最新异步电动机变频调速系统VVVF系统PPT课件.ppt
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1、异步电动机变频调速系统异步电动机变频调速系统VVVFVVVF系统系统第七章第七章 异步电动机变频调速系统(异步电动机变频调速系统(VVVF系统)系统)7-1变频调查的基本控制方式变频调查的基本控制方式三相异步电机定子第相电动势的有效值是:三相异步电机定子第相电动势的有效值是:式中式中Eg气气隙隙磁磁通通在在定定子子每每相相中中感感应应电电罢罢势势有有效效值值,单单位位为为V;f1定子频率,单位为定子频率,单位为HN;N1定子每相绕组串联匝数;定子每相绕组串联匝数;kN1基波绕组系数;基波绕组系数;m每极气极隙磁通量,单位为每极气极隙磁通量,单位为Wb。只要控制好只要控制好Eg和和f1,便可达到
2、控制磁通,便可达到控制磁通m的目的。的目的。广师 http:/(1)主电路有两个可控的功率环节,相对来说比)主电路有两个可控的功率环节,相对来说比较复杂;较复杂;(2)由于中间直流环节有滤波电容或电抗器等惯)由于中间直流环节有滤波电容或电抗器等惯性元件存在,使系统的动态响应缓慢;性元件存在,使系统的动态响应缓慢;(3)由于整流器是可控的,使供电电源的功率因)由于整流器是可控的,使供电电源的功率因数随变频装置输出频率的降低而变差,并产生数随变频装置输出频率的降低而变差,并产生高次谐波电流;高次谐波电流;(4)逆变器输出为六拍阶梯波交变电压(电流),)逆变器输出为六拍阶梯波交变电压(电流),在拖动
3、电动机中形成较多的各次谐波,从而产在拖动电动机中形成较多的各次谐波,从而产生较大的脉动转矩,影响电机的稳定工作,低生较大的脉动转矩,影响电机的稳定工作,低速时尤为严重。速时尤为严重。广师 http:/ 1964年,德国的年,德国的A.Sch nung提出了脉宽调制变频的思想,提出了脉宽调制变频的思想,把通讯系统中的调制技术应用于交流变频。(图把通讯系统中的调制技术应用于交流变频。(图7-10)电路的主要特点是:电路的主要特点是:(1)主电路只有一个可控的功率环节,简化了结构;)主电路只有一个可控的功率环节,简化了结构;(2)使用了不可控整流器,使电网功率因数与逆变器输出)使用了不可控整流器,使
4、电网功率因数与逆变器输出电压的大小无关而接近于电压的大小无关而接近于1;(3)逆变器调频的同时实现调压,而与中间直流环节的元)逆变器调频的同时实现调压,而与中间直流环节的元件参数无关,加快了系统的动态响应;件参数无关,加快了系统的动态响应;(4)可获得比常规六拍阶梯波更好的输出电压波形,能抑)可获得比常规六拍阶梯波更好的输出电压波形,能抑制低次谐波,使电机可在正弦的交变电压下运行,转矩脉制低次谐波,使电机可在正弦的交变电压下运行,转矩脉动小,扩展了调速范围,并提高了系统的性能。动小,扩展了调速范围,并提高了系统的性能。广师 http:/一、一、SPWM逆变器的工作原理逆变器的工作原理 SPWM
5、逆变器是期望其输出逆变器是期望其输出电压是纯粹的正弦波形,那么,电压是纯粹的正弦波形,那么,可以把一个正弦半波分作可以把一个正弦半波分作N等分,等分,如图如图7-11a所示(图中所示(图中N=12),),然后把每一等分的正弦曲线与横然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替,积相等的等高矩形脉冲来代替,矩形脉冲的中点下正弦波每一等矩形脉冲的中点下正弦波每一等分的中点重合(图分的中点重合(图7-11b)。这)。这样,由样,由N个等幅而不等宽的矩形个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦的半脉冲所组成的波形就与正弦的半调等效。
6、同样,正弦波的负半周调等效。同样,正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。也可用相同的方法来等效。广师 http:/ 图图7-11b的一系列脉冲波形的一系列脉冲波形就是逆变器输出就是逆变器输出SPWM波形。波形。由于各脉冲的幅值相等,由于各脉冲的幅值相等,所以逆变器可由恒定的直流所以逆变器可由恒定的直流电源供电,这种交电源供电,这种交-直直-交变频交变频器中的整流器采用不可控的器中的整流器采用不可控的二极管整流器就可以了(见二极管整流器就可以了(见图图7-10)。)。逆变器输出脉冲逆变器输出脉冲的幅值就是整流器的输出电的幅值就是整流器的输出电压。压。当逆变器各开关器件都当逆变器各开关器件都是在理
7、想状态下工作时,驱是在理想状态下工作时,驱动相应开关器件的信号也应动相应开关器件的信号也应为与图为与图7-10b形状相似的一系形状相似的一系列脉冲波形。列脉冲波形。广师 http:/SPWM变频器的工作原理变频器的工作原理 图图7-12a是是SPWM变频变频器的主电路,图中器的主电路,图中 是逆变器的六个功率开关是逆变器的六个功率开关器件(在这里画的是器件(在这里画的是GTR),各由一个续流二),各由一个续流二极管反并联接,整个逆变极管反并联接,整个逆变器由三相整流器提供的恒器由三相整流器提供的恒直流电压供电。图直流电压供电。图7-12b是是它的控制电路,一组三相它的控制电路,一组三相对称的正
8、弦参考电压信号对称的正弦参考电压信号U Urara、U Urbrb 、U Urcrc 由参考信由参考信号发生器提供,其频率决号发生器提供,其频率决定逆变器输出的基波频率,定逆变器输出的基波频率,应在所要求的输出频率范应在所要求的输出频率范围内可调。围内可调。广师 http:/ 参考信号的幅值也参考信号的幅值也可在一定范围内变化,可在一定范围内变化,以决定输出电压的大以决定输出电压的大小。小。三角波载波信号三角波载波信号是共用的,分别与每是共用的,分别与每相参考电压比较后,相参考电压比较后,给出给出“正正”或或“零零”的饱和输出,产生的饱和输出,产生SPWM脉冲序列波脉冲序列波Uda、Udb 、
9、Udc ,作为逆变器功率开关作为逆变器功率开关器件的驱动控制信号。器件的驱动控制信号。广师 http:/ 7-5 转速开环、恒压频比控制的变频调速系统转速开环、恒压频比控制的变频调速系统 一一、转转速速开开环环的的交交-直直-交交电电压压源源变频调速系统变频调速系统 图图7-27是这一系统的结构是这一系统的结构原理。原理。UR是可控整流器,用是可控整流器,用电压控制环节控制它的输出直电压控制环节控制它的输出直流电压;流电压;USI(Voltage Source Inverter)是电压源逆变器,)是电压源逆变器,用频率控制它的输出频率。电用频率控制它的输出频率。电压和频率控制采用同一个控制压和
10、频率控制采用同一个控制信号信号U Uabsabs,以保证二者协调。,以保证二者协调。由于转速控制是开环的,不能由于转速控制是开环的,不能让阶跃的转速给信号让阶跃的转速给信号 直接直接加到电压和频率控制系统上,加到电压和频率控制系统上,否则将产生很大的冲击电流而否则将产生很大的冲击电流而使电源跳闸。使电源跳闸。广师 http:/为了解决这个问题,在为了解决这个问题,在给定信号给定信号 和电压、和电压、频率的控制信号频率的控制信号U Uabsabs 之间设置了给定积分之间设置了给定积分器器GI和绝对值变换和绝对值变换器器GAB。广师 http:/(一)给定积分器(一)给定积分器 由模拟电子路给成的
11、给定积分器原理图如图由模拟电子路给成的给定积分器原理图如图7-28所示,它所示,它包含了三级运算放大器。包含了三级运算放大器。第一级是放大倍数的极性鉴别器(第一级是放大倍数的极性鉴别器(R1100R0)其输出电压)其输出电压U1只取只取与给定电压与给定电压 相反的极性相反的极性,不管不管 大小如何大小如何,U1都是饱和值都是饱和值.第二级是反向器,使其输出电压第二级是反向器,使其输出电压U2的极性再倒一下,变成与的极性再倒一下,变成与 极极性相同。性相同。第三级是积分器,经第三级是积分器,经RC积分使输出电压积分使输出电压 Ugi 成为斜坡信号,积分成为斜坡信号,积分的变化率用电位器的变化率用
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