機電控制系統(tǒng)課件

電力電子器件

交流電機具有得天獨厚的優(yōu)點交流調(diào)速的卻比直流調(diào)速難以實現(xiàn)20世紀60年代後，生產(chǎn)發(fā)展和節(jié)能要求，促進交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展變頻技術(shù)是交流調(diào)速的核心，電力電子和電腦技術(shù)又是變頻技術(shù)的核心，電力電子器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代交流調(diào)速裝置的支柱20世紀50年代，晶閘管問世標誌著電力電子技術(shù)的開端。20世紀80年代中期以前，變頻裝置主要採用晶閘管元件。裝置無法與同容量的直流調(diào)速裝置相比。80年代中期以後，採用第二代電力電子器件GTR、GTO、IGBT等製造的變頻裝置在性能與價格比上可以與直流調(diào)速裝置相媲美。20世紀90年代，第三代電力電子器件是製造變頻器的主流產(chǎn)品，中小功率的變頻調(diào)速裝置主要是採用IGBT，中大功率的變頻調(diào)速裝置採用GTO。20世紀90年代末至今，電力電子器件的發(fā)展進入了第四代。主要實用的第四代器件有：高壓IGBT器件(SIEMENS公司HVIGBT)IGCT(IntergratedGateControlledThyristor)IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor)SGCT(SymmetricalGateCommutatedThyristor)GTR、GTO器件本身存在的不可克服的缺陷，功率器件進入第三代以來，GTR器件已被淘汰不再使用。進入第四代後，GTO器件也將被逐步淘汰。第四代電力電子器件模組化更為成熟。智能化模組IPM、專用功率器件模組ASPM等。模組化功率器件將是21世紀主宰器件。2.1電力電子器件簡介

電力電子器件(電力半導體開關(guān)器件)本質(zhì)上是大容量的無觸點可控功率開關(guān)，主要用於開關(guān)工作狀態(tài)。理想的功率開關(guān)器件，應當有理想的靜態(tài)和動態(tài)特性：截止狀態(tài)能承受高電壓(高阻斷電壓)；導通狀態(tài)通導大電流，壓降很低；在開關(guān)切換時，開、關(guān)時間短(高開關(guān)頻率)，可承受高的電流變化率di/dt和電壓變化率dv/dt；截止、導通均可控。與處理資訊電子(微電子)器件相比電力電子器件以實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換為目的電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)電力電子器件往往需要由資訊電子電路來控制電力電子器件自身的功率損耗遠大於資訊電子器件，一般都要安裝散熱器。2.1.1電力電子器件的發(fā)展過程

1948年美國貝爾實驗室肖克萊等人發(fā)明了能夠放大電信號的電晶體，開創(chuàng)了半導體電子學。1957年美國通用電氣公司在電晶體基礎(chǔ)上發(fā)明了晶閘管，很快被應用在整流電路和逆變電路。之後，出現(xiàn)了門極可關(guān)斷晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導晶閘管等一系列派生器件，以及單極型

MOS

功率場效應電晶體、雙極型功率電晶體、靜電感應晶閘管、功能組合模組和功率積體電路等新型電力電子器件。功率器件經(jīng)歷了從結(jié)型控制器件(晶閘管、GTR、GTO)到場控器件(功率MOS-FET、IGBT、IGCT)的發(fā)展歷程。20世紀90年代又出現(xiàn)了智能功率模組(IPM)。容量/kW電壓/VGTOIGCTSCRMOSFET1200600300330060000.11.010100100010000HV-IGBTIGBTHV-IGBTIGBT，IPM2.1.2電力電子器件的分類

按器件內(nèi)部載流子的導電類型分雙極型器件電子、空穴均參與導電。電流控制型器件，耐壓高、通態(tài)壓降低、導通損耗小，適合於高壓大容量的應用?？刂乒β蚀?、驅(qū)動電路較複雜、工作頻率較低、耐衝擊能力差，易受二次擊穿而損壞2.1.2電力電子器件的分類

按器件內(nèi)部載流子的導電類型分單極型器件一種(多數(shù))載流子參與導電。屬電壓控制型器件控制功率小、驅(qū)動電路簡單、工作頻率高、無二次擊穿問題、安全工作區(qū)寬，適合於中小容量的應用是通態(tài)壓降大、導通損耗大2.1.2電力電子器件的分類

按器件內(nèi)部載流子的導電類型分複合型器件單極性器件作為輸入級，雙極型器件作為輸出級屬電壓控制型器件大功率、低驅(qū)動、高頻化，成為一代新型的場控複合器件載流子導電類型器件名稱英文名用途說明雙極型器件二極體Diode整流、能量回饋、續(xù)流分為整流二極體和快速二極體功率電晶體GTR已被IGBT代替普通晶閘管Thyristor，SCR整流、逆變高壓大容量門極關(guān)斷晶閘管GTO大容量逆變已被IGCT代替單極型器件功率場效應電晶體MOSFETDC–DC變換小功率，但適合高功率密度的應用混合型器件絕緣柵雙極型電晶體IGBT逆變、DC–DC變換、整流應用十分廣泛集成門極換向晶閘管IGCT大容量逆變GTO的進化按可控程度分半控型器件通過門極只能控制其導通而不能控制其關(guān)斷的器件普通晶閘管及其派生器件。全控型器件

通過控制極既能控制其導通又能控制其關(guān)斷的器件GTO、BJT(GTR)、功率MOSFET、IGBT、IGCT等不可控器件功率二極體按控制信號的性質(zhì)分電流控制型器件通過從控制極注入或抽出控制電流控制導通或關(guān)斷。電晶體類，如電力電晶體、達林頓電晶體及其模組等晶閘管類，如普通晶閘管、可關(guān)斷晶閘管等雙極性器件導通壓降很低，導通損耗較小工作頻率相對低，控制極輸入阻抗低，控制功率較大，控制電路複雜。按控制信號的性質(zhì)分電壓控制型器件利用場控原理，其導通或關(guān)斷由控制極上的電壓信號決定，控制極電流很小結(jié)型場效應器件，如靜電感應電晶體、靜電感應晶閘管等絕緣柵場效應器件，如IGBT、功率MOS-FET工作頻率高，控制極輸入阻抗高，控制功率小，控制電路簡單。電力電子器件在變頻器中的應用GTO，應用於大功率和高壓變頻器功率MOSFET、GTR，應用於小型變頻器中GTR逐漸被IGBT所取代以IGBT為主開關(guān)器件的混合型功率積體電路IPM已在小容量的變頻器中廣泛應用。2.2常用電力電子器件2.2.1電流半控雙極型器件—晶閘管(SCR)不具有自身關(guān)斷能力的電流半控性電力電子器件K1.結(jié)構(gòu)與工作原理

PNPN4層半導體結(jié)構(gòu)，形成3個PN結(jié)J1、J2、J33個極：陽極A、陰極K、門極G晶閘管的門極觸發(fā)電流從門極G流入晶閘管，從陰極K流出。陰極K是晶閘管主電路與控制電路的公共端。門極觸發(fā)電流往往是通過觸發(fā)電路在門極和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產(chǎn)生的。為保證可靠、安全的觸發(fā)，觸發(fā)電路所提供的觸發(fā)電壓、電流和功率應限制在可靠觸發(fā)區(qū)內(nèi)。晶閘管無自關(guān)斷能力，只有當陽極電流小於維持電流時才會關(guān)斷。為使其關(guān)斷，只有從外部切斷陽極電流，或通過減小陽極和陰極之間的電壓，或使其反向，使陽極電流小於維持電流。在陽極和陰極上加上反向電壓，促使晶閘管關(guān)斷的電路被稱為強迫換流電路。有關(guān)晶閘管的結(jié)論：晶閘管導通的條件在晶閘管的陽極與陰極間加正向電壓；在晶閘管的門極和陰極之間也加正向電壓。晶閘管一旦導通，門極即失去控制作用。要使已導通的晶閘管關(guān)斷，必須使其陽極電流減小到維持電流以下，這只能採用陽極電壓減小到零或反向的方法來實現(xiàn)。2.晶閘管的伏安特性正嚮導通雪崩擊穿OUAIAIHIG2IG1IG=0UBUDSMUDRMURRMURSM反向阻斷正向阻斷3.晶閘管的主要參數(shù)

電壓參數(shù)斷態(tài)不重複峰值電壓VDSM門極斷路，陽極電壓正向，正向伏安特性曲線急劇彎曲處所對應的電壓。

斷態(tài)重複峰值電壓VDRM門極斷路而結(jié)溫為額定值下，允許重複加在器件上的正向峰值電壓反向不重複峰值電壓VRSM門極斷路，陽極電壓反向，反向伏安特性曲線急劇彎曲處的反向峰值電壓值。

反向重複峰值電壓VRRM門極斷路而結(jié)溫為額定值下，允許重複加在器件上的反向峰值電壓通態(tài)峰值電壓VTM

通以規(guī)定倍數(shù)額定通態(tài)平均電流值時的瞬態(tài)峰值電壓通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值作為該器件的額定電壓選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓2~3倍。電流參數(shù)通態(tài)平均電流IT(AV)

晶閘管在環(huán)境溫度為40

C和規(guī)定的冷卻條件下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。在使用時，按實際波形的電流與通態(tài)平均電流所造成的發(fā)熱效應相等，即有效值相等的原則來選取晶閘管的此項，並留一定裕量。一般取1.5～2倍。維持電流IH

使晶閘管維持導通所必需的最小電流擎住電流IL

晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)並移除觸發(fā)信號後，能維持導通所需的最小電流。對同一晶閘管來說，通常IL約為IH的2~4倍浪湧電流ITSM

規(guī)定的條件下，使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重複性最大正向超載電流門極參數(shù)門極觸發(fā)電壓VGT

門極反向峰值電壓VRGM

門極觸發(fā)電流IGT

動態(tài)參數(shù)斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt

通態(tài)電流臨界上升率di/dt開通時間tgt關(guān)斷時間tq100%90%10%uAKttOOtdtrtrrtgrURRMIRMiA4.特殊晶閘管

快速晶閘管(FST,FastSwitchingThyristor)快速晶閘管，高頻晶閘管普通晶閘管關(guān)斷時間數(shù)百微秒；快速晶閘管數(shù)十微秒；高頻晶閘管10μs左右。高頻晶閘管的不足在於其電壓和電流定額都不易做高由於工作頻率較高，選擇通態(tài)平均電流時不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應。雙向晶閘管(TRIAC，TriodeACSwitch)可認為是一對反並聯(lián)普通晶閘管的集成。有兩個主電極T1和T2，一個門極G。在第I和第III象限有對稱的伏安特性。在交流調(diào)壓電路、固態(tài)繼電器和交流電機調(diào)壓調(diào)速等領(lǐng)域應用較多IOUIG=0GT1T2逆導晶閘管(RCT,ReverseConductingThyristor)將晶閘管反並聯(lián)一個二極體製作在同一管芯上的功率集成器件。正向壓降小、關(guān)斷時間短、高溫特性好、額定結(jié)溫高。UOIIG=0KGA光控晶閘管(LTT，LightTriggeredThyristor)又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光照信號觸發(fā)導通的晶閘管。光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響。因此目前在高壓大功率的場合。AGKAK光強度強弱OUIA2.2.2電流全控雙極型器件—電力電晶體(GTR/BJT)與普通雙極型電晶體基本原理一樣，主要是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好，作為功率開關(guān)器件使用。20世紀80年代以來，在中、小功率範圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。通常採用至少由兩個電晶體按達林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)。採用積體電路工藝將許多這種單元並聯(lián)而成GTR的特性靜態(tài)特性共發(fā)射極接法時的典型輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)在電力電子電路中GTR工作在開關(guān)狀態(tài)，只在開關(guān)過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，要經(jīng)過放大區(qū)。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)OIcib3ib2ib1ib1<ib2<ib3Uce動態(tài)特性延遲時間td和上升時間tr，二者之和為開通時間ton儲存時間ts和下降時間tf，二者之和為關(guān)斷時間toffGTR的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多ibIb1Ib2Icsic0090%Ib110%Ib190%Ics10%Icst0t1t2t3t4t5tttofftstftontrtdGTR的二次擊穿現(xiàn)象一次擊穿：集射電壓升高至擊穿電壓時，Ic迅速增大但控制在一定範圍內(nèi)，電壓撤銷後仍能恢復。二次擊穿：集射電壓升高至擊穿電壓時，Ic迅速增大而得不到控制，電壓撤銷後無法恢復。2.2.2電壓全控單極型器件﹣功率場效應電晶體(PowerMOSFET)MOSFET是一種多數(shù)載流子導電的半導體器件，具有基於金屬(M)-氧化物(O)-半導體(S)構(gòu)成的絕緣柵的結(jié)構(gòu)。有P溝道、N溝道和增強型、耗盡型之分。應用於電力電子變換的場效應電晶體，稱為功率MOSFET(電力MOSFET)，主要是N溝道增強型。具有工作頻率高、驅(qū)動功率小、無二次擊穿等優(yōu)點，在中、小功率場合應用廣泛。1.功率MOSFET的特點3個極：柵極G、源極S和漏極D以柵極電壓UGS控制漏極電流IDS，柵極電阻非常高,柵極電路基本不用電流。功率MOSFET模組內(nèi)部在漏源極之間並接了一個快速恢復二極體，防止反電壓損壞功率MOSFET，同時為反向電流提供通道。2.功率MOSFET的特性

漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)係稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性ID較大時，ID與UGS的關(guān)係近似線性，曲線的斜率定義為跨導Gfs010203050402468102030504001020305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A截止區(qū)(對應GTR的截止區(qū))飽和區(qū)(對應GTR的放大區(qū))）非飽和區(qū)(對應GTR的飽和區(qū))工作在開關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。動態(tài)特性開通延遲時間td(on)上升時間tr開通時間ton：td(on)+tr關(guān)斷延遲時間td(off)下降時間tf關(guān)斷時間toff：td(off)+tfRsRGRFRLiDuGSupiD+UEiDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tf功率MOSFET只靠多子導電，不存在少子儲存效應，因而關(guān)斷過程非常迅速，開關(guān)時間在10~100ns之間，工作頻率可達100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的；作為場控器件，功率MOSFET在靜態(tài)時幾乎不需輸入柵極電流，但在開關(guān)過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動功率，開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動功率越大。功率MOSFET不存在二次擊穿問題，這是它的一大優(yōu)點，但在實際使用中仍應注意留適當?shù)碾娏骱碗妷涸Ａ俊?.功率MOSFET的主要參數(shù)

開啟電壓UT：又稱閾值電壓，是使漏源間剛導通時的柵極電壓漏極最大電流ID：表徵功率MOSFET的電流容量通態(tài)電阻Ron：在確定的柵源電壓UGS下，功率MOSFET處於恒流區(qū)時的直流電阻。2.2.3電壓全控複合型器件–絕緣柵雙極型電晶體IGBT

GTR(BJT)的特點：雙極型，電流驅(qū)動，通流能力很強，開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路複雜。

MOSFET的優(yōu)點：單極型，電壓驅(qū)動，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小而且驅(qū)動電路簡單輸入級MOSFET+輸出級GTR複合構(gòu)成，結(jié)合二者優(yōu)點?？煽啃愿?、功率大、輸入阻抗高、開關(guān)速度快、通態(tài)電壓低、耐壓高、驅(qū)動電路簡單、保護容易IGBT比GTR有更大的吸引力，有更廣泛的應用領(lǐng)域。已成為變頻器、大功率開關(guān)電源、逆變器等電力電子裝置的理想功率器件。在變頻器中，IGBT模組已完全取代了GTR。由於IGBT中雙極型PNP電晶體的存在，引入了少子儲存現(xiàn)象，因而IGBT的開關(guān)速度低於電力MOSFET。(b)六單元電路(a)二單元電路(c)一單元模組外形IGBT的特性靜態(tài)特性轉(zhuǎn)移特性與MOSFET轉(zhuǎn)移特性類似輸出特性(伏安特性)與GTR的輸出特性類似O有源區(qū)正向阻斷區(qū)飽和區(qū)反向阻斷區(qū)ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加動態(tài)特性開通延遲時間td(on)上升時間tr開通時間ton：td(on)+tr關(guān)斷延遲時間td(off)下降時間tf關(guān)斷時間toff：td(off)+tfttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICMIGBT的主要參數(shù)集射極額定電壓UCES：柵極與發(fā)射極短路時IGBT能承受的耐壓值。柵射極額定電壓UGES：柵極控制信號的額定值。多數(shù)為+20V。額定集電極電流IC：導通時能流過的持續(xù)最大電流。集射極飽和電壓UCE(sat)：正常飽和導通時集電極-發(fā)射極之間的電壓降，此值越小，管子的功率損耗越小。開通時間ton與關(guān)斷時間toff：此參數(shù)會影響開關(guān)速度和開關(guān)損耗最大集電極功耗PCM：正常工作溫度下允許的最大功耗IGBT參數(shù)的特點開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，在1000V以上時，開關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力MOSFET相當相同電壓和電流定額時，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈衝電流衝擊能力通態(tài)壓降低，特別是在電流較大時輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可進一步提高，同時保持開關(guān)頻率高的特點2.2.4電壓全控混合型器件—智能功率模組IPM1.IPM的結(jié)構(gòu)原理

IPM(IntelligentPowerModule)是將主開關(guān)器件、續(xù)流二極體、驅(qū)動電路、電流、電壓、溫度檢測組件及保護電路、介面電路等集成在同一封裝體內(nèi)，形成的功率積體電路。ECGNDFOUiUCC欠壓保護驅(qū)動IGBT過流保護短路保護過熱保護溫度感測器＋控制端子主端子UDIGBT2.智能功率模組的封裝形式

IPM主電路有4種形式:單管封裝(H)雙管封裝(D)六合一封裝(C)七合一封裝(R)七合一IPM模組外型七合一封裝的IPM模組IPM有很好的經(jīng)濟型，除了在工業(yè)變頻器中被大量採用，經(jīng)濟型IPM也開始在一些民用品如簡易型工業(yè)單相變頻器，家用變頻電器中得到應用。在模組額定電流10～1200A範圍內(nèi)，通用變頻器均有採用IPM的趨向。交流電動機，特別是鼠籠型非同步電動機，結(jié)構(gòu)簡單、製造容易、價格便宜、堅固耐用、轉(zhuǎn)動慣量小、運行可靠、很少維修、使用環(huán)境及結(jié)構(gòu)發(fā)展不受限制。但以前受科技發(fā)展限制，交流電動機調(diào)速的問題未能較好的解決，只有一些調(diào)速性能差、低效高耗能的調(diào)速方法?，F(xiàn)在隨著技術(shù)發(fā)展，交流調(diào)速的問題已得到很好的解決，正逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)，在電氣傳動領(lǐng)域佔據(jù)統(tǒng)治地位。3.1.1交流電機調(diào)速方法

交流電機(同步/非同步)最好的調(diào)速方法——變頻調(diào)速。同步電機轉(zhuǎn)速：非同步電機轉(zhuǎn)速：通過改變電源頻率(供電電壓也隨之變化)實現(xiàn)的速度調(diào)節(jié)過程稱為變頻調(diào)速。3.1交-直-交變頻調(diào)速基本原理

變頻調(diào)速的裝置稱為變頻器。集電力電子功率變換器與控制器及電量檢測器於一體。3.1.2變頻交流調(diào)速相關(guān)技術(shù)PWM控制技術(shù)向量變換控制技術(shù)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)微型電腦控制技術(shù)及積體電路技術(shù)網(wǎng)路通信與現(xiàn)場匯流排技術(shù)3.1.3交-直-交變頻器的基本電路變頻器主電路變頻器控制電路3.1.4三相電壓型逆變器基本工作原理

三相電壓型逆變器基本電路

每隔60o電角度改變開關(guān)狀態(tài)，一個週期共換相六次，對應六個不同的工作狀態(tài)(六拍)。根據(jù)功率開關(guān)的導通持續(xù)時間不同，分為：180o導電型120o導電型180o導電型逆變器的電壓波形

特點：每只功率開關(guān)導通時間皆為180o。按Sl→S6的順序?qū)總€工作狀態(tài)下都有三只功率開關(guān)同時導通，形成三相負載同時通電。工作狀態(tài)（拍）每個工作狀態(tài)下被導通的功率開關(guān)狀態(tài)①（0o~60o）S1S5S6狀態(tài)②（60o~120o）S1S2S6狀態(tài)③（120o~180o）S1S2S3狀態(tài)④（180o~240o）S2S3S4狀態(tài)⑤（240o~300o）S3S4S5狀態(tài)⑥（300o~360o）S4S5S61234561負載相電壓：以狀態(tài)①為例，此時功率開關(guān)S1、S5、S6導通。負載線電壓狀態(tài)1線電壓

uAB=UduBC=-UduCA=0

120o導電型逆變器的電壓波形

特點：每只功率開關(guān)導通時間皆為120o。按Sl→S6的順序?qū)總€工作狀態(tài)下都有兩只功率開關(guān)同時導通，形成兩相負載同時通電。換流在相鄰橋臂中進行，安全。相電壓波形為矩形波，幅值為Ud/2；線電壓為梯形波，幅值為Ud

。電壓輸出低。1234561六脈波方式諧波成分比較大，會影響電動機轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)；電動機是感性負載，電源頻率降低時，感抗減小，如果電源電壓不變電流將增加，會造成過電流，因此變頻的同時還需改變電壓的大小。實現(xiàn)變壓變頻控制，可採用可控整流方法，在逆變器變頻的同時，改變直流環(huán)節(jié)電壓大小，即脈衝幅度調(diào)製(PAM)。脈寬調(diào)製(PWM)控制方式在直流環(huán)節(jié)電壓不變情況下，可改變輸出電壓的大小，還能改善波形。目前中小功率的逆變電路幾乎不採用PAM，而都採用PWM技術(shù)。3.1.5脈寬調(diào)製(PWM)控制技術(shù)

利用全控型電力電子器件的導通和關(guān)斷把直流電壓變成一定形狀的電壓脈衝序列，實現(xiàn)變壓、變頻控制並且消除諧波的技術(shù)。交流調(diào)速中，為使輸出電壓或電流波形接近於正弦波形，所採用的PWM技術(shù)—正弦PWM(SPWM)電壓SPWM電流SPWM磁通SPWM(電壓空間向量PWM,SVPWM)1.電壓正弦波脈寬調(diào)製法的基本思想

衝量相等而形狀不同窄脈衝加在具有慣性環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。PWM控制技術(shù)以該理論為基礎(chǔ)，對半導體開關(guān)器件通斷進行控制，在輸出端得到一系列幅值相等而寬度可以按一定規(guī)律變化的脈衝，用這些脈衝來代替正弦波或其他所需要波形。按一定規(guī)則對各脈衝寬度進行調(diào)製，既可改變逆變電路輸出電壓大小，也可改變輸出頻率。這一系列脈衝寬度可以用計算方法求得，但較為實用的方法是採用“調(diào)製”方法。2.電壓正弦波脈寬調(diào)製法的工作原理

調(diào)製波(Modulatingwave):

所希望的正弦波形ur

載波(Carrierwave):

用以調(diào)製的等腰三角波uc，以頻率比調(diào)製波高得多。urucuOwt基本思想：等腰三角波與正弦波曲線在相交時刻產(chǎn)生控制信號，用來控制功率開關(guān)器件的通斷，得到一組等幅但脈衝寬度正比於對應區(qū)間正弦波曲線函數(shù)值的矩形脈衝。改變參考信號ur幅值，脈寬隨之改變，逆變器輸出電壓大小改變；改變ur頻率，輸出電壓頻率隨之改變。一般，參考信號ur幅值須小於三角波幅值，否則無法得出輸出電壓大小和頻率的配合關(guān)係。3.單極性與雙極性SPWM調(diào)製模式

單極性三角波調(diào)製法

參加調(diào)製的三角載波和調(diào)製正弦波在半個週期內(nèi)極性不變。單極性調(diào)製時，逆變器在正弦波的半個週期內(nèi)每相只有一個開關(guān)器件開通或關(guān)斷。單相逆變器可以採用。雙極性三角波調(diào)製法

參加調(diào)製的三角載波和調(diào)製正弦波在任何時候都具有正負極性變化。雙極性調(diào)製時，逆變器同一橋臂上下兩個開關(guān)器件交替通斷，互補工作。容易引起電源短路，必須增加延時觸發(fā)裝置三相逆變電路常用此方法。多電平電壓源型逆變器

在高電壓、大容量交-直-交電壓源型變頻器，為減少開關(guān)損耗和開關(guān)承受電壓，改善輸出電壓波形、減少轉(zhuǎn)矩脈動，採用增加直流側(cè)電平的方法。三電平逆變器(NPC)相電壓P狀態(tài)：VT1、VT2導通，VT3、VT4關(guān)斷時，輸出相電壓為+E/2N狀態(tài)：VT3、VT4導通，VT1、VT2關(guān)斷時，輸出相電壓為－E/2C狀態(tài)：VT2和D1導通，或VT3和D2導通，輸出電壓為03個電平線電壓相電壓相加減，得出5個電平即±E/2、±E和0電平的增加可使輸出電壓更接近正弦一般規(guī)定：每相的開關(guān)狀態(tài)只能從P到C、C到N，或者從N到C、C到P，不能直接從P到N或者從N到P；這種電路直通誤觸發(fā)的危險性很小，適宜於大功率。SPWM變頻器電路原理主電路控制電路3.2不同控制方式的交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)

早期的通用變頻器大多為開環(huán)恒壓頻比(V/f=常數(shù))控制方式。針對開環(huán)恒壓頻比控制方式的改進：電壓空間向量控制法、頻率補償控制法、引入電壓和電流閉環(huán)控制等。向量控制—西門子直接轉(zhuǎn)矩控制—ABB、安川3.2.1恒壓頻比控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

1.恒壓頻比控制方式

氣隙磁通在定子每相繞組中感應電動勢有效值ES為NS為定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；KS為基波繞組係數(shù)；Φm為電機氣隙中每極合成磁通最大值如果僅減小頻率，其他不變，磁通增大，鐵芯飽和，繞組電流過大，燒壞電機。保證Φm=Const故當頻率fS從額定值(基頻)向下(降低)調(diào)節(jié)時，必須同時降低ES，即ES

/fS為常數(shù)的機械特性然而感應電動勢ES難以檢測和控制，實際可以檢測和控制的是定子電壓US。定子回路相量方程當定子頻率較高時，感應電動勢ES也較大，此時可忽略定子阻抗壓降，認為定子相電壓US≈ES，為此在實際工程中是以US代替ES而獲得電壓與頻率之比為常數(shù)的恒壓頻比控制方程式，即US0≈ISRSUSUSNfSfSNⅠⅡ

恒壓頻比控制特性恒壓頻比控制成立的前提是忽略定子阻抗壓降，是在fS較小時，ES也較小，定子阻抗壓降比重增大，不能忽略。為了讓此控制方式在低頻也能應用，實際中根據(jù)負載電流大小把定子相電壓US適當抬高，以補償定子阻抗壓降的影響。通過補償，電動機的最大轉(zhuǎn)矩得以提升，通常把補償措施也稱之為轉(zhuǎn)矩提升(TorqueBoost)基頻以下機械特性補償量需適中。如果補償偏小(欠補償)，磁通量下降，低頻時電動機會有堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象；如果補償偏大(過補償)，磁通量上升，電動機有過電流的危險。2.基頻以上變頻控制方式

電壓不允許超過額定電壓，否則損壞絕緣。恒壓頻比控制方式只適用於基頻(額定頻率)及以下的變頻調(diào)速?；l以上只能保持電壓不變，f1越高，轉(zhuǎn)速升高，Φm越弱(恒壓弱磁升速)。相當於直流電機弱磁調(diào)速。非同步電動機調(diào)速時控制特性3.恒轉(zhuǎn)矩控制和恒功率控制

(1)恒轉(zhuǎn)矩控制含義負載具有恒轉(zhuǎn)矩特性電動機在速度變化的動態(tài)過程中具有輸出恒定轉(zhuǎn)矩的能力基頻以下的恒壓頻比控制屬於恒轉(zhuǎn)矩控制。(2)恒功率控制含義負載具有恒功率的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性電機具有輸出恒功率能力基頻以上的恒壓頻比控制屬於恒功率控制。基頻以下和以上集合在一起的機械特性3.2.2向量控制的調(diào)速系統(tǒng)恒壓頻比控制基於非同步電動機靜態(tài)數(shù)學模型，只控制了被控變數(shù)的幅值，而沒有控制到相位，雖然基本解決了非同步電動機平滑調(diào)速的問題，獲得良好的靜態(tài)性能，但在動態(tài)過程中不能獲得良好的動態(tài)回應。低頻特性差，啟動及低速時轉(zhuǎn)矩動態(tài)回應等方面的性能不令人滿意。直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有優(yōu)良的靜、動態(tài)調(diào)速特性，其根本原因在於作為控制對象的他勵直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩能夠容易而靈活地進行控制。交流電動機是否可以模仿直流電動機轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律而加以控制，使交流電機能達到直流電機的調(diào)速性能呢？

1971年德國學者Blaschke等人首先提出的向量變換控制(TransVectorControl)實現(xiàn)了這種控制思想。向量變換控制成功地解決了交流電動機電磁轉(zhuǎn)矩的有效控制，使交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)具有了直流調(diào)速系統(tǒng)的全部優(yōu)點，是當今工業(yè)生產(chǎn)中得到普遍應用的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)。1.直流電動機和非同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩控制

在機電傳動系統(tǒng)的運動方程由上式，轉(zhuǎn)速是通過電磁轉(zhuǎn)矩來改變的。機電傳動系統(tǒng)動態(tài)特性的好壞，除了受系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量影響外，取決於電動機電磁轉(zhuǎn)矩的控制性能。如能實現(xiàn)電動機電磁轉(zhuǎn)矩的直接快速控制，將會大大提高傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性。2.直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩控制

直流電動機的優(yōu)異的調(diào)速性能是因為具備了如下三個條件：磁極固定在定子機座上，在空間產(chǎn)生一個穩(wěn)定直流磁場。則電樞磁勢的軸線與主極磁場軸線垂直，與交軸重合。電樞磁勢保持與磁場相垂直時，最能有效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。勵磁電流和電樞電流在各自回路中，兩者各自獨立，互不影響，分別可單獨調(diào)控。直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩具有控制容易而又靈活的特點。3.非同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩控制任何電動機產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩在本質(zhì)上都是電機內(nèi)部兩個磁場相互作用的結(jié)果。非同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式為非同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩控制比直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩控制複雜得多，主要表現(xiàn)在：非同步電機定子磁勢、轉(zhuǎn)子磁勢及合成的氣隙磁勢均是以同步角速度在空間旋轉(zhuǎn)的向量。定子磁勢和氣隙磁勢之間的夾角θs不等於90°轉(zhuǎn)子磁勢與氣隙磁勢之間的夾角θr也不等於90°如果Фm、Fr的模值為已知，還需知道它們空間向量的夾角θr，才可求出電磁轉(zhuǎn)矩。非同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式還可寫為非同步電動機電磁轉(zhuǎn)矩是氣隙磁場和轉(zhuǎn)子磁勢相互作用的結(jié)果，且受轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)的制約。Фm

，Ir

，cosφr都是轉(zhuǎn)差率S的函數(shù)；Фm是定子磁勢和轉(zhuǎn)子磁勢合成產(chǎn)生的，並不恒定；對於籠形非同步電動機而言可以直接測量和進行控制的量是定子電流iS，它是轉(zhuǎn)子電流ir的歸算值ir’與勵磁電流im的和。如要對轉(zhuǎn)矩進行有效控制，必須要將ir和im從is中分離出來。直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩關(guān)係簡單，容易控制；交流電機的電磁轉(zhuǎn)矩關(guān)係複雜，難以控制。但交、直流電動機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的規(guī)律有著共同的基礎(chǔ)，通過等效變換，可以將交流電機轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)化為直流電機轉(zhuǎn)矩控制的模式，從而解決控制交流電機的困難。4.向量控制的基本思想

由非同步電動機磁勢、磁通空間向量圖可見，通過控制定子磁勢Fs的模、或控制轉(zhuǎn)子磁勢Fr的模及其他們的空間位置，就能達到控制電機轉(zhuǎn)矩的目的?？刂艶s或Fr的模值，可以通過控制各相電流的幅值來實現(xiàn)，而空間位置可以通過控制各相電流的暫態(tài)相位來實現(xiàn)。因此，只要能實現(xiàn)對非同步電動機定子各相電流的暫態(tài)控制，就能對非同步電動機轉(zhuǎn)矩的實施有效控制。非同步電動機三相對稱定子繞組中，通入對稱的三相正弦交流電流iA，iB，iC時，則形成三相基波合成旋轉(zhuǎn)磁勢。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場不一定非要三相繞組不可，除單相外任意多相對稱繞組，通入多相對稱正弦電流，均能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場位置互差90°的兩相定子繞組，當通入兩相對稱正弦電流時，也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。如果該兩相繞組旋轉(zhuǎn)磁場大小、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向與三相繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場完全相同，則兩套交流繞組等效。三相交流繞組中的正弦電流iA、iB、iC與兩相交流繞組中的正弦交流電流iα、iβ間必存在確定的變換關(guān)係。兩繞組分別通入直流電，如果人為地使這兩個繞組旋轉(zhuǎn)起來，則也可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。若使旋轉(zhuǎn)磁場的大小、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向與兩相交流繞組及三相交流繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場均相同，則M-T直流繞組與α-β交流繞組及A-B-C交流繞組等效。這時α-β交流繞組中的交流電流與M-T直流繞組中的直流電流iM、iT之間必存在著確定的變換關(guān)係直流電動機的勵磁繞組是空間上固定的直流繞組，而電樞繞組是旋轉(zhuǎn)的繞組，但其磁勢在空間上方向固定，稱為“偽靜止繞組”。直流電機的勵磁繞組和電樞繞組就可以用空間上互差90°的直流繞組來等效。當觀察者站在M-T繞組上與其一起旋轉(zhuǎn)，他所看到的就是一臺直流電機。M繞組即勵磁繞組，T繞組即電樞繞組，M繞組中的直流電流iM稱為勵磁電流分量，T繞組中的直流電流iT稱為轉(zhuǎn)矩電流分量。由於α-β兩相交流繞組又與A-B-C三相交流繞組等效，故M-T直流繞組與A-B-C交流繞組等效。M-T直流繞組中的電流iM、iT與三相電流iA、iB、iC之間必存在著確定關(guān)係，除了規(guī)定M-T兩軸的垂直關(guān)係和旋轉(zhuǎn)角速度，還需對M-T軸坐標系的取向加以規(guī)定。選擇特定的同步旋轉(zhuǎn)坐標系，即確定M-T軸坐標系的取向，稱為定向。選擇電機某個旋轉(zhuǎn)磁場的軸作為該同步旋轉(zhuǎn)坐標軸，稱為磁場定向(FieldOrientation)。對於非同步電動機向量控制系統(tǒng)，磁場定向軸的選擇有三種：轉(zhuǎn)子磁場定向氣隙磁場定向定子磁場定向選擇按轉(zhuǎn)子磁場定向即將M軸取為轉(zhuǎn)子全磁鏈向量Ψr

的軸。轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵磁分量iM產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)矩分量iT無關(guān)，從這個意義上看，定子電流的勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的。TM按轉(zhuǎn)子磁場定向後的等效直流電機MT非同步電機座標變換結(jié)構(gòu)圖3/2VR等效直流電機模型ABC

iAiBiCitimi

i

非同步電動機3/2——三相/兩相變換;VR——同步旋轉(zhuǎn)變換;

——M軸與

軸（A軸）的夾角向量變換控制過程框圖由於將直流標量作為原始的控制量，再將其變換成交流量去控制交流電機，變換是通過向量座標變換實現(xiàn)的，故稱為向量變換控制系統(tǒng)(TransVectorControlSystem)，通常簡稱為向量控制系統(tǒng)(VectorControlSystem，VC系統(tǒng))。因為需要進行磁場的定向，故向量控制系統(tǒng)也稱為磁場定向控制系統(tǒng)。按轉(zhuǎn)子全磁鏈(全磁通)定向的非同步電動機向量控制系統(tǒng)稱為非同步電動機按轉(zhuǎn)子磁鏈(磁通)定向的向量控制系統(tǒng)。具體定向計算中要用到轉(zhuǎn)子磁鏈向量的模Ψr及磁場定向角(M軸與軸的夾角)，而這兩個量都難以直接測量，只能建立轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型，通過容易檢測的物理計算觀測。目前實際應用的向量控制系統(tǒng)，是通過檢測電機的定子電壓、電流及轉(zhuǎn)速等物理量，利用轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型，即時計算轉(zhuǎn)子磁鏈的模和空間位置。向量控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

控制器VR-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機模型+i*mi*t

si*

i*

i*Ai*Bi*CiAiBiCi

iβimit~回饋信號非同步電動機給定信號

5.帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)非同步電動機向量控制系統(tǒng)6.無速度感測器的向量控制系統(tǒng)

要達到高精度的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制及磁場定向的需要，必不可少的要在電機軸上安裝速度感測器，回饋實際轉(zhuǎn)速信號。但許多場合不允許外裝任何速度和位置檢測元件。隨著交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展和實際應用需要，國內(nèi)外展開了無速度感測器的交流調(diào)速系統(tǒng)研究，成為交流調(diào)速技術(shù)一個重要的應用研究領(lǐng)域。無速度感測器調(diào)速系統(tǒng)：取消速度檢測裝置，通過間接計算法求出電機的實際轉(zhuǎn)速值，作為轉(zhuǎn)速回饋信號?，F(xiàn)有很多方案。以基於轉(zhuǎn)子磁鏈定向的無速度感測器轉(zhuǎn)差型向量控制系統(tǒng)為例介紹。系統(tǒng)在電機定子側(cè)裝設電壓感測器和電流感測器，根據(jù)檢測到的電壓電流值及電機的參數(shù)，由轉(zhuǎn)速推算器估算出電機的實際轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速推算器受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，因而基於轉(zhuǎn)子磁鏈定向的轉(zhuǎn)速推算器還需要考慮轉(zhuǎn)子參數(shù)的自適應控制技術(shù)。轉(zhuǎn)速推算器的實用性還取決於推算精度和計算速度，故必須採用高速微處理器才能實現(xiàn)。無速度感測器向量控制不需要外接轉(zhuǎn)速感測器，方便了用戶。但與有回饋向量控制相比，在機械特性、低頻特性和動態(tài)回應性能等方面存在不足。對於一些要求有較硬機械特性，但調(diào)速範圍不很廣，對動態(tài)回應要求不高的場合，可以採用該方式。3.2.3直接轉(zhuǎn)矩控制的調(diào)速系統(tǒng)概述

1.直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的誕生與發(fā)展

自從70年代向量控制技術(shù)發(fā)展以來，從理論上解決了交流調(diào)速系統(tǒng)在靜、動態(tài)性能上與直流傳動相媲美的問題。然而，在實際上由於轉(zhuǎn)子磁鏈難以準確觀測，且系統(tǒng)受電動機參數(shù)影響較大，以及控制過程中所用向量旋轉(zhuǎn)變換的複雜性，使得實際控制效果難以達到理論預期。1977年由A.B.Piunkett首先提出直接轉(zhuǎn)矩控制思想。1985年德國魯爾大學的Depenbrock教授首次取得了實際應用的成功。直接轉(zhuǎn)矩控制在很大程度上解決了向量控制中計算複雜、特性易受電動機參數(shù)變化影響、實際性能難以達到理論分析結(jié)果的一些重要技術(shù)問題。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)一誕生，就以自己新穎的控制思想，簡潔明瞭的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的靜、動態(tài)性能受到了普遍的關(guān)注並得到了迅速的發(fā)展。2.直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的特性

採用直接轉(zhuǎn)矩控制的非同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)，電機磁場接近圓形，諧波小，損耗低，雜訊及溫升小。特點：直接在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。磁場定向採用的是定子磁鏈軸，只要知道定子電阻就可以觀測。採用空間向量的概念來分析三相交流電動機的數(shù)學模型和控制各物理量，使問題簡化。直接轉(zhuǎn)矩控制強調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的直接控制效果。與向量控制不同，直接轉(zhuǎn)矩控制不通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉(zhuǎn)矩，而把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量。通過轉(zhuǎn)矩兩點式調(diào)節(jié)器把轉(zhuǎn)矩檢測值與轉(zhuǎn)矩給定值作滯環(huán)比較，把轉(zhuǎn)矩波動限制在一定的容差範圍內(nèi)?？刂菩ЧQ於轉(zhuǎn)矩的實際狀況，控制既直接又簡單。直接轉(zhuǎn)矩控制(DirectTorqueControl)也稱之為直接自控制(DirectSelf-Control)。3.直接轉(zhuǎn)矩控制的基本思想電機轉(zhuǎn)速的變化與電機的轉(zhuǎn)矩有著直接而又簡單的關(guān)係，電機的轉(zhuǎn)矩影響其轉(zhuǎn)速。控制和調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的關(guān)鍵是有效地控制和調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)矩。由電機統(tǒng)一理論可知，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子磁勢向量Fs，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁勢向量Fr，合成磁勢向量F∑相互作用產(chǎn)生的，即等於它們中任何兩個向量的向量積。非同步電動機的Fs、Fr、F∑

均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，彼此相對靜止。故可以通過控制兩磁勢向量的幅值和兩磁勢向量之間的夾角來控制非同步電動機的轉(zhuǎn)矩。但這些向量在非同步電動機定子坐標系中都是交流量，給控制帶來了困難。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標系上用交流量計算轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩等於Fs和F∑的向量積，而Fs正比於定子電流向量is，F(xiàn)∑比例於磁鏈向量Ψm，故轉(zhuǎn)矩與定子電流向量及磁鏈向量Ψm的大小和二者夾角有關(guān)。並且定子電流向量可直接檢測得到，磁鏈向量Ψm可從電機的磁鏈模型中獲得。在定子坐標系中求得實際轉(zhuǎn)矩後，由轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，形成轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制系統(tǒng)，可獲得與向量變換控制系統(tǒng)相接近的靜、動態(tài)調(diào)速性能指標。從控制轉(zhuǎn)矩角度看，只關(guān)心電流和磁鏈的乘積，並不介意磁鏈本身的變化。但磁鏈與電機的運行性能密切相關(guān)。磁鏈與電機的電壓、電流、效率、溫升、轉(zhuǎn)速、功率因數(shù)有關(guān)。從電機合理運行角度出發(fā)，希望保持磁鏈幅值恒定。因此要對磁鏈進行必要的控制。同控制轉(zhuǎn)矩一樣，設置磁鏈調(diào)節(jié)器構(gòu)成磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)控制磁鏈幅值為恒定的目的。目前控制磁鏈有兩種方案讓磁鏈向量基本上沿圓形軌跡運動(日本學者高橋勳教授)讓磁鏈向量沿六邊形軌跡運動(德國學者Depenbrock)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)基本思路框圖性能與特點直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)向量控制系統(tǒng)磁鏈控制定子磁鏈轉(zhuǎn)子磁鏈轉(zhuǎn)矩控制砰-砰控制，有轉(zhuǎn)矩脈動連續(xù)控制，比較平滑座標變換靜止座標變換，較簡單旋轉(zhuǎn)座標變換，較複雜轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響無有調(diào)速範圍不夠?qū)挶容^寬直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和向量控制系統(tǒng)特點及性能比較各種品牌變頻器3.3通用變頻器的外部介面電路

通用變頻器是由主電路和控制電路組成?？刂齐娐钒ǎ褐骺刂齐娐?、主電路驅(qū)動電路、信號檢測電路、保護電路、外部介面電路、數(shù)字操作顯示盒。主控制電路是變頻器的運行指揮中心，是一個高性能的微處理器。3.3.1變頻器主電路端子連接

MM440變頻器主電路接線方法3.3.2變頻器控制端子多功能數(shù)字量輸入端子

多功能數(shù)字量輸出端子

模擬量輸入端子

模擬量輸出端子

通信端子

數(shù)字操作顯示面板

擴張端子擴展模組

主回路介面控制回路介面模擬量輸入模擬量輸出通訊介面控制回路介面開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出編碼器介面3.4通用變頻器的主要控制功能

3.4.1變頻器頻率設定功能1.變頻器中頻率的名稱與功能給定頻率輸出頻率基本頻率上限頻率(最高頻率)和下限頻率(最低頻率)回避頻率(跳轉(zhuǎn)頻率)點動頻率載波頻率跳轉(zhuǎn)頻率跳轉(zhuǎn)頻率寬度2.變頻器頻率給定方式面板給定方式外接模擬量給定外接數(shù)字量給定(多段速頻率給定)直接選擇型：一個數(shù)字量輸入端對應一個固定頻率設定值，控制信號直接選用固定頻率，如果幾個輸入信號同時有效則所選用的固定頻率疊加。二進位編碼選擇型：通過多功能輸入端子的邏輯組合，可以選擇多段頻率進行多段速運行。四數(shù)字輸入端二進位編碼速度表

端子信號固定速度DIN4DIN3DIN2DIN1停止狀態(tài)0000P1001固定速度10001P1002固定速度20010P1003固定速度30011P1004固定速度40100P1005固定速度50101P1006固定速度60110P1007固定速度70111P1008固定速度81000P1009固定速度91001P1010固定速度101010P1011固定速度111011P1012固定速度121100P1013固定速度131101P1014固定速度141110P1015固定速度151111邏輯組合信號對應的給定頻率數(shù)量是有限的，所以外接數(shù)字量給定是多段速頻率給定，屬有級調(diào)速。外接脈衝給定通信給定3.4.2變頻器運轉(zhuǎn)控制功能

變頻器運轉(zhuǎn)控制功能是變頻器的基本運行功能，用以控制電動機的啟動、停止、正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、正向點動與反向點動、複位等。變頻器的運轉(zhuǎn)控制可以通過操作器鍵盤、輸入端子、通信方式來實現(xiàn)。1.操作器鍵盤運轉(zhuǎn)控制最簡單直接的運轉(zhuǎn)控制方法通過操作器鍵盤上的運行鍵、停止鍵、點動鍵和複位鍵來直接控制變頻器的運轉(zhuǎn)，通過操作器鍵盤上的指示燈和顯示器觀察變頻器的運行狀態(tài)資訊和故障報警資訊?，F(xiàn)場控制，一般在調(diào)試時使用2.外部輸入端子運轉(zhuǎn)控制

通過輸入端子從外部輸入開關(guān)信號來控制變頻器的運轉(zhuǎn)。連接在輸入端子上的按鈕、選擇開關(guān)、繼電器觸點或PLC觸點替代了操作器鍵盤上的運行鍵、停止鍵、點動鍵和複位鍵的功能，可以在遠距離控制變頻器的運轉(zhuǎn)。變頻器實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)非常簡單，只需改變控制回路，無須改變主回路。正反轉(zhuǎn)控制兩線式控制模式三線式控制模式點動控制由於工序要求或設備調(diào)試調(diào)整需要，還需點動運行，即按下按鈕時電動機轉(zhuǎn)動工作，手松開按鈕時電動機停止運轉(zhuǎn)。操作器鍵盤上有一個電動機點動鍵(JOG)。在變頻器無輸出的情況下按此鍵，將使電動機起動，並按預設定的點動頻率運行；釋放此鍵時變頻器停車。如果變頻器/電動機正在運行，按此鍵將不起作用。點動運行頻率和點動加減速時間均在參數(shù)內(nèi)設置。也可將變頻器兩個多功能輸入端定義為正向點動和反向點動功能，通過其外接按鈕實現(xiàn)電動機的正反點動控制。3.通信運行控制

以串行通信方式向變頻器傳送運行信號，控制變頻器的啟動、停止、點動、故障複位等功能。運行控制信號和速度給定信號是在某一個通信協(xié)議格式下同時傳送的。3.4.3變頻器的升速和啟動功能

為了限制啟動電流，需要對變頻器輸出頻率的上升速度加以限制。1.升速時間設定

變頻器從零速加速到最高頻率所需的時間升速時間長可以減小起動電流，減少機械衝擊，但過長又浪費時間。準確計算升速時間比較困難，實際中，一般把升速時間設置長一些，觀察起動過程電流情況，再逐漸減少升速時間。2.升速方式選擇各種變頻器為用戶提供的有三種升速方式：直線形方式、S形方式、半S形方式。直線形升速方式

S形升速方式

三個時間階段上升曲線平滑圓弧起始段固定斜率直線上升段上升曲線平滑圓弧結(jié)束段S形曲線升速速度和加速度均是平滑變化，衝擊小。半S形升速方式

對S形升速方式的簡化，只在升速的起始段或結(jié)束段採用平滑圓弧，其餘採用斜率固定的直線升速。風機類負載，適合採用上升曲線的結(jié)束端是平滑圓弧的半S形升速方式。對於慣性較大的負載可以考慮採用上升曲線的起始端是平滑圓弧的半S形升速方式。3.與升速有關(guān)的其他功能起動頻率設定對於慣性較大、靜態(tài)摩擦轉(zhuǎn)矩也較大的負載，起動時要有一定的衝擊力才易於起動對變頻器設置一個起動頻率，使電機在起動時有足夠的起動轉(zhuǎn)矩。設置起動頻率時要設置相應的起動頻率保持時間。起動頻率設置常用於情況：機械傳動機構(gòu)上有間隙,減緩機械撞擊；起升機構(gòu)在起吊重物前鋼絲繩處於鬆弛狀態(tài)，拉緊鋼絲繩需要低速運行一段時間，使?jié)櫥蜏靥岣呓档宛ざ?；起升機構(gòu)的起吊重物長時間處於懸掛狀態(tài)，由機械抱閘裝置提供制動轉(zhuǎn)矩，重新上升或下降時，先讓變頻器輸出起動頻率，產(chǎn)生一定的起升轉(zhuǎn)矩後再松閘，避免松閘過程中起吊重物下滑。起動前的直流制動功能若在開始起動時，電動機就已有一定轉(zhuǎn)速，而變頻器仍是從最低頻率開始運行，則會由於制動引起過壓過流。如在尚未停車前就第二次起動，或者正要啟動的風機在外界風力作用下正在反轉(zhuǎn)。許多變頻器具備起動前的直流制動功能，以保證電動機完全停住才開始起動。直流制動是指通過逆變器向電動機定子繞組注入直流制動電流，形成靜止的直流磁場，使電動機快速停車。直流制動的主要設定參數(shù)有兩個制動電流大小直流制動的時間捕捉再啟動功能啟動變頻器後，快速改變變頻器的輸出頻率，搜尋電動機實際轉(zhuǎn)速，捕捉到後按設定的升速曲線升速運行到給定頻率。該功能適用於驅(qū)動有初始轉(zhuǎn)速的大慣性負載電動機的啟動?？赡苡伸端阉麟娏鞫铀?，有一定危險性。暫停升速功能

有的變頻器對慣性較大，起動時升速較慢的負載，設置了暫停升速功能。先低速運轉(zhuǎn)一段時間，然後再繼續(xù)升速。需設定的參數(shù)是升速暫停頻率和暫停時間。3.4.4變頻器的降速與制動功能

1.變頻器停車方式降速停車及降速時間設定降速停車方式也有直線形、S形形和半S形。電動機從電動狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)，電機的動能轉(zhuǎn)變成交流電能，回饋到直流母線上，產(chǎn)生泵升電壓。減速時間越短，降速越快，制動電流也越大，回饋能量來不及消耗，可能會造成過電流、過電壓故障。可先將降速時間設置長一些，觀察停機過程中直流電壓的大小，再逐漸縮短降速時間，直至直流電壓接近上限值時為止。

自由停車電動機的電源被切斷，拖動系統(tǒng)處於自由制動狀態(tài)。自由停車時間的長短由拖動系統(tǒng)的慣性決定。自由停車與機械制動器配合可用於緊急停止場合。當要緊急停車時，先中止變頻器輸出，再進行機械抱閘制動控制。簡單的自由停車方式而沒有機械制動器的配合，是不適用於位能性負載的。複合制動停車方式適用大慣性負載，防止過多的回饋能量將降速停車效果和直流制動效果兩者結(jié)合起來。在變頻器輸出下降頻率上迭加一個直流制動電流，使兩種制動力結(jié)合起來，起到快速電氣制動的效果。複合制動時，從機械能轉(zhuǎn)換過來的一部分制動能量回饋到變頻器的直流母線上，另一部分能量消耗在電動機上。2.制動功能回饋制動(再生制動)：變頻器逐漸減小輸出頻率，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，進入發(fā)電狀態(tài)，將機械能轉(zhuǎn)換成電能，電機的轉(zhuǎn)速降低趨於同步轉(zhuǎn)速?；仞佒苿涌商岣呓邓僬{(diào)節(jié)速度，提高動態(tài)回應速度。直流制動(能耗制動)：在定子繞組注入直流電流，迫使交流電動機迅速停車。3.泵生電壓解決方案能耗電阻回饋制動整流多臺逆變器共用直流母線電動回饋制動電動整流逆變逆變交流回饋主動前端ActiveFrontEnd

4.與降速有關(guān)的其他功能使能抱閘制動3.4.5通用變頻器的V/f控制功能1.預定義V/f曲線指變頻器內(nèi)部已經(jīng)為用戶定義的各種不同類型的曲線。

遞減力矩恒定力矩高啟動力矩恒定力矩曲線適於驅(qū)動與轉(zhuǎn)速無關(guān)的恒力矩負載。遞減力矩曲線適用於風機、水泵等與轉(zhuǎn)速呈2次方或3次方比例的負載力矩。高啟動力矩曲線適於變頻器與電動機之間的連線超過150米；要求啟動時輸出力矩較大(如升降機等負載)；變頻器輸入或輸出處串接了AC電抗器。2.自定義V/f曲線

對於特殊的負載，可通過設置用戶自定義V/f曲線的幾個參數(shù)，得到任意V/f曲線。自定義V/f曲線一般都通過折線設定，3.V/f曲線轉(zhuǎn)矩補償

低頻時需要對輸出電壓做提升補償，以補償定子電阻和漏抗上壓降引起的轉(zhuǎn)矩損失。低頻時漏抗壓降可以忽略，提升的電壓主要是補償定子電阻上的壓降。轉(zhuǎn)矩補償量有的以額定轉(zhuǎn)矩的百分數(shù)設定(安川VS-G7)；有的以額定電流的百分數(shù)設定(西門子MM440)。3.4.6通用變頻器的向量控制功能1.向量控制功能向量控制分為速度向量控制與轉(zhuǎn)矩向量控制主要區(qū)別是閉環(huán)調(diào)節(jié)是基於哪個物理量。2.有速度感測器的向量控制主要用於高精度的速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、簡單伺服控制等對控制性能要求嚴格的使用場合。該方式下採用的速度感測器一般是旋轉(zhuǎn)編碼器(PG)，並安裝在直接反映被控電動機轉(zhuǎn)速的軸上。3.編碼器類型及連接根據(jù)變頻器的編碼器模組介面對信號的要求，選擇合適的編碼器類型與其連接。編碼器的信號輸出方式有：NPN或PNP集電極開路、推挽式、差分信號。為了適配不同輸出信號方式的編碼器，編碼器模組上有跳線器或選擇開關(guān)，通過設定可以接受多種類型的編碼器信號。硬體上連接和設置好後，還要對變頻器的參數(shù)進行設置。TTL差分信號編碼器連接TTL信號短接線，接5V編碼器類型設置開關(guān)：0101013.4.7變頻器的PID控制功能1.基本概念

根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制?？刂破鬏敵龊涂刂破鬏斎?誤差)間的關(guān)係很多情況下，不一定需要全部三個單元，可以取其中的一到兩個單元。比例控制單元是必不可少的。變頻器PID功能相當於變頻器作為過程控制器2.變頻器的PID控制例子

變頻器內(nèi)部有兩種PID控制應用：變頻器自身速度、轉(zhuǎn)矩的PID閉環(huán)控制。外接回饋信號，對外部被控量(流量、壓力、溫度、張力等)進行PID閉環(huán)控制。恒壓供水控制系統(tǒng)MM440壓力感測器壓力給定信號設定回饋3.4.8變頻器的保護功能

過電流保護功能超載保護功能過電壓保護功能其他保護功能風機運行逆變模組過熱制動電阻過熱負載三相不對稱內(nèi)部錯誤暫態(tài)停電保護

小結(jié)交流變頻調(diào)速變頻調(diào)速理論變頻器的使用為什麼要用變頻調(diào)速？怎樣獲得想要的交流電？PAM(六脈波)PWM執(zhí)行器被控對象想要什麼樣的交流電？(演算法)恒壓頻比向量控制直接轉(zhuǎn)矩控制控制器

工業(yè)控制現(xiàn)場總線

通常把具有一定的編碼、格式和位長要求的數(shù)字信號稱為數(shù)據(jù)資訊。數(shù)據(jù)通信就是將數(shù)據(jù)資訊通過適當?shù)膫魉途€路從一臺機器傳送到另一臺機器。機器可以是電腦、PLC或具有數(shù)據(jù)通信功能的其他數(shù)字設備。4.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

4.1.1數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸方式

1.並行傳輸與串行傳輸

若按照傳輸數(shù)據(jù)的時空順序分類並行傳輸數(shù)據(jù)在多個通道同時傳輸傳輸速度快，但成本較高，干擾大。當距離較近且要求傳輸速率較高時採用b7b6b5b4b3b2b1b0串行傳輸數(shù)據(jù)傳輸按順序逐位在一條通道上傳輸成本低、實現(xiàn)容易、控制簡單、可靠，但短距離速度慢。常用於遠距離傳輸而速度要求不高的場合。b7b6b5b4b3b2b1b02.基帶串行傳輸與頻帶串行傳輸根據(jù)傳輸是否搬移信號的頻譜，是否進行調(diào)製分類?；鶐Т袀鬏?/p>

對信號不做任何調(diào)製，直接按原有的脈衝形式傳輸。數(shù)字信號傳輸常採用。編碼方式：NRZ，曼徹斯特碼，差分曼徹斯特碼等。曼徹斯特碼具有“內(nèi)含時鐘”的性質(zhì)，對接收端提取位同步信號非常有利，而且當碼元中間無跳變時，就形成違例碼，這種違例的情況可形成幀標誌。頻帶串行傳輸

把信號調(diào)製到某一頻帶上傳輸。用調(diào)製器把二進位信號調(diào)製成模擬信號在通信線路上傳輸；接收端再經(jīng)過解調(diào)器解調(diào)模擬信號還原為二進位信號。調(diào)製可採用：調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相頻帶傳輸在同一條傳輸線路上可用頻帶分割的方法將頻帶劃分為幾個通道，同時傳輸多路信號。(a)調(diào)幅(b)調(diào)頻(c)調(diào)相3.非同步和同步傳輸方式根據(jù)解決發(fā)送端和接收端之間的同步問題不同方式非同步傳輸每個字元加入起始和停止標誌位。發(fā)送是獨立隨機的。實現(xiàn)簡單，但傳輸大量數(shù)據(jù)的場合，比較浪費，效率低。同步傳輸數(shù)據(jù)以幀(一組數(shù)據(jù))為單位傳輸，在幀開始和結(jié)束有標誌，而幀中每個位元組間不附加停止位和起始位。傳輸效率高，但實現(xiàn)較為複雜，所需的軟硬體價格比非同步傳輸高。4.串行數(shù)據(jù)傳輸速率在數(shù)據(jù)通信中，用“串列傳輸速率”來描述數(shù)據(jù)的傳輸速率。串列傳輸速率：單位時間內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)，即每秒鐘傳送的二進位位數(shù)，其單位為bit/s或bps。常用的單位有：kbps、Mbps和Gbps。串列傳輸速率也常叫傳輸率，是衡量串行數(shù)據(jù)速度快慢的重要指標。有時也用“位週期”來表示傳輸速率，位週期是串列傳輸速率的倒數(shù)。在串行通信中，所說的傳輸速率指串列傳輸速率，而不是指字元速率。兩者關(guān)係：如在某非同步串行通信中，傳送一個字元需12個位(1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，2個停止位，1個校驗位)，其傳輸速率是4800bps，每秒傳輸字元為4800/12=4004.1.2數(shù)據(jù)串行通信方式數(shù)據(jù)在串行通信線路上傳輸有方向性按照數(shù)據(jù)在某一時間傳輸?shù)姆较颍煞譃椋簡喂ねㄐ牛簲?shù)據(jù)傳輸只能一個方向半雙工通信：數(shù)據(jù)可在兩個方向傳輸，但同一時刻指限於一個方向全雙工通信：數(shù)據(jù)可在兩個方向同時傳輸4.1.3OSI參考模型及網(wǎng)路通信協(xié)議

為保證通信的正常進行，需通信各方遵守共同的協(xié)議。網(wǎng)路通信協(xié)議也叫做通信控制規(guī)程，或稱傳輸控制規(guī)程。通信雙方在通信時需要遵循的規(guī)則和約定就是協(xié)議。協(xié)議主要由語義、語法和定時三部分。語義規(guī)定通信雙方準備“講什麼”，亦即確定協(xié)議元素的種類；語法規(guī)定通信雙方“如何講”，確定數(shù)據(jù)的資訊格式、信號電平等；定時則包括速度匹配和排序等。網(wǎng)路通信協(xié)議採用分層設計便於網(wǎng)間互連，各層相互獨立，通過介面聯(lián)繫。目前採用的網(wǎng)路通信協(xié)議有兩類：非同步通信協(xié)議和同步通信協(xié)議。同步通信協(xié)議又有面向字元和面向比特以及面向位元組計數(shù)等。1.ISO/OSI參考模型國際標準化組織於1979年正式頒佈開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型ISO/OSI是資訊處理領(lǐng)域內(nèi)的最重要標準之一，為協(xié)調(diào)研製系統(tǒng)互連的各類標準提供共同基礎(chǔ)，為保持所有相關(guān)標準的相容性提供了共同參考。標準為研究、設計、實現(xiàn)和改造資訊處理系統(tǒng)提供了功能上和概念上的框架。ISO/OSI的7層模型物理層資料鏈路層網(wǎng)路層運輸層會話層表示層應用層在物理鏈路上傳輸無結(jié)構(gòu)比特流，參數(shù)有信號電壓、比特寬度，涉及建立、維修和拆除物理鏈路所需的機械的、電氣的、功能和過程特性。把一條不可靠的傳輸通道轉(zhuǎn)變?yōu)橐粭l可靠的通道，發(fā)送帶有檢查的數(shù)據(jù)塊(幀)；使用差錯檢測和幀確認。通過網(wǎng)路傳輸數(shù)據(jù)分組，分組可以是獨立傳輸?shù)?數(shù)據(jù)報)或者是通過一條預先建立的網(wǎng)路連接(虛電路)傳輸?shù)模撠熉酚蛇x擇和擁擠控制。在端點之間提供可靠的、透明的數(shù)據(jù)傳輸，提供端到端的錯誤恢復和流控制。在兩個進程之間建立、維護和結(jié)束連接(會話)，可以提供檢查點和再啟動服務、隔離服務完成有用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，提供一個標準的應用介面和公共的通信服務。給開放系統(tǒng)互連OSI環(huán)境的用戶提供服務，如事務服務程式、檔傳送協(xié)議、網(wǎng)路管理各層所共有的功能封裝過程分段存儲連接建立流量控制差錯控制多路複用7層模型只是一個參考模型，並未確切描述用於各層的協(xié)議和服務，僅僅是標明每層應該做什麼，解釋協(xié)議相互之間應該如何相互作用。網(wǎng)路中實際用到的協(xié)議並非嚴格按照這七層定義，而是根據(jù)實際需要。大多現(xiàn)場匯流排的結(jié)構(gòu)分層採用OSI模型的第1、2和7層?；兑蕴W(wǎng)的TCP/IP採用了第1、2、3、4和7層。2.非同步通信協(xié)議

非同步通信指通信中兩個字元之間的時間間隔不固定，而在一個字元內(nèi)各位時間間隔固定。非同步通信的資訊以字元為單位傳送，每個字元按位傳輸，總是以“起始位”開始，以“停止位”結(jié)束。字元由發(fā)送方非同步產(chǎn)生，有隨機性。字元一般採用5、6、7或8位二進位編碼；每個字元可能需要用10位或11位才能傳送，如起始位1位；字元編碼7位；奇偶校驗位1位；停止位1～2位。接收和發(fā)送的時鐘頻率略有偏差，也不會造成偏差累積而錯位，加之字元間的空閒位也為偏差提供了緩衝，所以非同步串行通信的可靠性較高。字元都要用起始位和停止位作為字元開始和結(jié)束的標誌，接收端要採用倍頻時鐘對接收到的數(shù)據(jù)同步採樣，傳送效率低。非同步通信一般用在數(shù)據(jù)速率要求不高的場合(小於19.2kbps)。要求高速傳送時，一般要採用同步通信。(1)起止式非同步通信格式

靠起始位和停止位實現(xiàn)字元界定或同步，故稱起止式協(xié)議非同步通信的幀格式傳送字元E的ASCII碼(45H)的時序波形。起始位邏輯“0”1位數(shù)據(jù)位邏輯“0”或“1”5位、6位、7位、8位校驗位邏輯“0”或“1”1位或無停止位邏輯“1”1位、1.5位或2位空閒位邏輯“1”任意數(shù)量(2)非同步通信的接收過程

接收端以“接收時鐘”和“串列傳輸速率因數(shù)”決定一位的時間長度。以接收一個字元E的ASCII碼，串列傳輸速率因數(shù)等於16(接收時鐘週期)、正邏輯為例說明非同步通信的接收過程。(3)非同步通信的發(fā)送過程

以發(fā)送一個字元E的ASCII碼為例說明非同步通信的發(fā)送過程。3.同步通信協(xié)議在約定通信速率下，發(fā)送端和接收端的時鐘信號始終保持一致，通信雙方在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時具有完全一致的定時關(guān)係。發(fā)送方在每次同步傳送n個位元組數(shù)據(jù)塊前，先發(fā)送1個或2個同步字元，表示傳送過程開始，接著發(fā)n個位元組數(shù)據(jù)塊。字元之間無空隙。以同步字元使收發(fā)雙方同步(1個同步字元是單同步，2個同步字元是雙同步)，接收端從傳輸?shù)馁Y訊中抽取同步資訊，修正同步。同步串行通信以幀為單位傳輸，每幀由5部分組成：標誌區(qū)、地址區(qū)、控制區(qū)、資訊區(qū)和幀校驗區(qū)。同步通信過程中要求在傳輸線路上始終保持連續(xù)的字元位流，若發(fā)送端沒有數(shù)據(jù)傳輸，則線路上要用專用的“空閒”字元或同步字元填充。同步通信傳送資訊位數(shù)幾乎不受限制，一次通信傳的數(shù)據(jù)有幾十到幾千位元組，通信效率高。但要求在通信中保持精確的同步時鐘，發(fā)送器和接收器比較複雜，成本較高，一般用於傳送速率要求較高的場合；傳輸?shù)馁Y訊中不能有同步字元出現(xiàn)，透明性較差。同步通信協(xié)議有：面向字元的同步協(xié)議：單同步、雙同步、外同步等；面向位的同步協(xié)議面向位元組計數(shù)的同步協(xié)議4.1.4通信傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)：網(wǎng)路中連接收發(fā)兩方的物理通道。同軸電纜雙絞線光纖無線4.1.5網(wǎng)路拓撲結(jié)構(gòu)

從網(wǎng)路拓撲學的觀點看，網(wǎng)路由一組節(jié)點和連接節(jié)點的鏈路組成。網(wǎng)路中節(jié)點的互連模式叫網(wǎng)路拓撲結(jié)構(gòu)星形結(jié)構(gòu)樹形結(jié)構(gòu)環(huán)形結(jié)構(gòu)匯流排型結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)4.1.6介質(zhì)訪問控制

介質(zhì)訪問控制是指在節(jié)點對網(wǎng)路通道的佔有通信權(quán)的管理與控制。介質(zhì)訪問控制方式載波偵聽多路訪問/衝突監(jiān)測方式(CSMA/CD)令牌環(huán)方式(TokenRing)

令牌匯流排方式(TokenBus)

4.2工業(yè)網(wǎng)路常用標準串行通信介面

在工業(yè)網(wǎng)路控制系統(tǒng)中常用的標準串行通信介面有RS-232C、RS-422、RS-485。RS-232C、RS-422與RS-485標準，最初都是由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)制訂併發(fā)布的，作為工業(yè)標準，以保證不同廠家產(chǎn)品相容。由於EIA提出的建議標準都是以“RS”作為首碼，所以習慣仍然以RS作首碼稱謂。RS-232、RS-422與RS-485標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，不涉及接插件、電纜或協(xié)議，對應OSI模型中物理層的電氣特性部分，用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。4.2.1RS-232C串行通信介面RS-232C定義了數(shù)據(jù)終端設備(DTE)