬調(diào)制模式 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一由圖由圖5-10和圖和圖5-11可知，輸出電壓波形是等幅不等

35、寬而可知，輸出電壓波形是等幅不等寬而且兩側(cè)窄中間寬的脈沖，輸出基波電壓的大小和頻率，且兩側(cè)窄中間寬的脈沖，輸出基波電壓的大小和頻率，是通過(guò)改變正弦參考信號(hào)的幅值和頻率而改變的。是通過(guò)改變正弦參考信號(hào)的幅值和頻率而改變的。調(diào)頻控制：調(diào)頻控制：改變正弦參考信號(hào)的頻率，可以改變輸出交流電改變正弦參考信號(hào)的頻率，可以改變輸出交流電的頻率。的頻率。調(diào)壓控制：調(diào)壓控制：改變正弦參考電壓的幅值，從而改變總體占空比，可以實(shí)現(xiàn)改變正弦參考電壓的幅值，從而改變總體占空比，可以實(shí)現(xiàn)呈正弦規(guī)律的恒幅（呈正弦規(guī)律的恒幅（+Ud/2和和-Ud/2均不變）調(diào)寬。均不變）調(diào)寬。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻

36、燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 w 在在SPWM逆變器中，三角波電壓頻率逆變器中，三角波電壓頻率ft與參考波電壓頻與參考波電壓頻率率(即逆變器的輸出頻率即逆變器的輸出頻率)fr之比之比N=ft/fr稱為載波比，也稱稱為載波比，也稱調(diào)制比。調(diào)制比。w 根據(jù)調(diào)制時(shí)載波比的處理，根據(jù)調(diào)制時(shí)載波比的處理，PWM調(diào)制方式可分為同步調(diào)制方式可分為同步式、異步式和分段同步式。式、異步式和分段同步式。2022年5月9日星期一 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 w 1. 同步調(diào)制方式同步調(diào)制方式w 載波比載波比N

37、等于常數(shù)時(shí)稱同步調(diào)制方式。等于常數(shù)時(shí)稱同步調(diào)制方式。w 同步調(diào)制方式在逆變器輸出電壓每個(gè)周期內(nèi)所采用的同步調(diào)制方式在逆變器輸出電壓每個(gè)周期內(nèi)所采用的三角波電壓數(shù)目是固定的，因而所產(chǎn)生的三角波電壓數(shù)目是固定的，因而所產(chǎn)生的SPWM脈沖數(shù)脈沖數(shù)是一定的。是一定的。2022年5月9日星期一 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 基本同步調(diào)制方式，基本同步調(diào)制方式，fr 變化時(shí)變化時(shí)N不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定；出脈沖數(shù)固定； 三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取 N 為為

38、3的整數(shù)倍，的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱；使三相輸出對(duì)稱； 為使一相的為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱，波正負(fù)半周鏡對(duì)稱，N應(yīng)取奇數(shù)；應(yīng)取奇數(shù)； 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):在逆變器輸出頻率變化的整個(gè)范圍內(nèi)，皆可保持輸在逆變器輸出頻率變化的整個(gè)范圍內(nèi)，皆可保持輸出波形的正、負(fù)半波完全對(duì)稱，只有奇次諧波存在。而出波形的正、負(fù)半波完全對(duì)稱，只有奇次諧波存在。而且能嚴(yán)格保證逆變器輸出三相波形之間具有且能嚴(yán)格保證逆變器輸出三相波形之間具有120相位移相位移的對(duì)稱關(guān)系。的對(duì)稱關(guān)系。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：fr 很低時(shí)，很低時(shí)，ft

39、 也很低，由調(diào)制帶來(lái)的諧波不易濾也很低，由調(diào)制帶來(lái)的諧波不易濾除；低頻諧波分量顯著增大，使負(fù)載電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生除；低頻諧波分量顯著增大，使負(fù)載電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。fr 很高時(shí)，很高時(shí)，ft 會(huì)過(guò)高，使開(kāi)關(guān)器件難以承受。會(huì)過(guò)高，使開(kāi)關(guān)器件難以承受。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 w 2. 異步調(diào)制方式異步調(diào)制方式w 在逆變器的整個(gè)變頻范圍內(nèi)，載波比在逆變器的整個(gè)變頻范圍內(nèi)，載波比N不是一個(gè)常數(shù)。不是一個(gè)常數(shù)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):一般在改變參照波頻率一般在改變參照波頻率fr時(shí)，保持三角波頻率時(shí)，保持三角波

40、頻率ft不不變，因而提高了低頻時(shí)的載波比，這樣逆變器輸出電壓變，因而提高了低頻時(shí)的載波比，這樣逆變器輸出電壓每個(gè)周期內(nèi)每個(gè)周期內(nèi)PWM脈沖數(shù)可隨輸出頻率的降低而增加，脈沖數(shù)可隨輸出頻率的降低而增加，相應(yīng)地可減少負(fù)載電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與噪聲，改善了調(diào)相應(yīng)地可減少負(fù)載電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與噪聲，改善了調(diào)速系統(tǒng)的低頻工作特性。速系統(tǒng)的低頻工作特性。w 缺點(diǎn)。當(dāng)載波比缺點(diǎn)。當(dāng)載波比N隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時(shí)，隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時(shí)，它不可能總是它不可能總是3的倍數(shù)，勢(shì)必使輸出電壓波形及其相位的倍數(shù)，勢(shì)必使輸出電壓波形及其相位都發(fā)生變化，難以保持三相輸出的對(duì)稱性，因而引起電都發(fā)生變化，難以保持三

41、相輸出的對(duì)稱性，因而引起電動(dòng)機(jī)工作不平穩(wěn)。動(dòng)機(jī)工作不平穩(wěn)。2022年5月9日星期一 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 通常保持通常保持 fc 固定不變，當(dāng)固定不變，當(dāng) fr 變化時(shí)，載波比變化時(shí)，載波比 N 是變化是變化的；的； 在信號(hào)波的半周期內(nèi)，在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后后1/4周期的脈沖也不對(duì)稱；周期的脈沖也不對(duì)稱； 當(dāng)當(dāng) fr 較低時(shí)，較低時(shí)，N 較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不

42、較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小；對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較??； 當(dāng)當(dāng) fr 增高時(shí)，增高時(shí)，N 減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM 脈沖不對(duì)稱的影響就變大。脈沖不對(duì)稱的影響就變大。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 w 3. 分段同步調(diào)制方式分段同步調(diào)制方式w 實(shí)際應(yīng)用中，多采用分段同步調(diào)制方式，它克服了同步實(shí)際應(yīng)用中，多采用分段同步調(diào)制方式，它克服了同步和異步調(diào)制方式的不足，在一定頻率范圍內(nèi)采用同步調(diào)和異步調(diào)制方式的不足，在一定頻率范圍內(nèi)采用同步調(diào)制，以保持輸出波形對(duì)稱的

43、優(yōu)點(diǎn)。在低頻運(yùn)行時(shí)，使載制，以保持輸出波形對(duì)稱的優(yōu)點(diǎn)。在低頻運(yùn)行時(shí)，使載波比有級(jí)地增大，以采納異步調(diào)制的長(zhǎng)處，這就是分段波比有級(jí)地增大，以采納異步調(diào)制的長(zhǎng)處，這就是分段同步調(diào)制方式。同步調(diào)制方式。w 具體地說(shuō)，把整個(gè)變頻范圍劃分為若干頻段，在每個(gè)頻具體地說(shuō)，把整個(gè)變頻范圍劃分為若干頻段，在每個(gè)頻段內(nèi)都維持段內(nèi)都維持N恒定，而對(duì)不同的頻段取不同的恒定，而對(duì)不同的頻段取不同的N值，頻值，頻率低時(shí)，率低時(shí)，N值取大些。采用分段同步調(diào)制方式，需要增值取大些。采用分段同步調(diào)制方式，需要增加調(diào)制脈沖切換電路，但在微電子技術(shù)迅速發(fā)展的今天，加調(diào)制脈沖切換電路，但在微電子技術(shù)迅速發(fā)展的今天，這種調(diào)制方式是很容

44、易實(shí)現(xiàn)的。這種調(diào)制方式是很容易實(shí)現(xiàn)的。2022年5月9日星期一 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 w SPWM波形的控制需要根據(jù)三角載波與正弦調(diào)制波的交波形的控制需要根據(jù)三角載波與正弦調(diào)制波的交點(diǎn)來(lái)確定功率器件的開(kāi)關(guān)時(shí)刻，從而得到其幅值不變而點(diǎn)來(lái)確定功率器件的開(kāi)關(guān)時(shí)刻，從而得到其幅值不變而寬度按正弦規(guī)律變化的一系列脈沖。寬度按正弦規(guī)律變化的一系列脈沖。w 這個(gè)任務(wù)可以設(shè)計(jì)模擬電子電路、數(shù)字電子電路或?qū)Ｓ眠@個(gè)任務(wù)可以設(shè)計(jì)模擬電子電路、數(shù)字電子電路或?qū)Ｓ玫拇笠?guī)模集成電路芯片等硬件電路來(lái)完成，也可以用微的大規(guī)模集成電路芯片等硬件

45、電路來(lái)完成，也可以用微型計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件生成型計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件生成SPWM波形。波形。2022年5月9日星期一 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 SPWM波的實(shí)現(xiàn)波的實(shí)現(xiàn)w 模擬電子電路模擬電子電路 采用正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器采用正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器和比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的和比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的SPWM控制；控制；w 數(shù)字控制電路數(shù)字控制電路n硬件電路；硬件電路；n軟件實(shí)現(xiàn)。軟件實(shí)現(xiàn)。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 圖圖5-12 模擬電路實(shí)現(xiàn)模擬電

46、路實(shí)現(xiàn)SPWM控制的原理控制的原理w 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：本方法原理簡(jiǎn)單，且完成本方法原理簡(jiǎn)單，且完成ut和和ur信號(hào)的比值和確定信號(hào)的比值和確定脈沖寬度所用的時(shí)間短，幾乎是瞬間完成的，不像數(shù)字電脈沖寬度所用的時(shí)間短，幾乎是瞬間完成的，不像數(shù)字電路采用軟件計(jì)算需要一定的時(shí)間。路采用軟件計(jì)算需要一定的時(shí)間。w 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：所需硬件較多，而且不夠靈活，改變參數(shù)和調(diào)試所需硬件較多，而且不夠靈活，改變參數(shù)和調(diào)試較麻煩，難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化控制。較麻煩，難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化控制。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 2022年5月9日星期一采用數(shù)字電路的

47、采用數(shù)字電路的SPWM逆變器，可采用以軟件為基礎(chǔ)逆變器，可采用以軟件為基礎(chǔ)的控制模式。的控制模式。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：所需硬件少，靈活性好和智能性強(qiáng)；所需硬件少，靈活性好和智能性強(qiáng)；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：需通過(guò)計(jì)算確定需通過(guò)計(jì)算確定SPWM的脈沖寬度，有一定的延的脈沖寬度，有一定的延時(shí)和響應(yīng)時(shí)間。時(shí)和響應(yīng)時(shí)間。 隨著高速度、高精度多功能微處理器、微控制器和隨著高速度、高精度多功能微處理器、微控制器和SPWM專用芯片的發(fā)展，數(shù)字化專用芯片的發(fā)展，數(shù)字化SPWM技術(shù)已占主導(dǎo)地位。技術(shù)已占主導(dǎo)地位。目前常用的產(chǎn)生控制波的方法主要有兩類：一類是用目前常用的產(chǎn)生控制波的方法主要有兩類：一類是用微型計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件生成；另一

48、類是由專用集成芯片產(chǎn)出。微型計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件生成；另一類是由專用集成芯片產(chǎn)出。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 w 自然采樣法自然采樣法只是把同樣的方法數(shù)字只是把同樣的方法數(shù)字化，化， 自然采樣法的運(yùn)算比較復(fù)雜；自然采樣法的運(yùn)算比較復(fù)雜；w 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法在工程上更實(shí)用的簡(jiǎn)化在工程上更實(shí)用的簡(jiǎn)化方法，由于簡(jiǎn)化方法的不同，衍生出多方法，由于簡(jiǎn)化方法的不同，衍生出多種規(guī)則采樣法。種規(guī)則采樣法。（一）由計(jì)算機(jī)軟件生成（一）由計(jì)算機(jī)軟件生成SPWM逆變器控制波逆變器控制波 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上

49、一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 w (1)自然采樣法自然采樣法w根據(jù)根據(jù)SPWM逆變器的工作原理，在正弦波逆變器的工作原理，在正弦波和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制功率開(kāi)關(guān)元和三角波的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制功率開(kāi)關(guān)元件的通斷，這種生成件的通斷，這種生成SPWM波的方法稱為波的方法稱為自然采樣法。自然采樣法。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 w 圖中，截取了任意一段正弦圖中，截取了任意一段正弦波與三角波的一個(gè)周期長(zhǎng)度內(nèi)波與三角波的一個(gè)周期長(zhǎng)度內(nèi)的相交情況。的相交情況。A點(diǎn)為脈沖發(fā)生點(diǎn)為脈沖發(fā)生時(shí)刻，時(shí)刻，B點(diǎn)為脈

50、沖結(jié)束時(shí)刻，點(diǎn)為脈沖結(jié)束時(shí)刻，在三角波的一個(gè)周期在三角波的一個(gè)周期Tc內(nèi)，內(nèi)，t2為為SPWM波的高電平時(shí)間，波的高電平時(shí)間，稱作脈寬時(shí)間，稱作脈寬時(shí)間，t1與與t3則為低則為低電平時(shí)間，稱為間隙時(shí)間。顯電平時(shí)間，稱為間隙時(shí)間。顯然然Tc=t1+t2+t3 。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 自然采樣法原理自然采樣法原理三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期Tc自然采樣法中，脈沖中點(diǎn)不和三角波一周期的中自然采樣法中，脈沖中點(diǎn)不和三角波一周期的中點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）重合點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）重合 定義參考波

51、與載波的幅值比為調(diào)制比定義參考波與載波的幅值比為調(diào)制比M=Urm/Utm，設(shè)三角載波幅值，設(shè)三角載波幅值Utm=1，則參考，則參考波波 ，式中，式中，1為參考波角頻率，即為參考波角頻率，即輸出角頻率。輸出角頻率。tMu1rsinw 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 w A、B兩點(diǎn)對(duì)三角波的中心線來(lái)說(shuō)是不對(duì)稱的。因此，兩點(diǎn)對(duì)三角波的中心線來(lái)說(shuō)是不對(duì)稱的。因此，t2分成的分成的t2和和t2兩個(gè)時(shí)間段是不等的，聯(lián)立求解兩對(duì)相兩個(gè)時(shí)間段是不等的，聯(lián)立求解兩對(duì)相似直角三角形，則似直角三角形，則w w (5-4)w w (5-5)w

52、得得w (5-6)2sin12/12ActMTtw2sin12/12BctMTtw)sin(sin21 (211222BActtMTtttww 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 w 自然采樣法雖能真實(shí)地反映脈沖產(chǎn)生與結(jié)自然采樣法雖能真實(shí)地反映脈沖產(chǎn)生與結(jié)束的時(shí)刻，卻難以在實(shí)時(shí)控制中在線實(shí)現(xiàn)束的時(shí)刻，卻難以在實(shí)時(shí)控制中在線實(shí)現(xiàn)，因?yàn)?，因?yàn)椋瑃A與與tB都是未知數(shù)，都是未知數(shù)，t1t3，t2t2求時(shí)需花費(fèi)較多的計(jì)算時(shí)間。即使求時(shí)需花費(fèi)較多的計(jì)算時(shí)間。即使可先將計(jì)算結(jié)果存入內(nèi)存，控制過(guò)程中查可先將計(jì)算結(jié)果存入內(nèi)存，控制過(guò)程中查表

53、定時(shí)，也會(huì)因參數(shù)過(guò)多而占用計(jì)算機(jī)太表定時(shí)，也會(huì)因參數(shù)過(guò)多而占用計(jì)算機(jī)太多內(nèi)存和時(shí)間，所以，此法僅限于調(diào)速范多內(nèi)存和時(shí)間，所以，此法僅限于調(diào)速范圍有限的場(chǎng)合。圍有限的場(chǎng)合。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 原理原理 三角波兩個(gè)正峰值之間為三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期一個(gè)采樣周期Tc 以三角波正峰值時(shí)找到正以三角波正峰值時(shí)找到正弦波上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)弦波上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)D點(diǎn)，得到點(diǎn)，得到ur，用，用ur對(duì)三角波采樣對(duì)三角波采樣，得到，得到A、B兩點(diǎn)。兩點(diǎn)。 可見(jiàn)，在此法中，開(kāi)關(guān)點(diǎn)可見(jiàn)，在此法中，開(kāi)關(guān)點(diǎn)A、B位于正弦波的同一側(cè)，位于正

54、弦波的同一側(cè)，這使所得的脈沖寬度明顯這使所得的脈沖寬度明顯偏小，從而造成較大的控偏小，從而造成較大的控制誤差。制誤差。（2）規(guī)則采樣）規(guī)則采樣法法 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 （3）規(guī)則采樣）規(guī)則采樣法法 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法原理原理 三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期Tc 自然采樣法中，脈沖中點(diǎn)不和三角波一周期的中點(diǎn)（即自然采樣法中，脈沖中點(diǎn)不和三角波一周期的中點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）重

55、合負(fù)峰點(diǎn)）重合 規(guī)則采樣法使兩者重合，每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都以相應(yīng)的三規(guī)則采樣法使兩者重合，每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都以相應(yīng)的三角波中點(diǎn)為對(duì)稱，使計(jì)算大為簡(jiǎn)化角波中點(diǎn)為對(duì)稱，使計(jì)算大為簡(jiǎn)化 在三角波的負(fù)峰時(shí)刻在三角波的負(fù)峰時(shí)刻t對(duì)正弦信號(hào)波采樣得點(diǎn)，過(guò)對(duì)正弦信號(hào)波采樣得點(diǎn)，過(guò) 作水平直線和三角波分別交于作水平直線和三角波分別交于A、B點(diǎn)，在點(diǎn)，在A點(diǎn)時(shí)刻點(diǎn)時(shí)刻 tA和和B點(diǎn)時(shí)刻點(diǎn)時(shí)刻 tB控制開(kāi)關(guān)器件的通斷控制開(kāi)關(guān)器件的通斷 脈沖寬度脈沖寬度d 和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近。和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片

56、返回目錄返回目錄 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法原理原理正弦調(diào)制信號(hào)波正弦調(diào)制信號(hào)波 式中，式中，M 稱為調(diào)制度，稱為調(diào)制度，0 a 1；w w1為參考為參考波角頻率。從圖中可得波角頻率。從圖中可得 2/22/sin1cE1TtMwtMu1rsinw 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 因此可得因此可得 三角波一周期內(nèi)，脈沖兩邊間隙寬度三角波一周期內(nèi)，脈沖兩邊間隙寬度)sin1 (421E1cctMTTw)sin1 (2 E1ctMTw 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返

57、回目錄 根據(jù)上述采樣原理和計(jì)算公式，可以用根據(jù)上述采樣原理和計(jì)算公式，可以用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制產(chǎn)生SPWM波形，具體波形，具體實(shí)現(xiàn)方法有：實(shí)現(xiàn)方法有：w 查表法查表法可以先離線計(jì)算出相應(yīng)的脈可以先離線計(jì)算出相應(yīng)的脈寬寬d 等數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中，然后在調(diào)速等數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中，然后在調(diào)速系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制過(guò)程中通過(guò)查表和加、減系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制過(guò)程中通過(guò)查表和加、減運(yùn)算求出各相脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間。運(yùn)算求出各相脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 w 實(shí)時(shí)計(jì)算法實(shí)時(shí)計(jì)算法事先在內(nèi)存中存放正弦函事先在內(nèi)存中存放正

58、弦函數(shù)和數(shù)和Tc /2值，控制時(shí)先查出正弦值，與調(diào)值，控制時(shí)先查出正弦值，與調(diào)速系統(tǒng)所需的調(diào)制度速系統(tǒng)所需的調(diào)制度M作乘法運(yùn)算，再根作乘法運(yùn)算，再根據(jù)給定的載波頻率查出相應(yīng)的據(jù)給定的載波頻率查出相應(yīng)的Tc /2值，由值，由計(jì)算公式計(jì)算脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間。計(jì)算公式計(jì)算脈寬時(shí)間和間隙時(shí)間。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 由于由于PWM變壓變頻器的應(yīng)用非常廣泛，變壓變頻器的應(yīng)用非常廣泛，已制成多種專用集成電路芯片作為已制成多種專用集成電路芯片作為SPWM信號(hào)的發(fā)生器，后來(lái)更進(jìn)一步把它做在微信號(hào)的發(fā)生器，后來(lái)更進(jìn)一步把它做在微

59、機(jī)芯片里面，生產(chǎn)出多種帶機(jī)芯片里面，生產(chǎn)出多種帶PWM信號(hào)輸出信號(hào)輸出口的電機(jī)控制用的口的電機(jī)控制用的8位、位、16位微機(jī)芯片和位微機(jī)芯片和DSP。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 w (4) 指定諧波消除法指定諧波消除法 以消去某些指定次數(shù)諧波以消去某些指定次數(shù)諧波(主要的低次諧主要的低次諧波波)為目的，通過(guò)計(jì)算來(lái)確定各脈沖的開(kāi)為目的，通過(guò)計(jì)算來(lái)確定各脈沖的開(kāi)關(guān)時(shí)刻，這種方法稱為低次諧波消去法。關(guān)時(shí)刻，這種方法稱為低次諧波消去法。在該法中，已經(jīng)不用三角載波和正弦參考在該法中，已經(jīng)不用三角載波和正弦參考波的比較，但其目的

60、仍是使輸出波形盡可波的比較，但其目的仍是使輸出波形盡可能接近正弦波，因此，也算是能接近正弦波，因此，也算是SPWM波生波生成的一種方法。成的一種方法。 第第 5 章章 返回第一張返回第一張 上一張幻燈片上一張幻燈片下一張幻燈片下一張幻燈片 返回目錄返回目錄 w 例如，消去例如，消去SPWM波中的波中的5次、次、7次諧波次諧波(三相電三相電動(dòng)機(jī)無(wú)中線時(shí)，動(dòng)機(jī)無(wú)中線時(shí)，3次和次和3的倍數(shù)次諧波無(wú)通路，的倍數(shù)次諧波無(wú)通路，可忽略可忽略)。將某一脈沖列展成富氏級(jí)數(shù)，然后令。將某一脈沖列展成富氏級(jí)數(shù)，然后令其其5次、次、7次分量為零，基波分量為所要求值，次分量為零，基波分量為所要求值，這樣可獲得一組聯(lián)立