1、1,主要內(nèi)容： 變頻調(diào)速的一般基礎(chǔ) 電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng) 電流型變頻調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng) 脈寬調(diào)制（PWM）變頻調(diào)速系統(tǒng),第七章 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng),2,異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為：,在極對(duì)數(shù)np不變的情況下，轉(zhuǎn)速跟電源頻率f1成正比。如果連續(xù)地改變供電電源頻率，就可以平滑地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種調(diào)速方法稱為變頻調(diào)速。 交流調(diào)速有很多方法，例如調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、變極對(duì)數(shù)調(diào)速等，這些方法技術(shù)落后、調(diào)速性能差、效率低，使用越來越少，取而代之的是變頻調(diào)速系統(tǒng)。 目前，變頻調(diào)速系統(tǒng)使用較為普遍，例如工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、家用電器等領(lǐng)域，且具有節(jié)能、調(diào)速效率較高等特點(diǎn)。變

2、頻調(diào)速系統(tǒng)正向著高性能、高精度、大容量、微型化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。,3,實(shí)際應(yīng)用的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)主要有四種控制方式： 電壓頻率協(xié)調(diào)控制方式 依據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型 轉(zhuǎn)差頻率控制方式 僅對(duì)交流電量的幅值進(jìn)行控制 矢量控制方式 依據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 直接轉(zhuǎn)矩控制方式 控制交流電量的幅值、相位 思路：掌握控制規(guī)律（方法）、系統(tǒng)的基本組成、機(jī)械特性、系統(tǒng)分析。,屬于標(biāo)量控制方式,屬于矢量控制方式,4,7.1 變頻調(diào)速的一般基礎(chǔ),一、變頻調(diào)速的控制方式 實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速，要求變頻與調(diào)壓合理配合。 在基頻（額定頻率fN）以下調(diào)速時(shí)，為了防止磁路飽和，應(yīng)該保持氣隙磁通

3、不變，這一點(diǎn)是通過恒壓頻比控制實(shí)現(xiàn)的。 在基頻以上調(diào)速時(shí)，電壓的調(diào)節(jié)受到限制（不能超過額定電壓），于是在保持電壓不變的情況下，通過調(diào)磁（減弱磁通）來配合調(diào)頻率，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。 不難看出，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速需要完成：頻率與電壓的配合控制、以及頻率與磁通的配合控制。,（屬于恒功率調(diào)速）,（ ，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）,5,二、變頻器的工作原理 在變頻調(diào)速過程中，電源頻率的改變依靠變頻器實(shí)現(xiàn)。變頻器的任務(wù)就是把電壓和頻率恒定的交流電變成電壓和頻率可調(diào)的交流電。以下以“交直交”變頻器主回路為例，說明其原理（只畫出一相）。,該單相變頻器由整流器、中間環(huán)節(jié)、和逆變器組成。其中： 整流器的作用是把頻率恒定的交流電變成直流

4、電； 中間環(huán)節(jié)起濾波作用，得到更加穩(wěn)定的直流電； 逆變器把直流電變成頻率可調(diào)的交流電。,6,1、調(diào)頻的實(shí)現(xiàn) 就逆變器來說，在一個(gè)周期中，上半周讓VT1、VT4導(dǎo)通，下半周讓VT3、VT2導(dǎo)通，在輸出端可得到以下波形：,若在半個(gè)周期內(nèi)，晶閘管反復(fù)通斷多次，并使輸出矩形脈沖波下的面積接近于對(duì)應(yīng)正弦波下的面積，則逆變器的輸出電壓就接近基波電壓。,7,通常，變頻器為三相供電。三相橋式逆變器分為1800導(dǎo)電型和1200導(dǎo)電型，其主要差別是控制晶閘管持續(xù)導(dǎo)通的時(shí)間不同。三相逆變器的輸出為三相交流電，各相互差1200，周期為T。 由于交流頻率 ，控制并改變周期 T 就能改變頻率 f ，所以可以得到所要求的頻

5、率。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，變頻與變壓需要配合進(jìn)行，即在變頻的同時(shí)，按比例改變電壓；反之亦然。,2、調(diào)壓的實(shí)現(xiàn) 電壓的調(diào)節(jié)方式多種多樣、在變頻器中的調(diào)壓位置也各不相同。,相位控 制調(diào)壓,斬波控 制調(diào)壓,脈寬調(diào) 制調(diào)壓,自耦變 壓調(diào)壓,8,三、變頻器的變壓方式 在實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速時(shí)，變頻器在變頻的同時(shí)，需要按比例改變電壓。以下介紹幾種變壓方法。 1、自耦變壓器變壓, 輸出電壓不變、 頻率可調(diào)交流電, 按要求控制 頻率的大小, 頻率變成對(duì)應(yīng)的控制電壓, 給定值與反饋值比較、 差值驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī), 電機(jī)帶動(dòng)變壓器抽 頭觸點(diǎn)滑動(dòng)、調(diào)壓,優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)簡(jiǎn)單、輸入功率因數(shù)高；缺點(diǎn)：動(dòng)態(tài)響應(yīng)差、體積大。,9,2、相

6、位控制變壓 相位控制變壓原理圖如下（采用三相全控橋或半控橋整流電路）：,一路送逆變控制器，控制逆變器的輸出頻率； 一路通過頻率/電壓變換器變換成電壓，與電壓反饋值比較后，用差值信號(hào)調(diào)節(jié)整流器的控制角，改變整流輸出電壓。,頻率發(fā)生器 產(chǎn)生 頻率信號(hào),頻率/電壓 變換器實(shí)現(xiàn),優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)簡(jiǎn)單、電壓和頻率分開控制；缺點(diǎn)：功率因數(shù)低。,10,3、斬波器調(diào)壓 斬波器調(diào)壓原理圖如下：,整流器采用三相二極管整流橋，把交流電變換成直流電； 逆變器采用三相全控橋，實(shí)現(xiàn)變頻； 斬波器采用脈頻調(diào)制或脈寬調(diào)制，輸出大小可調(diào)的直流電壓。 特點(diǎn)：斬波器調(diào)壓的特點(diǎn)是輸入功率因數(shù)高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。 上述三種變壓方法把電壓和頻率分

7、別進(jìn)行控制,斬波器：調(diào)壓,逆變器：調(diào)頻,換流器LC,11,脈頻調(diào)制（PFM）原理 開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間 一定，改變相臨兩次導(dǎo)通的時(shí)間間隔，來改變平均輸出電壓值。換句話說，脈沖寬度一定，改變周期T，來改變平均輸出電壓值。周期越小（頻率越高），輸出的直流平均電壓越高。,在整流后，獲得直流電壓。通過斬波器，可進(jìn)行電壓大小的調(diào)整。斬波器的核心是作為開關(guān)元件的晶閘管。依據(jù)開關(guān)元件的工作方式不同，可分為脈頻調(diào)制和脈寬調(diào)制控制方式。（還有一種方法稱為跨頻調(diào)制）。,12,脈寬調(diào)制（PWM）原理 開關(guān)周期T一定，改變導(dǎo)通時(shí)間 的長短，來改變輸出平均電壓值。顯然，導(dǎo)通時(shí)間越長，直流平均電壓越高。,脈頻調(diào)制和脈寬調(diào)制方式用

8、來控制斬波器的開關(guān)元件，就能實(shí)現(xiàn)直流電壓的調(diào)節(jié)，常用于中小功率的交直交變頻器中。,13,4、脈寬調(diào)制型變壓 在脈寬調(diào)制型“交直交”變頻器中，整流器不可控，整流后直流電壓恒定；逆變器可控，逆變器自身既可改變電壓又可改變頻率，并通過控制逆變器本身的開關(guān)元件，滿足恒磁通調(diào)速U / f = C 的控制條件。例如通過改變PWM波形的占空比來控制逆變器輸出交流電壓的大小 、 而通過改變逆變橋的工作周期來控制輸出頻率，詳細(xì)內(nèi)容將在后續(xù)內(nèi)容中討論。 脈寬調(diào)制既能改善輸出波形的品質(zhì)、消減高次諧波，又可提高功率因數(shù)值，具有節(jié)能降耗的特點(diǎn)，是交直交變頻器的發(fā)展方向。 與前三種方式不同，脈寬調(diào)制型變壓與變頻同時(shí)在逆變

9、器中實(shí)現(xiàn)。,14,四、概念解釋 1、間接變頻：先通過整流器把交流電變成直流電，再通過逆變器把直流電轉(zhuǎn)變成頻率可調(diào)的交流電，這種方式稱為間接變頻，所用變頻器稱為“交直交”變頻器。 2、直接變頻：把工頻交流電（即50Hz交流電）直接變成頻率可調(diào)的交流電，稱為直接變頻。所用變頻器稱為“交交”變頻器。,15,3、電壓型變頻器：整流器和逆變器的中間環(huán)節(jié)采用電容器濾波時(shí)，電源阻抗很小，類似于電壓源，稱為電壓型變頻器。 4、電流型變頻器：整流器和逆變器的中間環(huán)節(jié)采用電抗器濾波時(shí)，電源阻抗很大，類似于電流源，稱為電流型變頻器。,濾波電容緩沖無功能量 而且無法實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng) 可以在空載情況下運(yùn)行,濾波電感緩沖無功

10、能量 而且容易實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng) 不能在空載情況下運(yùn)行,應(yīng)用多,應(yīng)用少,16,7.2 交直交電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng),交直交電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)是一種轉(zhuǎn)速開環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、但調(diào)速性能不高，常用于水泵、風(fēng)機(jī)等傳動(dòng)系統(tǒng)中。,積分器：將階躍給定信號(hào)變換為斜坡信號(hào)，消除階躍給定對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的過大沖擊，使電壓、電流、頻率和轉(zhuǎn)速穩(wěn)步上升或下降。,函數(shù)發(fā)生器：為實(shí)現(xiàn)恒壓頻比控制方式設(shè)置，如不同負(fù)載下壓頻的調(diào)整、高于基頻工作時(shí)保證電壓為額定值、輕載工作時(shí)適當(dāng)降低電壓進(jìn)行節(jié)能控制等。,壓頻變換器：把電壓信號(hào)變成相應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)，即在一定的頻率范圍內(nèi)，使輸出脈沖信號(hào)的頻率與輸入電壓成正比。實(shí)現(xiàn)電路見書中圖710。,

11、環(huán)形分配器：將壓頻變換器輸出的脈沖信號(hào)變換成周期性的循環(huán)脈沖信號(hào)，去觸發(fā)逆變器功率主回路的半導(dǎo)體器件。三相逆變器一般采用六分頻計(jì)數(shù)。,脈沖輸出：將環(huán)形分配器的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大，確?？煽坑|發(fā)逆變器中的主功率元件。圖中，GHF為方波方生器，以配合脈沖輸出電路正常工作。,變頻器：包括三部分：主回路，實(shí)現(xiàn)能量變換，電壓型；電壓控制，通過電壓調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器，控制整流器的輸出電壓值；頻率控制，按恒壓頻比條件調(diào)節(jié)頻率。,17,主回路：整流橋?yàn)槿嗳貥?，逆變器?800導(dǎo)電型，中間環(huán)節(jié)采用電容器濾波，所以為電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)。 電壓控制回路：包括積分器G、函數(shù)發(fā)生器GF、電壓調(diào)節(jié)器AVR、觸發(fā)器GT1。

12、改變轉(zhuǎn)速給定值，就可以改變晶閘管的控制角，從而改變整流器輸出直流電壓的大??；同時(shí)，電壓閉環(huán)可以保證實(shí)際電壓與給定電壓大小一致。 頻率控制回路：包括壓頻變換器GVF、環(huán)形分配器DRC、脈沖輸出GT2。改變轉(zhuǎn)速給定值，可改變積分器的輸出值，經(jīng)過壓頻變換器，改變頻率給定值，從而控制逆變器輸出頻率的大小。 電壓與頻率的協(xié)調(diào)：兩個(gè)控制回路（電壓、頻率）由一個(gè)轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)控制。電壓和頻率的協(xié)調(diào)通過函數(shù)發(fā)生器GF和壓頻變換器GVF實(shí)現(xiàn)。這種協(xié)調(diào)作用保證：在工頻以下，U/f=C的恒磁通調(diào)速；在工頻以上，U=C（UN）的恒功率調(diào)速；輕載時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。,18,7.3 交直交電流型變頻調(diào)速系統(tǒng),一、交直交電流型變

13、頻調(diào)速系統(tǒng)是一種轉(zhuǎn)速開環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)、再生制動(dòng)和能耗制動(dòng)；但由于開環(huán)，調(diào)速性能不夠高，常用于離心式風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等傳動(dòng)系統(tǒng)。,變頻器：包括三部分：主回路，實(shí)現(xiàn)能量變換，電流型；電壓控制，電壓、電流雙閉環(huán)，控制整流器輸出電壓；頻率控制，按恒壓頻比控制頻率、超前補(bǔ)償.,絕對(duì)值運(yùn)算器：本變頻器能可逆運(yùn)行，給定值可正、可負(fù)。設(shè)絕對(duì)值運(yùn)算器的作用是將正、負(fù)極性的輸入信號(hào)變成單一極性的信號(hào)，但大小和原信號(hào)相同。,邏輯開關(guān)：邏輯開關(guān)的作用是根據(jù)給定信號(hào)，決定系統(tǒng)正向封鎖、還是反向封鎖，從而實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制 。電流型逆變器易于實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行。,頻率瞬時(shí)校正器：其作用是在動(dòng)

14、態(tài)過程中，當(dāng)電壓發(fā)生變化時(shí)，來產(chǎn)生補(bǔ)償電壓，而在穩(wěn)態(tài)時(shí)不起作用。因此能始終保持U/f=C恒壓頻比的變頻控制條件。,19,主回路：整流橋?yàn)槿嗳貥?，逆變器?200導(dǎo)電型，中間環(huán)節(jié)采用電抗器濾波，為電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)。 電壓控制回路：采用電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。電壓控制回路采用了相位控制技術(shù)。關(guān)于電壓控制回路的說明： 采用閉環(huán)控制電壓，來保證實(shí)際電壓與給定電壓相一致。 電流調(diào)節(jié)器的給定值為電壓調(diào)節(jié)器的輸出值，而反饋值為電動(dòng)機(jī)電流的實(shí)際值。一方面，采用閉環(huán)控制電流，可保證實(shí)際電流與給定電流一致，且在動(dòng)態(tài)過程中，能夠保證恒流加速或減速。另一方面，如果按電機(jī)最大允許電流設(shè)計(jì)電壓調(diào)節(jié)器的限幅值

15、，能保證主回路電流不超過最大允許電流，提高了可靠性。 頻率控制回路：和電壓型變頻器相比，電流型變頻器增加了絕對(duì)值運(yùn)算器GAB、頻率瞬態(tài)校正環(huán)節(jié)GFC、和邏輯開關(guān)環(huán)節(jié)DLS。由此實(shí)現(xiàn)恒壓頻比控制，且具有可逆運(yùn)行、電能量回饋等特性。,20,關(guān)于頻率控制回路的說明： 開環(huán)頻率控制回路無自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，但設(shè)置了頻率瞬態(tài)校正環(huán)節(jié)（微分環(huán)節(jié)），提供超前補(bǔ)償量，使系統(tǒng)在瞬態(tài)過程中仍能保持U/f=C的關(guān)系，以改善系統(tǒng)的性能。（例如電源電壓變化）。 絕對(duì)值運(yùn)算器將輸入信號(hào)變換成單極性信號(hào)，以滿足電壓控制回路和頻率控制回路對(duì)給定信號(hào)單級(jí)性的要求。是否該系統(tǒng)只能正轉(zhuǎn)？邏輯開關(guān)DLS可根據(jù)給定信號(hào)的極性，控制環(huán)形分配器

16、的輸出，改變逆變器輸出電流的相序，從而控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 考慮突然降低定子電流角頻率給定值的情況。由于機(jī)械慣性轉(zhuǎn)速不會(huì)立即變化，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率s0，電動(dòng)機(jī)發(fā)電。這時(shí)，原來的整流電路變成了逆變電路、原來的逆變電路變成了整流電路，電流型變頻器不必改變主回路和控制系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)電能回饋。另外，能耗制動(dòng)時(shí)，也不必加直流電源。,21,其中， 為轉(zhuǎn)差角頻率， 為同步角頻率。,二、轉(zhuǎn)差頻率控制的交直交電流型變頻調(diào)速系統(tǒng) 交直交電壓型、交直交電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)屬于轉(zhuǎn)速開環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，其共同特點(diǎn)是穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能不高，只適用于對(duì)調(diào)速性能要求比較低的場(chǎng)合；對(duì)于調(diào)速性能要求較高的場(chǎng)合

17、，則使用轉(zhuǎn)差頻率控制方式。 復(fù)習(xí)一下轉(zhuǎn)差率的概念。 異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差稱為轉(zhuǎn)差 。 轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率 因?yàn)?，電?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與頻率成正比，與角頻率也成正比，所以,22,1、轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理 由傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程 可知：轉(zhuǎn)速的控制可以通過電磁轉(zhuǎn)矩的控制來實(shí)現(xiàn)。 由轉(zhuǎn)差率的定義 n0：同步轉(zhuǎn)速，n：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 可知：改變轉(zhuǎn)差率s，就能改變轉(zhuǎn)速n（n0不會(huì)改變）。 由于 ，工程實(shí)踐中，則通過控制轉(zhuǎn)差（轉(zhuǎn)差角頻率）實(shí)現(xiàn)調(diào)速。根據(jù)電機(jī)原理，在滿足 時(shí)，有如下近似關(guān)系： 在 一定、 時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩Te和轉(zhuǎn)差角頻率 成正比關(guān)系。,為轉(zhuǎn)子電阻的折算值,23,結(jié)論一：當(dāng)磁通一

18、定、且轉(zhuǎn)差角頻率小于等于臨界轉(zhuǎn)差角頻率時(shí)，可以通過控制轉(zhuǎn)差角頻率來控制電磁轉(zhuǎn)矩，從而控制和調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的速度。 這就是轉(zhuǎn)差角頻率控制的基本原理。 現(xiàn)在的問題是如何保證磁通一定呢？ 2、恒磁通的控制方法 保持磁通恒定，可以通過 恒壓頻比控制方法來實(shí)現(xiàn)。但是，對(duì)于交直交電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)來說，更適合采用電流控制。 分析原理關(guān)系式 可知： 控制轉(zhuǎn)差角頻率，可改變電磁轉(zhuǎn)矩，但是，磁通與電磁轉(zhuǎn)矩通過電流相關(guān)聯(lián)（高階、強(qiáng)耦合，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的電流變化必然引起勵(lì)磁電流的變化，從而改變磁通）。,24,根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)原理，有下列關(guān)系： 保持I0 不變，則定子電流I1 和勵(lì)磁電流I0 的對(duì)應(yīng)的關(guān)系曲線為： 按上圖

19、對(duì)轉(zhuǎn)差角頻率逐步取點(diǎn)，計(jì)算定子電流的對(duì)應(yīng)值，構(gòu)成函數(shù)發(fā)生器。當(dāng)輸入轉(zhuǎn)差率給定信號(hào)時(shí)，該函數(shù)發(fā)生器會(huì)輸出對(duì)應(yīng)的電流給定值，如此控制電流，就能保證勵(lì)磁電流不變、磁通恒定。 結(jié)論二：能夠通過轉(zhuǎn)差角頻率和電流的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)恒磁通控制，其本質(zhì)為控制勵(lì)磁電流恒定不變。（目的：提高調(diào)速性能）。,25,思路整理： 在實(shí)現(xiàn)控制過程中，給定值為角頻率，給定值與實(shí)際角頻率比較后形成偏差信號(hào)轉(zhuǎn)差角頻率。 根據(jù)轉(zhuǎn)差角頻率，完成兩種控制： 形成電流給定信號(hào)，控制定子電流。 實(shí)現(xiàn)角頻率控制，控制角頻率等于控制電磁轉(zhuǎn)矩。,條件 條件,控制條件（控制 I1 ） 控制目標(biāo),如同恒壓頻比 需要協(xié)同變化,26,3、轉(zhuǎn)差角頻率控制的

20、變頻調(diào)速系統(tǒng),變頻器由三大部分組成： 主回路：實(shí)現(xiàn)電能變換，電感濾波，電流型。 電流控制：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)，函數(shù)發(fā)生器確保電流與角頻率關(guān)系。 角頻率控制：轉(zhuǎn)差角頻率轉(zhuǎn)子角速度定子電流角頻率，控制轉(zhuǎn)速,相序鑒別器：作用是判別的極性，從而控制環(huán)形分配器的輸出相序，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 其它各環(huán)節(jié)：前面變頻調(diào)速系統(tǒng)都已討論，作用相同，不再討論。,轉(zhuǎn)差角頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，還存在一些實(shí)際問題，影響控制精度和性能，如難于保證氣隙磁通恒定、難于直接測(cè)量轉(zhuǎn)差角頻率等。更理想的控制是下面要介紹的脈寬調(diào)制（PWM）變頻調(diào)速方式。,27,7. PWM變頻調(diào)速系統(tǒng),隨著電力電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)以

21、及微處理器控制技術(shù)的迅速發(fā)展，以及高性能、大容量電子開關(guān)的面市，有力地促進(jìn)了變頻技術(shù)的發(fā)展， 典型代表是20世紀(jì)70年代后期發(fā)展起來的脈寬調(diào)制技術(shù)，它高效節(jié)能、調(diào)速范圍寬，應(yīng)用前景十分廣闊。 脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)是通過半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，控制脈沖序列的調(diào)制周期和脈沖寬度，從而控制和調(diào)節(jié)功率回路輸出頻率和電壓的一種技術(shù)。目前該技術(shù)已形成多種PWM信號(hào)形成方法，仍在發(fā)展中。 脈寬調(diào)制變頻器變頻和變壓同時(shí)進(jìn)行，就其控制電路而言，其核心技術(shù)就是產(chǎn)生PWM控制波形開關(guān)沿的開關(guān)技術(shù)。,28,一、脈寬調(diào)制方式 前面的課程中，討論過脈頻和脈寬調(diào)制的原理。這里重點(diǎn)討論各種調(diào)制方式的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)技術(shù)不同，

22、解決問題的側(cè)重點(diǎn)也不同。例如某些方式致力于抑制諧波，有些方法重在減小逆變器的開關(guān)損耗等。 我們要干什么？,如何 產(chǎn)生這些 控制脈沖,何時(shí) 產(chǎn)生這些 控制脈沖,更好 產(chǎn)生這些 控制脈沖,29,、簡(jiǎn)單的多脈沖調(diào)制方式 該方法采用峰值恒定的單極性三角波Uc（稱為載波三角形），和可變的直流電壓Ur（稱為參考波）進(jìn)行比較，在載波三角形Uc和參考波Ur的交點(diǎn)處發(fā)出調(diào)制信號(hào)，并將其按照一定規(guī)律和要求分配給逆變器功率管的基極，控制逆變器輸出調(diào)制波。,三角波調(diào)制 直流電壓波形,改變參考電壓Ur的大小，輸出脈沖寬度隨之改變，可以改變輸出基波電壓的大小（控制電壓）； 改變載波Uc的頻率，可改變輸出基波電壓的頻率（控

23、制頻率）。,30,同時(shí)改變參考波的大小和載波的頻率，就能同時(shí)改變輸出基波電壓的大小和頻率（同時(shí)控制電壓和頻率）。也正因?yàn)槿绱?，容易滿足變頻調(diào)速恒壓頻比U/f=C條件。 簡(jiǎn)單多脈沖調(diào)制方式優(yōu)點(diǎn)：控制電路簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。 簡(jiǎn)單多脈沖調(diào)制方式缺點(diǎn)：輸出電壓除基波外，含有諧波分量，而且在逆變器輸出電壓的每個(gè)周波中，脈沖數(shù)越少，諧波分量越大。,注意：簡(jiǎn)單多脈沖調(diào)制方式參考波和載波都要改變。,31,2、正弦波脈寬調(diào)制法（SPWM） 正弦波脈寬調(diào)制方式采用三角形載波信號(hào)Uc和正弦波參考信號(hào)Ur進(jìn)行比較，在Uc和Ur交點(diǎn)處發(fā)出調(diào)制信號(hào)，去控制逆變器主回路各晶體管的基極，控制逆變器輸出調(diào)制波。,改變參考信號(hào)Ur

24、的幅值，脈沖寬度隨之改變，從而可以改變主回路基波電壓的大小。 改變參考信號(hào)Ur的頻率，輸出基波電壓的頻率隨之改變。 同時(shí)改變參考信號(hào)Ur的幅值和頻率，就能同時(shí)改變輸出電壓的幅值和頻率，也容易滿足變頻調(diào)速U/f=C條件。 注意：只改變參考信號(hào),32,正弦波脈寬調(diào)制法（SPWM）的特點(diǎn)： 在半個(gè)周期內(nèi)，調(diào)制輸出脈沖等幅、等距、調(diào)寬； 各脈沖面積之和正比于正弦波下的面積。, 等幅, 等距, 調(diào)寬, 脈沖面積和=正弦波下面積,與簡(jiǎn)單多脈沖相比，只改變一種量參考信號(hào)，在工程上容易實(shí)現(xiàn)，且輸出電壓更接近正弦波。 概念：載波比 N = fc / fr ，即載波頻率與參考波頻率的比值； 調(diào)制系數(shù) M = Ur

25、 m / Uc m ，即參考波幅值與載波幅值的比值。 逆變器輸出電壓的基波幅值與調(diào)制系數(shù)成正比（載波幅值不變）。,33,以上介紹了單極性SPWM，單極性調(diào)制須加倒向控制信號(hào)。實(shí)際應(yīng)用中，常采用不需倒向控制信號(hào)的雙極性SPWM，控制產(chǎn)生三相輸出調(diào)制波。,通過改變正弦參考波的幅值和頻率改變輸出基波的大小和頻率。,34,3、準(zhǔn)正弦波脈寬調(diào)制法 在SPWM法中，需要特別考慮當(dāng)參考波的峰值Ur m大于載波的峰值Uc m時(shí)，即 Ur m Uc m時(shí)出現(xiàn)的特殊情況： 正弦參考波和載波三角形失去交點(diǎn)，槽寬消失，使系統(tǒng)處于非線性控制。為此，必須限制：M1。（調(diào)制系數(shù) M = Ur m / Uc m ） 該限制條

26、件下，在逆變器輸出線電壓中，基波分量的最大值只有供電線電壓的0.866倍，降低了逆變器的實(shí)際使用容量。 規(guī)律：“在沒有零線時(shí)，在三相逆變器的輸出線路上，不會(huì)出現(xiàn)3的整倍數(shù)諧波的電壓和電流” 。 在正弦參考波上疊加適當(dāng)幅度和相位的3次諧波分量Ur3 ，合成準(zhǔn)正弦波參考信號(hào)Ur 。既能保證槽寬不會(huì)消失，擴(kuò)大線性空間范圍，又能進(jìn)一步提高原正弦波參考信號(hào)的幅值，增加逆變器的使用容量；同時(shí)也不影響逆變器輸出正弦波的特性。,35,如果加入17%的3次諧波，最大參考信號(hào)為： 可以看出，此時(shí)的逆變器輸出電壓的基波幅值為SPWM的1.15倍，擴(kuò)大了線性控制范圍。 載波和參考波產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，控制逆變器輸出調(diào)制波。

27、參考波的波形決定逆變器的輸出波形。準(zhǔn)正弦波脈寬調(diào)制法使逆變器輸出為對(duì)應(yīng)準(zhǔn)正弦波的波形，但是，由于輸出波形中不含3次諧波，所以輸出波為正弦波。,36,4、單元調(diào)制PWM法 理論基礎(chǔ)：三相異步電動(dòng)機(jī)定子采用無中線Y型接法、在施加正弦電壓時(shí)，脈動(dòng)最小。同時(shí)，在三相電壓對(duì)稱的情況下，輸出線電壓有： 基于上述理論，按以下思路來構(gòu)造脈寬調(diào)制信號(hào)： 將各相電壓在600區(qū)間線性化，用兩等腰三角形參考波代替正弦參考波；,在交點(diǎn)處發(fā) 出調(diào)制信號(hào),37,讓逆變器輸出正弦波或接近正弦波電壓；且保證輸出電壓的對(duì)稱性。,各區(qū)間線 電壓和=0,各相近似 正弦電壓,1、構(gòu)成單元,2、實(shí)現(xiàn)效果,38,當(dāng)調(diào)制系數(shù)M=1時(shí)，逆變器

28、輸出電壓最高可達(dá)到輸入直流電壓的1.06倍，直流電壓的利用率高、線性控制區(qū)寬，擴(kuò)展了線性控制范圍。 逆變器輸出的線電壓接近正弦電壓，正弦電壓供電的三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、附加損耗小，提高了異步電動(dòng)機(jī)的性能。 用微處理器控制實(shí)現(xiàn)單元調(diào)制法，非常方便。,三相線電壓各單元的脈沖序列分析：,39,5、諧波消除法 采用PWM調(diào)制波控制的電力傳動(dòng)系統(tǒng)，電壓和電流中必然含有脈動(dòng)成分，這是控制原理自身固有的局限性。 交流電動(dòng)機(jī)的附加損耗和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是由逆變器輸出電壓波形中的低次諧波引起的，所以應(yīng)當(dāng)消除低次諧波。 消除低次諧波的辦法：逆變器輸出電壓在滿足基波電壓的條件下，讓逆變器在每個(gè)周期中多次換向，稱為開槽。在一個(gè)周期內(nèi)，開槽數(shù)越多，消除的諧波次數(shù)越多。 在控制方式上，這種方法并不依賴載波和參考波的比較，而是在逆變器輸出電壓波形的特定位置上適當(dāng)安排開關(guān)角來實(shí)現(xiàn)的，開關(guān)角通常通過計(jì)算獲得。采用模擬方式實(shí)現(xiàn)困難，故多采用數(shù)字化方式實(shí)現(xiàn)。,40,二、PWM交流調(diào)速系統(tǒng) PW