變速恒頻風(fēng)電機(jī)組交流勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目：變速恒頻風(fēng)電機(jī)組交流勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)變速恒頻風(fēng)電機(jī)組交流勵(lì)磁裝置設(shè)計(jì)摘 要目前，風(fēng)力發(fā)電是我國(guó)政府正在大力發(fā)展的清潔能源，但風(fēng)力發(fā)電有它自身的特點(diǎn)，就是風(fēng)速是變化不定的。要想得到人們想要的合格電能，就要對(duì)風(fēng)電機(jī)發(fā)出的電進(jìn)行變換，或?qū)︼L(fēng)電機(jī)本身進(jìn)行改進(jìn)。但是，前者電力電子變換裝置所需容量較大，電壓和功率因數(shù)調(diào)節(jié)比較困難，近年電力電子技術(shù)的發(fā)展使對(duì)風(fēng)電機(jī)本身的改進(jìn)成為可能。勵(lì)磁裝置的功能是實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的變速恒頻運(yùn)行，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是可變的，而發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率是恒定的。勵(lì)磁裝置采用igbt組成三相橋式逆變電路，由它來(lái)給繞線式異步發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流。電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過測(cè)速發(fā)

2、電機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入s7-200的模擬量輸入模塊，經(jīng)計(jì)算從plc輸出脈沖串，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)放大，控制igbt的開通與關(guān)斷，使逆變電路輸出符合期望的pwm波形，即符合轉(zhuǎn)子三相合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速的三相交流電。根據(jù)運(yùn)行狀況，給風(fēng)電機(jī)的勵(lì)磁電流可以是直流也可以是交流。在最大風(fēng)速時(shí)，可以保證同步轉(zhuǎn)速。風(fēng)速減小時(shí)，通過給轉(zhuǎn)子繞組提供交流勵(lì)磁，使風(fēng)電機(jī)輸出電壓能保持50hz。這樣就實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻運(yùn)行。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電 變速恒頻 交流勵(lì)磁 igbt plc the design of ac excitation device of variable speed and constan

3、t frequency wind powerabstractcurrently, wind power is clean energy vigorously developing in government of china，but wind power has its own characteristics, the wind speed is fluctuated. to get qualified power people want，the electricity will be transformed or improvement of the wind turbine itself.

4、 however, the former is larger capacity requirements for power electronic conversion device，voltage and power factor is difficult to adjust. however, due to the development of power electronics technology in recent years，the wind turbine of improvements is possible.the features of excitation device

5、is to achieve running of variable speed and constant frequency of the wind turbine. variable speed and constant frequency , the rotor speed of the wind turbine is variable, while the frequency of the voltage of the generator is a constant.therefore, to design a device different from the previous exc

6、hange excitation device. ac excitation device is a three-phase bridge inverter circuit, by it to provide excitation asynchronous generator. according to operating conditions, the excitation current to the motor can be dc can also be exchange. the synchronous speed can be guaranteed, when the maximum

7、 wind speed is maximum.wind speed is reduced, by providing ac excitation to the rotor winding, the output voltage can maintain 50hz.the speed of motor is maintained through the tachometer generator real-time monitoring. speed signal will input analog input module of plc, calculating, then high-speed

8、 burst is output by plc , then after driving to enlarge, to control the opening and turn-offing of igbt.finally the inverter output pwm waveforms expected.the wind turbine's variable speed constant frequency operation is achieve.key words: wind power variable speed constant frequency ac excitati

9、on igbt plc目 錄1 引言11.1 目的及意義11.2 研究現(xiàn)狀及前景21.3大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流機(jī)型42交流勵(lì)磁的原理介紹52.1交流勵(lì)磁的原理介紹52.2實(shí)現(xiàn)變速恒頻的理論分析53變頻裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理介紹73.1 igbt介紹73.1.1 igbt的結(jié)構(gòu)與特性73.1.2 igbt的額定電流計(jì)算83.2逆變電路的基本原理93.3三相電壓型逆變電路94三相橋式整流電路125 pwm控制技術(shù)介紹135.1pwm控制的基本原理135.2 pwm波形的生成145.3 pwm逆變電路及其控制方法175.3.1計(jì)算法175.3.2 調(diào)制法176 門極控制信號(hào)的產(chǎn)生196.1門極控制信號(hào)的

10、產(chǎn)生196.2寬度可調(diào)脈沖輸出pwm介紹197轉(zhuǎn)速測(cè)量與轉(zhuǎn)換218 igbt驅(qū)動(dòng)電路239 plc梯形圖2710 結(jié)論34參考文獻(xiàn)36外文資料37畢業(yè)設(shè)計(jì)1 引言1.1 目的及意義風(fēng)力發(fā)電就是將風(fēng)能經(jīng)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的過程，其中整個(gè)系統(tǒng)的核心部分是負(fù)責(zé)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)，這部分的運(yùn)行狀況直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能。因此，研制適用于風(fēng)電轉(zhuǎn)換的高可靠性、高效率的控制系統(tǒng)和供電性能良好的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，是廣大科技工作者對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的探索重點(diǎn)。在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方面，目前世界上流行的風(fēng)電技術(shù)大體上可分為恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)兩大類。由于恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)最

11、大風(fēng)能捕獲、剛性機(jī)電耦合和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行等方面存在的缺陷，逐漸退出了風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。變速恒頻發(fā)電是從20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種新型發(fā)電方式，它將電力電子技術(shù)、矢量變換控制技術(shù)和微機(jī)信息處理技術(shù)引入發(fā)電機(jī)控制之中，獲得了一種全新的、高質(zhì)量的電能獲取方式。相對(duì)于恒速運(yùn)行方式，變速運(yùn)行具有風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率高、機(jī)電耦合柔性連接、功率因數(shù)可調(diào)、勵(lì)磁變換器容量小等特點(diǎn)。從而在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電方式占據(jù)了主導(dǎo)地位并引領(lǐng)了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展方向。在實(shí)現(xiàn)變速恒頻的眾多方法中，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外比較關(guān)注的是交流勵(lì)磁變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中尤以交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)應(yīng)用最為廣泛。而對(duì)于在該系統(tǒng)中的勵(lì)磁電源裝置，可以是交交

12、變頻器、交直交型雙pwm變換器，也可以是今年來(lái)出現(xiàn)的矩陣變換器。交-交變頻由于固有缺陷，輸出電壓中含有大量諧波，輸入側(cè)功率因數(shù)低，對(duì)電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)造成了嚴(yán)重的諧波污染，從而不適合應(yīng)用于兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電；矩陣變換器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，具有良好的輸入輸出特性且不需要中間直流電容。但由于其控制方法較復(fù)雜，在換流時(shí)不允許有重疊，也不允許存在間隙，且其最大輸出電壓能力不高；交-直-交雙pwm變換器以其良好的傳輸特性、功率因數(shù)高、網(wǎng)側(cè)電流諧波小、能量雙向流動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種變頻調(diào)速系統(tǒng)中，也完全能夠滿足變速恒頻風(fēng)力發(fā)電中雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求1。在雙pwm變換器中轉(zhuǎn)子側(cè)變換器向轉(zhuǎn)子繞組傳

13、遞所需的勵(lì)磁電流，完成雙饋電機(jī)矢量控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲和定子無(wú)功功率的調(diào)節(jié)；網(wǎng)側(cè)變換器控制著直流母線電壓的穩(wěn)定，但由于對(duì)整流側(cè)輸出側(cè)輸出電流的控制總是滯后于負(fù)載電流變化，故通過電容的電流始終在一定的范圍內(nèi)變動(dòng)，從而使直流母線電壓不斷波動(dòng)。若濾波電容c越大，則直流母線電壓波動(dòng)就越小，前后兩個(gè)變換器依賴性就越小。但這種靠提高電容容量來(lái)穩(wěn)定母線電壓的做法具有嚴(yán)重的缺陷，在實(shí)際大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中也是不可取的。這是因?yàn)椋哼@種大容量?jī)?chǔ)能濾波電容一般是電解電容，其缺點(diǎn)是體積大、笨重而且性能不可靠。如果控制的不好，引起流過電容的電流過大，將引起嚴(yán)重的溫升，進(jìn)一步會(huì)使電解電容的性能惡化?？梢哉f(shuō)，整個(gè)勵(lì)磁

14、電源系統(tǒng)的壽命的瓶頸在于這個(gè)電解電容。產(chǎn)生以上問題的根本原因在于變換器的整流部分和逆變部分采用的是各自獨(dú)立的控制，無(wú)法充分利用雙方信息協(xié)調(diào)一致，致使通過整流部分和逆變部分的瞬時(shí)能量總是存在著較大的差值。具體來(lái)說(shuō)，無(wú)論從電流流向的角度看，還是從能量傳遞的角度看，整流部分和逆變部分都存在著一定的物理聯(lián)系。但是控制系統(tǒng)卻簡(jiǎn)單地將兩者當(dāng)作是完全獨(dú)立的兩個(gè)個(gè)體，割斷了兩者之間的物理聯(lián)系對(duì)二者各自進(jìn)行獨(dú)立的控制，從而使獨(dú)立控制方式存在著根本缺點(diǎn)，難以取得最佳的控制效果。與獨(dú)立控制方式相對(duì)應(yīng)，協(xié)調(diào)控制則是站在更高的高度、從整體出發(fā)、以系統(tǒng)的眼光，對(duì)整流部分和逆變部分之間的物理聯(lián)系進(jìn)行剖析，在此基礎(chǔ)上，將兩者

15、當(dāng)作一個(gè)相互影響的整體，對(duì)整流部分和逆變部分進(jìn)行關(guān)聯(lián)、協(xié)調(diào)控制。具體而言，就是通過協(xié)調(diào)控制使網(wǎng)側(cè)變換器能瞬時(shí)提供轉(zhuǎn)子側(cè)變換器所需的負(fù)載電流，使直流母線電壓波動(dòng)盡可能的小，這樣在同等允許電壓波動(dòng)范圍內(nèi)，便可以大幅減小電解電容的容量。為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的雙pwm變換器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，并綜合矢量控制技術(shù)對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。結(jié)果表明該方法物理意義清晰，控制中整流過程充分利用了逆變部分的動(dòng)、靜態(tài)信息，使電容容量大大減小，控制效果良好。從而實(shí)際應(yīng)用中，可減少勵(lì)磁裝置體積、重量、成本，提高系統(tǒng)可靠性、減少維護(hù)、延長(zhǎng)壽命，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。1.2 研究現(xiàn)狀及前景隨著國(guó)際工業(yè)化的進(jìn)程，全球氣溫逐漸

16、變暖，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，支撐工業(yè)化進(jìn)程的能源、電力所主要以來(lái)的化石燃料在地球上的儲(chǔ)量消耗越來(lái)越快，常規(guī)能源資源面臨枯竭的危險(xiǎn)，現(xiàn)代新能源和可再生能源的發(fā)展問題擺在了世界各國(guó)的面前。在這樣的背景下，各工業(yè)國(guó)對(duì)清潔能源傾注了更多的熱情，促使了近20年來(lái)可再生新能源技術(shù)的顯著發(fā)展與進(jìn)步。風(fēng)力發(fā)電不僅不燒煤、不耗水，而且不排放有害物質(zhì)，被人類譽(yù)為清潔能源、綠色能源、環(huán)保能源。在風(fēng)電發(fā)展中最有影響、發(fā)展較快的國(guó)家有美國(guó)德國(guó)丹麥印度荷蘭英國(guó)等。值得一提的是，全世界83%以上的風(fēng)電裝機(jī)容量分布在五個(gè)國(guó)家：德國(guó)美國(guó)丹麥印度和西班牙。在德國(guó)，風(fēng)能是居水力發(fā)電之后最重要的再生能源來(lái)源，風(fēng)力發(fā)電在德國(guó)電力生產(chǎn)所占的

17、比例已達(dá)到2.5%。目前，德國(guó)共擁有9400座風(fēng)力發(fā)電機(jī)，總?cè)萘拷?100兆瓦，占?xì)W洲大陸風(fēng)能發(fā)電總?cè)萘康?0%，全球風(fēng)能發(fā)電總量的三分之一。在未來(lái)10年里，德國(guó)風(fēng)力發(fā)電在電力生產(chǎn)中所占的比例將達(dá)到305%。聯(lián)邦風(fēng)能協(xié)會(huì)的估計(jì)更為樂觀，認(rèn)為風(fēng)力發(fā)電在電力生產(chǎn)中所占的比例甚至可以提高到30%。不過，這一切都取決于開發(fā)風(fēng)能發(fā)電的新領(lǐng)域，近海風(fēng)力發(fā)電的努力是否成功。丹麥?zhǔn)鞘澜顼L(fēng)力發(fā)電的先進(jìn)國(guó)家和風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要制造國(guó)。1978年丹麥成立了國(guó)立風(fēng)力發(fā)電試驗(yàn)站，并對(duì)其實(shí)行政策性補(bǔ)貼，促使了風(fēng)力機(jī)工業(yè)和風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。1995年底全國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量達(dá)61.9萬(wàn)以上，1996年上升到73.3萬(wàn)千瓦。按規(guī)劃

18、至2005年風(fēng)電裝機(jī)總量將達(dá)150萬(wàn)千瓦，屆時(shí)相當(dāng)于國(guó)內(nèi)電力用量的10%，到2030年時(shí)將把風(fēng)電的比例提高到占全國(guó)所需電力的40%。丹麥政府近期又把注意力轉(zhuǎn)向海洋，于1997年秋宣布了海上風(fēng)力發(fā)電計(jì)劃，擬于2005年使海上風(fēng)力發(fā)電容量達(dá)75萬(wàn)千瓦，2015年達(dá)到230萬(wàn)千瓦。另?yè)?jù)估計(jì)，目前全世界約有一半的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備是丹麥生產(chǎn)的。印度從20世紀(jì)90年代以后大力引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，并采取有力的政策措施促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。1995年又上升到81.6萬(wàn)千瓦，超過丹麥，成為世界第三個(gè)風(fēng)力發(fā)電最多的國(guó)家。荷蘭、英國(guó)等國(guó)的發(fā)電事業(yè)，也在迅速發(fā)展。我國(guó)地域遼闊，地處北緯陽(yáng)光充沛的亞熱帶地區(qū)。據(jù)專家預(yù)測(cè)，我國(guó)風(fēng)能儲(chǔ)

19、量大，分布面廣，全國(guó)大約有2/3的地區(qū)為多風(fēng)地帶。全年平均風(fēng)速3m/s及以上的時(shí)間達(dá)3000-5000h,平均風(fēng)能密度為100w/m，可開發(fā)的風(fēng)能資源約2.53億千瓦。我國(guó)風(fēng)力發(fā)電從20世紀(jì)80年代開始起步，到2001年底全國(guó)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到40萬(wàn)千瓦左右，風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展到26個(gè)。其中達(dá)坂城風(fēng)電場(chǎng)累計(jì)安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組172臺(tái)，裝機(jī)容量達(dá)到9.2萬(wàn)千瓦，南澳風(fēng)電場(chǎng)安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組近百臺(tái)，裝機(jī)容量達(dá)到4.8萬(wàn)千瓦：內(nèi)蒙古輝騰勒風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量也超過3萬(wàn)千瓦；福建的平潭、大連橫山、浙江舟山、上海崇明也都在規(guī)劃建設(shè)500千瓦、600千瓦、800千瓦容量不等的風(fēng)力風(fēng)電場(chǎng)，為解決無(wú)電地區(qū)農(nóng)牧民生產(chǎn)生活用電發(fā)

20、揮了重要作用。我國(guó)自主開發(fā)的200-300千瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化率已超過90%；600千瓦機(jī)組樣機(jī)的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到80%左右。我國(guó)具備了自行研制開發(fā)容量從100w到10千瓦的10多種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能力，還開發(fā)了一批風(fēng)光、風(fēng)柴聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。雖然我國(guó)近幾年風(fēng)電發(fā)展很快，裝機(jī)量以每年20%以上的速度遞增，但風(fēng)電仍僅占全國(guó)電力總裝機(jī)的0.11%，因此我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電目前仍處于起步階段。為更好地實(shí)施國(guó)家可持續(xù)發(fā)展和西部大開發(fā)戰(zhàn)略，國(guó)家計(jì)委、科技部、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委制定了新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“十一五”規(guī)劃，指導(dǎo)思想是發(fā)揮可再生能源資源分布廣、清潔環(huán)保、社會(huì)效益好的優(yōu)勢(shì)，加快發(fā)展水電、太陽(yáng)能熱利用、沼氣等技

21、術(shù)成熟的可再生能源，盡快使優(yōu)良資源得到合理開發(fā)利用，不斷提高可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電，其發(fā)展思路和戰(zhàn)略布局是：以規(guī)?；瘞?dòng)產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)風(fēng)電技術(shù)水平的迅速提高，增強(qiáng)風(fēng)機(jī)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的能力，降低風(fēng)力發(fā)電成本。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)，發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，在“三北”地區(qū)發(fā)揮其資源優(yōu)勢(shì)，建設(shè)大型和特大型風(fēng)電場(chǎng)，在其他地區(qū)，因地制宜地發(fā)展中小型風(fēng)電場(chǎng)，充分利用各地的風(fēng)能資源?！笆晃濉逼陂g，國(guó)家進(jìn)一步完善大型風(fēng)電特許權(quán)項(xiàng)目招標(biāo)方法和風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目開發(fā)授予方式 ，兼顧風(fēng)能資源條件、電力市場(chǎng)條件和前期工作進(jìn)展情況，大力推進(jìn)10萬(wàn)千瓦大型風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目的開發(fā)，重點(diǎn)在東部沿海和“三北”地區(qū)，建成一批裝機(jī)容量在1

22、0萬(wàn)千瓦以上的風(fēng)電場(chǎng)，并建設(shè)12座百萬(wàn)千瓦級(jí)的大型風(fēng)力發(fā)電基地。此外，還應(yīng)加緊對(duì)近海風(fēng)能開發(fā)技術(shù)的研究，著手海上風(fēng)能資源測(cè)量和前期設(shè)計(jì)工作，開發(fā)出12個(gè)示范近海風(fēng)電場(chǎng)，為今后大規(guī)模發(fā)展近海風(fēng)電積累技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)11。1.3大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流機(jī)型一般按發(fā)電機(jī)分的話分直驅(qū)和雙饋兩種類型，目前大多采用的都是雙饋，未來(lái)的流行趨勢(shì)是直驅(qū)，因?yàn)闆]有齒輪箱，機(jī)械故障率更低。經(jīng)過將近十年的發(fā)展，世界各主要風(fēng)力發(fā)電機(jī)研制國(guó)家大概確定了三個(gè)技術(shù)研究方向，即定漿矩失速型機(jī)組、全槳葉變矩型機(jī)組、應(yīng)用變速恒頻技術(shù)的變速型機(jī)型。這三種風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)型有各自的特點(diǎn)，目前都在應(yīng)用。其中，定漿矩失速型機(jī)組因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，

23、在偏小容量風(fēng)電機(jī)組中（一般在兆瓦級(jí)以下）仍大量使用；全槳葉變矩型機(jī)組，是今后高效率高容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展方向，這種機(jī)組使槳葉和機(jī)組的受力大大降低；在眾多的風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型，應(yīng)用變速恒頻技術(shù)的變速型機(jī)型，將會(huì)成為未來(lái)并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電的主流機(jī)型。這種機(jī)型是由電力電子換流器實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變速恒頻控制。變速恒頻，即風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是可變的，而發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率是恒定的。由于具有良好的輸出電壓性能，近年來(lái)獲得了很大發(fā)展，而且將會(huì)成為未來(lái)并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電的主流機(jī)型。2交流勵(lì)磁的原理介紹2.1交流勵(lì)磁的原理介紹近十多年來(lái)，國(guó)外興起研制交流勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)熱潮，即在電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中引入二相或三相附加電勢(shì)

24、，使其產(chǎn)生二相或三相交流勵(lì)磁電流，除發(fā)現(xiàn)改變勵(lì)磁電流幅值可調(diào)節(jié)電機(jī)無(wú)功外，還發(fā)現(xiàn)改變勵(lì)磁電流相位可調(diào)節(jié)電機(jī)有功，改變勵(lì)磁電流頻率可調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電機(jī)在配合改變勵(lì)磁電流相序和轉(zhuǎn)差功率流向時(shí)還可使其轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速；若在調(diào)速同時(shí)能對(duì)其勵(lì)磁電流的有功分量和無(wú)功分量進(jìn)行解耦控制，則可使電機(jī)運(yùn)行在高功率因數(shù)即cos =1狀態(tài)下，取得巨大節(jié)能效果。交流勵(lì)磁電機(jī)的定子是直接接在電網(wǎng)上的，而轉(zhuǎn)子則需要一套獨(dú)立的交流勵(lì)磁電源饋電，雙饋電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子都可以傳輸能量，并且其轉(zhuǎn)差功率的流向也是雙向的。雙饋電機(jī)與同步電機(jī)在某些方面具有同樣的特性，比如它們都具有獨(dú)立的勵(lì)磁繞組；可以調(diào)節(jié)功率因數(shù)；當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速可以

25、保持不變，所以有的稱交流勵(lì)磁電機(jī)為交流勵(lì)磁同步電機(jī)，又有的稱為同步感應(yīng)電機(jī)，又有的稱為異步化電機(jī)。實(shí)際上，它是具有同步電機(jī)特性的交流勵(lì)磁的異步機(jī)，是一種從舊電機(jī)發(fā)展出來(lái)的新型電機(jī)，其特性比同步機(jī)還優(yōu)越。同步電機(jī)的勵(lì)磁的可調(diào)量只有一個(gè)，即電流的幅值。所以同步電機(jī)勵(lì)磁一般只能對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，而交流勵(lì)磁電機(jī)勵(lì)磁的可調(diào)量卻有三個(gè)：（1）勵(lì)磁電流的幅值；（2）勵(lì)磁電流的頻率；（3）勵(lì)磁電流的相位。這說(shuō)明交流勵(lì)磁電機(jī)比同步電機(jī)多了兩個(gè)可調(diào)量，通過改變勵(lì)磁電流的頻率，可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速;通過改變勵(lì)磁電流的相位，可以改變發(fā)電機(jī)電勢(shì)與電網(wǎng)電壓向量的相對(duì)位置，改變電機(jī)的功率角，可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出的功率因數(shù)；通過

26、改變勵(lì)磁電流的幅值，可以調(diào)節(jié)輸出的功率。當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，可以通過快速控制勵(lì)磁電流的幅值、頻率、相位來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，充分利用轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，釋放給負(fù)荷或者從負(fù)荷吸收，同時(shí)其對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)比常規(guī)的電機(jī)還要小。因而，交流勵(lì)磁電機(jī)具有優(yōu)越的運(yùn)行性能。雖然雙饋電機(jī)可以獲得較好的調(diào)節(jié)性能和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但需要增加一套獨(dú)立的功率可雙向傳輸?shù)淖冾l電源和較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，對(duì)電機(jī)的要求也較其他電機(jī)高。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，可以作為雙饋調(diào)速的交流勵(lì)磁電源不斷增加。2.2實(shí)現(xiàn)變速恒頻的理論分析 根據(jù)某一地區(qū)的最大風(fēng)速設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)，滿足最大風(fēng)速時(shí)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在同步狀態(tài)。也就是說(shuō)，風(fēng)電機(jī)大部分時(shí)間運(yùn)行在亞同步狀態(tài)，勵(lì)磁裝

27、置總是要給電機(jī)補(bǔ)償頻率。這就需要?jiǎng)?lì)磁裝置除了最大風(fēng)速時(shí)提供直流勵(lì)磁電流，其他狀況都是提供具有一定頻率的勵(lì)磁電流。但是，當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)得的電壓信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，風(fēng)速早已不能滿足風(fēng)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。所以，此次設(shè)計(jì)的交流勵(lì)磁裝置時(shí)，這是滿足一定指標(biāo)的隨動(dòng)裝置。考慮到實(shí)際運(yùn)行時(shí)，風(fēng)速有時(shí)非常小，此時(shí)有三相逆變電路補(bǔ)償?shù)慕涣鲃?lì)磁頻率很大，有時(shí)甚至高達(dá)50hz，若風(fēng)力發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在這種狀態(tài)，那么效率是非常低的。因此，為了避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速運(yùn)行，在plc中編寫一段程序，設(shè)定在補(bǔ)償頻率將要超過20hz時(shí)，要關(guān)斷所有igbt。風(fēng)力發(fā)電機(jī)仍然在轉(zhuǎn)動(dòng)，但已經(jīng)不在發(fā)出電能。實(shí)現(xiàn)恒頻的計(jì)算過程：發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率: (

28、1-1)測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓: (1-2)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為: (1-3)由式1-1、1-2、1-3推導(dǎo)出交流勵(lì)磁頻率: (1-4)因此，只要對(duì)輸入單片機(jī)的（測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓）進(jìn)行整理、計(jì)算，就可得出三相逆變電路需要給風(fēng)力機(jī)電流的補(bǔ)償頻率。整個(gè)系統(tǒng)是由測(cè)量單元、逆變單元、風(fēng)力發(fā)電單元和plc控制單元組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)裝置。如圖2-1，系統(tǒng)控制圖。三相勵(lì)磁繞組驅(qū)動(dòng)電路三相逆變電路風(fēng)力機(jī)定子plc負(fù)載測(cè)速發(fā)電機(jī)圖2.1 系統(tǒng)控制圖 3變頻裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理介紹交流勵(lì)磁的主要實(shí)現(xiàn)方法就是逆變電路，勵(lì)磁裝置采用無(wú)源逆變。逆變電路的應(yīng)用十分廣泛。在已有的各種電源中，蓄電池、干電池、太陽(yáng)能電池等都是直流電源

29、，當(dāng)需要這些電源向交流負(fù)載供電時(shí)，就需要逆變電路。另外，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置使用非常廣泛，其電路的核心部分都是逆變電路。有人甚至說(shuō)，電力電子技術(shù)早期曾處在整流時(shí)代，后來(lái)則進(jìn)入逆變器時(shí)代。3.1 igbt介紹3.1.1 igbt的結(jié)構(gòu)與特性在20世紀(jì)80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管為代表的復(fù)合型器件得到了迅猛發(fā)展。它綜合了雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件和單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件的優(yōu)點(diǎn)，已獲得大量應(yīng)用。三相橋式逆變電路所選功率型器件是igbt。igbt屬于全控型器件。igbt的中文名稱叫絕緣柵極雙極晶體管，具有通流能力強(qiáng)、開關(guān)速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好、所需驅(qū)動(dòng)功率

30、小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。1. 結(jié)構(gòu)和工作原理igbt外設(shè)三個(gè)接線端，分別是柵極g、集電極c和發(fā)射極e。如圖3-1是igbt的結(jié)構(gòu)圖。igbt導(dǎo)通是從注入?yún)^(qū)向漂移區(qū)發(fā)射少子，這段時(shí)間經(jīng)過對(duì)漂移去的電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)制，igbt的通流能力得到很大提高。當(dāng)柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號(hào)，igbt關(guān)斷5。圖3-1 igbt結(jié)構(gòu)2.靜態(tài)特性igbt的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開關(guān)特性。3.動(dòng)態(tài)特性圖3-2所示為igbt開關(guān)過程的波形圖。igbt在開通過程中，大部分時(shí)間是作為mosfet 來(lái)運(yùn)行的，只是在漏源電壓下降過程后期，pnp晶體管由放大區(qū)至飽和，又增加了一段延遲時(shí)間。圖3-2 igbt的

31、開關(guān)過程3.1.2 igbt的額定電流計(jì)算igbt的主要參數(shù)1.最大集射極間電壓由內(nèi)部pnp晶體管的擊穿電壓確定2.最大集電極電流包括額定直流和1ms脈寬最大電流3.最大集電極功耗正常工作溫度下允許的最大功耗。參數(shù)的選擇要留有合適的余地，這樣才能保證可靠、長(zhǎng)期、安全運(yùn)行。工作電壓為50%60%，在這種情況下器件是最安全的。有一下制約因素：1.在關(guān)斷或過載條件下，要處于安全工作去，小于2倍的額定電流。2.igbt峰值電流是根據(jù)200%的過載120%的電流脈動(dòng)率來(lái)制定的。3.溫結(jié)必須小于120攝氏度。根據(jù)勵(lì)磁電流計(jì)算igbt的額定電流，三相勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流為13.6安。流過igbt的電流有效值：

32、 (3-1)igbt的額定電流： (3-2)考慮到二極管的續(xù)流最終選擇igbt的額定電流大約為12安左右。igbt的耐壓值計(jì)算：igbt的損耗損耗是指igbt在開通或關(guān)斷過渡過程期間的功率損耗。當(dāng)pwm信號(hào)頻率大于5khz時(shí)，開關(guān)損耗會(huì)非常顯著，因此在使用變頻器時(shí)，必須正確的選擇載波頻率值。載波頻率的大小與器件的開關(guān)損耗、器件的發(fā)熱、電流的波形、干擾的大小、電動(dòng)機(jī)的噪聲和振動(dòng)等有關(guān)，因此按照不同功率的電動(dòng)機(jī)惡化現(xiàn)場(chǎng)條件來(lái)正確選擇載波頻率值，也是變頻調(diào)試中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。3.2逆變電路的基本原理以圖3-3的單相橋式逆變電路為例說(shuō)明其最基本的工作原理。圖中s1s4是橋式電路的4個(gè)臂，他們由電力電子

33、器件及其輔助電路組成。當(dāng)開關(guān)s1、s4閉合，s2、s3斷開時(shí)，負(fù)載電壓為正；當(dāng)開關(guān)s1、s4斷開，s2、s3閉合時(shí)，為負(fù)，其波形如圖所示。這樣，就把直流電變成了交流電，改變兩組開關(guān)的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率。這就是逆變電路最基本的工作原理。圖3-3簡(jiǎn)單逆變電路 3.3三相電壓型逆變電路三相逆變電路為勵(lì)磁提供電源，在三相逆變電路中，應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路。采用igbt可控元件作為開關(guān)器件的三相電壓型橋式逆變電路如圖3-4所示。由電壓型直流電源供電的逆變電路。 圖3-4是一個(gè)三相電壓型逆變電路的主電路。直流電源采用整流電路，由普通二極管組成。逆變電路由6個(gè)導(dǎo)電臂組成,每個(gè)導(dǎo)電臂均由

34、具有自關(guān)斷能力的全控型器件及反并聯(lián)二極管組成，所以實(shí)際上也是一種全控型逆變電路。負(fù)載為感性，星形接法，在整流電路和逆變電路之間并聯(lián)大電容cd。由于cd的作用，逆變輸入端電壓平滑連續(xù)，直流電源具有電壓源性質(zhì)。圖3-4 三相逆變電路逆變橋中的二極管作為續(xù)流二極管使用，防止管子打開或關(guān)斷時(shí)受到電流的沖擊而產(chǎn)生過大的壓降，而損壞管子。電路的直流側(cè)通常只有一個(gè)電容器就可以了，但為了分析方便，畫作串聯(lián)的兩個(gè)電容器并標(biāo)出假想中點(diǎn)n。和單相半橋、全橋逆變電路相同，三相電壓型橋式逆變電路的基本工作方式也是180°，同一相（即同一半橋）上下兩個(gè)臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度依次相差120°。這

35、樣，在任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通?？赡苁巧厦嬉粋€(gè)臂下面兩個(gè)臂，也可能是上面兩個(gè)臂下面一個(gè)臂同時(shí)導(dǎo)通。因?yàn)槊看螕Q流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行，因此也稱為縱向換流。下面來(lái)分析三相電壓型橋式逆變電路的工作波形。對(duì)于u相輸出來(lái)說(shuō)，當(dāng)橋臂1導(dǎo)通是，當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時(shí)，。因此，波形是幅值為的矩形波。v、w兩相的情況和u相類似，的波形形狀和相同，只是相位依次相差120°。這種傳統(tǒng)逆變方式產(chǎn)生的相電流波形如圖3-5，這種方法得到的三相電流波形十分粗糙，無(wú)法滿足三相勵(lì)磁要求。圖3-5一相輸出電流計(jì)算三相橋式逆變電路的輸入電壓 ：根據(jù)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)中要求勵(lì)磁電壓36v，所以v。從而求出，這就是三相逆變

36、電路的直流母線的輸入電壓。三相逆變電路接收門級(jí)觸發(fā)信號(hào)輸出符合要求的三相勵(lì)磁電流。4三相橋式整流電路逆變電路的直流電壓是由整流電路提供的，這里采用三相橋式不可控整流電路。如圖4-1三相橋式整流電路原理圖,t整流變壓器一次側(cè)從風(fēng)力發(fā)電機(jī)引入三相交流電源，二次側(cè)接整流電路。圖4-1三相橋式整流電路原理圖三相橋式整流電路是由共陰接法與共陽(yáng)接法三相不可控整流電路串聯(lián)而成，并且取消了公共中線，因此三相橋整流電路在任何時(shí)刻都是二極管正向?qū)?，且其中一個(gè)是在共陰組，另一個(gè)必須在共陽(yáng)組。只有當(dāng)它們能同時(shí)被觸通時(shí)，才能構(gòu)成負(fù)載電流導(dǎo)通回路。整流電路輸出的電壓波形為線電壓的包絡(luò)線，輸出的電壓的變化范圍為。5 pw

37、m控制技術(shù)介紹5.1pwm控制的基本原理pwm控制是重要的電力電子技術(shù)，通過脈寬調(diào)制可以輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形，基于pwm控制技術(shù)的三相逆變電路，更能輸出三相正弦交流電。它可以滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)的交流勵(lì)磁要求。pwm（pulse width modulation）控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對(duì)一系列脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需的波形。pwm控制技術(shù)在眾多領(lǐng)域的逆變電路中的最為廣泛，對(duì)逆變電路的影響也最為深刻?，F(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是pwm型逆變電路?？梢哉f(shuō)pwm技術(shù)和逆變電路應(yīng)用在發(fā)展中相互促進(jìn)，pwm技術(shù)才不斷得到改進(jìn)，從而確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。離開了

38、pwm控制技術(shù)，絕大部分逆變電路的功能是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。在采樣控制理論中的面積等效原理，有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量即窄脈沖的面積。這里所說(shuō)的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出相應(yīng)波形基本相同。通過傅里葉變換分析各輸出波形，僅在高頻段略有差異，而低頻非常接近。如圖5-1所示的三個(gè)窄脈沖形狀不同，其中圖5-1a為矩形脈沖，圖5-1b為三角形脈沖，圖5-1c為正弦半波脈沖，但它們的面積（即沖量）都等于1，那么，當(dāng)它們分別在具有慣性的同一個(gè)環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。當(dāng)窄脈沖變?yōu)閳D5-1d的單位脈沖函數(shù)時(shí)，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。（a）

39、 （b）（c） （d）圖5-1 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖下面來(lái)分析怎樣用一系列等副不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波。把圖5-2a的正弦波分成n等份，就可以把正弦半波看成是有一個(gè)彼此相連的脈沖序列所組成的波形。這些脈沖寬度相等都等于，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等副而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量相等）就得到圖5-2b所示的脈沖序列。這就是pwm波形?？梢钥闯觯髅}沖的幅值相等，而寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)面積等效原理，pwm波形和正弦波

40、是等效的。對(duì)于正弦波得負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到pwm波形。像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的pwm波形，也稱spwm（sinusoidal pwm）波形5。圖5-2用pwm波代替正弦半波5.2 pwm波形的生成pwm波形由三相橋式逆變電路(如圖3-4）產(chǎn)生，來(lái)給三相勵(lì)磁繞組提供勵(lì)磁電源。采用脈寬調(diào)制方法可以產(chǎn)生合格的三相交流電，如圖5-3，即三相勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的交流電。圖5-3 三相交流電下面來(lái)分析一個(gè)周期內(nèi)的igbt導(dǎo)通情況。單獨(dú)觀察一相電壓，每有一個(gè)電壓過零點(diǎn)，上下兩個(gè)橋臂的通斷狀態(tài)就要互換，即180°導(dǎo)電方式。從整體看三相交流電，則是每60°就會(huì)出現(xiàn)i

41、gbt的通斷互換。每一時(shí)刻都有三個(gè)igbt導(dǎo)通。把三相交流電分成六等份進(jìn)行分析，每段寬度為60°。每個(gè)橋臂上的某個(gè)igbt從電壓過零點(diǎn)開始導(dǎo)通到開始換相關(guān)斷，要經(jīng)過180°。如圖5-4所示，三相pwm波形。下面來(lái)分析一個(gè)周期內(nèi)pwm波形的產(chǎn)生過程，當(dāng)0時(shí)，v1在一周期內(nèi)開始接收脈沖信號(hào)，此時(shí)間段v1、v5、v6的柵極g接收脈沖信號(hào)。當(dāng)時(shí)，v5關(guān)斷不再接收脈沖信號(hào)，v2開始接收脈沖信號(hào)，此時(shí)間段v1、v2、v6的柵極g接收脈沖信號(hào)。當(dāng)時(shí)，v6關(guān)斷不再接收脈沖信號(hào)，v3開始接收脈沖信號(hào)，此時(shí)間段v1、v2、v3的柵極g接收脈沖信號(hào)。當(dāng)時(shí)，v1關(guān)斷不再接收脈沖信號(hào)，v4開始接收脈

42、沖信號(hào)，此時(shí)間段v2、v3、v4的柵極g接收脈沖信號(hào)。當(dāng)時(shí)，v2關(guān)斷不再接收脈沖信號(hào)，v5開始接收脈沖信號(hào)，此時(shí)間段v3、v4、v5的柵極g接收脈沖信號(hào)。當(dāng)時(shí)，v3關(guān)斷不再接收脈沖信號(hào)，v6開始接收脈沖信號(hào)，此時(shí)間段v4、v5、v6的柵極g接收脈沖信號(hào)。當(dāng)時(shí)，v4關(guān)斷不再接收脈沖信號(hào)，v1開始接收脈沖信號(hào)，此時(shí)間段v1、v5、v6的柵極g接收脈沖信號(hào)。經(jīng)過一個(gè)周期的分析可以看出，六個(gè)igbt陸續(xù)接收第一個(gè)脈沖的順序是v1、v2、v3、v4、v5、v6，對(duì)應(yīng)的關(guān)斷順序是v4、v5、v6、v1、v2、v3，同時(shí)存在兩個(gè)繼續(xù)接收脈沖的igbt，詳細(xì)通斷狀態(tài)如表5-1所示。表5-1各igbt通斷情況0

43、導(dǎo)通v1v2v3v4v5v6120°v6v1v2v3v4v5180°v5v6v1v2v3v4關(guān)斷v4v5v6v1v2v3圖5-4各相pwm波形上述分析是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的絕大部分運(yùn)行工況，設(shè)計(jì)的同步轉(zhuǎn)速是在最大風(fēng)速時(shí)才能達(dá)到的。在風(fēng)速達(dá)到最大時(shí)，逆變電路輸出直流，此時(shí)選擇v1與v6導(dǎo)通，有兩相繞組為風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁。5.3 pwm逆變電路及其控制方法逆變電路分為電壓型和電流型。目前實(shí)際應(yīng)用的pwm逆變電路幾乎都是電壓型電路，下面介紹基于電壓型逆變電路介紹pwm逆變電路的控制方法。pwm逆變電路的控制方法有很多，主要方法有計(jì)算法、調(diào)制法、跟蹤法。5.3.1計(jì)算法由pwm控制的基本

44、原理可知，如果給出了逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)，pwm波形中各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)。按照計(jì)算結(jié)果控制逆變電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的pwm波形。下面分析脈寬的計(jì)算過程：找到輸出電壓的表達(dá)式: （直流母線電壓） (5-1)對(duì)式5-1定積分，可以求出(5-2)第一個(gè)脈寬表達(dá)式(5-3)第二個(gè)脈寬表達(dá)式(5-4)第三個(gè)脈寬表達(dá)式(5-5)第四個(gè)脈寬表達(dá)式每一個(gè)輸出正弦半波波形都是由四個(gè)不同數(shù)值并且對(duì)稱的脈寬組成，進(jìn)而組成完整的pwm波形。5.3.2 調(diào)制法調(diào)制法的實(shí)現(xiàn)需要有專門的調(diào)制電路完成，調(diào)制電路可以是單片機(jī)內(nèi)的調(diào)制模塊或是專門的調(diào)制芯片如sa

45、8281。要向調(diào)制電路輸入信號(hào)波和載波，調(diào)制信號(hào)是希望輸出的波形，載波是接受調(diào)制的信號(hào)。等腰三角形是應(yīng)用較多的載波信號(hào)，此外有些情況也使用鋸齒波作為載波。因?yàn)榈妊切紊先我稽c(diǎn)的水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱，當(dāng)它與任何一個(gè)平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交時(shí)，如果在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)電路中開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以得到寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，這正好符合pwm控制的要求。在調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是spwm波形。這是應(yīng)用最廣的調(diào)制方法5。 圖5-6 調(diào)制法波形發(fā)生圖6 門極控制信號(hào)的產(chǎn)生6.1門極控制信號(hào)的產(chǎn)生逆變電路的六路柵極觸發(fā)信號(hào)是由plc高速脈沖產(chǎn)生，再由合適的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)?？删幊炭?/p>

46、制器（plc）是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)而來(lái)的，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它以微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來(lái)控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。高速脈沖輸出功能是指在plc的某些輸出端產(chǎn)生高速脈沖，用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)高速輸出和精確控制，它在步進(jìn)電機(jī)控制中具有廣泛應(yīng)用。使用高速脈沖輸出功能時(shí)，plc主機(jī)應(yīng)選用晶體管輸出型而不能采用繼電器輸出型，以滿足高速輸出的頻率、快速響應(yīng)的要求。三相逆變電路的六個(gè)igbt的柵極要從plc接收高速脈沖串，這組脈沖串占空比可調(diào)、周期可調(diào)、脈沖寬度可調(diào)。plc模式選擇pwm模式

47、11。6.2寬度可調(diào)脈沖輸出pwm介紹寬度可調(diào)脈沖輸出pwm主要是用來(lái)輸出占空比可以調(diào)節(jié)的高速脈沖串，用戶可以控制脈沖的周期和脈沖寬度。寬度可調(diào)脈沖輸出pwm的周期單位、脈沖數(shù)的規(guī)定與高速脈沖串輸出pto相同。當(dāng)設(shè)定脈寬等于周期時(shí)（使占空比為100%），輸出連續(xù)接通；設(shè)定脈寬定于0時(shí)（使占空比為0%），輸出斷開。改變pwm波形特性的方法有兩種：同步更新和異步更新。不改變脈沖的時(shí)基基準(zhǔn)，只改變脈沖的寬度，稱為同步更新；既改變脈沖的時(shí)基基準(zhǔn)又改變脈沖的寬度，稱為異步更新。同步更新使新、舊兩個(gè)脈沖開始的上升沿和結(jié)束的下降沿保持同步，波形特性的變化發(fā)生在周期的邊沿，兩個(gè)脈沖能平滑轉(zhuǎn)換。異步更新使新舊兩

48、個(gè)脈沖不同步，會(huì)造成pto/pwm功能被瞬時(shí)禁止，這會(huì)引起被控設(shè)備的振動(dòng)11。高速脈沖輸出指令高速脈沖輸出指令的梯形圖和語(yǔ)句表如圖6-1所示。數(shù)據(jù)輸入q端取值范圍必須是0或1。當(dāng)en輸入有效時(shí)，首先檢測(cè)用程序設(shè)置的特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器位，激活由控制位定義的脈沖操作，然后從q0.0或q0.1輸出高速脈沖。高速脈沖串輸出pto和寬度可調(diào)脈沖輸出pwm都pls指令激活輸出。 圖6-2高速脈沖輸出指令pls指令讀取存儲(chǔ)在指定的sm內(nèi)存位置的數(shù)據(jù)，并以此為pto/pwm發(fā)生器編程。smb67控制pto0或pwm0，smb77控制pto1或pwm1。pto/ pwm控制寄存器表描述用于控制pto/pwm操作的

49、寄存器12 。pwm控制寄存器在電氣控制領(lǐng)域中，隨著自關(guān)斷器件技術(shù)水平的不斷提高，脈寬調(diào)制技術(shù)（簡(jiǎn)稱pwm技術(shù)）也日趨成熟。pmw交流變頻調(diào)速以其高效率、高功率因數(shù)、輸出波形好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在井下風(fēng)機(jī)、水泵、造紙機(jī)等設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。將plc應(yīng)用于交流勵(lì)磁控制系統(tǒng)，可有效地避免系統(tǒng)運(yùn)行中的一些缺點(diǎn)，達(dá)到了提高控制精度的目的，其特點(diǎn)：1.采用plc可以使絕大多數(shù)控制邏輯通過軟件實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了電路。2.plc具有更強(qiáng)的邏輯功能，運(yùn)算速度快，精度高，有大容量的存儲(chǔ)單元，可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制。3.無(wú)零點(diǎn)漂移，控制精度高。7轉(zhuǎn)速測(cè)量與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中需要引入轉(zhuǎn)速作為反饋?zhàn)兞?，?duì)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。從而

50、是系統(tǒng)達(dá)到輸出近似工頻電壓的要求。如圖7-1 所示轉(zhuǎn)速測(cè)測(cè)量電路，rp為可調(diào)電位器，tg為電動(dòng)機(jī)同軸的測(cè)速發(fā)電機(jī)。它與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)，從而引出與風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系的反饋電壓，調(diào)節(jié)電位器即可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。圖7.1轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路1.測(cè)速發(fā)電機(jī)參數(shù)他勵(lì)式zcf221型直流發(fā)電機(jī)，額定數(shù)據(jù)為，。2.測(cè)速反饋電位器rp選擇為了使測(cè)速發(fā)電機(jī)的電樞壓降對(duì)轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)的線性度沒有顯著的影響，考慮測(cè)速發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行，應(yīng)該保證在輸出最高電壓時(shí)，其電流不能超過額定值的。測(cè)速發(fā)電機(jī)工作最高電壓： (7-1)測(cè)速反饋電位器阻值： (7-2)此時(shí)rp所消耗的功率為： (7-3)為了使電位器溫升較小，

51、實(shí)選電位器的瓦數(shù)應(yīng)為所消耗功率的一倍以上，因此rp4選為5w，1k的可調(diào)電位器。3.電位器的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)電位器使un的范圍在010v，以接入s7-200的模擬量輸入模塊。這樣010v的電壓范圍就和01500r/min的轉(zhuǎn)速范圍相對(duì)應(yīng)了。電壓信號(hào)進(jìn)入模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換為范圍在0-32000二進(jìn)制數(shù)。8 igbt驅(qū)動(dòng)電路絕緣柵雙極型晶體管(igbt)在今天的電力電子領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在實(shí)際使用中除igbt自身外，igbt 驅(qū)動(dòng)器的作用對(duì)整個(gè)換流系統(tǒng)來(lái)說(shuō)同樣至關(guān)重要。驅(qū)動(dòng)器的選擇及輸出功率的計(jì)算決定了換流系統(tǒng)的可靠性。驅(qū)動(dòng)器功率不足或選擇錯(cuò)誤可能會(huì)直接導(dǎo)致 igbt 和驅(qū)動(dòng)器損壞。以下總結(jié)了一些

52、關(guān)于igbt驅(qū)動(dòng)器輸出性能的計(jì)算方法以供選型時(shí)參考。igbt 的開關(guān)特性主要取決于igbt的門極電荷及內(nèi)部和外部的電阻。圖8-1是igbt 門極電容分布示意圖，其中是柵極-發(fā)射極電容、是集電極-發(fā)射極電容、是柵極-集電極電容或稱米勒電容（miller capacitor）。門極輸入電容 由和來(lái)表示，它是計(jì)算igbt 驅(qū)動(dòng)器電路所需輸出功率的關(guān)鍵參數(shù)。該電容幾乎不受溫度影響，但與igbt集電極-發(fā)射極電壓 的電壓有密切聯(lián)系。在igbt數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的電的值，在實(shí)際電路應(yīng)用中不是一個(gè)特別有用的參數(shù)，因?yàn)樗峭ㄟ^電橋測(cè)得的，在測(cè)量電路中，加在集電極上c的電壓一般只有25v(有些廠家為10v)，在這種

53、測(cè)量條件下，所測(cè)得的結(jié)電容要比=600v 時(shí)要大一些。由于門極的測(cè)量電壓太低(=0v)而不是門極的門檻電壓，在實(shí)際開關(guān)中存在的米勒效應(yīng)（miller效應(yīng)）在測(cè)量中也沒有被包括在內(nèi)，在實(shí)際使用中的門極電容cin值要比igbt數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的電容值大很多。因此，在igbt數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的電容值在實(shí)際應(yīng)用中僅僅只能作為一個(gè)參考值使用。圖8.1 igbt內(nèi)部電容分布示意圖確定igbt 的門極電荷對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來(lái)說(shuō)，最重要的參數(shù)是門極電荷(門極電壓差時(shí)的igbt 門極總電荷)，如果在igbt數(shù)據(jù)手冊(cè)中能夠找到這個(gè)參數(shù)，那么我們就可以運(yùn)用公式計(jì)算出：門極驅(qū)動(dòng)能量： (8-1)門極驅(qū)動(dòng)功率： (8-2)驅(qū)動(dòng)器總功率：；（驅(qū)動(dòng)器的功耗） (8-3)平均輸出電流： (8-4)最高開關(guān)頻率： (8-5)峰值電流： (8-6)門極最小電阻： (8-7):最高開關(guān)頻率；:單路的平均電流；:門極電壓差時(shí)的 igbt門極總電荷；:igbt 外部的門極電阻；:igbt 芯片內(nèi)部的門極電阻。但是實(shí)際上在