交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

第五章交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

第一節(jié)變頻調(diào)速的基本控制方式和機械特性簡介第二節(jié)變頻調(diào)速系統(tǒng)無逆變電路第三節(jié)晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)第四節(jié)正弦波脈寬調(diào)制的變頻調(diào)速系統(tǒng)由電機學知如果忽略定子上的電阻壓降，則有

第一節(jié)變頻調(diào)速的基本控制方式和機械特性簡介一、變頻調(diào)速的基本控制方式1、基頻以下的變頻控制方式即：氣隙磁通感應(yīng)電勢與頻率之比為常數(shù)基頻以下常采用恒磁通變頻控制方式。（1）若要保持Φm不變，則當頻率f1從額定值f1e向下調(diào)節(jié)時，須同時降低Eg，使Eg/f1=常數(shù)。（2）因感應(yīng)電勢難以直接控制，忽略定子壓降，認為定子相電壓U1≈Eg，則U1/f1=常數(shù)。這就是恒壓頻比的變頻控制方式。恒壓頻比控制在低頻時，由于U1和Eg都較小，定子阻抗壓降所占的份量比較顯著，不能忽略。這時，可人為地把電壓U1抬高一些，以便近似地補償定子壓降。

2、基頻以上的變頻控制方式在基頻以上時，頻率可從f1N往上增高，但電壓U1卻不能增加得比額定電壓U1N大，一般保持U1=U1N，使磁通與頻率成反比地降低，相當于直流電機弱磁升速的情況。

下圖是異步電機變頻調(diào)速控制特性。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”；而在基頻以上，基本屬于“恒功率調(diào)速”。當Eg/ω1為恒值時，Temax恒定不變，隨著頻率的降低，恒Eg/ω1控制的機械特性是一組形狀與恒壓恒頻機械特性相同，且平行下移的特性。見右圖所示。二、變頻調(diào)速的機械特性簡介1.恒Eg/ω1控制（Eg/ω1=恒值）因Eg是電機內(nèi)部參數(shù)，恒Eg/ω1控制難以實現(xiàn)，工程上常用恒壓頻比控制（U1/ω1=恒值）。其機械特性見下圖所示。在恒壓頻比條件下變頻時，機械特性基本上平行移動，而Temax隨ω1降低而減小。低頻時，Temax將限制調(diào)速系統(tǒng)的帶負載能力。需采用定子阻抗電壓補償以增強帶負載能力。右圖中虛線特性就是采用提高定子電壓后的特性。2、恒壓頻比控制（U1/ω1=恒值）3.基頻以上變頻調(diào)速時的機械特性

可見，當頻率ω1提高時，同步轉(zhuǎn)速n0隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機械特性上移；轉(zhuǎn)速降落隨頻率的提高而增大，特性斜率稍變大，其它形狀基本相似。如右圖所示。

在基頻f1e以上變頻時，電壓U1=U1e不變。其機械特性見下圖所示。第二節(jié)變頻調(diào)速系統(tǒng)中的無源逆變電路對交流電機實現(xiàn)變頻調(diào)速的變頻電源裝置叫變頻器，其功能是將電網(wǎng)提供的恒壓恒頻交流電變換為變壓變頻交流電，變頻伴隨變壓。

變頻器的基本分類如下：一、變頻器的分類變頻器交-交變頻器按相數(shù)分單相三相按輸出波形分正弦波方波脈沖寬度調(diào)制型(PWM)交-直-交變頻器電流型電壓型交-直-交變頻器的主要構(gòu)成環(huán)節(jié)如圖（a）所示。它先把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)后再把直流電逆變成變頻變壓的交流電，又稱為間接變頻器。按不同的控制方式，間接變頻器有圖5-7中b、c、d三種情況。二、靜止型常規(guī)變頻器及特點（一）間接（交-直-交）變壓變頻裝置圖5-7間接變壓變頻裝置的不同結(jié)構(gòu)形式交-交變頻器的主要構(gòu)成環(huán)節(jié)如圖5-8所示。交-交變頻器沒有明顯的中間濾波環(huán)節(jié)，交流電被直接變成頻率和電壓可調(diào)的交流電，故又稱為直接變頻器。（二）直接（交-交）變壓變頻裝置

主電路如圖5-9（a）所示，圖中負載由正組與反組晶閘管整流電路輪流供電，α角不變時，輸出為矩形交流電壓，如圖5-9（b）所示。改變正反組切換頻率可以調(diào)節(jié)輸出交流電的頻率，而改變α的大小即可調(diào)節(jié)矩形波的幅度。1、方波型交-交變頻器三、交-交變頻電路（一）單相交-交變頻電路2、正弦波交-交變頻器正弦波型交-交變頻器的主電路與方波型的主電路相同，但可以輸出平均值按正弦規(guī)律變化的電壓。控制角α由大到小再變大，如π/2→0→π/2如右圖（a）所示?？刂平怯尚∽兇笤僮冃?，如π/2→π→π/2如右圖（b）所示。

（1）輸出正弦波形的獲得方法常用的方法是余弦交點法，該方法的原則是：觸發(fā)角的變化和切換應(yīng)使得整流輸出電壓的瞬時值與理想正弦電壓的瞬時值誤差最小。正弦波型交-交變頻器適合于低頻大功率的電氣傳動系統(tǒng)，最高輸出頻率是輸入頻率的1/3或1/2。

（2）輸出電壓有效值和頻率的調(diào)節(jié)交-交變頻電路的輸出電壓是由若干段電源電壓拼接而成的。在輸出電壓的一個周期內(nèi)，所包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波。使控制角從，改變α0，就改變了輸出電壓的峰值，也就改變了輸出電壓的有效值；改變α變化的速率，也就改變了輸出電壓的頻率。（二破）三相--四--單相色交-交變情頻電倆路將兩據(jù)組三板相可鍛逆整張流器探反并舒聯(lián)即灣可構(gòu)介成單朝相變矩頻電嚼路。三相惹半波-單相口交-交變細頻電責路三相擊橋式-單相恒交-交變階頻電東路（三違）三相櫻交-交變不頻電須路交-交變帳頻器株主要臉用于層交流爐調(diào)速抖系統(tǒng)堆中，撥因此右實際難使用爛的主蒙要是錄三相哲交-交變鳴頻器棟。三縱相交-交變播頻器古電路濕是由醬三組街輸出譯電壓紛相位姻互差墻的單謎相交-交變剃頻電扔路組答成的例。1、電狗路的址接線泡方式三相感交-交變意頻電樣路主玻要有窩兩種績接線河方式翼，即通公共哨交流躺母線押進線冶方式及和輸觸出星個形聯(lián)箭結(jié)方夏式。（1）公竿共交謹流母露線進盞線方森式它由慶三組綁彼此垮獨立吳、輸答出電蘋壓相籌位互致差12涌0度的母單相趴交-交變肅頻電猜路組課成，駐其電薪源進凳線通種過電壓抗器左接在氏公共尸的交艱流母螺線上疫。由尿于電蛋源進配線端預(yù)公用征，所針以三雖組單持相變雷頻電對路的蒙輸出腔端必勸須隔脂離。加為此早，交厭流電計機的姥三個阻繞組勵必須剃拆開亡，共抗引出合六根乞線。（2）輸缸出星測形連甩接方增式由于饑變頻沙器輸偷出端缸中點足不和渴負載迷中點勇相連晴接，尤所以處在構(gòu)面成三忘相變想頻器身的六販組橋途式電距路中的，至健少要妨有不排同相于的兩候組橋預(yù)中的龜四個握晶閘綿管同倚時導棉通才改能構(gòu)蟻成回供路，您形成盲電流坐。2、具燃體電辭路結(jié)桶構(gòu)三相屋橋式辱整流墻器組窮成的鋒三相--猛--三相陰交-交變振頻電浪路，邀采用毫公共安交流斗母線近進線冒方式三相小橋式逗整流鎮(zhèn)器組勸成的銷三相-三相遇交-交變沸頻電赴路，預(yù)給電炊動機密負載黑供電普，采薪用輸放出星猾形聯(lián)股結(jié)方滅式（作負載齊未畫曬出）四、交-直-交變頻電路（一）交-直-交電壓源型、電流源型變頻器及其比較根據(jù)交-直-交變頻器的中間濾波環(huán)節(jié)是采用電容性元件或是電感性元件，可將其分為電壓源型變頻器和電流源型變頻器。

1、電壓源型變頻器采用大電容濾波，輸出直流電壓恒定，類似于恒壓源。這類變頻器叫電壓源型變頻器，見圖（a）所示。電壓源型變頻器

2、電流源型變頻器采用大電感濾波，輸出直流電流恒定，類似于恒流源。這類變頻裝置叫電流源型變頻器，見圖（b）所示。電流源型變頻器由電薪流型濫變頻會器構(gòu)己成的喜調(diào)速殖系統(tǒng)乏易實目現(xiàn)回泰饋制不動?，F(xiàn)圖5-茄19繪出佛了變箏頻調(diào)充速系諒統(tǒng)的棗電動愛和回渴饋制響動兩田種運倒行狀孝態(tài)。①電動垃狀態(tài)犯如圖營（a）所搬示。托整流森電壓鐘極性驗為上玻正下濫負，酷電流駝由Ud的正翠端流鼻入逆頁變器捉，電乘能由擠交流鼠電網(wǎng)孫經(jīng)變握頻器擾傳送島給電逮機，羅電機劇處于傷電動摧狀態(tài)親。（3）電撲壓型均和電握流源媽型變段頻器搖的回針饋制待動比應(yīng)較②回饋稀制動諸狀態(tài)古如圖5-司19不b示。怪降低術(shù)變頻周器的巧輸出茶頻率家，使途轉(zhuǎn)速杰降低按，同貪時使膨整流軍器UR的α>9勒0°，則窄整流頁電壓Ud立即果反向言，而伯電流Id方向屯不變稻。于丸是，軋逆變豬器CS炒I變成還整流體器，坊而整舉流器UR轉(zhuǎn)入勝有源踩逆變覽狀態(tài)爆，電撞能由逆電機么回饋持給交丟流電餐網(wǎng)。1、主舍電路齊組成（二怎）18雄0°導電寨型的侄交-直-交電害壓型方變頻末器5）相電壓和線電壓的關(guān)系為180°導電型逆變器工作規(guī)律：1）每個脈沖觸發(fā)間隔60°區(qū)間內(nèi)有3個晶閘管元件導通，它們分屬于逆變橋的共陰極組和共陽極組。2）在3個導通元件中，若屬于同一組的有2個元件，則元件所對應(yīng)相的相電壓為。另1個元件所對應(yīng)相的相電壓為。3）共陽極組元件所對應(yīng)相的相電壓為正，共陰極組元件所對應(yīng)相的相電壓為負。4）每個脈沖觸發(fā)間隔60°內(nèi)的相電壓之和為0。（三遼）12峰0°導電少型的角交-直-交電稀流型懲變頻特器1、主北電路聞的組闖成與180°導電型類似，120°導電型導電規(guī)律如下：1）每個脈沖觸發(fā)間隔60°有2個晶閘管元件導通，它們分屬于逆變橋的共陰極組和共陽極組。2）在2個導通元件中，每個元件所對應(yīng)相的相電流為Id。而不導通元件所對應(yīng)相的電流為0。3）共陽極組中元件所通過的相電流為正，共陰極組元件所通過的相電流為負。4）每個脈沖間隔60°內(nèi)的相電流之和為0。第三節(jié)、晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)給定積分器（軟啟動器）是用來減緩突加階躍給定信號造成的系統(tǒng)內(nèi)部電流、電壓的沖擊。其輸入輸出信號對比如圖5-29所示。

圖5-29給定積分器輸入輸出波形1、給定積分器一、晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)中的主要控制環(huán)節(jié)絕對值運算器是把給定積分器送來的輸入信號（正值或負值）均轉(zhuǎn)換為正值。其輸入輸出關(guān)系為2、絕對值運算器其輸入輸出信號關(guān)系如圖5-30所示。圖5-30絕對值運算器的輸入輸出波形電壓-頻率（U/F）變換器就是用來將電壓給定信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號的裝置，輸入電壓越高，脈沖頻率越高；輸入電壓越低，則脈沖頻率越低。輸入輸出信號關(guān)系如圖5-31所示。

3、電壓-頻率變換器圖5-31壓-頻變換器輸入輸出關(guān)系4、環(huán)形分配器環(huán)形分配器又稱6分頻器，它將U/F變換器送來的壓控振蕩脈沖，每6個為一組分6路輸出，依次送給逆變橋的6個晶閘管元件。其輸入輸出信號波形如圖5-32（a）、（b）所示。

圖5-32環(huán)分器的功能與波形（a）環(huán)分器功能（b）環(huán)分器輸出波形

5、脈沖功率放大與脈沖輸出級（1）脈沖功率放大的作用是：①根據(jù)邏輯開關(guān)發(fā)出的指令，使功率放大管按照T1→T2→……→T6→T1……或T6→T5→……T1→T6……的順序?qū)ǎ虎趯挾葹?0°的脈沖拓寬為120°的寬脈沖；③將環(huán)形分配器送來的脈沖進行功率放大。環(huán)形分配器輸出脈沖的特征：①各路脈沖發(fā)出的時間間隔為60°電角度；②各路脈沖的寬度為60°

（a）功易放與次輸出犁級功屠能原本理圖（b）功重放器貴的輸涼出波妹形圖5-磁33脈沖款功放唉與輸候出級條的功能我原理名圖及術(shù)輸出霧波形（2）脈沖輸出級的作用：①將脈沖功率放大器送來的寬脈沖調(diào)制成觸發(fā)晶閘管所需的脈沖列（用方波發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖進行脈沖列調(diào)制）；②用脈沖變壓器隔離輸出級與晶閘管的門極。脈沖輸出級的輸出波形見下圖。脈沖輸出級包括方波發(fā)生器、功放與解調(diào)兩個部分。當T1、T2管的基極均為高電平，在TB的原邊得到調(diào)制后的信號，解調(diào)后得到原信號，然后供VT觸發(fā)用。6、函到數(shù)發(fā)勒生器作用那：①呼在f1m南in~f1n的范最圍內(nèi)棒，將飼頻率諒給定支信號誦正比取例轉(zhuǎn)秀換為埋電壓思給定橫信號秒，確買保恒拖轉(zhuǎn)矩薯調(diào)速儲，并奏在低張頻段慚將電稈壓適凝當提相升，序?qū)崿F(xiàn)懇低頻牽電壓坡補償磨，保池證Eg/f1=常數(shù)較；②界在f1n以上覺，頻映率給符定信手號變筒化，堪電壓傍給定煩信號肥保持燥不變腹，使燒輸出慎電壓U1=U1n不變壓。其拼輸入導、輸續(xù)出關(guān)鉤系如男右圖丟所示央。7、邏慣輯開終關(guān)作用場是根琴據(jù)給倆定信漁號為尚正、箏負或保零來臟控制咱電動子機的尤正轉(zhuǎn)槳、反怪轉(zhuǎn)或誼停車胡。如奴給定枯信號逗為正某，則躁控制富脈沖扛輸出曬級按礎(chǔ)正相薪序觸渠發(fā)，票如給思定信框號為討負，肯則控邪制脈姐沖輸券出級荒按負辣相序趴觸發(fā)撤，相奧應(yīng)控乳制調(diào)貓速電以動機狂的正定、反抓轉(zhuǎn)。賞如給拼定信借號為王零，斯則邏代輯開選關(guān)將獲脈沖堂輸出尊級的上正負行脈沖譽都封摟鎖，鐵使電絲式動機馬停車氏。二、紹轉(zhuǎn)速灰開環(huán)仍的電溝壓型瘋晶閘沉管變逼頻調(diào)化速系恥統(tǒng)該系誦統(tǒng)是咱沒有小測速括反饋腎的轉(zhuǎn)啊速開哲環(huán)變舞頻調(diào)弱速。完適用陽于調(diào)蜘速要求兄不高堅的場結(jié)合。對變風頻器侮的要餃求：①在f1n以下堆，進藥行恒妄轉(zhuǎn)矩鍬調(diào)速墨，即訴要求汗在改百變頻憶率的韻同時檔，改變征供電贏電壓掛，保勸證變吹頻器棋以恒礙壓頻彩比Eg/f1=常數(shù)創(chuàng)來控殃制電削機。②在額畢定頻妻率f1n以上胖，進即行近議似恒防功率粱調(diào)速掀，即沸要求登變頻旺器保持資輸出胞電壓耀不變掠，只帖改變垃頻率滾調(diào)速介。系統(tǒng)府組成譯說明構(gòu)：1）控末制部符分分優(yōu)上、衡下兩忽路，仇上路潔實現(xiàn)揭對晶笛閘管劣整流民橋的場變壓控教制，銀下路驗實現(xiàn)畢對晶呼閘管島逆變賤橋的戶變頻詳控制姿；2）主蔬電路盡采用沒晶閘毀管交-直-交電梢壓型或變頻抗器；3）有冠兩個介控制誓通道肆：上烘為電欲壓控脈制通戴道，比采用陸電壓忌閉環(huán)思控制整隊流器臥的輸濤出電限壓；物下為良頻率喊控制閃通道棚，控乒制逆近變器茄的輸出頻針率。甘電壓序和頻爪率控援制采河用同建一控息制信衫號（集來自梨絕對罰值運算器山），牙保證高二者伙之間窮的協(xié)撫調(diào)。4）因逮轉(zhuǎn)速材開環(huán)避控制恐，不那能讓使階躍氧給定斷信號政直接殊加到拴系統(tǒng)梨上，為此呼設(shè)置短了給返定積器分器更將階藏躍信飽號轉(zhuǎn)謝變成減合適含的斜喂坡信價號，天從而使感電壓澡和轉(zhuǎn)毫速都紛能平錯緩地反升高補或降拒低。5）實蘿現(xiàn)系遙統(tǒng)可脹逆只指需改點變變樂頻電雜壓的焰相序磨，并盒不需變要在氏電壓和頻告率的副控制占信號綿上反笨映極抓性，邁因此啞，設(shè)爹置了旁絕對捧值運嚷算器烏將給定櫻積分稅器的秒輸出強變換草成只賺輸出滅其絕惜對值謠的信燈號。電壓悶控制蝴采用賢電壓弱、電王流雙躬閉環(huán)房誠結(jié)構(gòu)電。內(nèi)填環(huán)設(shè)顆電流勇調(diào)節(jié)酷器，限制冒動態(tài)絕電流芽；外解環(huán)設(shè)斤電壓瞞調(diào)節(jié)柔器，遵以控就制變打頻器啄輸出略電壓隨。電壓-頻率剝控制察信號揪加到坦電壓怒環(huán)以早前，餡應(yīng)補想償定炭子阻治抗壓疲降，以改坊善低砍速時哪的機際械特屯性，真提高絮帶負處載能扔力。頻率器控制躺環(huán)節(jié)誕主要捆由壓-頻變苦換器料、環(huán)齡分器岔和脈林沖放畜大器紋三部分裁組成箏。2.轉(zhuǎn)速構(gòu)開環(huán)乘的電抓流型迅晶閘年管變豈頻調(diào)患速系瞞統(tǒng)主電螞路采抽用了解大電伴感濾恭波的朗電流楊源型驚逆變攝器，碧控制露系統(tǒng)逗采用語電壓-頻率膊協(xié)調(diào)譽控制疫。只廈是電第壓反細饋環(huán)遞節(jié)有伸所不血同。享電壓更源型趨變頻攪器直恩流電涂壓的即極性摘是不禽變的悶，而您電流網(wǎng)源型拼變頻尤器在自回饋膛制動柏時直稠流電推壓要喝反向俘，因億此后度者的如電壓殺反饋縱不能蒼從直投流電殘壓側(cè)箭引出份，而議改從嫁逆變灶器的割輸出閉端引膜出。系統(tǒng)京中控慰制環(huán)禾節(jié)采獵用了夾電壓醬、電臭流雙丟閉環(huán)手的控拘制結(jié)掘構(gòu)。側(cè)內(nèi)環(huán)棕設(shè)電幅流調(diào)蜻節(jié)器喇，以耍限制悼動態(tài)在電流嫩；外列環(huán)設(shè)您電壓背調(diào)節(jié)占器，折以控鋪制變伐頻器食輸出是電壓雅。第四猶節(jié)笨正纖弦波蹄脈寬援調(diào)制悲的異搖步電督動機德變頻怪調(diào)速彩系統(tǒng)一、象電壓物正弦喂脈寬恢調(diào)制慮的變廚頻調(diào)采速系趴統(tǒng)（一距）電叢壓正纖弦脈蘭寬調(diào)京制原俗理1、正激弦脈撥寬調(diào)釣制（SP側(cè)WM）波挽形所謂退正弦拐脈寬幼調(diào)制訴（SP檔WM）波忘形，省就是問與正獅弦波仆等效棚的一銳系列善等幅塑不等鬧寬的撐矩形騰脈沖細波形扇，如刺圖所貨示。圖5-倍41與正巷弦波叉等效羅的等勵幅不簽等寬疊的矩擇形脈唇?jīng)_波投形（a）正竄弦波別形（b）等針效的SP建WM波形圖5-辜42是SP露WM變頻素器主懼電路堪的原較理圖快。電夢機繞道組上很所獲驕得的偉相電鞠壓為Us/2。圖5-導42SP濁WM變壓息變頻鎮(zhèn)器主艱電路馳原理徹圖2、SP播WM變頻癢器主捆電路暢原理察圖3、脈燈寬調(diào)仆制方異法圖5-枕44單極破式脈按寬調(diào)氏制波臉的形贊成a）正覆弦調(diào)熄制波杜與三敞角載梯波b）輸立出的SP爬WM波形圖5-透45三相麗雙極臭式SP攜WM波形（a）三房誠相調(diào)伏制波盡與雙爪極性轟三角蜜載波（b）UU0=f（t）（c）UV0=f（t）玻（d）UW0=f（t）籠（e）UUV=f（t）逆變巴器的摔載波患比N定義為載防波頻擦率ft與調(diào)材制波方頻率fr之比辮。即N=（二昌）SP稼WM逆變紙器的標同步桌調(diào)制蔬和異禮步調(diào)愛制視載供波比趴的變筐化與皆否，量有同毫步調(diào)緒制與捆異步萬調(diào)制紛之分蛙。1、同森步調(diào)哪制：紛在改醬變fr的同伏時成韻正比惹地改等變ft，使紅載波此比N=常數(shù)孩；2、