6-直-交流傳動控制系統(tǒng)課件

第6章直/交流傳動控制系統(tǒng)機(jī)電傳動控制第6章直/交流傳動控制系統(tǒng)機(jī)電傳動控制第6章直/交流傳動控制系統(tǒng)6.1電力電子器件6.2整流與逆變控制

6.3斬波與PMW控制6.4直/交流調(diào)速系統(tǒng)第6章直/交流傳動控制系統(tǒng)6.1電力電子器件電力電子器件整流交流→直流電壓逆變直流→交流電壓斬波固定→可調(diào)直流電壓交流調(diào)壓固定→可調(diào)交流電壓功率二極管晶閘管絕緣柵雙極晶體管門極可關(guān)斷晶閘管電力電子器件整流功率二極管功率二極管不可控開關(guān)器件加正向電壓導(dǎo)通加反向電壓截止功率二極管不可控開關(guān)器件晶閘管四層半導(dǎo)體材料疊成陽極陰極控制極晶閘管四層半導(dǎo)體材料疊成晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理晶閘管特性屬于半控器件導(dǎo)通可控，關(guān)斷不可控陽極A承受反壓時，不論控制極G是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不導(dǎo)通陽極A承受正壓時，僅在控制極G有觸發(fā)電流時晶閘管才導(dǎo)通晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極G就失去控制作用要使晶閘管關(guān)斷，需斷開陽極A或加反向電壓并使陽極電流小于維持導(dǎo)通電流（接近0）晶閘管特性屬于半控器件晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性晶閘管性能參數(shù)UDRM和URRM控制極斷路時允許重復(fù)加在晶閘管上的正向峰值電壓和反向峰值電壓額定電壓UDRM和URRM中的較小值的2~3倍額定電流ITIe為實際通過晶閘管的電流有效值晶閘管性能參數(shù)UDRM和URRM額定電流IT全控器件絕緣柵雙極晶體管IGBTG、C、E是柵極、集電極和發(fā)射極門極可關(guān)斷晶閘管GTOA、K、G是陽極、陰極和門極全控器件絕緣柵雙極晶體管門極可關(guān)斷晶閘管電力電子器件電力電子器件第6章直/交流傳動控制系統(tǒng)6.1電力電子器件6.2整流與逆變控制6.2.1整流電路6.2.2逆變電路

6.3斬波與PMW控制6.4直/交流調(diào)速系統(tǒng)第6章直/交流傳動控制系統(tǒng)6.1電力電子器件整流電路不控整流電路交流電壓→大小不變的直流電壓半控和全控整流電路交流電壓→大小可調(diào)的直流電壓電力電子電路分析器件關(guān)斷時，流過器件的電流為0器件導(dǎo)通時，器件兩端電壓為0整流電路不控整流電路電力電子電路分析單相半波可控整流-電阻性負(fù)載觸發(fā)角/控制角

晶閘管承受正壓到觸發(fā)脈沖到來間的電角度導(dǎo)電角

晶閘管1個周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度單相半波可控整流-電阻性負(fù)載單相半波可控整流-電阻性負(fù)載輸出電壓平均值輸出電流平均值晶閘管承受的最大正向與反向電壓為單相半波可控整流-電阻性負(fù)載輸出電壓平均值單相半波可控整流-阻感性負(fù)載輸出電壓平均值單相半波可控整流-阻感性負(fù)載單相半波可控整流-阻感性負(fù)載輸出電壓平均值流過晶閘管和續(xù)流二極管的電流平均值晶閘管承受的最大正向與反向電壓為單相半波可控整流-阻感性負(fù)載課堂練習(xí)6.1某單相半波可控整流電路負(fù)載為純電阻，交流電源電壓U2=220V，輸出的直流平均電壓Ud=50V，輸出電流平均值Id=20A，試求:(1)晶閘管的控制角

(約90);(2)晶閘管的額定電流和額定電壓(42~56,622~933)作業(yè)教材第298頁習(xí)題10.20課堂練習(xí)6.1作業(yè)單相橋式整流電路單相橋式整流電路單相橋式半控整流-電阻性負(fù)載輸出電壓平均值晶閘管承受的最大正向與反向電壓為單相橋式半控整流-電阻性負(fù)載單相橋式半控整流-阻感性負(fù)載流過每個晶閘管和續(xù)流二極管電流的平均值單相橋式半控整流-阻感性負(fù)載單相橋式半控整流-反電動勢負(fù)載單相橋式半控整流-反電動勢負(fù)載課堂練習(xí)6.2單相橋式半控整流電路帶電感性負(fù)載(

L>>R)并有續(xù)流二極管,負(fù)載電阻RL=5Ω,交流電源電壓U2=220V,晶閘管的控制角

=60o,試求:(1)輸出的直流平均電壓(148.5);(2)晶閘管的額定電流(16.5~22)和額定電壓(622~933)課堂練習(xí)6.2課堂練習(xí)6.3（作業(yè)）某單相橋式半控整流電路帶阻感性負(fù)載，電源電壓U2=220V，電抗器L足夠大,負(fù)載電流50A,

=π/2,試求：(1)晶閘管的平均電流(12.5);(2)續(xù)流二極管的平均電流(25);(3)晶閘管的額定電流(23.4~31.8)和額定電壓(622~933)課堂練習(xí)6.3（作業(yè)）單相橋式全控整流-電阻性負(fù)載輸出電壓平均值每個晶閘管電流平均值晶閘管承受最大正壓晶閘管承受最大反壓單相橋式全控整流-電阻性負(fù)載單相橋式全控整流-阻感性負(fù)載輸出電壓平均值每個晶閘管電流平均值晶閘管承受的最大正壓和反壓均為單相橋式全控整流-阻感性負(fù)載三相半波可控整流-電阻性負(fù)載1、2、3為自然換相點觸發(fā)順序VT1-VT2-VT3觸發(fā)脈沖相位差120o控制角從自然換相點算每個晶閘管導(dǎo)通120o三相半波可控整流-電阻性負(fù)載1、2、3為自然換相點三相半波可控整流-電阻性負(fù)載

=0，

t=

/6輸出電壓平均值每支晶閘管電流平均值晶閘管承受最大正壓晶閘管承受最大反壓三相半波可控整流-電阻性負(fù)載三相半波可控整流-電阻性負(fù)載

=

/6，

t=

/3輸出電壓平均值三相半波可控整流-電阻性負(fù)載三相半波可控整流-電阻性負(fù)載

=

/3，

t=

/2輸出電壓平均值三相半波可控整流-電阻性負(fù)載三相半波可控整流-阻感性負(fù)載輸出電壓平均值晶閘管承受的最大正、反壓均為VS1VS2VS3三相半波可控整流-阻感性負(fù)載VS1VS2VS3三相半波可控整流-阻感性負(fù)載三相半波可控整流-阻感性負(fù)載三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流-阻感性負(fù)載

=0三相橋式全控整流-阻感性負(fù)載=0第6章直/交流傳動控制系統(tǒng)6.1電力電子器件6.2整流與逆變控制6.2.1整流電路6.2.2逆變電路6.3斬波與PMW控制6.4直/交流調(diào)速系統(tǒng)第6章直/交流傳動控制系統(tǒng)6.1電力電子器件逆變電路有源逆變逆變器的交流側(cè)接到交流電源上，把直流電逆變?yōu)橥l率的交流電無源逆變逆變器的交流側(cè)接到負(fù)載，把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可變頻率的交流電供給負(fù)載變流器可同時實現(xiàn)整流和逆變功能的晶閘管電路逆變電路有源逆變變流器有源逆變a)兩電動勢同極性EG>EMb)兩電動勢同極性EG<EMc)兩電動勢反極性，順向串聯(lián)形成短路有源逆變a)兩電動勢同極性c)兩電動勢反極性，順向串聯(lián)形有源逆變的條件用單相橋式全控電路代替發(fā)電機(jī)G條件1有直流電動勢源EM，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致且EM>Ud條件2晶閘管

>

/2使Ud為負(fù)有源逆變的條件用單相橋式全控電路代替發(fā)電機(jī)G條件1無源逆變以相等的時間間隔交替地閉合和斷開S1、S4和S2、S3，則在負(fù)載上獲得交流電交流電頻率取決于兩組開關(guān)在每秒內(nèi)閉合和斷開的次數(shù)無源逆變以相等的時間間隔交替地閉合和斷開S1、S4和S2、換相電流在不同支路的轉(zhuǎn)移過程換相方式器件換相電網(wǎng)換相負(fù)載換相強(qiáng)迫換相換相電流在不同支路的轉(zhuǎn)移過程換相方式三相電壓型逆變電路直流側(cè)為電壓源V1~V6為IGBTVD1~VD6為二極管三相電壓型逆變電路直流側(cè)為電壓源三相電流型逆變電路直流側(cè)為電流源VT1~VT6為晶閘管三相電流型逆變電路直流側(cè)為電流源第6章直/交流傳動控制系統(tǒng)6.1電力電子器件6.2整流與逆變控制6.3斬波與PMW控制6.4直/交流調(diào)速系統(tǒng)第6章直/交流傳動控制系統(tǒng)6.1電力電子器件降壓斬波電路V為IGBTton為V導(dǎo)通時間toff為V關(guān)斷時間T為V開關(guān)周期γ為導(dǎo)通占空比降壓斬波電路V為IGBT升壓斬波電路ton為V導(dǎo)通時間toff為V關(guān)斷時間T為V開關(guān)周期γ為導(dǎo)通占空比升壓斬波電路PWM控制脈沖寬度調(diào)制pulsewidthmodulation保持開關(guān)器件T不變，改變ton調(diào)控輸出電壓等幅PWM控制直流斬波控制不等幅PWM控制SPWM逆變控制PWM控制脈沖寬度調(diào)制等幅PWM控制SPWM控制SinusoidalPWM脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，可等效輸出正弦波沖量等效原理沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在慣性環(huán)節(jié)上的效果基本相同SPWM控制SinusoidalPWM沖量等效原理SPWM控制SPWM控制SPWM控制用一系列等幅不等寬的脈沖來代替正弦正半波Ouωt>Ouωt>Ouωt>SPWM控制用一系列等幅不等寬的脈沖來代替正弦正半波OuωtSPWM控制OUd-UdOUd-UdSPWM控制OUd-UdOUd-UdSPWM的調(diào)制控制期望正弦波ur和高頻雙極性三角波ucSPWM的調(diào)制控制期望正弦波ur和高頻雙極性三角波uc第6章直/交流傳動控制系統(tǒng)6.1電力電子器件6.2整流與逆變控制6.3斬波與PMW控制6.4直/交流調(diào)速系統(tǒng)6.4.1直流調(diào)速系統(tǒng)6.4.2交流調(diào)速系統(tǒng)第6章直/交流傳動控制系統(tǒng)6.1電力電子器件直流電機(jī)調(diào)速原理調(diào)壓調(diào)速改變電樞電壓Ua調(diào)磁通調(diào)速改變勵磁電阻Rf調(diào)電阻調(diào)速改變電樞回路電阻Ra直流電機(jī)調(diào)速原理調(diào)壓調(diào)速直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有靜差調(diào)速系統(tǒng)無靜差調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可逆調(diào)速系統(tǒng)PWM直流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)壓調(diào)速控制電壓Ug→晶閘管控制角→整流電路輸出電壓UD→電機(jī)調(diào)壓調(diào)速開環(huán)系統(tǒng)只能調(diào)速，不能穩(wěn)速開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)壓調(diào)速轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)比例放大器觸發(fā)電路整流電路測速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換元件給定電位器轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)比例放大器觸發(fā)電路整流電路測速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換元電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速過程與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋完全相同，只是反饋信號和檢測元件不同電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速過程與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋完全相同，只是反饋信號無靜差調(diào)速系統(tǒng)采用比例積分放大器無靜差調(diào)速系統(tǒng)采用比例積分放大器轉(zhuǎn)速/電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST用于轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制電流調(diào)節(jié)器LT用于電流負(fù)反饋控制轉(zhuǎn)速/電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST用于轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制電流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)PWM直流調(diào)速系統(tǒng)PWM直流調(diào)速系統(tǒng)直流斬波器VT1~VT4均為IGBT直流斬波器VT1~VT4均為IGBT直流斬波器T為輸出矩形波周期t1為正向脈沖寬度導(dǎo)通占空比直流斬波器第6章直/交流傳動控制系統(tǒng)6.1電力電子器件6.2整流與逆變控制6.3斬波與PMW控制6.4直/交流調(diào)速系統(tǒng)6.4.1直流調(diào)速系統(tǒng)6.4.2交流調(diào)速系統(tǒng)第6章直/交流傳動控制系統(tǒng)6.1電力電子器件交流電機(jī)調(diào)速原理磁極對數(shù)調(diào)速定子電源頻率調(diào)速變壓變頻調(diào)速恒壓弱磁調(diào)速轉(zhuǎn)差率調(diào)速調(diào)壓調(diào)速定子電源電壓或定子串電阻調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速采用串級調(diào)速交流電機(jī)調(diào)速原理磁極對數(shù)調(diào)速交流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)變頻調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)晶閘管交流調(diào)壓電路單相三相晶閘管交流調(diào)壓電路單相三相轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制串級調(diào)速原理未串附加電勢時串入與E2同頻反相的附加電勢Ead后電機(jī)降速運(yùn)行串級調(diào)速原理未串附加電勢時晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)變頻調(diào)速系統(tǒng)交-直-交變頻調(diào)速交-交變頻調(diào)速矢量變換控制調(diào)速無刷直流電機(jī)調(diào)速變頻調(diào)速系統(tǒng)交-直-交變頻調(diào)速交-交變頻單相交-交變頻器按正弦規(guī)律調(diào)制

交-交變頻單相交-交變頻器矢量變換控制根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場等效原則，通過坐標(biāo)變換把交流電機(jī)定子電流分解為磁場分量和轉(zhuǎn)矩分量矢量變換控制根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場等效原則，通過坐標(biāo)變換把交流電機(jī)定子矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)矢量控制變頻調(diào)速系