交流拖动控制系统第一章PPT讲稿.ppt

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1、交流拖动控制系统第一章第1页，共47页，编辑于2022年，星期四第教学目的与要求教学目的与要求：深刻理解交流调速的原则及其机械特性掌握变频器的工作原理和其内部的换流方式研究变频器的变压方式了解变频调速时的传递函数一章变频调速的一般基础第2页，共47页，编辑于2022年，星期四基本原理1.同步机：交流电机的同步转速表达式为：调速方案：连续：调f 有级：调p第3页，共47页，编辑于2022年，星期四基本原理基本原理2.异步机：定义 转差率 异步机转速表达式为：异步电动机的调速方法：变频、变极对数变极对数、及变转差率 第4页，共47页，编辑于2022年，星期四异步电动机的三种调速方法第5页，共47页

2、，编辑于2022年，星期四第一节 变频调速原则及其机械特性 问题：能否独立变？变 要受到那些条件约束？变 调速系统的机械特性如何变化？根据控制方式的不同有三种不同的变频调速原则：(1)恒磁通变频调速 (2)恒流变频调速 (3)恒功率变频调速 第6页，共47页，编辑于2022年，星期四1.1 恒磁通变频调速（1）控制条件异步机的T形等效电路为：第7页，共47页，编辑于2022年，星期四异步电动机的电势方程为如果忽略定子压降。则上式可写成 式（1-5）：若定子供电电源电压U1=C，则磁通 随频率 的变化而变化。在电机设计中都把磁通的数值选在接近磁饱和的数值上。因此，如果频率从额定值往下降低，磁通会

3、增加，造成磁路过饱和、励磁电流大大增加。这将使电动机带负载能力降低，功率因数变坏，铁损增加，电动机过热，因此这是不允许的反之如频率往上升高，磁通减少。在一定的负载下有过电流的危险，这也是不允许的。为此通常要求磁通保持恒定第8页，共47页，编辑于2022年，星期四讨论令 U1=C（1）f1m励磁1电机温升（2）f1m转矩Te（负载不变）2 1电机温升结论实现方法：使定子电压随频率成正比变化第9页，共47页，编辑于2022年，星期四由可以推导出：即结论：恒磁通变频原则（协调控制条件）：保持定子电压和频率的比值不变 第10页，共47页，编辑于2022年，星期四（2）恒磁通变频调速的机械特性异步电动机

4、的转矩表达式：当有功电流额定，m为常数时，电动机的输出转矩也恒定，因而这种按比例的协调控制方式属于恒转矩调速性质。第11页，共47页，编辑于2022年，星期四 根据电机学已知：令dTe/ds=0 可得（1）f较高时，xk r1，则r1可忽略，有即：U1/f1=Const时，Tmax与f1无关。第12页，共47页，编辑于2022年，星期四（2）f较小时，r1 xk，则xk 可忽略，有最大转矩将随频率f的降低而减少原因：原因：电动机定子电阻 r1引起的电压降在低频低压时相对影响较大第13页，共47页，编辑于2022年，星期四 第14页，共47页，编辑于2022年，星期四（3）低频补偿要理想地保持磁

5、通恒定。应该满足这是保持恒最大转矩变频调速的协调控制条件。第15页，共47页，编辑于2022年，星期四 第16页，共47页，编辑于2022年，星期四 第17页，共47页，编辑于2022年，星期四 第18页，共47页，编辑于2022年，星期四 第19页，共47页，编辑于2022年，星期四结论异步电动机恒磁通变频调速必须在变频的同时进行调压并在低频时加以补偿，才可获得恒磁通恒最大转矩的调速特性。第20页，共47页，编辑于2022年，星期四1.2 恒电流变频调速原理：利用电流调节器进行闭环调节，在变频调速过程中始终保持定子电流恒定，即 I1=const根据转矩参数式 令dTe/ds=0 可得第21页

6、，共47页，编辑于2022年，星期四 与恒磁通变频调速方式的机械特性比较：两者形状基本相同，故都具有恒转矩调速性质在变频时，最大转矩大小不受影响，可以认为最大转矩与频率无关。由于在式(1-15)中分母包含有励磁电抗比短路电抗大一个数量级。所以恒流变频调逮时的最大转矩较恒磁通变频时小，过载能力也低。这是它的严重缺点，因而恒流变频调速方式仅适用于小容量负载变化不大的地方。第22页，共47页，编辑于2022年，星期四1.3 恒功率变频调速（1）控制条件令dTe/ds=0可得最大转矩表达式如忽略r1，有变频前后：第23页，共47页，编辑于2022年，星期四 取两式之比：设过载能力相等恒功率调速时 所以

7、 第24页，共47页，编辑于2022年，星期四（2）恒功率变频调速的机械特性 第25页，共47页，编辑于2022年，星期四 第26页，共47页，编辑于2022年，星期四 第27页，共47页，编辑于2022年，星期四第二节 变频器的工作原理2.1（交-直-交）变频器主电路的结构第28页，共47页，编辑于2022年，星期四2.2 180导电型逆变器的工作过程电机定子电压波形1.晶闸管的导通顺序是VTl，VT2，VT3，VT4，VT5，VT6；2.各触发信号间相隔60电角度。3.180 导电型的特点：每只晶闸管的导通时间为180 ，在任意瞬间有三个晶闸管同时导通(每条桥臂上有一只晶闸管导通)，它们的

8、换流是在同 一条桥臂内进行。第29页，共47页，编辑于2022年，星期四 1.晶闸管的导通顺序是VTl，VT2，VT3，VT4，VT5，VT6；2.各触发信号间相隔60电角度。3.180 导电型的特点：每只晶闸管的导通时间为180 ，在任意瞬间有三个晶闸管同时导通(每条桥臂上有一只晶闸管导通)，它们的换流是在同 一条桥臂内进行。第30页，共47页，编辑于2022年，星期四 180导电型逆变器的电压波形在区间中的等效电路为：第31页，共47页，编辑于2022年，星期四 第32页，共47页，编辑于2022年，星期四2.2 180导电型逆变器的工作过程电机定子电压波形1.晶闸管的导通顺序是VTl，V

9、T2，VT3，VT4，VT5，VT6；2.各触发信号间相隔60电角度。3.120 导电型的特点：每只晶闸管的导通时间为120 ，在任意瞬间只有二个晶闸管同时导通，它们的换流是在相邻桥臂内进行。第33页，共47页，编辑于2022年，星期四 1.晶闸管的导通顺序是VTl，VT2，VT3，VT4，VT5，VT6；2.各触发信号间相隔60电角度。3.120 导电型的特点：每只晶闸管的导通时间为120 ，在任意瞬间只有二个晶闸管同时导通，它们的换流是在相邻桥臂内进行。第34页，共47页，编辑于2022年，星期四 第35页，共47页，编辑于2022年，星期四比较 从换流安全角度看：因为在180导电型逆变器

10、中，换流是在同一条桥臂上进行，易产生电源短路事故。而120 导电型逆变器同一条桥臂上的两只晶闸管导通之间因有60 的间隔，所以换流比较安全。第36页，共47页，编辑于2022年，星期四第三节 逆变器的换流方式概念：换流将某一只晶闸管中的电流转换到另一只晶闸管中去，当由前一只晶闸管导通换为后一只晶闸管导通时，前者必须可靠关断。这个过程称作“换流过程”。换流的关键点要关断的晶闸管能否可靠关断 主要的换流方式 电网电压换流、负载反电势换流及强迫换流。第37页，共47页，编辑于2022年，星期四3.1电网电压换流方法由交流电网供电的电路中，利用电网电压自动过零并变负使晶闸管承受反压的性能来换流。特点不

11、需附加的换流电路适用范围整流器、交-交变频器。第38页，共47页，编辑于2022年，星期四3.2 负载反电势换流方法在同步电动机供电的线路中，利用同步电动机的电枢绕组中存在由励磁磁场感应产生的电势使晶闸管承受反压的性能来换流。第39页，共47页，编辑于2022年，星期四3.3 强迫换流方法利用专门的换流电路，使晶闸管在任何所需要的时刻关断。使半控型晶闸管关断的两种方法：1.使通过晶闸管的电流小于它的维持电流而关断；2.在晶闸管阳极与阴极间施以反压强迫其关断。实现方法 利用储能元件构成强迫换流电路 第40页，共47页，编辑于2022年，星期四第四节第四节 变频器的变压方式变频器的变压方式 4.1

12、自耦变压器变压自耦变压器变压 方法利用可调变比的自耦变压器来改变输出交流电压 第41页，共47页，编辑于2022年，星期四 4.2 相位控制变压相位控制变压方法利用三相全控桥或半控桥整流电路改变触发脉冲的控制角来改变整流电压的大小。第42页，共47页，编辑于2022年，星期四 4.3 斩波器调压斩波器调压 方法利用直流开关斩波器实现调压 第43页，共47页，编辑于2022年，星期四 斩波器调压的方式1.脉冲频率调制(PFM)开关导通时间一定，改变开关的通、断频率或周期时间进行调压 2.脉冲宽度调制(PWM)开关频率或周期时间一定，改变开关导通时间的长短进行调压 第44页，共47页，编辑于2022年，星期四 4.4 脉宽调制脉宽调制(PWM)型变压型变压电路结构电路结构逆变器本身既可改变电压又能逆变器本身既可改变电压又能改变频率改变频率。变频器系统只有二个功率变换级，整流器为不可控的，整流后直流电压恒定；逆变器是可控的。控制级只有这一个。第45页，共47页，编辑于2022年，星期四第二章第二章 交交-直直-交电压型变频交电压型变频调速系统调速系统第一节 概述主电路结构第46页，共47页，编辑于2022年，星期四第二节 串联电感式电压型逆变器2.1 主电路结构第47页，共47页，编辑于2022年，星期四