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1、交流变频调速技术,北京交通大学海滨学院机电系 李 鉴,第3章 变频调速原理,3-1变频调速的基本原理,一.变频调速系统的控制方式,1.在基频以下调速,两个依据：由转速公式的n0 = 60f/2p 可知，调f(频率）可以调速；由实现直流调速的机械特性要求平行的直线，即转差率S恒定且很小；结论：变频调速是理想的交流调速方式。,如何保持电磁转矩？（硬特性要求）：由旋转磁场在定子绕组产生的电动势 ： E1 = 4.44KN1f1N1m 可知， E1和两个变量f1、 m 有关。要保持m 不变，即E1/f1（压频比）= 常量,改变f有两种结果：若ffN 则m Tem;若ffN 则m 磁路饱和，If 励磁绕
2、组过热；因此m = N （额定磁通）,以上这种控制属于硬特性的恒转矩控制。,而E1怎么能控制呢？由基尔霍夫电压定律可知：U1E1+U(忽略损耗时）,UI1XL = I12f1L 对 U1E1+U两边同除f1 得：,U/f1E1/ f1+ I12L 因为U1/f1与E1/f1仅差一个常量，所以控制U1/f1即可控制了E1/f1,n0,nk,TS,T,K,K,N0,S,n,T,0,nk1,TS1,变频调速（类似直流）的机械特性,唯一与直流电机区别的是，转子功率产生于定子旋转磁场的感生，（直流机是外供电源给电枢）因此低转速段频率下降太多使转矩下降快，“低转软特性”由于U/f1不能保证 E1/f1=常
3、量，采取“低频补偿”即随U/f1 控制U1/f1也增加，特性如图红粗体。,2.在基频以上调速,如果要把f1调到基频以上，显然不能保持E1/f1=常量了，因为U1不可能大于额定电压。其结果U1= UN, m 出现新的U0,弱磁升速的恒功率控制，特性要软了。,n,2-n0,1-n0,n0,0,Tem, n,直流电动机弱磁升速的机械特性,二.PWM控制技术 1.交-直-交逆变原理,怎样得到三相电压和频率可调的交流电？这里只讲交-直-交 整流-逆变 目前普遍应用PWM间接变频电路，先以单相电路分析：,z1,u,w,T1,T3,T4,T6,v,T5,T2,Ed,+,逆变,整流,A,B,C,单相逆变器电路
4、（O为理论中心点）,三相交-直-交逆变器电路,D1,D3,D5,D4,D6,D2,T1、T4 导通,T2、T3 导通,T1、T4 导通,2,t,t,t,t,z2,z3,+Ed,Ed,0,再看三相，每一时刻一对逆变开关管导通，只要3个逆变输出差T/6, 形成新频率下三相交流电。,三相逆变交流波形（彼此相差T/6),2.用PWM脉冲调制近似模拟正弦波,变频方波交流电应该恢复成正弦交流电！（对电机和电网来说畸变的波形是不利的）实际上在一个方波内可以充分利用逆变管的开关频率，调制成不同脉宽（占空比）的脉冲波，脉冲间隔有规律的循环控制，使“积分”面积近似成正弦波，开关频率越高，脉冲波次数越密，输出波形越
5、接近正弦波。,ud,t,0,ud,如何实现个导电器件按正弦规律的快速开关？SPWM型脉冲调制是在开关元件的控制端加上两种信号三角波和正弦波，如图，我们成为三角波载波正弦波，当正弦波值大于三角波时，控制开关元件导通，输出矩形脉冲，反之三角波值高于正弦波时，控制开关元件截止，改变正弦调制波的幅值，可以控制改变输出电压脉冲的宽窄，从而改变输出电压的平均值的大小，而改变正弦调制波的频率，可以改变输出电压的频率。,3.用SPWM载波调制实现控制,t,0,t,倒向后,ug,平均电压,图示只是单相载波调制原理，对三项逆变应有对应于三对逆变开关元件应有互差120相位的三相三角波、正弦波发生器，也应有倒向器，采
6、用双极性调制时无须在每半周加一倒向信号了。,按照PWM型脉冲调制方式可分类两种（以载波控制的三角波和正弦波的频率之比是否常量来分） （1）N=f/fs= 常数 同步调制方式，即：半周内的脉冲数不变，若取N=3的倍数，正负半周的波形对称，能严格按120的对称关系，但是当输出频率较低时，相邻脉冲间的间距增大，波形畸变严重，会出现脉冲转矩和电机噪声，这是同步的主要缺点。,（2）异步式调制 即 N常数 三角波频率一定，改变正弦波的频率，这是调制后逆变器输出的矩形脉冲的正负半波和相位就不保持完全对称，虽然使低频时，脉冲数增加，但是三相不对称会使电动机工作不平稳。,（3）分段调制 在不同的频率段，采用不同的载波比。从复现正弦波的 角度，载波频比越大越好，但是受到制约：N功率开关器件允许的最大开关频率/频段内最高的正弦参考信号频率,3-2 通用变频器简介,
