變頻器基礎(chǔ)培訓(xùn)

變頻器基礎(chǔ)黃金亮2005－5－25電機(jī)分類直流電機(jī) 串勵(lì)磁直流電機(jī)、他勵(lì)磁直流電機(jī)交流電機(jī)同步電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、 直流無(wú)刷電機(jī) 永磁同步電機(jī)異步電機(jī)：鼠籠轉(zhuǎn)子電機(jī)、繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)

異步電機(jī)電機(jī)分類電機(jī)運(yùn)行特性電機(jī)特性電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)調(diào)速方法電機(jī)原理三相電機(jī)繞組產(chǎn)生空間差120度的磁勢(shì) Fa(@)=NiaCOS@ Fb(@)=NibCOS(@-120) Fc(@)=NicCOS(@120) 注：@是定子繞組相對(duì)于坐標(biāo)的位置角當(dāng)用相差120度的正弦電流激勵(lì)三相繞組時(shí),三相繞組各自的磁勢(shì)是脈動(dòng)的三相脈動(dòng)的磁勢(shì)的總的磁勢(shì)是旋轉(zhuǎn)的. F(@,t)=Fa(@)+Fb(@)+Fc(@) =3/2*N*Im*COS(We*t-@)

A`AFaBC`CB`iaFbFc籠型異步電機(jī)的工頻啟動(dòng)特性

電機(jī)特性中小型電機(jī)的空載電流為額定電流的50％；輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載有關(guān)，負(fù)載扭矩增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)差率增大，電流增大，輸出轉(zhuǎn)矩增大；反之亦然；直接啟動(dòng)電流：600％～700％最大扭矩：tm=200%~300%啟動(dòng)扭矩：ts=150%~250%額定負(fù)載的轉(zhuǎn)差率：S=3%~5%異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速N=60*F*(1-S)/PN:電機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，單位RPM；F:電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源頻率；S:電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)差率，由負(fù)載確定;P:定子極對(duì)數(shù)P=T*NP:電機(jī)輸出功率T:電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩N:電機(jī)角速度電機(jī)調(diào)速方式改變極對(duì)數(shù)：變極電機(jī)改變轉(zhuǎn)差率：繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)改變頻率：變頻器改變輸出功率：調(diào)壓調(diào)速器變頻器結(jié)構(gòu)變頻器由整流電路、逆變電路、控制電路、輔助電源和結(jié)構(gòu)件組成控制系統(tǒng)整流器整流器將輸入到變頻器的交流電變?yōu)橹绷麟?；整流器有：不可控整流器和可控整流器不可控整流器：輸出與交流電成比例的直流電壓。三相全橋整流器輸出電壓V=0.955*Vl_lmax可控整流器：相控調(diào)壓型整流器與PWM整流器二極管三相全橋整流器二極管整流器特性輸出電壓跟隨輸入交流電變化雙向的傳導(dǎo)輻射整流電流斷續(xù),諧波為5、7、11次干擾功率因數(shù)較低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，通用型變頻器普遍采用容易引入干擾相控整流橋可控硅為整流功率元件可以調(diào)節(jié)輸出電壓容易引入外部干擾采用較少逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電通過控制逆變器，變頻器調(diào)節(jié)輸出電壓的頻率，PWM逆變器還可以改變輸出電壓的幅值逆變器的工作方式有120度方式、180度方式和PWM調(diào)制方式PWM逆變器目前變頻器普遍采用PWM逆變器工作方式有：SPWM和SVPWM方式SPWM：正弦脈沖寬度調(diào)制，電壓利用率低SVPWM：正弦空間脈沖寬度調(diào)制,電壓利用率高電壓源型PWM逆變器（VSI）通用變頻器普遍采用VSIVSI的輸出組合VSI的組合決定了逆變器的輸出狀態(tài)VSI的調(diào)制原理將以上的8種組合進(jìn)行3／2變換后，等效到(d,q)坐標(biāo)系或(@,B)坐標(biāo)系中，得到VSI調(diào)制的八個(gè)空間矢量SVPWM調(diào)制SVPWM調(diào)制的基本思想就是在任一開關(guān)周期中采用相鄰兩個(gè)空間矢量的組合，保證磁通矢量變化與實(shí)際參考電壓矢量作用等效T1=M*SIN(@)*TT2=M*SIN(60-@)*M

T1T2@SVPWM逆變器的輸出波形相電流波形含有三次波形線電流波形由于三次諧波在每相的相位相同,所以線電流沒有三次諧波變頻器的控制系統(tǒng)變頻器的控制芯片的發(fā)展 專用調(diào)制芯片： 模擬正弦調(diào)制芯片：HEF4752等數(shù)字PWM芯片：SLE4520專用電機(jī)控制單片機(jī)：80C196MC、80C196MH、M7700系列… 其他公司如日立、摩托羅拉、NEC、億恒等公司都有類似芯片。摩托羅拉還將波形校正專利集成到他的芯片中。 DSP：以TI、AD的DSP芯片為代表，TI的240系列以及目前的28X系列在通用產(chǎn)品，如變頻器、UPS中采用較多，AD的芯片在專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中采用較多 單片機(jī)＋DSP，典型的如MICROCHIP的DSPIC30系列。兼有單片機(jī)和DSP的優(yōu)點(diǎn)變頻器控制系統(tǒng)方案單片機(jī)+專用芯片:早期4752和4520應(yīng)用較多,后來(lái)（2000年）甚至出現(xiàn)了注入三次諧波的專用芯片,但市場(chǎng)應(yīng)用不多。電機(jī)專用控制芯片：如臺(tái)達(dá)先后采用了80C196MH和M7704，艾默生采用了24X系列，森藍(lán)采用了80C196MH和24X，惠豐采用M37906的F1000和F1500系列產(chǎn)品等，這些產(chǎn)品采用單顆控制芯片，完成逆變器和用戶接口的管理。為了提高處理速度，廠家跟隨控制芯片技術(shù)的發(fā)展不斷采用高速芯片，艾默生在3000系列產(chǎn)品中開始應(yīng)用28X，惠豐在新的產(chǎn)品中采用了DSPIC30F4011兩芯片方案，國(guó)外采用較多，如CT的產(chǎn)品采用了AD的專用電機(jī)控制芯片控制逆變器，采用了一個(gè)通用芯片進(jìn)行系統(tǒng)管理，兩顆芯片通過串行總線傳遞數(shù)據(jù)。在富士和安川的高性能產(chǎn)品中，采用通用DSP進(jìn)行管理，采用專用的FPGA進(jìn)行逆變器管理變頻器控制系統(tǒng)方案最近出現(xiàn)了新的控制方案選擇,如IR的IMOTION方案,類似的還有北京的一些IC公司推出的集成方案.這些方案均配備嵌入式管理系統(tǒng),通過監(jiān)控界面進(jìn)行簡(jiǎn)單的配置和編程,以滿足個(gè)性化需求.如采用速度傳感器,可以達(dá)到伺服的控制性能。但該方案成本較高，同時(shí)能夠形成的產(chǎn)品系列有限。變頻器的控制方式

標(biāo)量控制 控制變頻器的輸出電壓和頻率矢量控制控制變頻器的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩標(biāo)量控制標(biāo)量控制是控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的簡(jiǎn)單技術(shù)標(biāo)量控制使用電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型，所以沒有瞬態(tài)控制功能；在不同速度下，基本維持氣隙磁通不變系統(tǒng)沒有電流環(huán)標(biāo)量控制又稱V/F控制V/F控制不調(diào)節(jié)電機(jī)的磁通和電流。速度調(diào)節(jié)較慢，機(jī)械特性差V/F控制感應(yīng)電機(jī)簡(jiǎn)化模型Am是氣隙磁通可見，要維持電機(jī)氣隙磁通恒定，就要維持V/F的比率恒定，稱為恒壓頻比控制V/F控制的標(biāo)量曲線由于低頻下定子的阻抗不能忽略，在低頻下要進(jìn)行轉(zhuǎn)矩(電壓)提升感應(yīng)電機(jī)矢量控制采用磁場(chǎng)定向控制策略，實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁通能夠獨(dú)立控制,實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的控制特性磁場(chǎng)定向：直接磁場(chǎng)定向 轉(zhuǎn)子磁通的角度直接測(cè)量或從磁通預(yù)估器獲得；間接磁場(chǎng)定向轉(zhuǎn)子磁通角度從轉(zhuǎn)速或滑差預(yù)估器中間接獲得直流電機(jī)模型直流電機(jī)模型由于定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組是正交的，磁場(chǎng)是由定子繞組建立的RotorStatorTe=Ktlf

ialf=Kf

if交流電機(jī)模型經(jīng)過PARK變換后，交流電機(jī)可以映射到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q坐標(biāo)系中。在矢量控制中，將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q的d軸與轉(zhuǎn)子磁通矢量對(duì)齊，可以實(shí)現(xiàn)lqr=0，實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的解耦矢量控制StatorStatorTe=Kt(ldr

iqs-lqr

ids)ldr=Kf

ids矢量控制中的坐標(biāo)系

a-axisb-axisc-axisb-axisa-axisqelarlbrlrqlr=tan-1(lbr/lar)q-axisd-axisweidsiqsis矢量控制框圖

wr*vas*vbs*Inv.ParkSpaceVectorGen.PWMDriverTaTbTcPWM1PWM2PWM3PWM4PWM5PWM6VSIACIiasVdcibsIleg2_BusDriverADCIN1ADCIN2ADCIN3wribsParkClarkeiasPhaseVoltageCal.TaTbTcvasvbsFluxEst.iasibsqlrlarlbrvqs*vds*PIids*iqs*PIPIidsiqsqlrvds*id