课件5--交流调速基础分析资料讲解

1、课件5-交流调速基础分析（1）交、直流调速系统的比较直流电动机的固有缺点：直流电动机的固有缺点：工艺复杂，成本高；工艺复杂，成本高；换向器的换向能力限制了直流电动机的容量和速度；换向器的换向能力限制了直流电动机的容量和速度；电枢火花限制了直流电动机的安装环境；电枢火花限制了直流电动机的安装环境；转子发热，电机效率低；转子发热，电机效率低；可靠性较差，增加了维护和保养的工作量可靠性较差，增加了维护和保养的工作量（1）交、直流调速系统的比较（1）交、直流调速系统的比较交流调速优于直流调速之处：交流调速优于直流调速之处：在大功率负载情况下，交流调速性价比最优；在大功率负载情况下，交流调速性价比最优；

2、交流调速系统可满足高速运行要求；交流调速系统可满足高速运行要求；在易燃易爆多尘场合，交流调速系统无需过多维护；在易燃易爆多尘场合，交流调速系统无需过多维护；交流调速系统成本较之直流调速系统明显降低；交流调速系统成本较之直流调速系统明显降低；中压交流调速系统可以节省变电站容量；中压交流调速系统可以节省变电站容量；交流电动机易于同某些生产机械形成机电一体化产品交流电动机易于同某些生产机械形成机电一体化产品（2）交流调速的难点和复杂性交流调速系统的难点主要来自于：交流调速系统的难点主要来自于：交流电动机的数学模型造成转矩控制困难交流电动机的数学模型造成转矩控制困难n 与其相关的电子器件和微处理器更新

3、换代的速度制约了与其相关的电子器件和微处理器更新换代的速度制约了交流调速系统的发展速度交流调速系统的发展速度n 调速系统的精度和成本又使交流调速系统的应用复杂化调速系统的精度和成本又使交流调速系统的应用复杂化22coseTmTKI（3）交流调速系统的技术突破电力电子技术的发展电力电子技术的发展微机以及数字信号处理技术的发展微机以及数字信号处理技术的发展现代控制理论的应用以及交流调速原理的发展和成熟现代控制理论的应用以及交流调速原理的发展和成熟（4）交流调速系统的主要应用领域主要应用方向：主要应用方向：以节能为目的的改恒速为调速的系统以节能为目的的改恒速为调速的系统以少维护省力为目的的取代直流调

4、速的系统以少维护省力为目的的取代直流调速的系统直流调速难以实现的领域直流调速难以实现的领域具体应用实例：具体应用实例：轧钢工业、石油工业、机械工业、化工工业轧钢工业、石油工业、机械工业、化工工业主要内容概述概述电力变换电路电力变换电路2. 交流调速涉及的知识l被控对象：被控对象：交流电动机交流电动机l控制内容：控制内容：理论基础：理论基础：自控原理（古典控制、现代控制）自控原理（古典控制、现代控制）主电路主电路（变频器电动机）（变频器电动机）控制电路控制电路 （硬件：单片机、（硬件：单片机、PLC、PC、DSP） （软件：交流电动机控制方案软件：交流电动机控制方案（VVVF、VCS、DTC）变

5、频器变频器PmechPmPs主要内容概述概述交流调速涉及的知识交流调速涉及的知识电力变换电路电力变换电路 变频器的基本构成变频器的基本构成 跟踪型跟踪型PWM控制控制3. 电力变换电路整流器整流器（AC=DC）逆变器逆变器（DC=AC）变频器变频器（AC=AC） 双整流器反并联双整流器反并联（AC=AC） 整流器逆变器整流器逆变器（AC=DC=AC）无源逆变无源逆变交交变频（直接变频）交交变频（直接变频）交直交变频（间接变频）交直交变频（间接变频）变频器变频器变频器基本结构变频器基本结构变流器变流器平滑电路平滑电路逆变器逆变器控制器控制器电源电源IM（1）变频器的基本构成）变频器的基本构成 交

6、交变频器交交变频交交变频AC ACCVCF VVVF50Hz单相交交变频电路原理单相交交变频电路原理 工作原理工作原理无环流工作方式无环流工作方式一组工作，一组工作，另一组封锁另一组封锁两组变流器按两组变流器按一定频率交替工作一定频率交替工作给负载给负载输出某频率交流电输出某频率交流电 工作原理工作原理对反并联变流对反并联变流器晶闸管的控制角器晶闸管的控制角连续进行交变的相连续进行交变的相位调制，则可输出位调制，则可输出连续的交流电连续的交流电改变控制角变改变控制角变化的快慢和大小，化的快慢和大小，可以控制输出交流可以控制输出交流电的频率和幅值电的频率和幅值 特点：特点：一次变流，直接变换效率

7、高，但可调频率范围窄一次变流，直接变换效率高，但可调频率范围窄输出电压由输入电压的某些部分构成，低频波形好输出电压由输入电压的某些部分构成，低频波形好按电网电压过零自然换流，变流器容量可以很大按电网电压过零自然换流，变流器容量可以很大 可以方便地实现可以方便地实现4象限工作象限工作所用功率元件数量较多所用功率元件数量较多功率因数较低功率因数较低适用范围：大容量低速传动适用范围：大容量低速传动 交直交变频器电压型逆变器：直流侧是电压源电压型逆变器：直流侧是电压源电流型逆变器：直流侧是电流源电流型逆变器：直流侧是电流源整整 流流AC DC ACCVCF 中间直流环节中间直流环节 VVVF50Hz逆

8、逆 变变电压型逆变器的主要特点电压型逆变器的主要特点中间直流环节采用大电容滤波，相当于恒压源中间直流环节采用大电容滤波，相当于恒压源交流侧输出电压是矩形波，电流波形为正弦波交流侧输出电压是矩形波，电流波形为正弦波为了给交流侧向直流侧反馈能量提供通道，各臂均为了给交流侧向直流侧反馈能量提供通道，各臂均需反并联续流二极管需反并联续流二极管从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的当电机工作在再生制动状态时，需在中间直流环节当电机工作在再生制动状态时，需在中间直流环节中并联电阻进行能耗制动中并联电阻进行能耗制动当需要向交流电源反馈能量时，只能够改变直流电流当需要向交流电源反

9、馈能量时，只能够改变直流电流方向来实现，即反并联一套逆变器方向来实现，即反并联一套逆变器反并联逆变桥的电压型逆变器反并联逆变桥的电压型逆变器电压型逆变器的主要特点电压型逆变器的主要特点中间直流环节采用大电感滤波，相当于恒流源中间直流环节采用大电感滤波，相当于恒流源交流侧输出电流是矩形波，电压波形为正弦波交流侧输出电流是矩形波，电压波形为正弦波因电流不能反向，故控制器件无需反并联续流二极管因电流不能反向，故控制器件无需反并联续流二极管从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的电流型逆变器的主要特点电流型逆变器的主要特点当电机工作在再生制动状态时，若交直变换为可控当电机工

10、作在再生制动状态时，若交直变换为可控 变流器，可方便地实现再生制动变流器，可方便地实现再生制动电流型逆变器的两种运行状态电流型逆变器的两种运行状态电流型逆变器的主要特点电流型逆变器的主要特点 PWM变频器按照整流器是否可控，交直交变频器可分为：按照整流器是否可控，交直交变频器可分为： 可控整流器逆变器可控整流器逆变器 前者调压，后者调频前者调压，后者调频 不可控整流器不可控整流器PWM逆变器逆变器 调压调频均由逆变器调节调压调频均由逆变器调节 调频和调压分别完成，二者之间需要协调配合调频和调压分别完成，二者之间需要协调配合 可控整流器对电网谐波造成污染，降低功率因数可控整流器对电网谐波造成污染

11、，降低功率因数 输出波形为矩形波，含有一系列高次谐波输出波形为矩形波，含有一系列高次谐波（可控整流器基本逆变器）的不足之处：（可控整流器基本逆变器）的不足之处：PWM变频器的特点变频器的特点变流器可为不可控整流桥，简化电路，提高功率因数变流器可为不可控整流桥，简化电路，提高功率因数消除或抑制低次谐波，输出波形非常逼近正弦波消除或抑制低次谐波，输出波形非常逼近正弦波调频同时调压，与中间直流环节参数无关调频同时调压，与中间直流环节参数无关可由可由PWM整流器和整流器和PWM逆变器组成电压型变频器，逆变器组成电压型变频器，允许能量双向传递，实现四象限运行允许能量双向传递，实现四象限运行PWM逆变器的

12、主电路逆变器的主电路PWM电压型变频器的电压型变频器的主电路主电路包括交直部分和直交部分包括交直部分和直交部分161.dLLVDVDCRSHL：三相整流桥：滤波电容：限流电阻：短接开关 ：交直部分电量指示167120106010601062.BBVTVTVDVDCCRRVDVDRV：三相逆变桥：续流二极管缓冲电路：制动 直交部分电阻：制动单元（2）跟踪型PWM控制 将电流、电压或磁通的将电流、电压或磁通的指令值指令值作为调制波信号作为调制波信号 将电流、电压或磁通的将电流、电压或磁通的实际值实际值作为载波信号作为载波信号 通过两者的瞬时值比较，构成通过两者的瞬时值比较，构成闭环控制闭环控制，决

13、定，决定 PWM逆变器各功率开关元件的通断，使实际逆变器各功率开关元件的通断，使实际 输出跟踪指令信号输出跟踪指令信号 又称为瞬时值控制型逆变器又称为瞬时值控制型逆变器 电流跟踪型电流跟踪型PWM控制控制实质：实质：bang-bang控制控制应用领域：应用领域：高性能单电动机交流传动高性能单电动机交流传动基本思想：基本思想：v 将一个正弦波电流给定信号与电流实测信号相比较，若将一个正弦波电流给定信号与电流实测信号相比较，若 实际电流值大于给定值，则通过逆变器开关器件的动作实际电流值大于给定值，则通过逆变器开关器件的动作 使之减少；反之使之增加。使实际输出电流围绕着给定使之减少；反之使之增加。使

14、实际输出电流围绕着给定 的正弦波电流锯齿形变化，并将偏差限制在一定范围内。的正弦波电流锯齿形变化，并将偏差限制在一定范围内。v 与此同时，逆变器输出的电压波成为与此同时，逆变器输出的电压波成为PWM波，快速调节波，快速调节 电流幅值和相位，使电动机电流得到高品质的动态控制。电流幅值和相位，使电动机电流得到高品质的动态控制。 电流跟踪型电流跟踪型PWM控制控制 电流跟踪型PWM控制*0120122TTTTTiiiiiiVTVTiiVTVTiiiIiIIiII 给定值 ；实际值 ；差值时，导通截止，负载电流 上升时，截止导通，负载电流 下降实际电流 在大：开关动作频率低，跟踪误差大控使用滞环比较器

15、滞环的宽度对跟小：开关动作频率高，开与关踪性能有很损耗大，跟大影响踪误差之间振动式地跟小踪制原理： 电流跟踪型PWM控制优点：硬件简单；实时控制；无需调节逆变器电压；闭环控制优点：硬件简单；实时控制；无需调节逆变器电压；闭环控制缺点：谐波损耗较大，开关次数较多缺点：谐波损耗较大，开关次数较多三相电流跟踪型逆变器的控制图6-24+-iUi*UV4+-iVi*V+-iWi*WV1V6V3V2V5UdUVW 电压跟踪型PWM控制*11*11uuuuuu给定值:实际值：输出电压差值经滤波器送滞输出用于驱动逆变桥环比较器上的输入端开关器件 电压跟踪型PWM控制1*11*11PWMuuuuu输出电压是波形

16、，含有大量高次谐波，必须用适当的滤波器滤除等于0：自激振荡电路，输出高频率方波直流信号：输出正负脉冲宽度不同交流信号：输出 的 频率相对较低时 基波跟踪 磁通跟踪型PWM控制1*1u11即电压积分值的电路输出电压经积分器后变为磁通跟踪，保证磁通基本恒定常用于含有铁心的旋转机械或变压器（3）变频器举例SIEMENS变频器变频器u紧凑型紧凑型MicroMaster410u基本型基本型MicroMaster420u节能型节能型MicroMaster430u矢量型矢量型MicroMaster440（3）变频器举例基本操作板基本操作板（3）变频器举例更改参数更改参数P0004数值数值（3）变频器举例Mi

17、croMaster440 变频器控制端子变频器控制端子（3）变频器举例MicroMaster440变频器变频器与水泵接线图与水泵接线图本章小结随着计算机和微处理器的迅速发展，电力电子器件的日新月异，现代控制随着计算机和微处理器的迅速发展，电力电子器件的日新月异，现代控制理论和智能控制方法的日益成熟，使得交流调速系统的开发和应用如日中理论和智能控制方法的日益成熟，使得交流调速系统的开发和应用如日中天天交交变频器无中间直流环节，为直接变频，效率高，但可调频率范围在交交变频器无中间直流环节，为直接变频，效率高，但可调频率范围在1/21/2额定频率以下。适用于大容量、低速传动额定频率以下。适用于大容量、低速传动交直交变频器根据中间直流环节不同，分为电压型逆变器和电流型逆交直交变频器根据中间直流环节不同，分为电压型逆变器和电流型逆变器两种变器两种PWMPWM电压型逆变器兼有电压型和电流型的优点，是目前变频器的主流电压型逆变器兼有电压型和电流型的优点，是目前变频