第3章通用变频器原理及功能.ppt

第3章 通用变频器原理及功能 交流电动机，特别是鼠笼型异步电动机，结构简单、制造容易、价格便宜、坚固耐用、转动惯量小、运行可靠、很少维修、使用环境及结构发展不受限制。 但以前受科技发展限制，交流电动机调速的问题未能较好的解决，只有一些调速性能差、低效高耗能的调速方法。 现在随着技术发展，交流调速的问题已得到很好的解决，正逐步取代直流调速系统，在电气传动领域占据统治地位。 3.1.1 交流电机调速方法 交流电机(同步/异步)最好的调速方法 ——变频调速。 同步电机转速： 异步电机转速： 通过改变电源频率(供电电压也随之变化)实现的速度调节过程称为变频调速。 变频调速的装置称为变频器。 集电力电子功率变换器与控制器及电量检测器于一体。 3.1.2 变频交流调速相关技术 PWM控制技术 矢量变换控制技术 直接转矩控制技术 微型计算机控制技术及集成电路技术 网络通信与现场总线技术 3.1.3 交-直-交变频器的基本电路 变频器主电路 变频器控制电路 3.1.4 三相电压型逆变器基本工作原理 三相电压型逆变器基本电路 每隔60o电角度改变开关状态，一个周期共换相六次，对应六个不同的工作状态(六拍)。 根据功率开关的导通持续时间不同，分为： 180o导电型 120o导电型 180o导电型逆变器的电压波形 特点： 每只功率开关导通时间皆为180o。 按Sl→S6的顺序导通 每个工作状态下都有三只功率开关同时导通，形成三相负载同时通电。 负载相电压：以状态①为例，此时功率开关S1、S5、S6导通。 120o导电型逆变器的电压波形 特点： 每只功率开关导通时间皆为120o。 按Sl→S6的顺序导通 每个工作状态下都有两只功率开关同时导通，形成两相负载同时通电。 换流在相邻桥臂中进行，安全。 相电压波形为矩形波，幅值为Ud/2；线电压为梯形波，幅值为Ud 。电压输出低。 六脉波方式谐波成分比较大，会影响电动机转速的平稳； 电动机是感性负载，电源频率降低时，感抗减小，如果电源电压不变电流将增加，会造成过电流，因此变频的同时还需改变电压的大小。 实现变压变频控制，可采用可控整流方法，在逆变器变频的同时，改变直流环节电压大小，即脉冲幅度调制(PAM)。 脉宽调制(PWM)控制方式在直流环节电压不变情况下，可改变输出电压的大小，还能改善波形。 目前中小功率的逆变电路几乎不采用PAM，而都采用PWM技术。 3.1.5 脉宽调制(PWM)控制技术 利用全控型电力电子器件的导通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，实现变压、变频控制并且消除谐波的技术。 交流调速中，为使输出电压或电流波形接近于正弦波形，所采用的PWM技术—正弦PWM (SPWM) 电压SPWM 电流SPWM 磁通SPWM(电压空间矢量PWM,SVPWM) 1.电压正弦波脉宽调制法的基本思想 冲量相等而形状不同窄脉冲加在具有惯性环节上时，其效果基本相同。 PWM控制技术以该理论为基础，对半导体开关器件通断进行控制，在输出端得到一系列幅值相等而宽度可以按一定规律变化的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其它所需要波形。 按一定规则对各脉冲宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压大小，也可改变输出频率。 这一系列脉冲宽度可以用计算方法求得，但较为实用的方法是采用“调制”方法。 2. 电压正弦波脉宽调制法的工作原理 调制波(Modulating wave): 所希望的正弦波形ur 载波(Carrier wave): 用以调制的等腰三角波uc，以频率比调制波高得多。 基本思想：等腰三角波与正弦波曲线在相交时刻产生控制信号，用来控制功率开关器件的通断，得到一组等幅但脉冲宽度正比于对应区间正弦波曲线函数值的矩形脉冲。 改变参考信号ur幅值，脉宽随之改变，逆变器输出电压大小改变； 改变ur频率，输出电压频率随之改变。 一般，参考信号ur幅值须小于三角波幅值，否则无法得出输出电压大小和频率的配合关系。 3. 单极性与双极性SPWM调制模式 单极性三角波调制法 参加调制的三角载波和调制正弦波在半个周期内极性不变。 单极性调制时，逆变器在正弦波的半个周期内每相只有一个开关器件开通或关断。 单相逆变器可以采用。 双极性三角波调制法 参加调制的三角载波和调制正弦波在任何时候都具有正负极性变化 。 双极性调制时，逆变器同一桥臂上下两个开关器件交替通断，互补工作。 容易引起电源短路，必须增加延时触发装置 三相逆变电路常用此方法。 多电平电压源型逆变器 在高电压、大容量交-直-交电压源型变频器，为减少开关损耗和开关承受电压，改善输出电压波形、减少转矩脉动，采用增加直流侧电平的方法。 三电平逆变器(NPC) 相电压 P状态：VT1、VT2导通