交流伺服与变频技术项目2.ppt

任务一、任务一、熟悉电力电子器件熟悉电力电子器件一、交流逆变概述一、交流逆变概述v控制要求控制要求 变频调速：变频调速：必须能同时改变电机的电压和频率必须能同时改变电机的电压和频率（V/f 控制）。控制）。问题：问题：电网的供电电压、频率不能改变。电网的供电电压、频率不能改变。我国的标准：我国的标准：U=3380V（+10%，-15%）f =501Hz 必须有一整套变换装置必须有一整套变换装置逆变器逆变器（Inverter）。）。项目二、交流逆变技术项目二、交流逆变技术v控制方案控制方案将将 380V/50Hz 的交流的交流直接直接变换成变换成V、f 可变的交可变的交流流交交-交变流交变流。q特点：特点：无中间电路（整流电路）、效率高，但控无中间电路（整流电路）、效率高，但控制复杂，尚没有成熟的控制方案。制复杂，尚没有成熟的控制方案。最新研究方向最新研究方向矩阵控制技术矩阵控制技术。先将先将 380V/50Hz 的交流的交流转换转换成直流，再将直流转成直流，再将直流转换成交流换成交流交交-直直-交变流交变流。q特点：特点：技术较成熟，是当前交流逆变的主流。技术较成熟，是当前交流逆变的主流。变频器、交流主轴、交流伺服全部采用交变频器、交流主轴、交流伺服全部采用交-直直-交逆变方案交逆变方案三者的主回路结构相同三者的主回路结构相同。各部分作用：各部分作用：q整流：整流：将交流转换为直流。将交流转换为直流。q调压：调压：保证直流电压不变。保证直流电压不变。q逆变：逆变：将直流转换为将直流转换为 V/f 可变的交流。可变的交流。v 交交-直直-交逆变电路交逆变电路整整流流调调压压逆逆变变 M3 电网电网输入输入整流整流输出输出母线母线电压电压V/f电压电压二、二、电力电子器件电力电子器件v 电子器件分类：电子器件分类：低电压、小电流控制低电压、小电流控制直接称直接称电子器件电子器件（弱电）。（弱电）。只要有电子只要有电子控制电路控制电路就必须使用。就必须使用。高电压、大电流控制高电压、大电流控制称称电力电子器件电力电子器件（强电）。（强电）。用于交、直流用于交、直流主回路主回路控制。控制。知识回顾知识回顾 1：怎样区分主回路和控制回路？怎样区分主回路和控制回路？q 主回路：主回路：直接直接向负载提供电能向负载提供电能的电路（可以是交流或的电路（可以是交流或直流）直流）。如电机（电如电机（电机械能）、照明灯（电机械能）、照明灯（电光能）、光能）、加热器（电加热器（电热能）的供电回路。热能）的供电回路。q 控制回路：控制回路：用于信号分析、运算、处理的用于信号分析、运算、处理的辅助电路辅助电路。如：电机的继电器控制电路、如：电机的继电器控制电路、PLC、CNC等。等。知识回顾知识回顾 2：你知道的电力电子器件有哪些你知道的电力电子器件有哪些？q 二极管：二极管：交流交流直流，不需要（不能）控制。直流，不需要（不能）控制。称为称为“不可控器件不可控器件”。q 晶闸管：晶闸管：又称又称可控硅，可控硅，用于用于交流通断交流通断控制，但控制，但不不能控制直流关断。能控制直流关断。称为称为“半控器件半控器件”。q GTO、GTR、MOSFET、IGBT、IPM等：等：可用可用于交、直流的于交、直流的通断通断控制。控制。称为称为“全控器件全控器件”。拓展学习拓展学习 1：电力电子技术的发展电力电子技术的发展q 第第1代：半控，功率二极管代：半控，功率二极管（20世纪世纪40年代）、年代）、晶闸晶闸管管（1958年，美国年，美国GE公司）公司）。水平：水平：国际国际12000V/5000A；国内国内3000V/1000Aq 第第2代：全控，代：全控，GTO（门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管，1964年，年，美国美国）；GTR（大功率晶体管）、大功率晶体管）、MOSFET（电压控电压控制型单极晶体管制型单极晶体管），20世纪世纪70年代、美国年代、美国。q 第第3代：复合型器件，代：复合型器件，IGBT（绝缘门极双极型晶体绝缘门极双极型晶体管，管，1983年，美国年，美国GE公司公司）。q 第第4代：功率集成电路，代：功率集成电路，IPM（智能功率模块智能功率模块，20世纪世纪80年代末，美国年代末，美国）。）。v 符号和特性符号和特性 参见参见P25表表2-1、表表2-2。通俗理解：电力电子器件通俗理解：电力电子器件 =电子开关电子开关r 功率二极管：功率二极管：正向电压正向电压 UAK 0.5V自然导通自然导通；否则；否则自然关断自然关断；不能控制不能控制 UAK 0.5V的关断。的关断。r 晶闸管：晶闸管：正向电压正向电压 UAK 0.5V且且门极电流门极电流 I G 0时时导通导通；UAK 0.5V关断关断；能通过门极控制能通过门极控制 UAK 0.5V时的导通，但不能控制时的导通，但不能控制UAK 0.5V时的关断。时的关断。r GTR、GTO：CE极电压极电压 UCE 0V时通断可控，门极电流时通断可控，门极电流 I B 0时时导通导通；I B 0时时关断关断；全控型，开关特性同三极管（全控型，开关特性同三极管（电流控制电流控制）。）。r MOSFET：DS极电压极电压 UDS 0V时通断可控，门极电压时通断可控，门极电压U GS UT时时导通导通；U GS UT时时关断关断；全控型，开关特性同全控型，开关特性同MOS管（管（电压控制电压控制）。）。r IGBT：开关特性同开关特性同MOSFET，但但D极称极称C极；极；全控型，开关特性同全控型，开关特性同MOS管（管（电压控制电压控制）。）。任务二、任务二、熟悉熟悉PWM逆变原理逆变原理 逆变逆变：将直流转换为交流将直流转换为交流一、逆变的基本形式一、逆变的基本形式v 电流控制型电流控制型：逆变管输出到电机的电流为方波（直：逆变管输出到电机的电流为方波（直流），通过改变电流频率调速，大容量逆变器用。流），通过改变电流频率调速，大容量逆变器用。v 电压控制型电压控制型：逆变管输出到电机的电压为方波（直：逆变管输出到电机的电压为方波（直流），通过改变电压频率调速，大容量逆变器用。流），通过改变电压频率调速，大容量逆变器用。v PWM控制型控制型：逆变管输出到电机的电压为正弦波：逆变管输出到电机的电压为正弦波（PWM脉冲串），通过改变正弦波频率调速，中小脉冲串），通过改变正弦波频率调速，中小容量逆变器用容量逆变器用变频器、交流伺服的基本形式。变频器、交流伺服的基本形式。二、二、PWM逆变原理逆变原理 PWM：脉宽调制的简称，以宽度可变的脉冲序脉宽调制的简称，以宽度可变的脉冲序列等效代替各种波形。列等效代替各种波形。v 取样控制理论：取样控制理论：面积相等、形状不同的窄脉冲加到惯性环节上，产面积相等、形状不同的窄脉冲加到惯性环节上，产生的效果相同。生的效果相同。应用：应用：电机绕组电机绕组=电感电感+电阻电阻=惯性环节惯性环节加入脉冲电流时，下图中的平均电流：加入脉冲电流时，下图中的平均电流：I 1=I 2I 1I 2幅值幅值I周期周期T 结论：结论：当脉冲当脉冲周期周期 T（即频率即频率 f，f =1/T）、幅值幅值不变时，不变时，只要改变脉冲的只要改变脉冲的宽度宽度，就可以改变输出的平均值。，就可以改变输出的平均值。开关稳压电源的原理（开关稳压电源的原理（RC电路电路=惯性环节）。惯性环节）。脉冲周期脉冲周期 T 越短越短（即频率（即频率 f 越高越高）输出的波形就）输出的波形就越越接近接近理想波形。理想波形。f 叫叫 PWM频率（脉宽调制频率，或载波频率）频率（脉宽调制频率，或载波频率），f 越高，波形就越理想。越高，波形就越理想。记住哦！记住哦！PWM频率也是变频器的重要指标，越高，变频器性频率也是变频器的重要指标，越高，变频器性能越好（但有不利的一面）。能越好（但有不利的一面）。v 正弦波的产生正弦波的产生（P32 图图2-9）：SPWM波=脉宽调制正弦波脉宽调制正弦波载波调制波 三相合成后见P37图2-2.9任务三、任务三、整流电路的分析（补充）整流电路的分析（补充）知识回顾知识回顾：整流电路有哪些基本形式？整流电路有哪些基本形式？单相半波、单相全波、三相半波、三相全波。单相半波、单相全波、三相半波、三相全波。v 单相全波整流：单相全波整流：原理：原理：利用二极管的正向自利用二极管的正向自然导通特点，将然导通特点，将4 只二极管（只二极管（集集成，俗称成，俗称“桥堆桥堆”）组合、接入组合、接入单相交流电路，使得两单相交流电路，使得两-两交替导两交替导通、得到通、得到相电压相电压全部波形。全部波形。用于用于单相单相交流输入交流输入直流直流的的转换。转换。直流输出电压计算直流输出电压计算：面积相等面积相等U d =0.9 U利用大电容平波后：利用大电容平波后：U d 1.2 0.9Uv 三相全波整流：三相全波整流：原理：原理：利用二极管的正向自然导通特点，将利用二极管的正向自然导通特点，将6 只二极管（只二极管（集成，俗称集成，俗称“三相桥堆三相桥堆”）组合、接组合、接入三相交流电路，使得两入三相交流电路，使得两-两交替导通、得到两交替导通、得到线电线电压压全部波形。全部波形。直流输出电压计算：直流输出电压计算：面积相等面积相等U d =1.35 UL利用大电容平波后：利用大电容平波后：U d 1.2 1.35 ULU L为线电压：为线电压：U L=1.732 U相相 某单相某单相200240V、三相三相380440V输入通用的变输入通用的变频器，如果将它直接连接到我国的工厂电网上，变频器，如果将它直接连接到我国的工厂电网上，变频器的直流母线电压各为多大？频器的直流母线电压各为多大？解：解：我国的电网电压我国的电网电压 单相：单相：U=220V（单相指单相指相电压相电压）三相：三相：UL=380V（三相指三相指线电压线电压）代入后得：代入后得：单相：单相：U d=237V（一般可认为（一般可认为230V）三相：三相：U d=615V（一般可认为一般可认为610V）练一练：练一练：练一练练一练（不定项选择）：（不定项选择）：1.目前变频器所使用的变流方式属于目前变频器所使用的变流方式属于 （）A.交交-交交 B.交交-直直-交交 C.直直-交交 D.交交-直直2.变频器整流回路常用的电力电子器件是变频器整流回路常用的电力电子器件是 （）A.GTR B.IGBT C.二极管二极管 D.晶闸管晶闸管3.变频器逆变回路常用的电力电子器件是变频器逆变回路常用的电力电子器件是 （）A.GTR B.IGBT C.二极管二极管 D.晶闸管晶闸管4.以下属于全控型器件的是以下属于全控型器件的是 （）A.二极管二极管 B.晶闸管晶闸管 C.IGBT D.MOSFET5.3相相380V输入的变频器直流母线电压约为输入的变频器直流母线电压约为（）A.230V B.320V C.500V D.610V6.3相相200V输入的伺服驱动直流母线电压约为输入的伺服驱动直流母线电压约为（）A.230V B.320V C.500V D.610V7.目前变频器常用的逆变控制形式为目前变频器常用的逆变控制形式为 （）A.电压控制电压控制 B.电流控制电流控制 C.PWM D.PAM8.提高变频器载波频率的目的是提高变频器载波频率的目的是 （）A.提高变频输出频率提高变频输出频率 B.改善输出波形改善输出波形C.降低生产成本降低生产成本 D.降低损耗降低损耗