交流拖動控制系統(tǒng)第一章

1、交流拖動控制系統(tǒng)第一章第1頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日第教學(xué)目的與要求：深刻理解交流調(diào)速的原則及其機械特性掌握變頻器的工作原理和其內(nèi)部的換流方式研究變頻器的變壓方式了解變頻調(diào)速時的傳遞函數(shù)一章變頻調(diào)速的一般基礎(chǔ)第2頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日基本原理1.同步機：交流電機的同步轉(zhuǎn)速表達式為：調(diào)速方案：連續(xù)：調(diào)f 有級：調(diào)p第3頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日基本原理2.異步機：定義 轉(zhuǎn)差率 異步機轉(zhuǎn)速表達式為： 異步電動機的調(diào)速方法：變頻、變極對數(shù)、 及變轉(zhuǎn)差率 第4頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，

2、星期日異步電動機的三種調(diào)速方法第5頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日第一節(jié) 變頻調(diào)速原則及其機械特性 問題：能否獨立變 ？變 要受到那些條件約束？變 調(diào)速系統(tǒng)的機械特性如何變化？ 根據(jù)控制方式的不同有三種不同的變頻調(diào)速原則： (1)恒磁通變頻調(diào)速 (2)恒流變頻調(diào)速 (3)恒功率變頻調(diào)速 第6頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日1.1 恒磁通變頻調(diào)速（1）控制條件異步機的T形等效電路為：第7頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日異步電動機的電勢方程為如果忽略定子壓降。則上式可寫成 式（1-5）： 若定子供電電源電壓U1=C，則磁通 隨

3、頻率 的變化而變化。 在電機設(shè)計中都把磁通的數(shù)值選在接近磁飽和的數(shù)值上。因此，如果頻率從額定值往下降低，磁通會增加，造成磁路過飽和、勵磁電流大大增加。這將使電動機帶負載能力降低，功率因數(shù)變壞，鐵損增加，電動機過熱，因此這是不允許的反之如頻率往上升高，磁通減少。在一定的負載下有過電流的危險，這也是不允許的。為此通常要求磁通保持恒定第8頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日討論令 U1=C（1）f1m勵磁1電機溫升（2）f1m轉(zhuǎn)矩Te （負載不變）2 1電機溫升結(jié)論實現(xiàn)方法：使定子電壓隨頻率成正比變化第9頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日由可以推導(dǎo)出：即結(jié)論

4、：恒磁通變頻原則（協(xié)調(diào)控制條件）： 保持定子電壓和頻率的比值不變 第10頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日（2）恒磁通變頻調(diào)速的機械特性異步電動機的轉(zhuǎn)矩表達式： 當(dāng)有功電流額定， m為常數(shù)時，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩也恒定，因而這種按比例的協(xié)調(diào)控制方式屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)。 第11頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 根據(jù)電機學(xué)已知：令dTe/ds=0 可得（1）f較高時，xk r1，則r1可忽略，有即：U1/f1=Const時，Tmax與f1無關(guān)。第12頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日（2） f較小時，r1 xk ，則xk 可忽略，有最

5、大轉(zhuǎn)矩將隨頻率f的降低而減少原因：電動機定子電阻 r1引起的電壓降在低頻低壓時相對影響較大第13頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 第14頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日（3）低頻補償要理想地保持磁通恒定。應(yīng)該滿足這是保持恒最大轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速的協(xié)調(diào)控制條件。 第15頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 第16頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 第17頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 第18頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 第19頁，共47頁，2022年，5月20

6、日，8點59分，星期日結(jié)論異步電動機恒磁通變頻調(diào)速必須在變頻的同時進行調(diào)壓并在低頻時加以補償，才可獲得恒磁通恒最大轉(zhuǎn)矩的調(diào)速特性。 第20頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日1.2 恒電流變頻調(diào)速原理：利用電流調(diào)節(jié)器進行閉環(huán)調(diào)節(jié) ，在變頻調(diào)速過程中始終保持定子電流恒定，即 I1=const根據(jù)轉(zhuǎn)矩參數(shù)式 令dTe/ds=0 可得第21頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 與恒磁通變頻調(diào)速方式的機械特性比較 ： 兩者形狀基本相同，故都具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)在變頻時，最大轉(zhuǎn)矩大小不受影響，可以認為最大轉(zhuǎn)矩與頻率無關(guān)。由于在式(1-15)中分母包含有勵磁電抗比短路

7、電抗大一個數(shù)量級。所以恒流變頻調(diào)逮時的最大轉(zhuǎn)矩較恒磁通變頻時小，過載能力也低。這是它的嚴重缺點，因而恒流變頻調(diào)速方式僅適用于小容量負載變化不大的地方。 第22頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日1.3 恒功率變頻調(diào)速（1）控制條件令dTe/ds=0可得最大轉(zhuǎn)矩表達式如忽略r1，有變頻前后：第23頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 取兩式之比：設(shè)過載能力相等恒功率調(diào)速時 所以 第24頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日（2）恒功率變頻調(diào)速的機械特性 第25頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 第26頁，共47頁，2

8、022年，5月20日，8點59分，星期日 第27頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日第二節(jié) 變頻器的工作原理2.1（交-直-交）變頻器主電路的結(jié)構(gòu)第28頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日2.2 180導(dǎo)電型逆變器的工作過程電機定子電壓波形1.晶閘管的導(dǎo)通順序是VTl，VT2，VT3，VT4，VT5， VT6；2.各觸發(fā)信號間相隔60電角度。3.180 導(dǎo)電型的特點：每只晶閘管的導(dǎo)通時間為180 ，在任意瞬間有三個晶閘管同時導(dǎo)通(每條橋臂上有一只晶閘管導(dǎo)通)，它們的換流是在同 一條橋臂內(nèi)進行。第29頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日

9、 1.晶閘管的導(dǎo)通順序是VTl，VT2，VT3，VT4，VT5， VT6；2.各觸發(fā)信號間相隔60電角度。3.180 導(dǎo)電型的特點：每只晶閘管的導(dǎo)通時間為180 ，在任意瞬間有三個晶閘管同時導(dǎo)通(每條橋臂上有一只晶閘管導(dǎo)通)，它們的換流是在同 一條橋臂內(nèi)進行。第30頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 180導(dǎo)電型逆變器的電壓波形在區(qū)間中的等效電路為： 第31頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 第32頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日2.2 180導(dǎo)電型逆變器的工作過程電機定子電壓波形1.晶閘管的導(dǎo)通順序是VTl，VT2，VT3，

10、VT4，VT5， VT6；2.各觸發(fā)信號間相隔60電角度。3.120 導(dǎo)電型的特點：每只晶閘管的導(dǎo)通時間為120 ，在任意瞬間只有二個晶閘管同時導(dǎo)通，它們的換流是在相鄰橋臂內(nèi)進行。第33頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 1.晶閘管的導(dǎo)通順序是VTl，VT2，VT3，VT4，VT5， VT6；2.各觸發(fā)信號間相隔60電角度。3.120 導(dǎo)電型的特點：每只晶閘管的導(dǎo)通時間為120 ，在任意瞬間只有二個晶閘管同時導(dǎo)通，它們的換流是在相鄰橋臂內(nèi)進行。第34頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 第35頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日比較

11、 從換流安全角度看： 因為在180導(dǎo)電型逆變器中，換流是在同一條橋臂上進行，易產(chǎn)生電源短路事故。而120 導(dǎo)電型逆變器同一條橋臂上的兩只晶閘管導(dǎo)通之間因有60 的間隔，所以換流比較安全。 第36頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日第三節(jié) 逆變器的換流方式概念：換流將某一只晶閘管中的電流轉(zhuǎn)換到另一只晶閘管中去，當(dāng)由前一只晶閘管導(dǎo)通換為后一只晶閘管導(dǎo)通時，前者必須可靠關(guān)斷。這個過程稱作“換流過程”。換流的關(guān)鍵點要關(guān)斷的晶閘管能否可靠關(guān)斷 主要的換流方式 電網(wǎng)電壓換流、負載反電勢換流及強迫換流 。第37頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日3.1電網(wǎng)電壓換流方法

12、由交流電網(wǎng)供電的電路中，利用電網(wǎng)電壓自動過零并變負使晶閘管承受反壓的性能來換流 。特點不需附加的換流電路適用范圍整流器、交-交變頻器。第38頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日3.2 負載反電勢換流方法在同步電動機供電的線路中，利用同步電動機的電樞繞組中存在由勵磁磁場感應(yīng)產(chǎn)生的電勢使晶閘管承受反壓的性能來換流 。第39頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日3.3 強迫換流方法利用專門的換流電路，使晶閘管在任何所需要的時刻關(guān)斷。使半控型晶閘管關(guān)斷的兩種方法：1.使通過晶閘管的電流小于它的維持電流而關(guān)斷；2.在晶閘管陽極與陰極間施以反壓強迫其關(guān)斷。實現(xiàn)方法 利

13、用儲能元件構(gòu)成強迫換流電路 第40頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日第四節(jié) 變頻器的變壓方式 4.1自耦變壓器變壓 方法利用可調(diào)變比的自耦變壓器來改變輸出交流電壓 第41頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 4.2 相位控制變壓方法利用三相全控橋或半控橋整流電路改變觸發(fā)脈沖的控制角來改變整流電壓的大小。 第42頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 4.3 斬波器調(diào)壓 方法利用直流開關(guān)斬波器實現(xiàn)調(diào)壓 第43頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 斬波器調(diào)壓的方式1.脈沖頻率調(diào)制(PFM) 開關(guān)導(dǎo)通時間一定，改變開關(guān)的通、斷頻率或周期時間進行調(diào)壓 2.脈沖寬度調(diào)制(PWM) 開關(guān)頻率或周期時間一定，改變開關(guān)導(dǎo)通時間的長短進行調(diào)壓 第44頁，共47頁，2022年，5月20日，8點59分，星期日 4.4 脈寬調(diào)制(PWM)型變壓電路結(jié)構(gòu)逆變器本身既可