任务四变频器变频调速原理.doc

项目 变频器变频调速原理 教师： 课型： 课时： 授课班级 ： 授课时间： 教学重点：1、SPWM，马鞍波PWM，和空间电压矢量PWM的原理。 2、三相异步电动机PWM变频调速。 教学难点：1、单相正弦波脉宽调制SPWM 变频调速电路的安装和调试。 2、异步电动机变频调速运行的基本参数的测试。 教学内容： 工业生产广泛使用电力拖动，电力拖动的耗电量占了工业生产总耗电量的一半，而电力拖动又离不开调速，选用先进的调速技术节省电能是节能降耗的重要措施。交流电动机变频调速是在现代微电子技术基础上发展起来的新技术，它不但比传统的直流电机调速优越，而且也比调压调速、变极调速、串级调速等调速方式优越。它的特点是调速平滑、调速范围宽、效率高特性好、结构简单、机械特性硬、保护功能齐全，运行平稳安全可靠，在生产过程中能获得最佳速度参数，是理想的调速方式。应用实践证明，交流电机变频调速一般能节电 30%，目前工业发达国家已广泛采用变频调速技术，在我国也是国家重点推广的节电新技术。n=n1(1-s)=60f(1-s)/p 当转差率固定在最佳值时，改变f 即可改变转速n。为使电机在不同转速下运行在额定磁通，改变频率的同时必须成比例地改变输出电压的基波幅值。这就是所谓的VVVF（变压变频）控制。工频50Hz 的交流电源经整流后可以得到一个直流电压源。对直流电压进行PWM 逆变控制，使变频器输出PWM 波形中的基波为预先设定的电压/频率比曲线所规定的电压频率数值。因此，这个PWM 的调制方法是其中的关键技术。 目前常用的变频器调制方法有SPWM，马鞍波PWM，和空间电压矢量PWM 等方式。 知识链接1 SPWM 变频调速方式： 正弦波脉宽调制法（SPWM）是最常用的一种调制方法，SPWM 信号是通过用三角载波信号和正弦信号相比较的方法产生，当改变正弦参考信号的幅值时，脉宽随之改变，从而改变了主回路输出电压的大小。当改变正弦参考信号的频率时，输出电压的频率即随之改变。在变频器中，输出电压的调整和输出频率的改变是同步协调完成的，这称为VVVF（变压变频）控制。 SPWM 调制方式的特点是半个周期内脉冲中心线等距、脉冲等幅，调节脉冲的宽度，使各脉冲面积之和与正弦波下的面积成正比例，因此，其调制波形接近于正弦波。在实际运用中对于三相逆变器，是由一个三相正弦波发生器产生三相参考信号，与一个公用的三角载波信号相比较，而产生三相调制波。如图4-17所示。 图4-17 正弦波脉宽调制法 知识链接2 马鞍波PWM变频调速方式 前面已经说过，SPWM 信号是由正弦波与三角载波信号相比较而产生的，正弦波幅值与三角波幅值之比为m，称为调制比。正弦波脉宽调制的主要优点是：逆变器输出线电压与调制比m 成线性关系，有利于精确控制，谐波含量小。但是在一般情况下，要求调制比m1。当m1 时，正弦波脉宽调制波中出现饱和现象，不但输出电压与频率失去所要求的配合关系，而且输出电压中谐波分量增大，特别是较低次谐波分量较大，对电机运行不利。另外可以证明，如果m1，逆变器输出的线电压中基波分量的幅值，只有逆变输入的电网电压幅值的0.866 倍，这就使得采用SPWM 逆变器不能充分利用直流母线电压。 为解决这个问题，可以在正弦参考信号上叠加适当的三次谐波分量，如图4-18 所示。 图中：ｕ＝ｕ(ωｔ ) ＋ｕ(3ω) ＝ｓｉｎωｔ＋1/6ｓｉｎ3ωｔ 图4-18马鞍波的形成 合成后的波形似马鞍形，所以称为马鞍波PWM。采用马鞍波调制，使参考信号的最大值减小， 但参考波形的基波分量的幅值可以进一步提高。即可使m1，从而可以在高次谐波信号分量不增加的条件下，增加其基波分量的值，克服SPWM 的不足。目前这种变频方式在家用电器上应用广泛，如变频空调等。 3、空间电压矢量PWM 变频调速方式 对三相逆变器，根据三路开关的状态可以生成六个互差60°的非零电压矢量V1—V6，以 及零矢量V0，V7，矢量分布如图4-19所示。 当开关状态为（000）或（111）时，即生成零矢量，这时逆变器上半桥或下半桥功率器件 全部导通，因此输出线电压为零。 图4-19 空间电压矢量的分布 由于电机磁链矢量是空间电压矢量的时间积分，因此控制电压矢量就可以控制磁链的轨迹 和速率。在电压矢量的作用下，磁链轨迹越是接近圆，电机脉动转矩越小，运行性能越好。 为了比较方便地演示空间电压矢量PWM控制方式的本质，