变频调速的基本控制方式和机械特性1(3-4)要点.ppt

§1.3 交-直-交变频器的分类及特点 一、交-直-交变频器的结构形式 AC-DC-AC变频器又称间接变频器,属于静止式变频器(Stationary Converter）。滤波环节可采用支撑电容或大电感。 为实现VVVF,分为四种结构: 可控整流调压,逆变器变频。 由于不可控整流(用二极管)，pf较高,斩波器脉宽调压,多用了一个环节。实际应用较少。 PWM可逆整流，PWM逆变器变压变频。 通常称作双PWM变频器。 PWM可逆整流器有三种职能: ①使Ud按给定值恒压； ②交流侧电流近正弦且pf=1； ③有源逆变，pf=-1,当电机再生发电制动时,将DC侧电能反馈到电网。 二、电压型变频器和电流型变频器 交-直-交变频器分为两大类:VSI和CSI。主要区别在于中间DC环节采用什么样的滤波器。 VSI:采用大支撑电容,直流电压平缓。C起电压平波作用,脉动很小,理想情况下内阻抗为零,近似恒压源。输出给电机阶梯波电压或矩形波电压。 实用中,两电解电容串联,以提高耐压,需加均压电阻。C除滤波作用外,还起着能量缓冲作用,比如在电机再生发电时,机械能反送(整流)到直流侧,C的贮能作用可防止Ud过高损坏器件。也可用LC滤波。 CSI:直流环节采用大电感滤波,对DC侧电流起平波作用,内阻抗很大,对负载来说基本上是一个恒流源Id,输出给电机电流是矩形波或阶梯波。随负载轻重不同,Id的大小也不同,并非绝对恒流。惯性大，短时间内近似恒流。 性能比较: 从主电路上看只是中间DC环节滤波器形式不同,但却造成两类变频器性能上有相当大的差异。 ①无功能量的缓冲 变压变频调速系统的负载是感性的,DC环节与电机之间除有功功率传送外,还存在无功交换,电力电子器件无法储能,无功能量只能靠DC环节作为滤波器来缓冲能量,使它不致影响交流电网。主要区别就在于以何储能元件,以何形式来来缓冲无功能量,电压型以Ud电压形式,电流型以Id电流形式。 ②回馈制动 采用交-直-交电压型逆变器，通常在二极管整流或SCR可控整流情况下,无法实现回馈制动,而电流型可以实现。因为电流型变频器前面的可控整流由于用Ld,便于实现有源逆变,将直流侧能量馈入电网,而电压型无法实现之。 ③调速时的动态响应 电流型变压变频调速,其直流电压可以迅速改变,Φm变化快,从而调速系统动态响应比较快。可控整流变压的电压型动态响应慢得多,Ud惯性大。但在PWM变压变频时则响应快，它不需要Ud变化，靠PWM控制实现变压变频。 ④过流及短路保护 电压型不如电流型易实现。 ⑤输出波形 电压型输出电流近正弦(电压方波)；电流型输出电压近正弦(电流方波)。 §1.3节要点： 交直交变频器的结构类型及特点,各如何实现VVVF。 VSI和CSI的性能比较。 §1.4 交-直-交变频器的回馈制动 异步电机再生制动的产生条件(nn0)： 1) 位能性负载； 2) 变频器减频快而转子惯性大。 逆变器的两种工作状态: 通常逆变器处于逆变状态,交流侧为电机提供VVVF电源,设其电压为Vk(k=1,2,3)，即电机定子绕组上所加电源电压(三相之一)。电机每相等效电路中L1为定子绕组漏感,ek为旋转反电势。 在等效回路中,两个交流电源总是一个供出功率,另一个吸收功率,取决于ik与各电源的相位关系。如同直流回路情况下,取决于I的方向。 在逆变器处于逆变状态下,Vk供出功率 P=VkIkcos?1,当?1=0～90O，P0,vk确实为供出功率,ek吸收功率，即电机将输入功率(电动状态)转换为机械能；当电机进入发电反馈制动工作状态时(nn0)，Ik比Vk滞后?190O ,cos?10, P0,从而Vk供出功率为负,即吸收功率,ek发出功率(发电),此时逆变器实际上能 量的传递方向是AC→DC,即整流状态,电机发电经过三相桥整流到DC侧。 电流型逆变器宜于实现再生制动 对于CSI在电动状态下,各环节如图示,整流环节?90O,故Ud上正下负,Id从Ud的正端流出，故P为正向传输,逆变器吸收功率,处于正常的逆变状态,电动机处于真正的电动状态,转矩T与n同向，nn0，转子拖动负载转动,对应于机械特性中的第一象限（a点），T=TL平衡。 若突然将f1减小, n0减小后,n惯性保持原速,对应于b点,再生制动状态，制动减速,n减小,b-c段对应T0,在第Ⅱ象限,回馈制动阶段。继续减速是因为TTL,直到d点,T=TL平衡,以新的转速稳定运行。 应注意在再生制动阶段,相应的整流桥应加以同时控制，将其推入有源逆变状态,即?900 (否则可能会顺向串联，产生较大的直流环流,β大小应适当),Ud变为上负下正,将DC电能有源逆变为交流回送到电网(Id方向未变),再生能量有效回收利用。 在第Ⅱ象限倒发电状态,原来