交流控制技術(shù)第一章

1、交流控制技術(shù)第一章第1頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日第一章 變頻調(diào)速基本原理 1.1 變頻調(diào)速原則及其機械特性 1.2 電壓型變頻器工作原理 1.3 逆變器換流方式 1.4 變頻器的變壓方式第2頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.1 變頻調(diào)速原則及其機械特性 根據(jù)控制方式，變頻調(diào)速原則有：恒磁通變頻調(diào)速：const恒功率變頻調(diào)速： Pconst第3頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日一、恒磁通變頻調(diào)速1、 保持恒磁通的原因1.1 變頻調(diào)速原則及其機械特性 只改變頻率f 1合理嗎？ 異步電動機電勢方程忽略電阻壓降結(jié)論：在電壓一定時頻

2、率的變化對磁通是有影響的根據(jù)磁化曲線，電機設(shè)計的工作點為C點。頻率下降會引起磁通的增加，造成磁路過飽和，勵磁電流增加很快，鐵損增大，電機過熱，使電機負載能力下降、效率降低第4頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.1 變頻調(diào)速原則及其機械特性 使電機負載能力下降、效率降低保持恒磁通的原因頻率增加將導(dǎo)致磁通下降為維持恒定轉(zhuǎn)矩I2 有過流的危險。造成磁路過飽和根據(jù)磁化曲線工作點為C點勵磁電流增加很快，鐵損增大，電機過熱，轉(zhuǎn)矩減小頻率下降會引起磁通的增加結(jié)論：不論f上升還是下降均應(yīng)保持m常數(shù)。變頻調(diào)速的原則之一第5頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日2、 低速的電

3、壓補償1.1 變頻調(diào)速原則及其機械特性 恒磁通變頻調(diào)速電機的機械特性參數(shù)表達式當(dāng)頻率較高時當(dāng)頻率較低時可以忽略xk，最大轉(zhuǎn)矩減小可以忽略r1，最大轉(zhuǎn)矩為常數(shù)第6頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.1 變頻調(diào)速原則及其機械特性 低速的電壓補償在實際用應(yīng)用中，由于電機的感應(yīng)電勢E1難以測量和控制，采用近似恒磁通原則，即在低頻時，定子電阻r1上壓降對最大轉(zhuǎn)矩有較大影響。為保持理想的恒磁通在低頻時，U1和E1差值較大在實際控制回路中加入一個函數(shù)發(fā)生器，以補償?shù)皖l段定子電阻引起的壓降。藍色無補償有補償f1U1補償后的機械特性第7頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日

4、一、恒功率變頻調(diào)速1、 保持恒功率的原因1.1 變頻調(diào)速原則及其機械特性 電壓不變屬恒功率變頻調(diào)速當(dāng)頻率f高于50Hz時，如果還按壓頻比等于常數(shù)的原則，電壓就要高于額定電壓，這顯然是不允許的。應(yīng)換另一種調(diào)速原則。第8頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日2、 恒功率調(diào)速原則1.1 變頻調(diào)速原則及其機械特性 恒功率調(diào)速恒功率變頻調(diào)速原則恒功率變頻調(diào)速適用于負載隨轉(zhuǎn)速升高而減輕的情況，如車床刀具等。通常為擴大調(diào)速范圍，在基頻以上采用恒功率調(diào)速；在基頻以下采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。第9頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.2 電壓型變頻器工作原理一、系統(tǒng)構(gòu)成整流器中間電路逆

5、變器控制電路M整流器逆變器中間電路1.整流器連接交流電源，輸出直流電壓。2.中間電路一個大的電抗器Ld能產(chǎn)生直流電流，則中間電路相當(dāng)于一個電流源（電流型變頻器；一個大的電容Cd，緩沖負載無功功率的儲能元件，能產(chǎn)生直流電壓，則中間電路相當(dāng)于一個電壓源(電壓型變頻器)；通過嶄波器可調(diào)節(jié)直流電壓。3.逆變器變頻器核心，作為異步電動機的變頻電源，將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷骸?.控制電路控制所有開關(guān)元件動作第10頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日第11頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.2 電壓型變頻器工作原理一、逆變器的工作方式1、180 導(dǎo)電型在一個正弦波周期

6、內(nèi)，每個開關(guān)導(dǎo)通時間為180 電角度；每個橋臂上下開關(guān)管互補導(dǎo)通；電機運轉(zhuǎn)時每60 控制電路發(fā)出一個觸發(fā)信號，依次送給VT1VT6號晶閘管。 區(qū)間1 區(qū)間2 區(qū)間3 區(qū)間4 區(qū)間5 區(qū)間6導(dǎo)通規(guī)則第12頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.2 電壓型變頻器工作原理等值電路 區(qū)間1 區(qū)間2 區(qū)間3 區(qū)間4 區(qū)間5 區(qū)間6導(dǎo)通： 561 612 123 234 345 456180 導(dǎo)電型相電壓及線電壓波形2/3ud1/3udud第13頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.2 電壓型變頻器工作原理180 導(dǎo)電型相電壓及線電壓波形第14頁，共29頁，2022年

7、，5月20日，9點0分，星期日1.2 電壓型變頻器工作原理波形分析180 導(dǎo)電型uduAo2/3ud1/3ud相電壓有效值線電壓有效值諧波分析波形不含有3的n次倍數(shù)的諧波諧波分析第15頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.2 電壓型變頻器工作原理180 導(dǎo)電型特點：每只開關(guān)元件的導(dǎo)通時間是180電角度；在任意時刻有三只管子同時導(dǎo)通；開關(guān)順序：561612123234345456；同一橋臂一個管子截止，另一個管子導(dǎo)通，如VT1截止VT4導(dǎo)通；控制電路發(fā)出一個觸發(fā)信號，依次送給VT1VT6號晶閘管。對于晶閘管這樣的半控器件，如何保證同一橋臂一個管子截止，而另一個管子導(dǎo)通？ 將某

8、只導(dǎo)通的晶閘管中的電流轉(zhuǎn)移到另一只中去，后者導(dǎo)通時前者必須可靠關(guān)斷(換流過程)需要研究換流方式要求第16頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.2 電壓型變頻器工作原理2、120 導(dǎo)電型每只開關(guān)元件的導(dǎo)通時間是120電角度；在任意時刻有二只管子同時導(dǎo)通；每60 控制電路發(fā)出一個觸發(fā)信號，依次送給VT1VT6號晶閘管。導(dǎo)通規(guī)則逆變器的工作方式區(qū)間1 區(qū)間2 區(qū)間3 區(qū)間4 區(qū)間5 區(qū)間6第17頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.2 電壓型變頻器工作原理等值電路 區(qū)間1 區(qū)間2 區(qū)間3 區(qū)間4 區(qū)間5 區(qū)間6導(dǎo)通： 61 12 23 34 45 56120

9、導(dǎo)電型相電壓及線電壓波形1/2ud-1/2udud第18頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.2 電壓型變頻器工作原理120 導(dǎo)電型相電壓及線電壓波形第19頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.2 電壓型變頻器工作原理波形分析180 導(dǎo)電型相電壓有效值線電壓有效值1/2udud無論是線電壓還是相電壓均低于180導(dǎo)電型，很自然因為導(dǎo)通時間短。第20頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.2 電壓型變頻器工作原理180 導(dǎo)電型特點：每只開關(guān)元件的導(dǎo)通時間是120電角度；在任意時刻有二只管子同時導(dǎo)通；開關(guān)順序：611223344556；同一橋

10、臂的兩只管子之間隔了60電角度才導(dǎo)通，所以換流比較安全；VT1截止VT3導(dǎo)通，而兩個管子處在相鄰橋臂，換流在相鄰橋臂進行（與180不同） ；控制電路發(fā)出一個觸發(fā)信號，依次送給VT1VT6號晶閘管。對于晶閘管這樣的半控器件，如何保證換流？ 需要研究換流方式第21頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.2 電壓型變頻器工作原理寫報告一：120導(dǎo)電型控制方法要求： 分析120 導(dǎo)電型原理； 描述其工作過程； 寫出開關(guān)管導(dǎo)通順序和120 導(dǎo)電型特點； 畫出120各導(dǎo)通區(qū)間等值電路 畫出120 導(dǎo)電型波形； 寫出相電壓有效值和線電壓有效值計算公式作業(yè)：第22頁，共29頁，2022年，5

11、月20日，9點0分，星期日1.3 逆變器換流方式一、電網(wǎng)電壓換流特點：利用電網(wǎng)電壓自動過零并變負的性能來換流；適用于整流器和交交變頻器。自然換流在這一區(qū)間內(nèi)電壓uBuAVT3承受的是正向電壓，給一個觸發(fā)信號VT3，VT1承受的是反向電壓就會關(guān)斷。不必另加換流電路。第23頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.3 逆變器換流方式二、負載反電勢換流特點：利用負載的反電勢來換流；適用于對同步電動機供電。自然換流換流前電流路徑存在換流超前角存在反電勢換流后電流路徑第24頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日1.3 逆變器換流方式三、強迫換流特點：利用專門的換流電路使晶

12、閘管關(guān)斷；主要針對使用半控器件的交直交變頻器適用于對三相異步電動機供電。第25頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日一、自耦變壓器1.4 變頻器的變壓方式原理：頻率發(fā)生器輸出頻率給定信號送到逆變器控制電路，逆變器輸出為恒壓變頻電源；通過自耦變壓器來調(diào)壓達到變壓變頻；變壓控制是通過f/U變換器得到對應(yīng)于f的U值，與反饋電壓比較得到差值信號，經(jīng)伺服放大機構(gòu)去滑動電刷在自耦變壓器上的抽頭。優(yōu)點：系統(tǒng)簡單，U/f誤差小，啟動沖擊電流小。缺點：體積大，伺服動態(tài)響應(yīng)差。 第26頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日二、相位控制變壓1.4 變頻器的變壓方式第27頁，共29頁，2022年，5月20日，9點0分，星期日三、斬波器調(diào)壓1.4 變頻器的變壓方式 脈沖頻率調(diào)制PFM：導(dǎo)通時間一定，改變開關(guān)的通、斷頻率或周期來調(diào)壓； 脈沖寬度調(diào)制PWM：開關(guān)頻率或周期一定，改變導(dǎo)通時間來調(diào)輸出電壓平均值V+-