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1、交流控制技术第一章第1页，本讲稿共29页第一章第一章 变频调速基本原理变频调速基本原理 1.1 变频调速原则及其机械特性变频调速原则及其机械特性 1.2 电压型变频器工作原理电压型变频器工作原理 1.3 逆变器换流方式逆变器换流方式 1.4 变频器的变压方式变频器的变压方式第2页，本讲稿共29页1.1 变频调速原则及其机械特性变频调速原则及其机械特性 根据控制方式，变频调速原则有：根据控制方式，变频调速原则有：恒磁通变频调速：const恒功率变频调速：Pconst第3页，本讲稿共29页一、恒磁通变频调速一、恒磁通变频调速1、保持恒磁通的原因保持恒磁通的原因1.1 变频调速原则及其机械特性变频调
2、速原则及其机械特性 只改变频率f 1合理吗？异步电动机电势方程异步电动机电势方程忽略电阻压降结论：在电压一定时频率的变化对磁通是有影响的结论：在电压一定时频率的变化对磁通是有影响的根据磁化曲线，电机设计的工作点为C点。频率下降会引起磁通的增加，造成磁路过饱和，励磁电流增加很快，铁损增大，电机过热，使电机负载能力下降、效率降低第4页，本讲稿共29页1.1 变频调速原则及其机械特性变频调速原则及其机械特性 使电机负载能力下降、效率降低保持恒磁通的原因保持恒磁通的原因频率增加将导致磁通下降频率增加将导致磁通下降为维持恒定转矩I2 有过流的危险。造成磁路过饱和根据磁化曲线工作点为C点励磁电流增加很快，
3、铁损增大，电机过热，转矩减小频率下降会引起磁通的增频率下降会引起磁通的增加加结论：不论结论：不论f上升还是下降均应上升还是下降均应保持保持m常数。常数。变频调速的原则之一变频调速的原则之一第5页，本讲稿共29页2、低速的电压补偿低速的电压补偿1.1 变频调速原则及其机械特性变频调速原则及其机械特性 恒磁通变频调速恒磁通变频调速电机的机械特性参数表达式当频率较高时当频率较低时可以忽略xk，最大转矩减小可以忽略r1，最大转矩为常数第6页，本讲稿共29页1.1 变频调速原则及其机械特性变频调速原则及其机械特性 低速的电压补偿低速的电压补偿在实际用应用中，由于电机的感应电势在实际用应用中，由于电机的感
4、应电势E1难以测量和控难以测量和控制，采用近似恒磁通原则，即制，采用近似恒磁通原则，即在低频时，定子电阻r1上压降对最大转矩有较大影响。为保持理想的恒磁通在低频时，U1和E1差值较大在实际控制回路中加入一个函数发生器，以补偿低频段定在实际控制回路中加入一个函数发生器，以补偿低频段定子电阻引起的压降。子电阻引起的压降。蓝色无补偿有补偿f1U1补偿后的机械特性第7页，本讲稿共29页一、恒功率变频调速一、恒功率变频调速1、保持恒功率的原因保持恒功率的原因1.1 变频调速原则及其机械特性变频调速原则及其机械特性 电压不变属恒功率变频调速属恒功率变频调速当频率f高于50Hz时，如果还按压频比等于常数的原
5、则，电压就要高于额定电压，这显然是不允许的。应换另一种调速原则。第8页，本讲稿共29页2、恒功率调速原则恒功率调速原则1.1 变频调速原则及其机械特性变频调速原则及其机械特性 恒功率调速恒功率调速恒功率变频调速原则恒功率变频调速原则恒功率变频调速适用于负载随转速升高而减轻的情况，如车床刀具等。恒功率变频调速适用于负载随转速升高而减轻的情况，如车床刀具等。通常为扩大调速范通常为扩大调速范围，在基频以上采用恒功率调速；在基频以下采用恒转矩调速。围，在基频以上采用恒功率调速；在基频以下采用恒转矩调速。第9页，本讲稿共29页1.2 电压型变频器工作原理电压型变频器工作原理一、系统构成一、系统构成整流器
6、中间电路逆变器控制电路M整流器整流器逆变器逆变器中间电路中间电路1.1.整流器整流器连接交流电源，输出直流电压。2.2.中间电路中间电路一个大的电抗器Ld能产生直流电流，则中间电路相当于一个电流源（电流型变频器；一个大的电容Cd，缓冲负载无功功率的储能元件，能产生直流电压，则中间电路相当于一个电压源(电压型变频器)；通过崭波器可调节直流电压。3.3.逆变器逆变器变频器核心，作为异步电动机的变频电源，将直流电压逆变为交流电压。4.4.控制电路控制电路控制所有开关元件动作第10页，本讲稿共29页第11页，本讲稿共29页1.2 电压型变频器工作原理电压型变频器工作原理一、逆变器的工作方式一、逆变器的
7、工作方式1、180 导电型导电型在一个正弦波周期内，每个开关导通时间为180 电角度；每个桥臂上下开关管互补导通；电机运转时每60 控制电路发出一个触发信号，依次送给VT1VT6号晶闸管。区间区间1 1 区间区间2 区间区间3 3 区间区间4 4 区间区间5 5 区间区间6 6导通规则导通规则第12页，本讲稿共29页1.2 电压型变频器工作原理电压型变频器工作原理等值电路等值电路 区间区间1 1 区间区间2 区间区间3 3 区间区间4 4 区间区间5 5 区间区间6 6导通：导通：561 612 123 234 345 456561 612 123 234 345 456180 导电型导电型相
8、电压及线电压波形相电压及线电压波形2/3ud1/3udud第13页，本讲稿共29页1.2 电压型变频器工作原理电压型变频器工作原理180 导电型导电型相电压及线电压波形相电压及线电压波形第14页，本讲稿共29页1.2 电压型变频器工作原理电压型变频器工作原理波形分析波形分析180 导电型导电型uduAo2/3ud1/3ud相电压有效值相电压有效值线电压有效值线电压有效值谐波分析谐波分析波形不含有波形不含有3 3的的n n次倍数的谐波次倍数的谐波谐波分析谐波分析第15页，本讲稿共29页1.2 电压型变频器工作原理电压型变频器工作原理180 导电型导电型特点：特点：每只开关元件的导通时间是180电
9、角度；在任意时刻有三只管子同时导通；开关顺序：561612123234345456；同一桥臂一个管子截止，另一个管子导通，如VT1截止VT4导通；控制电路发出一个触发信号，依次送给VT1VT6号晶闸管。对于晶闸管这样的半控器件，如何保证同一桥臂一个管子截止，而另一个管子导通？将某只导通的晶闸管中的电流转移到另一只中去，后者导通时前者必须可靠关断(换流过换流过程程)需要研究换流方式要求要求第16页，本讲稿共29页1.2 电压型变频器工作原理电压型变频器工作原理2、120 导电型导电型每只开关元件的导通时间是120电角度；在任意时刻有二只管子同时导通；每60 控制电路发出一个触发信号，依次送给VT
10、1VT6号晶闸管。导通规则导通规则逆变器的工作方式逆变器的工作方式区间区间1 1 区间区间2 区间区间3 3 区间区间4 4 区间区间5 5 区间区间6 6第17页，本讲稿共29页1.2 电压型变频器工作原理电压型变频器工作原理等值电路等值电路 区间区间1 1 区间区间2 区间区间3 3 区间区间4 4 区间区间5 5 区间区间6 6导通：导通：61 12 23 34 45 5661 12 23 34 45 56120 导电型导电型相电压及线电压波形相电压及线电压波形1/2ud-1/2udud第18页，本讲稿共29页1.2 电压型变频器工作原理电压型变频器工作原理120 导电型导电型相电压及线
11、电压波形相电压及线电压波形第19页，本讲稿共29页1.2 电压型变频器工作原理电压型变频器工作原理波形分析波形分析180 导电型导电型相电压有效值相电压有效值线电压有效值线电压有效值1/2udud无论是线电压还是相电压均低于无论是线电压还是相电压均低于180180导电型，很自然因为导通时间短。导电型，很自然因为导通时间短。第20页，本讲稿共29页1.2 电压型变频器工作原理电压型变频器工作原理180 导电型导电型特点：特点：每只开关元件的导通时间是120电角度；在任意时刻有二只管子同时导通；开关顺序：611223344556；同一桥臂的两只管子之间隔了60电角度才导通，所以换流比较安全；VT1
12、截止VT3导通，而两个管子处在相邻桥臂，换流在相邻桥臂进行（与180不同）；控制电路发出一个触发信号，依次送给VT1VT6号晶闸管。对于晶闸管这样的半控器件，如何保证换流？需要研究换流方式第21页，本讲稿共29页1.2 电压型变频器工作原理电压型变频器工作原理写报告一：写报告一：120导电型控制方法导电型控制方法要求：要求：分析分析120 120 导电型原理；导电型原理；描述其工作过程；描述其工作过程；写出开关管导通顺序和写出开关管导通顺序和120 120 导电型特点；导电型特点；画出画出120120各导通区间等值电路各导通区间等值电路 画出画出120 120 导电型波形；导电型波形；写出相电
13、压有效值和线电压有效值计算公式写出相电压有效值和线电压有效值计算公式作业：作业：第22页，本讲稿共29页1.3 逆变器换流方式逆变器换流方式一、电网电压换流一、电网电压换流特点：特点：利用电网电压自动过零并变负的性能来换流；适用于整流器和交交变频器。自然换流在这一区间内电压uBuAVT3承受的是正向电压，给一个触发信号VT3，VT1承受的是反向电压就会关断。不必另加换流电路。第23页，本讲稿共29页1.3 逆变器换流方式逆变器换流方式二、负载反电势换流二、负载反电势换流特点：特点：利用负载的反电势来换流；适用于对同步电动机供电。自然换流换流前电流路径存在换流超前角存在反电势换流后电流路径第24
14、页，本讲稿共29页1.3 逆变器换流方式逆变器换流方式三、强迫换流三、强迫换流特点：特点：利用专门的换流电路使晶闸管关断；主要针对使用半控器件的交直交变频器适用于对三相异步电动机供电。第25页，本讲稿共29页一、自耦变压器一、自耦变压器1.4 变频器的变压方式变频器的变压方式原理：原理：频率发生器输出频率给定信号送到逆变器控制电路，逆变器输出为恒压变频电源；通过自耦变压器来调压达到变压变频；变压控制是通过f/U变换器得到对应于f的U值，与反馈电压比较得到差值信号，经伺服放大机构去滑动电刷在自耦变压器上的抽头。优点：系统简单，U/f误差小，启动冲击电流小。缺点：体积大，伺服动态响应差。第26页，
15、本讲稿共29页二、相位控制变压二、相位控制变压1.4 变频器的变压方式变频器的变压方式第27页，本讲稿共29页三、斩波器调压三、斩波器调压1.4 变频器的变压方式变频器的变压方式 脉冲频率调制PFM：导通时间一定，改变开关的通、断频率或周期来调压；脉冲宽度调制PWM：开关频率或周期一定，改变导通时间来调输出电压平均值V+-RLVDiouoiG中间电路采用斩波器中间电路采用斩波器第28页，本讲稿共29页四、脉宽调制（四、脉宽调制（PWM）变压）变压 1.4 变频器的变压方式变频器的变压方式 将U、f的控制和协调都放在逆变器控制电路中，整个系统只有一套控制电路。有关内容将在第五章讲述。桥式逆变结构本身是由Buck斩波电路组合形成，能不能利用桥式逆变结构的特点实现调压？第29页，本讲稿共29页