第7章(电力拖动控制系统.pptx
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1、3基频以上调速时的电压控制方式基频以上调速时的电压控制方式要基本保持磁通不变,应升高电压,但会遇到两个难题要基本保持磁通不变,应升高电压,但会遇到两个难题:可能会使电机及元器件损坏可能会使电机及元器件损坏 变频器的直流母线电压基本不变,经逆变桥输出的变频器的直流母线电压基本不变,经逆变桥输出的交流电压最大值也是确定的,要想再升高很困难交流电压最大值也是确定的,要想再升高很困难。这时使电压值保持最高输出值这时使电压值保持最高输出值 4控制特性控制特性 时时,。保持。保持 不变,则不变,则 不变。不变。这种能输出的最大转矩恒定的调速简称之为“恒转矩调速”电磁转矩电磁转矩 ,电动机电磁功率,电动机电
2、磁功率 。电动机能输出的最大功率近似不变。电动机能输出的最大功率近似不变。时,时,保持转子有功电流,保持转子有功电流 不变,不变,这种能输出的最大功率恒定的调速简称之为“恒功率调速”第1页/共23页变频调速时的机械特性变频调速时的机械特性 1固定电压固定频率时的机械特性固定电压固定频率时的机械特性异步电动机转矩的参数表达式异步电动机转矩的参数表达式:最大电磁转矩:最大电磁转矩:s很小时,略去分母中含很小时,略去分母中含s的项,得:的项,得:s很小时,很小时,是一条与转差是一条与转差s成正比的直线(如成正比的直线(如a)s接近于接近于1时,忽略分母中的时,忽略分母中的 :是对称于原点(是对称于原
3、点()的一段双曲线,(如)的一段双曲线,(如b)s为以上两段的中间数值时,机械特性从直线段过渡为以上两段的中间数值时,机械特性从直线段过渡到双曲线段,如到双曲线段,如 c。最大转矩。最大转矩 ,最大转差率,最大转差率 就在过渡线段极值点上就在过渡线段极值点上 对对s求导,并令求导,并令 ,得,得:第2页/共23页略去定子电阻影响:有:有:2恒压频比控制(恒压频比控制()时的机械特性)时的机械特性 定义变频比定义变频比:得:得:(1)理想空载转速)理想空载转速:(2)直线段斜率)直线段斜率 变频时若要输出转矩变频时若要输出转矩T不变,就应使不变,就应使 不变。而不变。而 ,计及定子电阻影响:有:
4、n不变直线段的斜率不变。(3)最大转矩)最大转矩 略去定子电阻的影响,略去定子电阻的影响,常数常数计及定子电阻影响,最大转矩计及定子电阻影响,最大转矩 是随着是随着的降低而降低的降低而降低 则直线段的斜率略为增大,随着频率的降低,特性曲线越来越软则直线段的斜率略为增大,随着频率的降低,特性曲线越来越软 第3页/共23页3恒气隙磁通控制恒气隙磁通控制 时的机械特性(如图时的机械特性(如图b)用用E1取取代代U1求求:4恒转子全磁通控制(恒转子全磁通控制()时的机械特性(如图)时的机械特性(如图c)最大电磁转矩与无关 T不变不变s不变不变 n不变不变直线段的斜率不变直线段的斜率不变平行下移的一组曲
5、线族 用用Er取取代代U1求求:机械特性曲线是一条直线,不再拐弯。不再存在最大转矩。第4页/共23页5基频以上恒电压控制基频以上恒电压控制 时的机械特性时的机械特性 随着频率随着频率 的升高,最大转矩的升高,最大转矩 逐逐步下降,直线段斜率越来越大,特性曲步下降,直线段斜率越来越大,特性曲线越来越软线越来越软 6比较比较采用不同控制方案时,要注意:采用不同控制方案时,要注意:理想空载转速理想空载转速n0直线段斜率直线段斜率最大电磁转矩最大电磁转矩Tmax这三个量的变化情况及原因这三个量的变化情况及原因 第5页/共23页变频调速主电路的分类变频调速主电路的分类1按变换方式分成交按变换方式分成交-
6、交变频与交交变频与交-直直-交变频交变频 直接变换是把工频交流电直接变换成可变频率的交流电,称直接变换是把工频交流电直接变换成可变频率的交流电,称交交-交变频交变频 间接变换是先把交流变换成直流,再把直流逆变成交流,称间接变换是先把交流变换成直流,再把直流逆变成交流,称交交-直直-交变频交变频 2按电源特性分成电压源型与电流源型按电源特性分成电压源型与电流源型 变频电路最后一级变换器的电源特性分,可分为变频电路最后一级变换器的电源特性分,可分为电压源型电压源型与与电流源型电流源型 7.2 异步电动机变频调速主电路类型3按主开关元器件的类别分成由按主开关元器件的类别分成由半可控器件半可控器件构成
7、与由构成与由全可控器件全可控器件构成构成 4按工作方式分成按工作方式分成六拍型逆变器六拍型逆变器与与SPWM逆变器逆变器 这个分类只针对这个分类只针对DC/AC变换的逆变器变换的逆变器 逆变器输出频率逆变器输出频率 (周期(周期 )的交流电时,若在一个周期内主开关元件)的交流电时,若在一个周期内主开关元件只经历了只经历了6次通断模式转换的工作方式称之为次通断模式转换的工作方式称之为六拍型六拍型 5电压源型逆变器按控制方式可分为电压源型逆变器按控制方式可分为电压控制型电压控制型与与电流控制型电流控制型(电流(电流跟踪型)跟踪型)第6页/共23页异步机变频调速系统常用的几种主电路异步机变频调速系统
8、常用的几种主电路常用的主电路形式常用的主电路形式如右表如右表:序号序号变换方式变换方式电源特性电源特性主开关元件主开关元件工作方式工作方式1 1交交-交变换交变换电压源型电压源型晶闸管(晶闸管(SCRSCR)SPWMSPWM型型2 2交交-直直-交变换交变换电流源型电流源型晶闸管(晶闸管(SCRSCR)六拍型六拍型3 3电压源型电压源型晶闸管(晶闸管(SCRSCR)六拍型六拍型4 4SPWMSPWM型型5 5IGBTIGBT等等SPWMSPWM型型1电压源型交电压源型交-交交变频电路变频电路适用低速大容量异步电动机,变频器的输出频率一般不超过电源频率的,适用低速大容量异步电动机,变频器的输出频
9、率一般不超过电源频率的,主开关元件采用晶闸管,依靠电源电压自然换流主开关元件采用晶闸管,依靠电源电压自然换流 2电流源型交电流源型交-直直-交变频电路(图交变频电路(图a)VR是可控整流桥,是可控整流桥,VI是无源逆变桥是无源逆变桥,中间的滤波,中间的滤波环节是电抗器环节是电抗器3电压源型晶闸管六拍工作方式的交电压源型晶闸管六拍工作方式的交-直直-交变交变频电路(图频电路(图b)VR是可控整流桥,是可控整流桥,VI是无源逆变桥,逆变桥前是无源逆变桥,逆变桥前面并联有滤波电容面并联有滤波电容C 第7页/共23页4电压源型晶闸管电压源型晶闸管SPWM工作方式的交工作方式的交-直直-交变频电路交变频
10、电路VR是不控整流桥是不控整流桥,滤波电容滤波电容C,电容,电容C上的电压是基上的电压是基本恒定的直流电压。变频器的变压变频功能都由逆本恒定的直流电压。变频器的变压变频功能都由逆变桥变桥VI通过通过SPWM工作方式来实现工作方式来实现 5电压源型晶体管电压源型晶体管SPWM交交-直直-交变频电路交变频电路主开关元件极大部分都采用主开关元件极大部分都采用IGBT,只是在小容量的装置中有采用功率,只是在小容量的装置中有采用功率MOSFET,在特大容量装置中有采用,在特大容量装置中有采用GTO的的。优点:优点:体积小,重量轻,在采用矢量控制时系统性能好体积小,重量轻,在采用矢量控制时系统性能好缺点:
11、缺点:不能回馈制动不能回馈制动 第8页/共23页正弦脉宽调制的理论基础正弦脉宽调制的理论基础1正弦脉宽调制的目的正弦脉宽调制的目的变压(变压(PWM调制的首要目的调制的首要目的)削弱或消除有害的高次谐波削弱或消除有害的高次谐波 AC/DC/AC变频器的变频器的变压方案变压方案主要有两种:主要有两种:一种是采用可控整流桥变压,另一种是可控一种是采用可控整流桥变压,另一种是可控整流桥改成不控整流桥,变压任务将由逆变整流桥改成不控整流桥,变压任务将由逆变桥来承担桥来承担 在调制方式上再做一点工作,使在调制方式上再做一点工作,使PWM调制能把消除或消弱有害谐波的工作一起调制能把消除或消弱有害谐波的工作
12、一起完成以提高调速系统性能,这就是正弦脉宽调制(完成以提高调速系统性能,这就是正弦脉宽调制(SPWM)2电压谐波对电机影响的分析电压谐波对电机影响的分析 次电压谐波的表达式次电压谐波的表达式:Y接电机中,接电机中,3k次谐波电压无害次谐波电压无害,(因有电压而无电流因有电压而无电流)。)。而(而(3k+1)次谐波电压则会产生谐)次谐波电压则会产生谐波电流,其电流有效值近似为波电流,其电流有效值近似为 异步电动机的漏电感异步电动机的漏电感 变频器输出电压的基波频率变频器输出电压的基波频率 7.3 正弦脉宽调制(SPWM)技术第9页/共23页对对(3k-1)次谐波,负转矩,使输出转矩减少,电机损耗
13、增加。次谐波,负转矩,使输出转矩减少,电机损耗增加。对对(3k+1)次谐波,正转矩,转矩很小,损耗并不小次谐波,正转矩,转矩很小,损耗并不小。(3k1)次谐波合成,产生次谐波合成,产生3k次脉动力矩。次脉动力矩。若是若是三相绕组独立供电的电机,三相绕组独立供电的电机,3k次谐波电流能流通,其次谐波电流能流通,其中的中的3次谐波频率低,有极大危害,必须首先消除。次谐波频率低,有极大危害,必须首先消除。3SPWM波形的单极性与双极性波形的单极性与双极性用已调制波用已调制波 的高低逻辑电平经分配与放大后去驱动逆变器的主开的高低逻辑电平经分配与放大后去驱动逆变器的主开关元件,即可使逆变器输出与已调制波
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