交流控制技术-第一章.

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1、交流电机控制技术 第一章第一章 变频调速基本原理变频调速基本原理 第一章 变频调速基本原理 1.1 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 1.2 电压型变频器工作原理电压型变频器工作原理 1.3 1.3 逆变器换流方式逆变器换流方式 1.4 1.4 变频器的变压方式变频器的变压方式 1.1 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： 恒磁通变频调速：const 恒功率变频调速： Pconst 一、恒磁通变频调速 1、 保持恒磁通的原因 1.1 变频调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 忽略电阻压降 结论：在电压一定时频率

2、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 1.1 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 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 ，铁损增大，电机 过热， 转矩减小 频率下降会引起磁通 的增加 结论：不论f上升还是下降均 应保持m常数。 变频调速的原则之一 2、 低速的电压补偿 1.1 变频调速原则及其机械特性 恒磁通变频调速 电机的机械特性参

3、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 1.1 变频调速原则及其机械特性 低速的电压补偿 在实际用应用中，由于电机的感应电势E1难以 测量和控制，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 偿低频段定子电阻引起的压降。 蓝色无补偿 有补偿 f1 U1 补偿后的机械特性 为常数时的 变频调速机械 特性 恒磁通变频调速恒磁通变频调速 一、恒功率变频调速 1、 保持恒功率的原因 1.1 变频调速原则及其机械特性 电压不变

4、 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。 2、 恒功率调速原则 1.1 变频调速原则及其机械特性 恒功率调速 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。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。 恒功率变频调速恒功率变频调速 在基频以上变频调速时，若要保持 恒定，则 =常数 ，定子电压需要高于额定值，这是不允许的。因此，基频 以上变频调速时，应使 保持额定值不变。这样，随着 升高，气隙磁通将减小，相当于弱磁调速方法。 不同频率下

5、各机 械特性曲线的稳 定运行区段近似 平行 变频控制时的电动机运行状态变频控制时的电动机运行状态 图所示为变频器控制电机时在 整个调速范围的一族机械特性 曲线。 Z 在额定转速以下采用恒转矩 变频调速，而在额定转速以上 采用恒功率变频调速，因此调 速范围明显扩大。 Z 异步电动机变频调速可以实 现四四象限运行。如果按照一定 规律控制，异步电动机的起动 、制动、反转和调速过程时间 都可以缩至很短，因此在变频 调速时，异步电动机可具有良 好的动态特性。 异步电动电动 机变频调变频调 速时时 的机械特性 变频时的起动状态变频时的起动状态 当频率由f1f2f3时， 电动机 将沿着图示虚线 由点123加

6、速，转速 由n1n2n3，达到新 的稳定运行点。为了缩短 加速时间，应当使电动机 在加速过程中始终保持有 最大转矩，即应当使电机 沿着最大转矩的包络线进 行加速。 异步电动机变频调速的加速过程 变频时的再生发电制动状态变频时的再生发电制动状态 f 在变频调速系统中，电动机转速的 下降是通过降低频率来实现的。 f 当异步电动机在某一频率下运转时 ，如果将频率迅速降低，使转差率变 负，则可以使电动机处于再生发电制 动状态，此时电动机运行于第二象限 ，如图所示。 P 此时，电能通过逆变器回馈到变频 器直流侧。在减速过程中若始终保持 频率比电动机转速下降得快，那么电 动机就一直维持在再生发电制动状态

7、。 异步电动机再生发电制动状态的机械特性 1.2 电压型变频器工作原理 一、系统构成 整流器中间电路 逆变器 控制电路 M 整流器逆变器中间电路 1.整流器 连接交流电源，输出直流电压。 2.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.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.控制电路 控制所有开关元件动作 三相180导电型六拍变频器一般为电压型变频器。 整流器为可

8、控整流器，如图所示。 图中，电容C很大，起滤波作 用。直流侧电压为一恒定值， 相当于电压源。在三相逆变器 中，电动机正转时功率管的导 通顺序是VT1、VT22、VT3、 VT4、VT5、VT6，各功率管驱 动信号间相隔60电角度。180 导电型的特点是每只功率管的 导通时间为180，在任意瞬间 有三个功率管同时导通（每条 桥臂上有一只功率管导通）， 它们的换流是在同一条桥臂内 进行，即在VT1-VT4，VT3- VT6，VT5-VT2之间进行相互 换流。 三相180导电型变频器主电路图 1.2 电压型变频器工作原理 据脉冲信号波形不同，三相桥式逆变电路的开关元件的导通时 间不同，根据元件导通时

9、间分为180 、 120 、 150 导电型 1、180 导电型 1.2 电压型变频器工作原理 VT1VT2VT3VT4VT5VT6 区间1 区间2 区间3 区间4 区间5 区间6 180 导电型 导通： 561 612 123 234 345 456 设负载为星形连接，逆变器的换流是瞬间完成的，若以电 动 机定子绕组中性点O点电位为参考点，在不同导通区间的相电 压可通过图中的等值电路求得， 三相180导电型变频器供电的等值电路 1.2 电压型变频器工作原理 180 导电型 等值电路 n561 n612 n123 n 234 n345 456 1.2 电压型变频器工作原理 180 导电型 相电

10、压UAO, UBO及线电压UAB波形 2/3Ud 1/3Ud Ud n561 n区间1 区间1 区间2 区间3 区间4 区间5 区间6 导通： 561 612 123 234 345 456 nUAO nUBO nUAB 1.2 电压型变频器工作原理 180 导电型 nUAO nUBO nUAB nUCO nUBC nUCA 1.2 电压型变频器工作原理 波形分析 180 导电型 ud uAo 2/3ud 1/3ud 相电压有效值 线电压有效值 谐波分析 波形不含有3的n次倍数的谐波 谐波分析 nUAO nUAB 1.2 电压型变频器工作原理 180 导电型 特点： 每只开关元件的导通时间是1

11、80电角度； 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(换流过程) 需要研究换流方式 要求 n每只开关元件的导通时间是120 电角度； n在任意时刻有二只管子同时导 通； n每60 控制电路发出一个触发信 号，依次送给VT1VT6号晶闸 管。 1.2 电压型变频器工作原理 导通规

12、则 2、120 导电型 逆变器的工作方式 三相120导电型变频器主电路图 1.2 电压型变频器工作原理 120 导电型 区间1 区间2 区间3 区间4 区间5 区间6 导通： 61 12 23 34 45 56 VT1VT2VT3VT4VT5VT6 设负载为星形连接，120导电型三相逆变器供电时各区间的等值电 路如图所示 ： 三相120导电型逆变器供电的等值电路 1.2 电压型变频器工作原理 120 导电型 1.2 电压型变频器工作原理 区间1 区间2 区间3 区间4 区间5 区间6 导通： 61 12 23 34 45 56 120 导电型 1/2Ud -1/2Ud Ud nUAO nUBO

13、 nUAB n61 1.2 电压型变频器工作原理 120 导电型 相电压UAO, UBO及线电压UAB波形 nUAO nUBO nUCO nUAB nUBC nUCA 1.2 电压型变频器工作原理 波形分析 120 导电型 相电压有效值 线电压有效值 1/2ud ud 无论是线电压还是相电压均低于180导电型，很自然因为导通时间短。 1.2 电压型变频器工作原理 180 导电型 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截止VT3导通，而两个管子处在

14、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 1.2 电压型变频器工作原理 写报告一：120导电型控制方法 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：

15、 1.3 逆变器换流方式 一、电网电压换流 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 vB vA VT3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。 1.3 逆变器换流方式 二、负载反电势换流 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 vAB = eA-eB 0 存在反电势 换流后电流路径 1.3 逆变器换流方式 三、强迫换流 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。 一、自耦变压器 1.4 变频器的变压方式 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