機電傳動第10章交流調(diào)速系統(tǒng).幻燈片

1、 10.2.1模擬式模擬式IGBTSPWMVVVF交流調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng) 10.2 交交-直直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)交變頻調(diào)速系統(tǒng) 系統(tǒng)主電路為由三相二極管整流器系統(tǒng)主電路為由三相二極管整流器-IGBT逆變器組成的電壓型變頻電逆變器組成的電壓型變頻電 路。供電對象為三相異步電動機。路。供電對象為三相異步電動機。IGBT采用專用驅(qū)動模塊驅(qū)動。采用專用驅(qū)動模塊驅(qū)動。SPWM 發(fā)成電路的主體是，由正弦波發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號波，與三角波發(fā)生器發(fā)成電路的主體是，由正弦波發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號波，與三角波發(fā)生器 產(chǎn)生的載波，通過比較器比較后，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制波（產(chǎn)生的載波，通過比較器比較后，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制波（

2、SPWM波）。以波）。以 上這此部件的工作原理已在前面中做了介紹，現(xiàn)對其它環(huán)節(jié)做一簡單說明。上這此部件的工作原理已在前面中做了介紹，現(xiàn)對其它環(huán)節(jié)做一簡單說明。 1 1給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié) S1S1為正、反運轉(zhuǎn)選擇開關(guān)。電位器為正、反運轉(zhuǎn)選擇開關(guān)。電位器 RP1RP1調(diào)節(jié)正向轉(zhuǎn)速；調(diào)節(jié)正向轉(zhuǎn)速； RP2RP2調(diào)節(jié)反向轉(zhuǎn)速。調(diào)節(jié)反向轉(zhuǎn)速。S2S2為起動、停止開關(guān)，停車時，將輸入為起動、停止開關(guān)，停車時，將輸入 端接地，防止干擾信號侵入。端接地，防止干擾信號侵入。 2 2給定積分電路給定積分電路 它的主體是一個具有限幅的積分環(huán)節(jié)，以將正、負(fù)階它的主體是一個具有限幅的積分環(huán)節(jié)，以將正、負(fù)階 躍信號，轉(zhuǎn)換成

3、上升和下降、斜率均可調(diào)的，具有限幅的，躍信號，轉(zhuǎn)換成上升和下降、斜率均可調(diào)的，具有限幅的， 正、負(fù)斜坡信號。正、負(fù)斜坡信號。 正斜坡信號將使起動過程變得平穩(wěn)，實現(xiàn)軟起動，同正斜坡信號將使起動過程變得平穩(wěn)，實現(xiàn)軟起動，同 時也減小了起動時的過大的沖擊電流。負(fù)斜坡信號將使停時也減小了起動時的過大的沖擊電流。負(fù)斜坡信號將使停 車過程變得平穩(wěn)車過程變得平穩(wěn)。 10.2 交交-直直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)交變頻調(diào)速系統(tǒng) 3 3U/fU/f函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器 U/fU/f函數(shù)發(fā)生器是一個帶限幅的斜坡信號發(fā)生器。函數(shù)發(fā)生器是一個帶限幅的斜坡信號發(fā)生器。 U/fU/f函數(shù)發(fā)生器其輸出特性如圖所示：函數(shù)發(fā)生器其輸出特

4、性如圖所示： U/fU/f函數(shù)發(fā)生器其輸出特性函數(shù)發(fā)生器其輸出特性 10.2 交交-直直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)交變頻調(diào)速系統(tǒng) 因為因為SPWMSPWM波的基波頻率取決于正弦信號波的頻率，波的基波頻率取決于正弦信號波的頻率， SPWMSPWM的基波的幅值取決于正弦信號波的幅值。的基波的幅值取決于正弦信號波的幅值。 U/fU/f函數(shù)發(fā)生器的功能就是在基頻以下，產(chǎn)生一個與頻函數(shù)發(fā)生器的功能就是在基頻以下，產(chǎn)生一個與頻 率率f1f1成正比的電壓，作為正弦信號波幅值的給定信號，以成正比的電壓，作為正弦信號波幅值的給定信號，以 實現(xiàn)恒壓頻比（實現(xiàn)恒壓頻比（U/fU/f恒量）的控制。在基頻以上，則使恒量）的控制。

5、在基頻以上，則使U U 為一恒量，以實現(xiàn)恒壓（弱磁升速）控制。為一恒量，以實現(xiàn)恒壓（弱磁升速）控制。 10.2 交交-直直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)交變頻調(diào)速系統(tǒng) 4 4導(dǎo)通延時器導(dǎo)通延時器 它是使待導(dǎo)通的它是使待導(dǎo)通的IGBTIGBT管在換相時稍作延時后再驅(qū)動管在換相時稍作延時后再驅(qū)動 （待橋臂上另一（待橋臂上另一IGBTIGBT完全關(guān)斷。這是為了防止橋臂上的兩完全關(guān)斷。這是為了防止橋臂上的兩 個個IGBTIGBT管在換相時，一只沒有完全關(guān)斷而另一只卻又導(dǎo)管在換相時，一只沒有完全關(guān)斷而另一只卻又導(dǎo) 通形成同時導(dǎo)通，造成短路。通形成同時導(dǎo)通，造成短路。 5 5其他環(huán)節(jié)其他環(huán)節(jié) 此系統(tǒng)還設(shè)有過電壓、過電流

6、等保護(hù)環(huán)節(jié)以及電源、此系統(tǒng)還設(shè)有過電壓、過電流等保護(hù)環(huán)節(jié)以及電源、 顯示、報警等輔助環(huán)節(jié)（圖中未畫出）但此系統(tǒng)未設(shè)轉(zhuǎn)速顯示、報警等輔助環(huán)節(jié)（圖中未畫出）但此系統(tǒng)未設(shè)轉(zhuǎn)速 負(fù)反饋環(huán)節(jié)，因此是一個轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系統(tǒng)。負(fù)反饋環(huán)節(jié)，因此是一個轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系統(tǒng)。 10.2 交交-直直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)交變頻調(diào)速系統(tǒng) 綜上所述，模擬式綜上所述，模擬式IGBT-SPWM-VVVFIGBT-SPWM-VVVF交流調(diào)速系統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)的 工作過程大致如下：工作過程大致如下： 由給定信號由給定信號( (給出轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速大小給出轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速大小) ) 起動起動( (或停止或停止) )信號信號 給定積分器給定積分器( (實

7、現(xiàn)平穩(wěn)起動、減小起動電流實現(xiàn)平穩(wěn)起動、減小起動電流) U/f) U/f函數(shù)函數(shù) 發(fā)生器發(fā)生器( (基頻以下，恒磁恒壓頻比控制；基頻以上，恒壓弱基頻以下，恒磁恒壓頻比控制；基頻以上，恒壓弱 磁升速控制磁升速控制) SPWM) SPWM控制電路控制電路( (由體現(xiàn)給定頻率和給定幅值由體現(xiàn)給定頻率和給定幅值 的正弦信號波與三角波載波比較后產(chǎn)生的正弦信號波與三角波載波比較后產(chǎn)生SPWMSPWM波波) ) 驅(qū)動電驅(qū)動電 路模塊路模塊 主電路主電路(IGBT(IGBT管三相逆變電路管三相逆變電路) ) 三相異步電動三相異步電動 機機( (實現(xiàn)了實現(xiàn)了VVVFVVVF調(diào)速調(diào)速) )。 10.2 交交-直直-

8、交變頻調(diào)速系統(tǒng)交變頻調(diào)速系統(tǒng) 10.2.2 10.2.2 數(shù)字式恒壓頻比控制交流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字式恒壓頻比控制交流調(diào)速系統(tǒng) 數(shù)字式恒壓頻比控制交流調(diào)速系統(tǒng)，此系統(tǒng)的特點是數(shù)字式恒壓頻比控制交流調(diào)速系統(tǒng)，此系統(tǒng)的特點是 采用單片微機來進(jìn)行控制，主要通過軟件來實現(xiàn)變壓變頻采用單片微機來進(jìn)行控制，主要通過軟件來實現(xiàn)變壓變頻 控制、控制、SPWMSPWM控制和發(fā)出各種保護(hù)指令（包含著上例中各單控制和發(fā)出各種保護(hù)指令（包含著上例中各單 元的功能）。元的功能）。SPWMSPWM發(fā)生器可采用專用的集成電路芯片，也發(fā)生器可采用專用的集成電路芯片，也 可由微機的軟件來實現(xiàn)。可由微機的軟件來實現(xiàn)。 單片微機控制的單片

9、微機控制的IGBT-SPWM-VVVFIGBT-SPWM-VVVF交流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖交流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 10.2.2 10.2.2 數(shù)字式恒壓頻比控制交流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字式恒壓頻比控制交流調(diào)速系統(tǒng) 1. 1. 限流電阻限流電阻R0R0和短接開關(guān)和短接開關(guān)S S 由于中間直流電路并聯(lián)著容量很大的電容器，在突加由于中間直流電路并聯(lián)著容量很大的電容器，在突加 電源時，電源通過二極管整流橋?qū)﹄娙莩潆姡ㄍ患与妷簳r，電源時，電源通過二極管整流橋?qū)﹄娙莩潆姡ㄍ患与妷簳r， 電容相當(dāng)于短路），會產(chǎn)生很大的沖擊電流，使元器件損電容相當(dāng)于短路），會產(chǎn)生很大的沖擊電流，使元器件損 壞。為此在充電回路上，設(shè)置電阻壞。為

10、此在充電回路上，設(shè)置電阻R0R0（或電抗器）來限制（或電抗器）來限制 電流。待電源合上，起動過渡過程結(jié)束以后，為避免電流。待電源合上，起動過渡過程結(jié)束以后，為避免R0R0上上 繼續(xù)消耗電能，可延時以自動開關(guān)繼續(xù)消耗電能，可延時以自動開關(guān)S S將將R0R0短接。短接。 10.2.2 10.2.2 數(shù)字式恒壓頻比控制交流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字式恒壓頻比控制交流調(diào)速系統(tǒng) 2. 2. 電壓檢測與泵升限制電壓檢測與泵升限制 當(dāng)異步電動機減速制動時，它相當(dāng)一個感應(yīng)發(fā)電機，由當(dāng)異步電動機減速制動時，它相當(dāng)一個感應(yīng)發(fā)電機，由 于二極管不能反向?qū)?，電動機將通過續(xù)流二極管向電容器于二極管不能反向?qū)?，電動機將通過續(xù)流二極

11、管向電容器 充電，使電容充電，使電容C C的電壓隨著充電而不斷升高（稱泵升電壓），的電壓隨著充電而不斷升高（稱泵升電壓）， 這樣的高電壓將使元器件損壞。為此，在主電路設(shè)置了電壓這樣的高電壓將使元器件損壞。為此，在主電路設(shè)置了電壓 檢測電路，當(dāng)電壓過高時，通過泵升限制保護(hù)環(huán)節(jié)，使開關(guān)檢測電路，當(dāng)電壓過高時，通過泵升限制保護(hù)環(huán)節(jié)，使開關(guān) 管管VbVb導(dǎo)通，使電機制動時釋放的電能在電阻導(dǎo)通，使電機制動時釋放的電能在電阻RbRb上消耗掉。上消耗掉。 10.2.2 10.2.2 數(shù)字式恒壓頻比控制交流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字式恒壓頻比控制交流調(diào)速系統(tǒng) 3 3進(jìn)線電抗器進(jìn)線電抗器 由于整流橋后面接有一個容量很大的電容

12、，在整流時，由于整流橋后面接有一個容量很大的電容，在整流時， 只有當(dāng)整流電壓大于電容電壓時，才會有電流，造成電流斷只有當(dāng)整流電壓大于電容電壓時，才會有電流，造成電流斷 續(xù)，這樣電源供給整流電路的電流中會含有較多的諧波成分，續(xù)，這樣電源供給整流電路的電流中會含有較多的諧波成分， 對電源造成不良影響（使電壓波形畸變，變壓器和線路損耗對電源造成不良影響（使電壓波形畸變，變壓器和線路損耗 增加），因此在進(jìn)線處增設(shè)進(jìn)線電抗器增加），因此在進(jìn)線處增設(shè)進(jìn)線電抗器LinLin。 4 4溫度檢測溫度檢測 主要是檢測主要是檢測IGBTIGBT管殼的溫度，當(dāng)通過電流過大，殼溫過管殼的溫度，當(dāng)通過電流過大，殼溫過 高

13、時，微機將發(fā)出指令，通過驅(qū)動電路，使高時，微機將發(fā)出指令，通過驅(qū)動電路，使IGBTIGBT管迅速截止。管迅速截止。 10.2.2 10.2.2 數(shù)字式恒壓頻比控制交流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字式恒壓頻比控制交流調(diào)速系統(tǒng) 5 5電流檢測電流檢測 由于此系統(tǒng)未設(shè)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)，所以通過在交流側(cè)由于此系統(tǒng)未設(shè)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)，所以通過在交流側(cè) （或直流側(cè)）檢測到的電流信號，來間接反映負(fù)載的大小，（或直流側(cè)）檢測到的電流信號，來間接反映負(fù)載的大小， 使控制器（微機）能根據(jù)負(fù)載的大小，對電動機因負(fù)載而使控制器（微機）能根據(jù)負(fù)載的大小，對電動機因負(fù)載而 引起的轉(zhuǎn)速變化，給予一定的補償。此外，電流檢測環(huán)節(jié)引起的轉(zhuǎn)速變化，給

14、予一定的補償。此外，電流檢測環(huán)節(jié) 還用于電流過載保護(hù)。還用于電流過載保護(hù)。 以上這些環(huán)節(jié)，在其他類似的系統(tǒng)（如上節(jié)所示的系以上這些環(huán)節(jié)，在其他類似的系統(tǒng)（如上節(jié)所示的系 統(tǒng)）中，也都可以采用。統(tǒng)）中，也都可以采用。 10.2.2 10.2.2 數(shù)字式恒壓頻比控制交流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字式恒壓頻比控制交流調(diào)速系統(tǒng) 方波型交方波型交- -交變頻器交變頻器 1. 1. 單相方波型交單相方波型交- -交變頻電路交變頻電路 單相交單相交- -交變頻器主電路及輸出電壓波形交變頻器主電路及輸出電壓波形 10.4 10.4 交交- -交變頻器供電的同步電動機調(diào)速系統(tǒng)交變頻器供電的同步電動機調(diào)速系統(tǒng) 2. 2. 三相方

15、波型交三相方波型交- -交變頻電路交變頻電路 三相方波型交三相方波型交- -交變頻器（電流型）的主電路交變頻器（電流型）的主電路 三相橋式連接的交三相橋式連接的交- -交變頻器（電壓型）主電路交變頻器（電壓型）主電路 3. 3. 方波型交方波型交- -交變頻器小結(jié)交變頻器小結(jié) 方波型交方波型交- -交變頻器的控制原理并不復(fù)雜，它的變頻靠調(diào)交變頻器的控制原理并不復(fù)雜，它的變頻靠調(diào) 節(jié)六個整流組的切換頻率，變壓靠凋節(jié)晶閘管的控制角節(jié)六個整流組的切換頻率，變壓靠凋節(jié)晶閘管的控制角a a來完來完 成。成。 但方波帶來的高次諧波，使電動機的低速轉(zhuǎn)矩脈動大、但方波帶來的高次諧波，使電動機的低速轉(zhuǎn)矩脈動大、

16、 轉(zhuǎn)速不均勻、損耗及噪聲大，而且，為了保證整流組導(dǎo)通時轉(zhuǎn)速不均勻、損耗及噪聲大，而且，為了保證整流組導(dǎo)通時 晶閘管的正常觸發(fā)，交晶閘管的正常觸發(fā)，交- -交變頻器的輸出電壓周期交變頻器的輸出電壓周期T T必須大于必須大于 電網(wǎng)周期，其輸出交流電頻率只能在電網(wǎng)頻率的電網(wǎng)周期，其輸出交流電頻率只能在電網(wǎng)頻率的 1/21/2以下調(diào)以下調(diào) 節(jié)。節(jié)。 方波型交方波型交- -交變頻器很少用于普通的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)，交變頻器很少用于普通的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)， 而常用于無換向器電動機的調(diào)速系統(tǒng)及超同步串級調(diào)速系統(tǒng)。而常用于無換向器電動機的調(diào)速系統(tǒng)及超同步串級調(diào)速系統(tǒng)。 10.4 10.4 交交- -交變頻器

17、供電的同步電動機調(diào)速系統(tǒng)交變頻器供電的同步電動機調(diào)速系統(tǒng) 正弦波型交正弦波型交- -交變頻器交變頻器 1 1輸出正弦波形的獲得方法輸出正弦波形的獲得方法 方波型交-交變頻器的某一整流組工作時，只要輸出電壓 不需要調(diào)節(jié)，控制角a就是一個穩(wěn)定值，該整流組的輸出電壓 平均值就維持恒定。如圖所示。 方波型交方波型交- -交變頻器整流組輸出電壓波形交變頻器整流組輸出電壓波形 10.4 10.4 交交- -交變頻器供電的同步電動機調(diào)速系統(tǒng)交變頻器供電的同步電動機調(diào)速系統(tǒng) 現(xiàn)在設(shè)法使控制角現(xiàn)在設(shè)法使控制角a a在某個正組整流工作時，由大到小在某個正組整流工作時，由大到小 再變大，如從再變大，如從/20/2/

18、20/2，必然引起整流輸出平均電壓，必然引起整流輸出平均電壓 由低到高再到低的變化，如圖由低到高再到低的變化，如圖a a所示。而在正組逆變工作時，所示。而在正組逆變工作時， 使控制角由小變大再變小，如從使控制角由小變大再變小，如從0/200/20，就可以獲得，就可以獲得 圖圖2-44 b2-44 b所示的平均值可變的負(fù)向逆變電壓。（說明：由所示的平均值可變的負(fù)向逆變電壓。（說明：由 于逆變時于逆變時a90a90，cosacosa計算不方便，引入了逆變角計算不方便，引入了逆變角，a a ；因為本電路逆變時；因為本電路逆變時的變化為的變化為/20/2/20/2，故，故a a 的變化為的變化為0/2

19、00/20） 10.4 10.4 交交- -交變頻器供電的同步電動機調(diào)速系統(tǒng)交變頻器供電的同步電動機調(diào)速系統(tǒng) a a）整流狀態(tài)波形）整流狀態(tài)波形 b b）逆變狀態(tài)波形）逆變狀態(tài)波形 c c）完整的正弦輸出波形）完整的正弦輸出波形 正弦波型交正弦波型交- -交變頻器輸出電壓波形交變頻器輸出電壓波形 10.4 10.4 交交- -交變頻器供電的同步電動機調(diào)速系統(tǒng)交變頻器供電的同步電動機調(diào)速系統(tǒng) 三相交三相交- -交變頻器中的交變頻器中的a a相電路相電路 交交- -交變頻器的控制方式交變頻器的控制方式 10.4 10.4 交交- -交變頻器供電的同步電動機調(diào)速系統(tǒng)交變頻器供電的同步電動機調(diào)速系統(tǒng) 可控環(huán)流運行方式下的正反組工作狀態(tài)可控環(huán)流運行方