交流伺服與變頻技術(shù)項(xiàng)目2

任務(wù)一、熟悉電力電子器件一、交流逆變概述控制要求?變頻調(diào)速：必須能同時(shí)改變電機(jī)的電壓和頻率（V/f

控制）。問(wèn)題：電網(wǎng)的供電電壓、頻率不能改變。我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)：U=3~380V（+10%，-15%）f=50±1Hz?必須有一整套變換裝置——逆變器（Inverter）。項(xiàng)目二、交流逆變技術(shù)控制方案將380V/50Hz的交流直接變換成V、f可變的交流——交-交變流。特點(diǎn)：無(wú)中間電路（整流電路）、效率高，但控制復(fù)雜，尚沒(méi)有成熟的控制方案。?最新研究方向——矩陣控制技術(shù)。先將380V/50Hz的交流轉(zhuǎn)換成直流，再將直流轉(zhuǎn)換成交流——交-直-交變流。特點(diǎn)：技術(shù)較成熟，是當(dāng)前交流逆變的主流。?變頻器、交流主軸、交流伺服全部采用交-直-交逆變方案——三者的主回路結(jié)構(gòu)相同。?各部分作用：整流：將交流轉(zhuǎn)換為直流。調(diào)壓：保證直流電壓不變。逆變：將直流轉(zhuǎn)換為V/f

可變的交流。交-直-交逆變電路整流調(diào)壓逆變

M3~電網(wǎng)輸入整流輸出母線(xiàn)電壓V/f電壓二、電力電子器件電子器件分類(lèi)：低電壓、小電流控制——直接稱(chēng)電子器件（弱電）。?只要有電子控制電路就必須使用。高電壓、大電流控制——稱(chēng)電力電子器件（強(qiáng)電）。?用于交、直流主回路控制。?知識(shí)回顧1：怎樣區(qū)分主回路和控制回路？主回路：直接向負(fù)載提供電能的電路（可以是交流或直流）。如電機(jī)（電—機(jī)械能）、照明燈（電—光能）、加熱器（電—熱能）的供電回路?？刂苹芈罚河糜谛盘?hào)分析、運(yùn)算、處理的輔助電路。如：電機(jī)的繼電器控制電路、PLC、CNC等。?知識(shí)回顧2：你知道的電力電子器件有哪些？

二極管：交流→直流，不需要（不能）控制。?稱(chēng)為“不可控器件”。晶閘管：又稱(chēng)可控硅，用于交流通斷控制，但不能控制直流關(guān)斷。?稱(chēng)為“半控器件”。GTO、GTR、MOSFET、IGBT、IPM等：可用于交、直流的通斷控制。?稱(chēng)為“全控器件”。?拓展學(xué)習(xí)1：電力電子技術(shù)的發(fā)展第1代：半控，功率二極管（20世紀(jì)40年代）、晶閘管（1958年，美國(guó)GE公司）

。?水平：國(guó)際12000V/5000A；國(guó)內(nèi)3000V/1000A

第2代：全控，GTO（門(mén)極可關(guān)斷晶閘管，1964年，美國(guó)）

；GTR（大功率晶體管）、

MOSFET（電壓控制型單極晶體管

）

，20世紀(jì)70年代、美國(guó)。

第3代：復(fù)合型器件，IGBT（絕緣門(mén)極雙極型晶體管，1983年，美國(guó)GE公司）。第4代：功率集成電路，IPM（智能功率模塊，20世紀(jì)80年代末，美國(guó)）。符號(hào)和特性?參見(jiàn)P25表2-1、表2-2。

?

通俗理解：電力電子器件=電子開(kāi)關(guān)功率二極管：正向電壓UAK≥0.5V自然導(dǎo)通；否則自然關(guān)斷；不能控制UAK≥0.5V的關(guān)斷。晶閘管：正向電壓UAK≥0.5V且門(mén)極電流IG≥0時(shí)導(dǎo)通；UAK＜0.5V關(guān)斷；能通過(guò)門(mén)極控制UAK≥0.5V時(shí)的導(dǎo)通，但不能控制UAK≥0.5V時(shí)的關(guān)斷。

GTR、GTO：

CE極電壓UCE≥0V時(shí)通斷可控，門(mén)極電流IB≥0時(shí)導(dǎo)通；IB＜0時(shí)關(guān)斷；全控型，開(kāi)關(guān)特性同三極管（電流控制）。

MOSFET：

DS極電壓UDS≥0V時(shí)通斷可控，門(mén)極電壓UGS≥UT時(shí)導(dǎo)通；UGS＜UT時(shí)關(guān)斷；全控型，開(kāi)關(guān)特性同MOS管（電壓控制）。

IGBT：

開(kāi)關(guān)特性同MOSFET，但D極稱(chēng)C極；全控型，開(kāi)關(guān)特性同MOS管（電壓控制）。任務(wù)二、熟悉PWM逆變?cè)?逆變：將直流轉(zhuǎn)換為交流一、逆變的基本形式電流控制型：逆變管輸出到電機(jī)的電流為方波（直流），通過(guò)改變電流頻率調(diào)速，大容量逆變器用。電壓控制型：逆變管輸出到電機(jī)的電壓為方波（直流），通過(guò)改變電壓頻率調(diào)速，大容量逆變器用。

PWM控制型：逆變管輸出到電機(jī)的電壓為正弦波（PWM脈沖串），通過(guò)改變正弦波頻率調(diào)速，中小容量逆變器用——變頻器、交流伺服的基本形式。

二、PWM逆變?cè)?PWM：脈寬調(diào)制的簡(jiǎn)稱(chēng)，以寬度可變的脈沖序列等效代替各種波形。取樣控制理論：

面積相等、形狀不同的窄脈沖加到慣性環(huán)節(jié)上，產(chǎn)生的效果相同。?應(yīng)用：電機(jī)繞組=電感+電阻=慣性環(huán)節(jié)加入脈沖電流時(shí)，下圖中的平均電流：I1=I

2I1I2幅值I周期T?

結(jié)論：當(dāng)脈沖周期T（即頻率f，f=1/T）、幅值不變時(shí)，只要改變脈沖的寬度，就可以改變輸出的平均值。

?開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的原理（RC電路=慣性環(huán)節(jié)）。

脈沖周期

T越短（即頻率f越高）輸出的波形就越接近理想波形。

?f叫PWM頻率（脈寬調(diào)制頻率，或載波頻率），f越高，波形就越理想。?記住哦！

PWM頻率也是變頻器的重要指標(biāo)，越高，變頻器性能越好（但有不利的一面）。正弦波的產(chǎn)生（P32圖2-9）：

?SPWM波=脈寬調(diào)制正弦波載波調(diào)制波?三相合成后見(jiàn)P37圖2-2.9任務(wù)三、整流電路的分析（補(bǔ)充）?知識(shí)回顧：整流電路有哪些基本形式？單相半波、單相全波、三相半波、三相全波。單相全波整流：?

原理：利用二極管的正向自然導(dǎo)通特點(diǎn)，將4只二極管（集成，俗稱(chēng)“橋堆”）組合、接入單相交流電路，使得兩-兩交替導(dǎo)通、得到相電壓全部波形。

?用于單相交流輸入→直流的轉(zhuǎn)換。直流輸出電壓計(jì)算：面積相等Ud=0.9U利用大電容平波后：Ud

≈

1.2

×

0.9U三相全波整流：?

原理：利用二極管的正向自然導(dǎo)通特點(diǎn)，將6只二極管（集成，俗稱(chēng)“三相橋堆”）組合、接入三相交流電路，使得兩-兩交替導(dǎo)通、得到線(xiàn)電壓全部波形。直流輸出電壓計(jì)算：面積相等Ud=1.35UL利用大電容平波后：Ud≈1.2×

1.35ULUL為線(xiàn)電壓：UL

=1.732×

U相某單相200~240V、三相380~440V輸入通用的變頻器，如果將它直接連接到我國(guó)的工廠(chǎng)電網(wǎng)上，變頻器的直流母線(xiàn)電壓各為多大？解：我國(guó)的電網(wǎng)電壓

單相：U=220V（單相指相電壓）

三相：UL=380V（三相指線(xiàn)電壓）代入后得：

單相：Ud=237V（一般可認(rèn)為230V）

三相：

Ud=615V（一般可認(rèn)為610V）?練一練：?練一練（不定項(xiàng)選擇）：1.目前變頻器所使用的變流方式屬于………（）A.

交-交B.

交-直-交C.直-交D.交-直2.變頻器整流回路常用的電力電子器件是…（）A.GTRB.IGBTC.二極管D.晶閘管3.變頻器逆變回路常用的電力電子器件是…（）A.GTRB.IGBTC.二極管D.晶閘管4.以下屬于全控型器件的是…（）A.

二極管B.

晶閘管C.IGBTD.MOSFET5.3相380V輸入的變頻器直流母線(xiàn)電壓約為……（）A.

230VB.320VC.500VD.610V6.3相200V輸入的伺服驅(qū)動(dòng)直流母線(xiàn)電壓約為…（）A.

230VB.320VC.5