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1、主要内容：主要内容：l变频调速的一般基础变频调速的一般基础l电压型变频调速系统电压型变频调速系统l电流型变频调速系统电流型变频调速系统l转差频率控制的变频调速系统转差频率控制的变频调速系统l脉宽调制（脉宽调制（PWM）变频调速系统）变频调速系统第七章第七章 异步电动机变频调速系统异步电动机变频调速系统 1异步电动机转速的计算公式为：异步电动机转速的计算公式为：在极对数在极对数np不变的情况下，转速跟电源频率不变的情况下，转速跟电源频率f1成正比。如果连续地改成正比。如果连续地改变供电电源频率，就可以平滑地调节电动机的转速，这种调速方法称变供电电源频率，就可以平滑地调节电动机的转速，这种调速方法
2、称为为变频调速。变频调速。交流调速有很多方法，例如调压调速、转子串电阻调速、转差离合器交流调速有很多方法，例如调压调速、转子串电阻调速、转差离合器调速、变极对数调速等，这些方法技术落后、调速性能差、效率低，调速、变极对数调速等，这些方法技术落后、调速性能差、效率低，使用越来越少，取而代之的是变频调速系统。使用越来越少，取而代之的是变频调速系统。目前，变频调速系统使用较为普遍，例如工农业生产、家用电器等领目前，变频调速系统使用较为普遍，例如工农业生产、家用电器等领域，且具有节能、调速效率较高等特点。变频调速系统正向着高性能、域，且具有节能、调速效率较高等特点。变频调速系统正向着高性能、高精度、大
3、容量、微型化、数字化和智能化方向发展。高精度、大容量、微型化、数字化和智能化方向发展。2实际应用的异步电动机变压实际应用的异步电动机变压变频调速系统主要有四种控制方式：变频调速系统主要有四种控制方式：l电压电压频率协调控制方式频率协调控制方式 依据异步电动机的稳态数学模型依据异步电动机的稳态数学模型l转差频率控制方式转差频率控制方式 仅对交流电量的幅值进行控制仅对交流电量的幅值进行控制l矢量控制方式矢量控制方式 依据异步电动机的动态数学模型依据异步电动机的动态数学模型l直接转矩控制方式直接转矩控制方式 控制交流电量的幅值、相位控制交流电量的幅值、相位思路：掌握思路：掌握控制规律（方法）、系统的
4、基本组成、控制规律（方法）、系统的基本组成、机械特性、系统分析。机械特性、系统分析。属于属于标量标量控制方式控制方式属于属于矢量矢量控制方式控制方式37.1 变频调速的一般基础变频调速的一般基础一、变频调速的控制方式一、变频调速的控制方式 实现异步电动机变频调速，要求变频与调压合理配合。实现异步电动机变频调速，要求变频与调压合理配合。l在基频（额定频率在基频（额定频率fN）以下调速时，为了防止磁路饱和，应该保持）以下调速时，为了防止磁路饱和，应该保持气隙磁通气隙磁通 不变，这一点是通过不变，这一点是通过恒压频比恒压频比控制实现的。控制实现的。l在基频以上调速时，电压的调节受到限制（不能超过额定
5、电压），在基频以上调速时，电压的调节受到限制（不能超过额定电压），于是在保持电压不变的情况下，通过调磁（减弱磁通）来配合调频于是在保持电压不变的情况下，通过调磁（减弱磁通）来配合调频率，实现变频调速。率，实现变频调速。l不难看出，实现变频调速需要完成：不难看出，实现变频调速需要完成：频率与电压的配合控制频率与电压的配合控制、以及、以及频率与磁通的配合控制。频率与磁通的配合控制。（属于恒功率调速属于恒功率调速）（ ，属于恒转矩调速），属于恒转矩调速）4二、变频器的工作原理二、变频器的工作原理在在变变频频调调速速过过程程中中，电电源源频频率率的的改改变变依依靠靠变变频频器器实实现现。变变频频器器的
6、的任任务务就就是是把把电电压压和和频频率率恒恒定定的的交交流流电电变变成成电电压压和和频频率率可可调调的的交交流流电电。以以下下以以“交交直直交交”变频器主回路为例，说明其原理（只画出一相）。变频器主回路为例，说明其原理（只画出一相）。该单相变频器由整流器、中间环节、和逆变器组成。其中：该单相变频器由整流器、中间环节、和逆变器组成。其中：l整流器的作用是把频率恒定的交流电变成直流电；整流器的作用是把频率恒定的交流电变成直流电；l中间环节起滤波作用，得到更加稳定的直流电；中间环节起滤波作用，得到更加稳定的直流电；l逆变器把直流电变成频率可调的交流电。逆变器把直流电变成频率可调的交流电。51、调频
7、的实现、调频的实现就逆变器来说，在一个周期中，上半周让就逆变器来说，在一个周期中，上半周让VT1、VT4导通，下半周让导通，下半周让VT3、VT2导通，在输出端可得到以下波形：导通，在输出端可得到以下波形：若在半个周期内，晶闸管若在半个周期内，晶闸管反复通断多次，并使输出矩形脉冲波下的面积反复通断多次，并使输出矩形脉冲波下的面积接近于对应正弦波下的面积，接近于对应正弦波下的面积，则逆变器的输出电压就接近基波电压。则逆变器的输出电压就接近基波电压。6通常，变频器为三相供电。三相桥式逆变器分为通常，变频器为三相供电。三相桥式逆变器分为1800导电型和导电型和1200导电导电型，其主要差别是控制晶闸
8、管持续导通的时间不同。三相逆变器的输型，其主要差别是控制晶闸管持续导通的时间不同。三相逆变器的输出为三相交流电，各相互差出为三相交流电，各相互差1200，周期为，周期为T。由于交流频率由于交流频率 ，控制并改变周期，控制并改变周期 T 就能改变频率就能改变频率 f ，所以可以，所以可以得到所要求的频率。在变频调速系统中，变频与变压需要配合进行，得到所要求的频率。在变频调速系统中，变频与变压需要配合进行，即在变频的同时，按比例改变电压；反之亦然。即在变频的同时，按比例改变电压；反之亦然。 2、调压的实现、调压的实现电压的调节方式多种多样、在变频器中的调压位置也各不相同。电压的调节方式多种多样、在
9、变频器中的调压位置也各不相同。相位控相位控制调压制调压斩波控斩波控制调压制调压脉宽调脉宽调制调压制调压自耦变自耦变压调压压调压7三、变频器的变压方式三、变频器的变压方式 在实现恒转矩变频调速时，变频器在变频的同时，需要按比例改变电压。在实现恒转矩变频调速时，变频器在变频的同时，需要按比例改变电压。以下介绍几种变压方法。以下介绍几种变压方法。1、自耦变压器变压、自耦变压器变压 输出电压不变、输出电压不变、 频率可调交流电频率可调交流电 按要求控制按要求控制 频率的大小频率的大小 频率变成对应的控制电压频率变成对应的控制电压 给定值与反馈值比较、给定值与反馈值比较、 差值驱动伺服电动机差值驱动伺服
10、电动机 电机带动变压器抽电机带动变压器抽 头触点滑动、调压头触点滑动、调压优点：系统简单、输入功率因数高；缺点：动态响应差、体积大。优点：系统简单、输入功率因数高；缺点：动态响应差、体积大。82、相位控制变压、相位控制变压 相位控制变压原理图如下（采用三相全控桥或半控桥整流电路）：相位控制变压原理图如下（采用三相全控桥或半控桥整流电路）：一路送逆变控制器，控制逆变器的输出频率；一路送逆变控制器，控制逆变器的输出频率；一路通过频率一路通过频率/电压变换器变换成电压，与电压反馈值比较后，电压变换器变换成电压，与电压反馈值比较后，用差值信号调节整流器的控制角，改变整流输出电压。用差值信号调节整流器的
11、控制角，改变整流输出电压。频率发生器频率发生器产生产生频率信号频率信号频率频率/ /电压电压变换器实现变换器实现优点：系统简单、电压和频率分开控制；缺点：功率因数低。优点：系统简单、电压和频率分开控制；缺点：功率因数低。 93、斩波器调压、斩波器调压 斩波器调压原理图如下：斩波器调压原理图如下： l 整流器采用三相二极管整流桥，把交流电变换成直流电；整流器采用三相二极管整流桥，把交流电变换成直流电；l 逆变器采用三相全控桥，实现变频；逆变器采用三相全控桥，实现变频；l 斩波器采用斩波器采用脉频调制脉频调制或或脉宽调制，脉宽调制，输出大小可调的直流电压。输出大小可调的直流电压。 特点：斩波器调压
12、的特点是输入功率因数高，动态响应快。特点：斩波器调压的特点是输入功率因数高，动态响应快。上述三种变压方法把电压和频率分别进行控制上述三种变压方法把电压和频率分别进行控制斩波器：调压斩波器：调压逆变器：调频逆变器：调频换流器换流器LC10l 脉频调制（脉频调制（PFM）原理）原理开关导通时间开关导通时间 一定，改变相临两次导通的时间间隔，来改变平均输一定，改变相临两次导通的时间间隔，来改变平均输出电压值。换句话说，出电压值。换句话说，脉冲宽度一定，改变周期脉冲宽度一定，改变周期T，来改变平均输出电来改变平均输出电压值。周期越小（频率越高），输出的直流平均电压越高。压值。周期越小（频率越高），输出
13、的直流平均电压越高。在整流后，获得直流电压。通过斩波器，可进行电压大小的调整。斩波在整流后，获得直流电压。通过斩波器，可进行电压大小的调整。斩波器的核心是作为开关元件的晶闸管。依据开关元件的工作方式不同，可器的核心是作为开关元件的晶闸管。依据开关元件的工作方式不同，可分为分为脉频调制脉频调制和和脉宽调制脉宽调制控制方式。（还有一种方法称为控制方式。（还有一种方法称为跨频调制跨频调制）。）。11l脉宽调制（脉宽调制（PWM）原理）原理开关周期开关周期T一定，改变导通时间一定，改变导通时间 的长短，的长短，来改变输出平均电压值。来改变输出平均电压值。显然，导通时间越长，直流平均电压越高。显然，导通
14、时间越长，直流平均电压越高。脉频调制和脉宽调制方式用来控制斩波器的开关元件，就能实现直脉频调制和脉宽调制方式用来控制斩波器的开关元件，就能实现直流电压的调节，常用于中小功率的交流电压的调节，常用于中小功率的交直直交变频器中。交变频器中。124、脉宽调制型变压、脉宽调制型变压 在脉宽调制型在脉宽调制型“交交直直交交”变频器中，整流器不可控，整流后直流电变频器中，整流器不可控，整流后直流电压恒定；逆变器可控，逆变器自身既可改变电压又可改变频率，并通过压恒定；逆变器可控，逆变器自身既可改变电压又可改变频率，并通过控制逆变器本身的开关元件，满足恒磁通调速控制逆变器本身的开关元件，满足恒磁通调速U /
15、f = C 的控制条件。例的控制条件。例如通过改变如通过改变PWM波形的波形的占空比占空比来控制逆变器输出交流电压的大小来控制逆变器输出交流电压的大小 、 而而通过改变逆变桥的通过改变逆变桥的工作周期工作周期来控制输出频率，详细内容将在后续内容中来控制输出频率，详细内容将在后续内容中讨论。讨论。脉宽调制既能改善输出波形的品质、消减高次谐波，又可提高功率因数脉宽调制既能改善输出波形的品质、消减高次谐波，又可提高功率因数值，具有节能降耗的特点，是交值，具有节能降耗的特点，是交直直交变频器的发展方向。交变频器的发展方向。与前三种方式不同，脉宽调制型变压与变频同时在逆变器中实现。与前三种方式不同，脉宽
16、调制型变压与变频同时在逆变器中实现。13四、概念解释四、概念解释1、间接变频：间接变频：先通过整流器把交流电变成直流电，再通过逆变器把直先通过整流器把交流电变成直流电，再通过逆变器把直流电转变成频率可调的交流电，这种方式称为间接变频，所用变频器称流电转变成频率可调的交流电，这种方式称为间接变频，所用变频器称为为“交交直直交交”变频器。变频器。2、直接变频：直接变频：把工频交流电（即把工频交流电（即50Hz交流电）直接变成频率可调的交交流电）直接变成频率可调的交流电，称为直接变频。所用变频器称为流电，称为直接变频。所用变频器称为“交交交交”变频器。变频器。143、电压型变频器：电压型变频器：整流
17、器和逆变器的中间环节采用电容器滤波时，整流器和逆变器的中间环节采用电容器滤波时，电源阻抗很小，类似于电压源，称为电压型变频器。电源阻抗很小，类似于电压源，称为电压型变频器。4、电流型变频器：电流型变频器：整流器和逆变器的中间环节采用电抗器滤波时，整流器和逆变器的中间环节采用电抗器滤波时，电源阻抗很大，类似于电流源，称为电流型变频器。电源阻抗很大，类似于电流源，称为电流型变频器。滤波滤波电容电容缓冲无功能量缓冲无功能量而且而且无法无法实现回馈制动实现回馈制动可以可以在在空载空载情况下运行情况下运行滤波滤波电感电感缓冲无功能量缓冲无功能量而且而且容易容易实现回馈制动实现回馈制动不能不能在在空载空载
18、情况下运行情况下运行应应用用多多应应用用少少157.2 交交直直交电压型变频调速系统交电压型变频调速系统 交交直直交电压型变频调速系统是一种转速开环的变频调速系统，结构交电压型变频调速系统是一种转速开环的变频调速系统，结构简单、但调速性能不高，常用于水泵、风机等传动系统中。简单、但调速性能不高，常用于水泵、风机等传动系统中。积积分分器器：将将阶阶跃跃给给定定信信号号变变换换为为斜斜坡坡信信号号，消消除除阶阶跃跃给给定定对对系系统统产产生生的的过过大大冲冲击击，使使电电压压、电电流流、频频率率和和转转速速稳稳步步上上升升或或下下降降。函函数数发发生生器器：为为实实现现恒恒压压频频比比控控制制方方
19、式式设设置置，如如不不同同负负载载下下压压频频的的调调整整、高高于于基基频频工工作作时时保保证证电电压压为为额额定定值值、轻轻载载工工作作时时适适当当降降低低电电压压进进行行节节能能控控制制等等。压压频频变变换换器器：把把电电压压信信号号变变成成相相应应频频率率的的脉脉冲冲信信号号，即即在在一一定定的的频频率率范范围围内内，使使输输出出脉脉冲冲信信号号的的频频率率与与输输入入电电压压成成正正比比。实实现现电电路路见见书书中中图图710。环环形形分分配配器器：将将压压频频变变换换器器输输出出的的脉脉冲冲信信号号变变换换成成周周期期性性的的循循环环脉脉冲冲信信号号，去去触触发发逆逆变变器器功功率率
20、主主回回路路的的半半导导体体器器件件。三三相相逆逆变变器器一一般般采采用用六六分分频频计计数数。脉脉冲冲输输出出：将将环环形形分分配配器器的的输输出出信信号号进进行行功功率率放放大大，确确保保可可靠靠触触发发逆逆变变器器中中的的主主功功率率元元件件。图图中中，GHF为为方方波波方方生生器器，以以配配合合脉脉冲冲输输出出电电路路正正常常工工作作。变变频频器器：包包括括三三部部分分：主主回回路路，实实现现能能量量变变换换，电电压压型型；电电压压控控制制，通通过过电电压压调调节节器器、触触发发器器，控控制制整整流流器器的的输输出出电电压压值值；频频率率控控制制，按按恒恒压压频频比比条条件件调调节节频
21、频率率。16l主回路：主回路：整流桥为三相全控桥，逆变器为整流桥为三相全控桥，逆变器为1800导电型，中间环节采用导电型，中间环节采用电容器滤波，所以为电压型变频调速系统。电容器滤波，所以为电压型变频调速系统。l电压控制回路：电压控制回路：包括积分器包括积分器G、函数发生器、函数发生器GF、电压调节器、电压调节器AVR、触、触发器发器GT1。改变转速给定值，就可以改变晶闸管的控制角，从而改变。改变转速给定值，就可以改变晶闸管的控制角，从而改变整流器输出直流电压的大小；同时，电压闭环可以保证实际电压与给整流器输出直流电压的大小；同时，电压闭环可以保证实际电压与给定电压大小一致。定电压大小一致。
22、l频率控制回路：频率控制回路：包括压频变换器包括压频变换器GVF、环形分配器、环形分配器DRC、脉冲输出、脉冲输出GT2。改变转速给定值，可改变积分器的输出值，经过压频变换器，。改变转速给定值，可改变积分器的输出值，经过压频变换器，改变频率给定值，从而控制逆变器输出频率的大小。改变频率给定值，从而控制逆变器输出频率的大小。l电压与频率的协调：电压与频率的协调：两个控制回路（电压、频率）由一个转速给定环两个控制回路（电压、频率）由一个转速给定环节控制。电压和频率的协调节控制。电压和频率的协调通过函数发生器通过函数发生器GF和和压频变换器压频变换器GVF实实现。这种协调作用保证：在工频以下，现。这
23、种协调作用保证：在工频以下，U/f=C的恒磁通调速；在工频的恒磁通调速；在工频以上，以上，U=C（UN）的恒功率调速；轻载时实现节能控制。）的恒功率调速；轻载时实现节能控制。177.3 交交直直交电流型变频调速系统交电流型变频调速系统一、交一、交直直交电流型变频调速系统是一种转速开环的变频调速系统。交电流型变频调速系统是一种转速开环的变频调速系统。结构简单、容易实现可逆运转、再生制动和能耗制动；但由于开环，调结构简单、容易实现可逆运转、再生制动和能耗制动；但由于开环，调速性能不够高，常用于离心式风机、压缩机等传动系统。速性能不够高，常用于离心式风机、压缩机等传动系统。变变频频器器：包包括括三三
24、部部分分：主主回回路路，实实现现能能量量变变换换，电电流流型型；电电压压控控制制，电电压压、电电流流双双闭闭环环，控控制制整整流流器器输输出出电电压压；频频率率控控制制，按按恒恒压压频频比比控控制制频频率率、超超前前补补偿偿.绝绝对对值值运运算算器器：本本变变频频器器能能可可逆逆运运行行，给给定定值值可可正正、可可负负。设设绝绝对对值值运运算算器器的的作作用用是是将将正正、负负极极性性的的输输入入信信号号变变成成单单一一极极性性的的信信号号，但但大大小小和和原原信信号号相相同同。 逻逻辑辑开开关关：逻逻辑辑开开关关的的作作用用是是根根据据给给定定信信号号，决决定定系系统统正正向向封封锁锁、还还
25、是是反反向向封封锁锁，从从而而实实现现异异步步电电动动机机正正转转和和反反转转控控制制 。电电流流型型逆逆变变器器易易于于实实现现可可逆逆运运行行。 频频率率瞬瞬时时校校正正器器：其其作作用用是是在在动动态态过过程程中中，当当电电压压发发生生变变化化时时，来来产产生生补补偿偿电电压压，而而在在稳稳态态时时不不起起作作用用。因因此此能能始始终终保保持持U/f=C恒恒压压频频比比的的变变频频控控制制条条件件。 18l主回路：主回路：整流桥为三相全控桥，逆变器为整流桥为三相全控桥，逆变器为1200导电型，中间环节采用导电型，中间环节采用电抗器滤波，为电流型变频调速系统。电抗器滤波，为电流型变频调速系
26、统。l电压控制回路：电压控制回路：采用电压外环、电流内环的双闭环结构。电压控制回采用电压外环、电流内环的双闭环结构。电压控制回路采用了相位控制技术。关于电压控制回路的说明：路采用了相位控制技术。关于电压控制回路的说明：n采用闭环控制电压，来保证实际电压与给定电压相一致。采用闭环控制电压，来保证实际电压与给定电压相一致。n电流调节器的给定值为电压调节器的输出值，而反馈值为电动机电流调节器的给定值为电压调节器的输出值，而反馈值为电动机电流的实际值。一方面，采用闭环控制电流，可保证实际电流与电流的实际值。一方面，采用闭环控制电流，可保证实际电流与给定电流一致，且在动态过程中，能够保证恒流加速或减速。
27、另给定电流一致，且在动态过程中，能够保证恒流加速或减速。另一方面，如果按电机最大允许电流设计电压调节器的限幅值，能一方面，如果按电机最大允许电流设计电压调节器的限幅值，能保证主回路电流不超过最大允许电流，提高了可靠性。保证主回路电流不超过最大允许电流，提高了可靠性。l频率控制回路：频率控制回路：和电压型变频器相比，电流型变频器增加了绝对值运和电压型变频器相比，电流型变频器增加了绝对值运算器算器GAB、频率瞬态校正环节、频率瞬态校正环节GFC、和逻辑开关环节、和逻辑开关环节DLS。由此实现。由此实现恒压频比控制，且具有可逆运行、电能量回馈等特性。恒压频比控制，且具有可逆运行、电能量回馈等特性。1
28、9关于频率控制回路的说明：关于频率控制回路的说明：n开环频率控制回路无自动调节功能，但设置了频率瞬态校正环节（微分开环频率控制回路无自动调节功能，但设置了频率瞬态校正环节（微分环节），提供超前补偿量，使系统在瞬态过程中仍能保持环节），提供超前补偿量，使系统在瞬态过程中仍能保持U/f=C的关系，的关系，以改善系统的性能。（例如电源电压变化）。以改善系统的性能。（例如电源电压变化）。n绝对值运算器将输入信号变换成单极性信号，以满足电压控制回路和频绝对值运算器将输入信号变换成单极性信号，以满足电压控制回路和频率控制回路对给定信号单级性的要求。是否该系统只能正转？逻辑开关率控制回路对给定信号单级性的要
29、求。是否该系统只能正转？逻辑开关DLS可根据给定信号的极性，控制环形分配器的输出，改变逆变器输出可根据给定信号的极性，控制环形分配器的输出，改变逆变器输出电流的相序，从而控制电动机正转或反转。电流的相序，从而控制电动机正转或反转。n考虑突然降低定子电流角频率给定值的情况。由于机械惯性转速不会立考虑突然降低定子电流角频率给定值的情况。由于机械惯性转速不会立即变化，旋转磁场的同步转速低于转子转速，转差率即变化，旋转磁场的同步转速低于转子转速，转差率s Uc m时出现的特殊情况：时出现的特殊情况：l正弦参考波和载波三角形失去交点，槽宽消失，使系统处于非线性正弦参考波和载波三角形失去交点，槽宽消失，使
30、系统处于非线性控制。为此，必须限制：控制。为此，必须限制：M1。（调制系数（调制系数 M = Ur m / Uc m ）l该限制条件下，在逆变器输出线电压中，该限制条件下，在逆变器输出线电压中，基波分量的最大值只有供基波分量的最大值只有供电线电压的电线电压的0.866倍，倍，降低了逆变器的实际使用容量降低了逆变器的实际使用容量。l规律：规律：“在没有零线时，在三相逆变器的输出线路上，不会出现在没有零线时，在三相逆变器的输出线路上，不会出现3的的整倍数谐波的电压和电流整倍数谐波的电压和电流” 。l在正弦参考波上叠加适当幅度和相位的在正弦参考波上叠加适当幅度和相位的3次谐波分量次谐波分量Ur3 ，
31、合成准正，合成准正弦波参考信号弦波参考信号Ur 。既能保证槽宽不会消失，扩大线性空间范围，又既能保证槽宽不会消失，扩大线性空间范围，又能进一步提高原正弦波参考信号的幅值，增加逆变器的使用容量；能进一步提高原正弦波参考信号的幅值，增加逆变器的使用容量；同时也不影响逆变器输出正弦波的特性。同时也不影响逆变器输出正弦波的特性。 34如果加入如果加入17%的的3次谐波，最大参考信号为：次谐波，最大参考信号为：可以看出，此时的逆变器输出电压的基波幅值为可以看出，此时的逆变器输出电压的基波幅值为SPWM的的1.15倍，扩大了倍，扩大了线性控制范围。线性控制范围。 载波和参考波产生调制信号，控制逆变器输出调
32、制波。参考波的波形决载波和参考波产生调制信号，控制逆变器输出调制波。参考波的波形决定逆变器的输出波形。准正弦波脉宽调制法使逆变器输出为对应准正弦定逆变器的输出波形。准正弦波脉宽调制法使逆变器输出为对应准正弦波的波形，但是，由于输出波形中不含波的波形，但是，由于输出波形中不含3 3次谐波，所以输出波为正弦波。次谐波，所以输出波为正弦波。354、单元调制、单元调制PWM法法 理论基础：三相异步电动机定子采用无中线理论基础：三相异步电动机定子采用无中线Y型接法、在型接法、在施加正弦电压施加正弦电压时，时，脉动最小。同时，在脉动最小。同时，在三相电压对称三相电压对称的情况下，输出线电压有：的情况下，输
33、出线电压有：基于上述理论，按以下思路来构造脉宽调制信号：基于上述理论，按以下思路来构造脉宽调制信号：n将各相电压在将各相电压在600区间线性化，用两等腰三角形参考波代替正弦参考波；区间线性化，用两等腰三角形参考波代替正弦参考波；在交点处发在交点处发出调制信号出调制信号36n 让逆变器输出正弦波或接近正弦波电压；且保证输出电压的对称性。让逆变器输出正弦波或接近正弦波电压；且保证输出电压的对称性。各区间线各区间线电压和电压和=0各相近似各相近似正弦电压正弦电压1、构成单元构成单元2、实现效果实现效果37l当调制系数当调制系数M=1时，逆变器输出电压最高可达到输入直流电压的时，逆变器输出电压最高可达
34、到输入直流电压的1.06倍，直流电压的利用率高、线性控制区宽，扩展了线性控制范围。倍，直流电压的利用率高、线性控制区宽，扩展了线性控制范围。l逆变器输出的线电压接近正弦电压，正弦电压供电的三相异步电动机逆变器输出的线电压接近正弦电压，正弦电压供电的三相异步电动机转矩脉动小、附加损耗小，提高了异步电动机的性能。转矩脉动小、附加损耗小，提高了异步电动机的性能。l用微处理器控制实现单元调制法，非常方便。用微处理器控制实现单元调制法，非常方便。n 三相线电压各单元的脉冲序列分析：三相线电压各单元的脉冲序列分析：385、谐波消除法、谐波消除法采用采用PWM调制波控制的电力传动系统，电压和电流中必然含有脉
35、动成调制波控制的电力传动系统，电压和电流中必然含有脉动成分，这是控制原理自身固有的局限性。分，这是控制原理自身固有的局限性。l交流电动机的附加损耗和转矩脉动是由逆变器输出电压波形中的低次交流电动机的附加损耗和转矩脉动是由逆变器输出电压波形中的低次谐波引起的，所以应当消除低次谐波。谐波引起的，所以应当消除低次谐波。l消除低次谐波的办法：逆变器输出电压在满足基波电压的条件下，让消除低次谐波的办法：逆变器输出电压在满足基波电压的条件下，让逆变器在每个周期中多次换向，称为开槽。在一个周期内，开槽数越逆变器在每个周期中多次换向，称为开槽。在一个周期内，开槽数越多，消除的谐波次数越多。多，消除的谐波次数越
36、多。l在控制方式上，这种方法并不依赖载波和参考波的比较，而是在逆变在控制方式上，这种方法并不依赖载波和参考波的比较，而是在逆变器输出电压波形的特定位置上适当安排开关角来实现的，开关角通常器输出电压波形的特定位置上适当安排开关角来实现的，开关角通常通过计算获得。采用模拟方式实现困难，故多采用数字化方式实现。通过计算获得。采用模拟方式实现困难，故多采用数字化方式实现。39二、二、PWM交流调速系统交流调速系统PWM逆变器广泛用于异步电动机的控制，用于恒压频比控制、转逆变器广泛用于异步电动机的控制，用于恒压频比控制、转差频率控制、矢量控制等的实现。差频率控制、矢量控制等的实现。1、SPWM交流调速系
37、统交流调速系统介绍一种转速开环的介绍一种转速开环的PWM变频调速系统。主回路为交变频调速系统。主回路为交直直交电交电压型，整流器由二极管组成，逆变器由大功率晶体管组成，控制电压型，整流器由二极管组成，逆变器由大功率晶体管组成，控制电路主要用来产生路主要用来产生PWM调制信号、并控制逆变器输出调制波电压，调制信号、并控制逆变器输出调制波电压，电路具有过流保护功能。电路具有过流保护功能。以下是该以下是该SPWM交流系统的原理图。交流系统的原理图。4041积分器：积分器：通过积分器限制给定信号频率的升降速度。通过积分器限制给定信号频率的升降速度。极性鉴别器：极性鉴别器： 判别积分器的输出正负极性，控
38、制三相正弦波发生器输出的判别积分器的输出正负极性，控制三相正弦波发生器输出的三相正弦参考信号的相序，从而控制逆变器三相电压的输出相序，实现电动三相正弦参考信号的相序，从而控制逆变器三相电压的输出相序，实现电动机正转或者反转。机正转或者反转。函数发生器：函数发生器：实现低频电压补偿，以保证整个调速范围实现低频电压补偿，以保证整个调速范围U / f=C控制条件。控制条件。给定信号：给定信号：经过绝对值运算器后分为两路：经过绝对值运算器后分为两路：n一路经压控振荡器，控制正弦参考信号的频率；一路经压控振荡器，控制正弦参考信号的频率；n一路经函数发生器，控制正弦参考信号幅值，确保压频比例关系。一路经函
39、数发生器，控制正弦参考信号幅值，确保压频比例关系。参考信号发生器：参考信号发生器：频率和电压信号通过正弦波发生器，输出三相正弦波参考频率和电压信号通过正弦波发生器，输出三相正弦波参考信号，并和三角载波发生器产生的载波信号比较后，输出调制信号，控制逆信号，并和三角载波发生器产生的载波信号比较后，输出调制信号，控制逆变器输出调制波，从而控制电动机的转速。变器输出调制波，从而控制电动机的转速。锁相环：锁相环：锁相环用来保证载波与参考波的频率关系，实现倍频。倍频原理是锁相环用来保证载波与参考波的频率关系，实现倍频。倍频原理是把分频后的反馈波与输入波进行比较，用偏差信号调节压控振荡器的输出，把分频后的反
40、馈波与输入波进行比较，用偏差信号调节压控振荡器的输出，使输入波和反馈波以微小的相位差锁定在一起，从而使输出波的频率为输入使输入波和反馈波以微小的相位差锁定在一起，从而使输出波的频率为输入波的若干倍（见波的若干倍（见P210图）。图）。422、电流脉宽调制的变频调速系统、电流脉宽调制的变频调速系统转速电流转速电流双闭环双闭环电流脉电流脉宽调制宽调制输出电流幅输出电流幅值比例系数值比例系数43主回路构成：主回路构成：二极管整流桥、直流滤波电容、功率三极管逆变桥组成。二极管整流桥、直流滤波电容、功率三极管逆变桥组成。控控 制制 电电 路：路：转速、电流双闭环结构。通过电流的脉宽调制，直接控制电动转速
41、、电流双闭环结构。通过电流的脉宽调制，直接控制电动 机的定子电流，调节转速。机的定子电流，调节转速。转速调节器：转速调节器：转速调节器的输出分为两路：转速调节器的输出分为两路：其一：函数发生器的输入，其一：函数发生器的输入，控制输出电流幅值比例系数。控制输出电流幅值比例系数。其二：经压频变换器后输出脉冲信号，控制正弦波信号的其二：经压频变换器后输出脉冲信号，控制正弦波信号的频率频率.正弦信号的幅值和函数发生器的输出相乘后，得到三相幅值和正弦信号的幅值和函数发生器的输出相乘后，得到三相幅值和频率可变的定子电流给定信号，输入电流控制器。频率可变的定子电流给定信号，输入电流控制器。电流控制器：电流控制器：电流控制器是带滞环的比较器。当电流偏离给定信号时，电流电流控制器是带滞环的比较器。当电流偏离给定信号时，电流控制器通过控制功率晶体管的通断，迫使电流偏差消失。当给控制器通过控制功率晶体管的通断，迫使电流偏差消失。当给定信号改变时，同样调整电流，改变转速，匹配新的给定值。定信号改变时，同样调整电流，改变转速，匹配新的给定值。该系统优点：该系统优点：结构简单、动态性能好。结构简单、动态性能好。44
