第四章變頻調(diào)速系統(tǒng)第一節(jié)轉(zhuǎn)速開環(huán)的晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二節(jié)晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)中的主要控制環(huán)節(jié)第三節(jié)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)第四節(jié)PMM變頻調(diào)速系統(tǒng)中的功率接口第五節(jié)PMM變頻調(diào)速系統(tǒng)1第四章變頻調(diào)速系統(tǒng)第一節(jié)轉(zhuǎn)速開環(huán)的晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)一．轉(zhuǎn)速開環(huán)的電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二．轉(zhuǎn)速開環(huán)的電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速開環(huán)的晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第一節(jié)2一．轉(zhuǎn)速開環(huán)的電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速開環(huán)的晶閘管變頻調(diào)速一．轉(zhuǎn)速開環(huán)的電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3一．轉(zhuǎn)速開環(huán)的電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3

變頻調(diào)速系統(tǒng)中電動機對變頻器的要求：

（1）在額定頻率以內(nèi)，對電動機進恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。要求在變頻調(diào)速的過程中，變頻系統(tǒng)提供的U1、f1實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，即在U1/f1=常數(shù)的基礎(chǔ)上加以合理的低頻段電壓補償，保證E1/f1=常數(shù)。（2）在基頻以上，對電動機進行近似恒功率調(diào)速。即保持額定供電電壓，只調(diào)節(jié)供電頻率。變頻調(diào)速系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)：

該控制系統(tǒng)分上、下兩路上路：改變整流器的直流電壓，實現(xiàn)電壓可控。下路：改變逆變橋的輸出頻率，實現(xiàn)頻率可調(diào)。4變頻調(diào)速系統(tǒng)中電動機對變頻器的要求：變變頻調(diào)速系統(tǒng)中各控制環(huán)節(jié)的作用：（1）給定積分器：接受用戶的突加（減）給定信號，變突加給定信號為前沿緩升（降）的給定信號，減緩起動沖擊。又被稱為軟起動器，實現(xiàn)的輸入輸出關(guān)系如下圖：

5變頻調(diào)速系統(tǒng)中各控制環(huán)節(jié)的作用：（1）給定積分器：（2）絕對值運算器：只反映給定的大小，不反映正負(fù)，輸入輸出關(guān)系為：uo=luil。正反轉(zhuǎn)由邏輯開關(guān)負(fù)責(zé)。（3）壓頻轉(zhuǎn)換：將電壓形式的速度給定信號轉(zhuǎn)換為成比例的頻率脈沖。又稱為壓控振蕩器，該環(huán)節(jié)輸出頻率是變頻器輸出頻率的6倍。（4）環(huán)行分配器：又稱為6分頻器，將壓頻轉(zhuǎn)換器提供的振蕩脈沖，分頻為6路輸出，各路保持足夠的寬度，準(zhǔn)備依次觸發(fā)逆變器的6只晶閘管。（5）脈沖輸出級：首先，可以依據(jù)邏輯開關(guān)的正反轉(zhuǎn)要求改變觸發(fā)相序，控制正反轉(zhuǎn)；其次，將環(huán)行分配器提供的6路信號進行功率放大并將寬脈沖調(diào)制成適合晶閘管觸發(fā)的脈沖列。6（2）絕對值運算器：只反映給定的大小，不反映正負(fù)，77

（6）函數(shù)發(fā)生器：實現(xiàn)電壓頻率協(xié)調(diào)控制的環(huán)節(jié)。在基頻范圍內(nèi)，將速度（頻率）給定信號正比例轉(zhuǎn)換為電壓信號，并再此基礎(chǔ)上實現(xiàn)低頻段電壓信號提升，保證E1/f1=常數(shù)。在基頻之上，只允許頻率上升，限制電壓幅度不超出在額定電壓。

（7）邏輯開關(guān)：邏輯開關(guān)的作用是根據(jù)給定信號為正、負(fù)或零，來控制逆變晶閘管的觸發(fā)相序，從而控制電動機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停車。

*上路中的其它環(huán)節(jié)與可控直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)類似。8（6）函數(shù)發(fā)生器：實現(xiàn)電壓頻率協(xié)調(diào)控制的環(huán)節(jié)。在基頻

二．轉(zhuǎn)速開環(huán)的電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9二．轉(zhuǎn)速開環(huán)的電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9一．給定積分器二．絕對值運算器三.電壓頻率轉(zhuǎn)換器四.環(huán)行分配器五.脈沖輸出級六.函數(shù)發(fā)生器七.邏輯開關(guān)晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)中的主要控制環(huán)節(jié)（電路設(shè)計）第二節(jié)10一．給定積分器晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)中的第二節(jié)10一．給定積分器調(diào)節(jié)給定調(diào)節(jié)起動時間同名端輸入高倍比例器異名端輸入積分器1:1負(fù)反饋雙向限幅11一．給定積分器調(diào)調(diào)節(jié)起動時間同名端輸入異名端輸入1:1負(fù)反饋

*本系統(tǒng)中給定積分器輸入輸出級性相反，在后面環(huán)節(jié)設(shè)計中，需要考慮這個問題。給定積分器的實際輸入輸出關(guān)系如下：12*本系統(tǒng)中給定積分器輸入輸出級性相反，在后面環(huán)二．絕對值運算器1:1負(fù)反饋正輸入直接輸出至后級負(fù)輸入反號輸出13二．絕對值運算器1:1負(fù)反饋正輸入直接輸出至后級負(fù)輸入1三.電壓頻率轉(zhuǎn)換器調(diào)零調(diào)U/F比U/F轉(zhuǎn)換專用集成電路直流輸入脈沖輸出14三.電壓頻率轉(zhuǎn)換器調(diào)零調(diào)U/F比U/F轉(zhuǎn)換直流輸入脈沖輸出1四.環(huán)行分配器脈沖輸入六分頻輸出或非門6D觸發(fā)器15四.環(huán)行分配器脈沖輸入六分頻輸出或非門6D觸發(fā)器15五.脈沖輸出級6路脈沖輸出來自6分頻器正負(fù)相序切換二極管陣寬脈沖調(diào)成脈沖列功率放大隔離輸出16五.脈沖輸出級6路脈沖輸出來自6分頻器正負(fù)相序切換寬脈沖調(diào)成六.函數(shù)發(fā)生器負(fù)反饋運算放大器異名輸入調(diào)節(jié)整體放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電壓補償量調(diào)節(jié)電壓限幅*VD1使得兩段直線斜率不同，2-3段為正常工作段。17六.函數(shù)發(fā)生器負(fù)反饋運算放大器調(diào)節(jié)整體放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)電七.邏輯開關(guān)當(dāng)輸入為正且大于最小值正最小值負(fù)最小值比較器比較器當(dāng)輸入為負(fù)且小于最小值K1為負(fù)（0）封鎖正序K2為負(fù)（0）封鎖負(fù)序*正、負(fù)絕對值均較小時，正、負(fù)序均封鎖，電機停轉(zhuǎn)。18七.邏輯開關(guān)當(dāng)輸入為正且大于最小值正最小值負(fù)最小值比較器比較一．轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想二．主磁通恒定對定子電流的控制要求三.轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)第三節(jié)19一．轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)第三節(jié)1一．轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想

轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)雖然可以實現(xiàn)無級變速，但改變的是同步轉(zhuǎn)速，調(diào)速精度比較低，要提高調(diào)速精度需要進行轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的難點在于交流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與多個參變量有關(guān)，表達(dá)式比較復(fù)雜，動態(tài)性能不易準(zhǔn)確控制。轉(zhuǎn)差頻率控制是在閉環(huán)運算中力圖維持磁通恒定，實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩線性可控的一種模擬式閉環(huán)控制方法。

電磁轉(zhuǎn)矩的近似推導(dǎo)過程如下：因為：20一．轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)雖式中，Cm為電機常數(shù)另外21式中，Cm為電機常數(shù)21

基于上述推導(dǎo)，獲得轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想：只要在控制過程中，保證：就能實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差頻率成比例的近似線性控制。22基于上述推導(dǎo)，獲得轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想：就能實二．主磁通恒定對定子電流的控制要求

控制過程中如何保證主磁通恒定呢？由交流電動機的一相等效電路，近似推導(dǎo)可以得到：要保持主磁通恒定，電動機的定子電流與轉(zhuǎn)差角頻率在控制過程中必須保持如下配合關(guān)系：

配合曲線見右圖：23二．主磁通恒定對定子電流的控制要求控制過程中三.轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)子實際速度希望轉(zhuǎn)子速度希望轉(zhuǎn)差希望電流希望f124三.轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)子希望希望希望希望2轉(zhuǎn)差頻率控制的閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)性能不理想的原因：

解決方法：

變不精確的靜態(tài)模型為矩陣化的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，變性能差的模擬控制方式為高性能的數(shù)字控制方式，如采用矢量變換控制方法。25轉(zhuǎn)差頻率控制的閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)性能不理想的原因：解決方法一．大功率晶體管的基極驅(qū)動電路二．PWM大規(guī)模單片集成電路PMM變頻調(diào)速系統(tǒng)中的功率接口第四節(jié)26一．大功率晶體管的基極驅(qū)動電路PMM變頻調(diào)速系統(tǒng)中的功率一．大功率晶體管的基極驅(qū)動電路

大功率晶體管GTR為電流控制型，由基極電流控制集電極和發(fā)射極大電流的通斷，基極電流不足會影響主電路的導(dǎo)通狀態(tài)，而基極電流太大又會導(dǎo)致GTR過于飽和，難于關(guān)斷，因此需要設(shè)計合適的驅(qū)動電路參數(shù)。

1.分立元件驅(qū)動電路a)雙電源驅(qū)動(+E1、-E2)電路PWM=1，控制GTR導(dǎo)通的電路情況

*VD1限制GTR過于飽和，VD2補償VD1的壓降。

*電容C上有充電，供關(guān)斷時使用。27一．大功率晶體管的基極驅(qū)動電路大功率晶體管GTR

PWM=0，控制GTR關(guān)斷的電路情況

*開通時過飽和驅(qū)動并自動限制飽和程度.*關(guān)斷時提供負(fù)電壓.*開關(guān)速度快.28

b)單電源驅(qū)動電路

*導(dǎo)通和關(guān)斷原理與a）圖類似，但由于沒有E2，關(guān)斷時只有C的儲能提供關(guān)斷負(fù)壓，關(guān)斷可靠性較差。

29b)單電源驅(qū)動電路c)單電源驅(qū)動電路的改進電路

PWM=1，控制GTR導(dǎo)通的電路情況*電容C始終保持充電電壓2.8V當(dāng)關(guān)斷時可用作負(fù)電源.*VT4與GTR構(gòu)成復(fù)合管.30c)單電源驅(qū)動電路的改進電路PWM

PWM=0，控制GTR關(guān)斷的電路情況

*該電路具有持續(xù)的C充電電壓,具有較高的關(guān)斷可靠性.*電路設(shè)計VT4需要較高耐壓.31

2.集成模塊化驅(qū)動電路a)GTR的集成驅(qū)動電路M57215

M57215BL的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

M57215BL的外圍接線正電源負(fù)電源其他型號集成驅(qū)動電路:MPD1204、UAA4003、M57904、EX359等322.集成模塊化驅(qū)動電路a)GTR的集成驅(qū)動電路M5721b)IGBT的集成驅(qū)動電路EXB841

EXB841的內(nèi)部原理圖限制飽和程度過電流保護

*該芯片信號延遲時間低于1us，開關(guān)頻率可達(dá)40-50kHz*快速光耦隔離*內(nèi)部多種保護其它IGBT驅(qū)動集成電路：EXB840、EXB850、IR2110、MPD1205、EXB851等。33b)IGBT的集成驅(qū)動電路EXB841EXB841的內(nèi)

EXB841的應(yīng)用電路限制飽和程度過電流保護34EXB841的應(yīng)用電路限制飽和程度過電流保護34二．PWM大規(guī)模單片集成電路

1.HEF4752所產(chǎn)生SPMW波形開關(guān)速度較低，可用于GTR通用逆變器或三相晶閘管逆變器的控制。HEF4752的引腳排列35二．PWM大規(guī)模單片集成電路HEF4752的引腳排列35HEF4752的引腳名稱和分組功能說明（1）逆變器輸出驅(qū)動*ORM1提供GTR1的基極驅(qū)動信號*ORM2提供GTR4的基極驅(qū)動信號*OYM1提供GTR3的基極驅(qū)動信號*OYM2提供GTR4的基極驅(qū)動信號*OBM1提供GTR5的基極驅(qū)動信號*OBM2提供GTR2的基極驅(qū)動信號*ORC、OYC、OBC只用于帶有輔助關(guān)斷晶閘管的逆變器中，通用變頻器不使用這些引腳。36HEF4752的引腳名稱和分組功能說明（1）逆變器輸出驅(qū)動*驅(qū)動GTR逆變器時，置I為低電平。*置K為低電平時，上下GTR的互鎖時間=8/fOCT，反之，互鎖時間加倍。*置CW為低電平時，SPWM輸出負(fù)相序。*從FCT輸入的脈沖，其頻率決定逆變器頻率*從VCT輸入的脈沖，其頻率決定逆變器電壓。*從RCT輸入的脈沖，其頻率決定載波頻率*從OCT輸入的脈沖，其頻率決定互鎖時間。*該芯片自動保持載波與輸出頻率成正比的同步調(diào)制關(guān)系37*驅(qū)動GTR逆變器時，置I為低電平。*置K為低電平時2.SLE4520大規(guī)模數(shù)字式SPWM集成電路，可以與微型計算機直接接口，產(chǎn)生高速SPMW波形，用于IGBT逆變器的控制。SLE4520的部分引腳功能說明382.SLE4520大規(guī)模數(shù)字式SPWM集成3939SLE4520集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)40SLE4520集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)40SLE4520集成電路的工作原理41SLE4520集成電路的工作原理41SLE4520的內(nèi)部寄存器地址12M晶振時的分頻取值與對應(yīng)參數(shù)死區(qū)寄存器取值與死區(qū)時間對應(yīng)關(guān)系42SLE4520的內(nèi)部寄存器地址12M晶振時的分頻取值與對應(yīng)PMM變頻調(diào)速系統(tǒng)第五節(jié)一．模擬控制的PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)二．單片機控制的PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)43PMM變頻調(diào)速系統(tǒng)第五節(jié)一．模擬控制的PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)43一．模擬控制的PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)(一)直流參考信號的PWM變頻器44一．模擬控制的PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)(一)直流參考信號的PWM變

上述參考信號為直流的PWM變頻器中頻率控制通道：給定積分器——反號器——U/F轉(zhuǎn)換器——六分頻器，高電平有效電壓控制通道：給定積分器——函數(shù)發(fā)生器——集成脈寬調(diào)制器，高電平有效。兩路信號經(jīng)六個與非門綜合成為基極驅(qū)動信號。過流過壓保護信號（高電平有效）同時輸入每個與非門進行故障封鎖。去基極驅(qū)動電路M57215的信號為低電平有效。*黑線為不加PWM信號時的交流輸出波形。*紅線為加入PWM信號的交流輸出波形。經(jīng)隔離變壓器后實測輸出波形。45上述參考信號為直流的PWM變頻器中*黑線為不加PW(二)SPWM模擬控制變頻調(diào)速系統(tǒng)8038單片函數(shù)發(fā)生器的外圍接線

*電路適用范圍：中小容量變頻調(diào)速46(二)SPWM模擬控制