電機控制-2 -變頻器簡介

2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道1§2—5變頻器簡介電氣與信息工程學院:黃守道2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道2一、交—直—交變頻器l、

3種結(jié)構(gòu)

圖c的功率因數(shù)高，輸出諧波小。2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道3

2

逆變器的換流及電源特性

晶閘管無自關(guān)斷能力，存在換流問題，過激同步電動機可以直接利用電機反電勢換，異步電機和欠勵同步電動機需采用電容儲能的強迫換流。直流環(huán)節(jié)用電容濾波的變頻器為電壓源，直流環(huán)節(jié)為電感濾波的變頻器為電流源型。

逆變器如何工作參考《電力電子技術(shù)》基礎(chǔ)。2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道4（1）換流條件實現(xiàn)換流的條件是整流觸發(fā)角小于180度或逆變觸發(fā)角大于0，即負載電流的相位必須超前于電網(wǎng)電壓，如圖所示。2-352023/1/12電氣與信息工程學院黃守道5（2）濾波環(huán)節(jié)對電源特性的影響（1）濾波元件為電容，則在動態(tài)過程中等效電源內(nèi)阻很小，輸出電壓比較穩(wěn)定，逆變器具有電壓源的性質(zhì)，稱電壓源型逆變器；（2）濾波環(huán)節(jié)采用大電感，則在動態(tài)過程中等效電源內(nèi)阻很大，輸出電流比較穩(wěn)定。逆變器具有電流源性質(zhì)，稱電流源逆變器。2-362023/1/12電氣與信息工程學院黃守道63、三相橋式逆變器及其電壓波形2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道7電壓源型電流源型逆變器性能比較，見表2-2

2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道8二、交—交變頻器

利用交流電網(wǎng)實現(xiàn)電源換流，結(jié)構(gòu)簡單；最高輸出頻率限制為電網(wǎng)頻率的1/3－1/2；反并聯(lián)可靠整流橋。2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道9

方波交——交變頻電路

2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道10正弦波交－交頻器控制規(guī)律2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道11

交－交變頻器與交－直－交變頻器的性能比較2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道12三、PWM控制1、PWM波形

2、SPWM逆變器原理圖2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道133、控制方式

（1）單極性控制2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道14

（2）雙極性控制2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道15

器件為:GTR(1－5KHz)、GT0(1－2KH)、

MOSFET(40KHz)、IGBT(20KHz)

不用晶閘管(300－500KHz)指定諧波消除法控制如：電機Y接法時，消除5,7次諧波，方法如下：

周期內(nèi)開3個開關(guān)角：2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道162023/1/12電氣與信息工程學院黃守道17由傅立葉分解，可得如下方程組：求解上述方程組，即可獲得消除5，7次諧波所必需滿足的開關(guān)角α1，α2，α3

2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道18

電流跟蹤控制

通過對電流的閉環(huán)控制，強迫電機電流的頻率，幅值按給定值變化，提高電壓源變頻器的電流響應速度，使之具有較好的動態(tài)性能。2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道19磁鏈跟蹤控制（電壓空間矢量控制）

基本思想：從電機的角度出發(fā)，著眼于如何控制逆變器功率開關(guān)，以改變電機的端電壓，使電機內(nèi)部形成的磁鏈軌跡去跟蹤由理想三相平衡正旋波電壓供電時所形成的基準磁鏈圓。由于磁鏈的軌跡是靠電壓空間矢量相加獲得，所以這種PWM調(diào)制方式又稱為電壓空間矢量控制。2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道20空間電壓矢量概念：

當三相平衡正旋電壓施加在三相繞組上時，可將三個相的電壓空間矢量相加，形成一個合成電壓空間矢量這是一個旋轉(zhuǎn)空間矢量：幅值為恒定，以角頻率恒速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向遵循供電電壓相序，即哪相電壓瞬時值最大時即轉(zhuǎn)至該相軸線。2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道21開關(guān)狀態(tài)與空間矢量

可以用一組“1”，“0”的邏輯量來標出不同的合成空間矢量，規(guī)定逆變器上橋?qū)ㄊ侨　?”，下橋?qū)〞r取“0”。那么逆變器共有8種開關(guān)狀態(tài)并形成相應的8種電壓矢量，如圖2——62（a）所示：2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道22其中，前6種為有效空間矢量，其幅值相等，僅相位不同；而后2種為無效空間矢量，均相當于三相繞組接至同一極性直流母線，其幅值為零，也無相位。6階梯波逆變器工作時所形成的空間矢量如圖2—62（b）所示。它是一個封閉的正六邊形。由于無效電壓空間矢量幅值為零，成為零矢量，并認為它位于坐標原點處。2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道23定子磁鏈空間矢量在每種電壓矢量作用下經(jīng)歷π/3電角度所對應的時間ΔT，則形成了六個磁鏈空間矢量增量：以及相應的零矢量如圖2—62（c）所示由圖可見，在六階梯波逆變器供電方式下電機中產(chǎn)生的是步進磁場而非圓形旋轉(zhuǎn)磁場。2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道246階波供電時合成的空間矢量（基本空間矢量）2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道25磁鏈跟蹤式PWM調(diào)制簡介要想獲得一個近似圓形的旋轉(zhuǎn)磁場必須使用更多的開關(guān)模式，形成更多的電壓及磁鏈空間矢量，為此必須對逆變器工作方式進行改造。采用細分矢量作用時間和組合新矢量的方法，可形成盡可能逼近圓形的多邊形磁鏈軌跡，這樣在一個輸出周期內(nèi)逆變器的開關(guān)切換次數(shù)顯然要超過6次，逆變器輸出波形不再是六階梯波，而是等幅不等寬的脈沖列，這就形成了磁鏈跟蹤控制的PWM調(diào)制方式。2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道26四、諧振軟性開關(guān)技術(shù)

硬性開關(guān)的缺點是開關(guān)器件的損耗隨頻率的增加而增大，散熱困難，高頻化、小型化困難。諧振軟性開關(guān)是在零電壓、零電流時關(guān)斷。稱為雙零諧振開關(guān)，是近年來交流及交流調(diào)速傳動領(lǐng)域最新的發(fā)展技術(shù)。2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道27圖a零電流ZCS

圖b零電壓ZVS2023/1/12電氣與信息工程學院黃守道28