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1、第一节 1. 本组逆变阶段 2.它组整流阶段 3.它组逆变阶段 第二节 1. 异步电动机的调速 2. 同步电动机的调速 第三节 1.异步电动机的稳态等效电路 2.异步电动机的机械特性,第四章,图4-16 逻辑控制切换程序的流程图,1. 本组逆变阶段,图4-17 =配合控制有环流可逆直流 调速系统正向制动过渡过程波形,2.它组整流阶段,当主电路电流Id下降过零时，本组逆变终止，第阶段结束，自然环流系统立即转到反组VR工作，开始通过反组制动。从这时起，直到制动过程结束，统称“它组制动阶段”。它组制动阶段又分第和第两部分(见图4-17)。,3.它组逆变阶段,1)一般性能调速和节能调速。 2)高性能的
2、交流调速系统和伺服系统。 3)特大容量、极高转速的交流调速。,3.它组逆变阶段,图4-18 弱磁与调压配合控制特性,3.它组逆变阶段,图4-19 带有励磁电流闭环的弱磁与调压的配合控制直流调速系统 AFR励磁电流调节器 UPEF励磁电力电子变换器 TAF励磁电流互感器,3.它组逆变阶段,图4-20 进入弱磁过程的直流电动机的动态结构图,1. 异步电动机的调速,(1)转差功率消耗型调速系统 (2)转差功率馈送型调速系统 (3)转差功率不变型调速系统,2. 同步电动机的调速,同步电动机没有转差，也就没有转差功率，所以同步电动机调速系统只能是转差功率不变型(恒等于0)的，而同步电动机转子极对数又是固
3、定的，因此只能靠变压变频调速，没有像异步电动机那样的多种调速方法。在同步电动机的变压变频调速系统中，从频率控制的方式来看，可分为他控变频调速和自控变频调速两类。后者利用转子磁极位置的检测信号来控制变压变频装置换相，类似于直流电动机中电刷和换向器的作用，因此有时又称做无换向器电动机调速或无刷直流电动机调速。,1.异步电动机的稳态等效电路,图5-1 异步电动机T形等效电路 、R定子每相绕组电阻和折合到定子侧的转子每相绕组电阻 、L定子每相绕组漏感和折合到定子侧的转子每相绕组漏感 定子每相绕组产生气隙主磁通的等效电感，即励磁电感 定子相电压相量 定子相电压相量幅值 供电电源角频率,=2 、定子相电流
4、相量和折合到定子侧的转子相电流相量，箭头为规定正方向 、I定子相电流相量幅值和折合到定子侧的转子相电流相 量幅值 s转差率,1.异步电动机的稳态等效电路,图5-2 异步电动机简化等效电路,2.异步电动机的机械特性,图5-3 异步电动机的机械特性,1.异步电动机的调速方法,所谓调速，就是人为地改变机械特性的参数，使电动机的稳定工作点偏离固有特性，工作在人为机械特性上，以达到调速的目的。,2.异步电动机的气隙磁通,图5-4 晶闸管交流调压器调速 a)不可逆电路 b)可逆电路 TVC双向晶闸管交流调压器,2.异步电动机的气隙磁通,图5-5 异步电动机调压调速 的机械特性,2.异步电动机的气隙磁通,图
5、5-6 高转子电阻电动机降压调速 的机械特性,2.异步电动机的气隙磁通,图5-7 带转速负反馈闭环控制的 交流调压调速系统,2.异步电动机的气隙磁通,图5-8 转速闭环控制的交流调压调速 系统静特性 、开环机械特性 、闭环静特性,1.软起动器,现代带电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并保持恒值，直到转速升高后电流自动衰减下来，起动时间也短于传统的降压起动方法。主电路采用晶闸管交流调压器，用连续地改变其输出电压来保证恒流起动，达到稳定运行后，可用接触器将晶闸管旁路，以免晶闸管不必要地长期工作,2.轻载降压节能运行,当电动机在额定工况运行时，由于输出功率大，总损耗只占很小的成分，所以效率N
6、较高，一般可达75%95%，最大效率发生在(0.71.1)P2N的范围内。电动机容量越大时， N越高。,1.基频以下调速,当异步电动机在基频(额定频率)以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费；如果磁通过大，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。,2.基频以上调速,图5-9 恒压频比控制特性 a无补偿 b带定子电压补偿,2.基频以上调速,图5-10 异步电动机变压变频调速 的控制特性,2.基频以上调速,图5-11 异步电动机变压变频调速机械特性,2.基频以上调速,图5-12 异步电动机等效电路和感应电动势,1.恒定子磁通ms控制,机械特
7、性如图5-13中c线所示，与恒定子磁通 ms控制方式相比较，恒气隙磁通 m控制方式的临界转差率和临界转矩更大，机械特性更硬。,2.恒气隙磁通m控制,图5-13 异步电动机在不同控制方式下 的机械特性 a恒/控制 b恒定子磁通控制 c 恒气隙磁通控制 d恒转子磁通控制,3.恒转子磁通mr控制,如图5-13所示。,4.小结,图5-14 变频器结构示意图 a)交-直-交变频器 b)交-交变频器,4.小结,图5-15 交-直-交PWM变频器主回路结构图,4.小结,图5-16 直流母线方式的变频器 主回路结构图,4.小结,图5-17 三相PWM逆变器双极性SPWM波形 a)三相正弦调制波与双极性三角载波
8、 b)相电压 c)相电压 d)相电压 e)输出线电压 f)电动机相电压,4.小结,图5-18 变压变频器输出的相电压PWM波形,4.小结,图5-19 电流滞环跟踪控制的A相原理图,4.小结,图5-20 电流滞环跟踪控制时的三相电流波形与相电压PWM波形,1.空间矢量的定义,图5-21 电压空间矢量,2.电压与磁链空间矢量的关系,2.电压与磁链空间矢量的关系,图5-22 旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹,2.电压与磁链空间矢量的关系,图5-23 电压矢量圆轨迹,3. PWM逆变器基本输出电压矢量,表5-1 基本空间电压矢量,3. PWM逆变器基本输出电压矢量,图5-24 基本电压空间矢量图,4.
9、正六边形空间旋转磁场,图5-25 定子磁链矢量增量 (k)与电压矢量(k) 和时间增量t的关系,4.正六边形空间旋转磁场,图5-26 正六边形定子磁链轨迹,5.期望电压空间矢量的合成,图5-27 电压空间矢量的六个扇区,5.期望电压空间矢量的合成,图5-28 期望输出电压矢量的合成,6. SVPWM的实现方法,(1)零矢量集中的实现方法 (2) 零矢量分散的实现方法,(1)零矢量集中的实现方法,图5-29 零矢量集中的SVPWM实现,(2) 零矢量分散的实现方法,图5-30 零矢量分布的SVPWM实现,(2) 零矢量分散的实现方法,图5-31 N=4时期望的定子磁链矢量轨迹,7. SVPWM控
10、制的定子磁链,us(0)=u6+u1=Ud+Ud(5-91),图5-32 定子磁链矢量的运动的7步轨迹,7. SVPWM控制的定子磁链,图5-33 N=4时实际的定子磁链矢量轨迹,7. SVPWM控制的定子磁链,图5-34 定子磁链矢量轨迹,7. SVPWM控制的定子磁链,1.转矩脉动,图5-35 单相等效电路,2.电压变化率,采用PWM方式供电时，线电压的跳变幅值为Ud，几乎在瞬间完成，因此，如此大的电压变化率将在电动机绕组的匝间和轴间产生较大的漏电流，不利于电动机的正常运行。采用多重化技术，可有效降低电压变化率，但变频器主回路和控制将复杂得多，一般用于中、高压交流电动机的调速。 过大的电压
11、变化率将产生很大的电磁辐射，对其他仪器设备造成电磁干扰。,3.能量回馈与泵升电压,1)在直流侧并入一个制动电阻，当泵升电压达到一定值时，开通与制动电阻相串联的功率器件，通过制动电阻释放电能，以降低泵升电压，如图5-36所示。 2)在直流侧并入一组晶闸管有源逆变器(见图5-37)或采用PWM可控整流(见图)，当泵升电压升高时，将能量回馈至电网，以限制泵升电压。,图5-36 带制动电阻的交-直-交变频器主回路,交-直-交变频器主回路,图5-37 直流侧并晶闸管有源逆变器的交-直-交 变频器主回路,交-直-交变频器主回路,4.对电网的污染,图5-40 转速开环变压变频调速系统,4.对电网的污染,图5
12、-41 数字控制通用变频器-异步电动机调速系统硬件结构图,1.主回路与驱动电路,为了避免大电容在合上电源开关K1后通电的瞬间产生过大的充电电流，在整流器和滤波电容间的直流回路上串入限流电阻R0(或电抗)，刚通上电源时，由R0限制充电电流，延时后经开关K2将R0短路，以免长期接入R0时影响变频器的正常工作，并产生附加损耗。 驱动电路的作用是将微机控制电路产生的PWM信号经功率放大后，控制电力电子器件的开通或关断，起到弱电控制强电的作用。,2.信号采集与故障综合电路,电压、电流、温度等检测信号经信号处理电路进行分压、光电隔离、滤波、放大等综合处理，再进入A/D转换器，输入给CPU作为控制算法的依据
13、，并同时用作显示和故障保护。,3.微机数字控制电路,现代PWM变频器的控制电路大都是以微处理器为核心的数字电路，其功能主要是接受各种设定信息和指令，再根据它们的要求形成驱动逆变器工作的PWM信号。微机芯片主要采用8位或16位的单片机，或用32位的DSP，现在已有应用RISC的产品出现。PWM信号可以由微机本身的软件产生，由PWM端口输出，也可采用专用的PWM生成电路芯片。,4.控制软件,控制软件是系统的核心，除了PWM生成、给定积分和压频控制等主要功能软件外，还包括信号采集、故障综合及分析、键盘及给定电位器输入、显示和通信等辅助功能软件。 现代通用变频器功能强大，可设定或修改的参数达数百个,有多组压频比曲线可供选择，除了常用的带低频补偿的恒压频比控制外，还有带S型或二次型曲线的，或具有多段加、减速功能，每段的上升或下降斜率均可分别设定，还具有摆频、频率跟踪及逻辑控制和PI控制等功能，以满足不同用户的需求。,
