交流调速系统3.ppt

交流调速系统 3.3 变频器 3.3.1 变频器的基本构成 3.3.2 变频器的分类 3.3.3 逆变器的8种状态和电压空间矢量 3.3.1 变频器的基本构成 变频器的主要任务是把交流电做如下变换 恒压恒频(CVCF) ?变压变频(VVVF ) 以满足交流电机变频调速的需要。 1. 交-交变频器 交-交变频器的基本电路结构 交-交变频器的控制方式 整半周控制方式 正、反两组按一定周期相互切换，在负载上就获得交变的输出电压 u0 ， u0 的幅值决定于各组可控整流装置的控制角 ? ， u0 的频率决定于正、反两组整流装置的切换频率。如果控制角一直不变，则输出平均电压是方波。 交-交变频器的控制方式 ? 调制控制方式 要获得正弦波输出，就必须在每一组整流装置导通期间不断改变其控制角。 例如：在正向组导通的半个周期中，使控制角 ? 由?/2（对应于平均电压 u0 = 0）逐渐减小到 0（对应于 u0 最大），然后再逐渐增加到 ?/2（ u0 再变为0）。 单相交-交变频电路输出电压和电流波形 三相交-交变频电路 ①基于可逆整流原理，可引用直流技术； ②输出电流近似三相正弦，附加损耗小； ③需采用的元件数量较多； ④输出波形不能高于电网频率的1/3~1/2； ⑤拖动电机的价格便宜、转速较低。 交-交变频器通常用于大功率（500kW或1000kW以上）、低速（600r/min以下）的场合，如轧钢机、球磨机、水泥回转窑等。 2. 交-直-交变频器 ①多了一个中间直流环节； ②输出频率可高于电网频率； ③变频装置容量大，过载能力低； ④电机转动惯量大，动态性能差； ⑤电机电流谐波分量大，转矩脉动量大。 交-直-交变频器通常用于中小功率、转速较高、负载较平稳的场合，如压缩机、挤压机、给水泵等。 3.3.2 变频器的分类 1. 按直流侧电源性质分 2. 按输出电压调节方式分 3. 按导通模式分 4. 按逆变器输出电压波形分 5. 按逆变器的调制方式分 6. 按变频器的控制方法分 电压源型和电流源型逆变器 在交-直-交变压变频器中，按中间直流环节直流电源性质的不同，逆变器可以分成电压源型和电流源型两类，两种类型的实际区别在于直流环节采用怎样的滤波器。 电压源型逆变器：采用大电容滤波，电压波形比较平直，相当于一个内阻为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波。 电流源型逆变器：采用大电感滤波，电流波形比较平直，相当于一个恒流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波。 3.4 异步机的标量控制 3.4.1 电压频率协调控制的变频调速系统 3.4.2 转差频率控制的变频调速系统 3.4.1 电压频率协调控制的变频调速系统 恒压频比的控制方式 然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压 U1 ≈ E1，则得： 异步电机恒压频比调速控制特性 异步电机恒压频比开环调速系统 异步电机恒压频比闭环调速系统 异步电机恒压频比控制的特点 3.5 异步机的矢量控制 基本思想： 以旋转磁场不变为准则，进行坐标变换，把异步电机等效成直流电机，然后仿照直流机的控制方法求直流电机的控制律，而后，经过反变换就可实现交流电机控制。 在设计矢量控制系统时，可以认为，在控制器后面引入的反旋转变换器VR-1与电机内部的旋转变换环节VR抵消，2/3变换器与电机内部的3/2变换环节抵消，如果再忽略变频器中可能产生的滞后，则虚线框内的部分可以完全删去，剩下的就是直流调速系统了。 可以想象，这样的矢量控制交流变压变频调速系统在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美。 ①可用于异步电机和同步电机； ②可连续平滑调速、性能好、调速范围宽； ③将定子电流分解成磁链分量和转矩分量； ④本质上是一种解耦控制； ⑤转子磁链难以精确测量和定向； ⑥系统对电机参数变化敏感，鲁棒性差。 3.6 异步机的直接转矩控制 基本思想： 改变电压空间矢量 改变定、转子磁链的夹角 电机转矩 1. 电压矢量和六边形磁链轨迹 P255~258 2. 带滞环的 bang-bang 控制 ①直接控制交流电机的磁链和转矩； ②以定子磁场定向，只需定子参数； ③避开了时变的转子参数，鲁棒性好； ④转矩和定子磁链采用 bang-bang 控制； ⑤转矩响应迅速，无超调； ⑥转矩脉动，调速范围受限，低速性能差。 思考题3-2： M 3~ K 静止变频器 三相交流电源 3~ VCO U0 U *1 ω *1 n * 转速设定 异