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機(jī)電傳動(dòng)控制 第四部分 設(shè)備調(diào)速控制技術(shù) 第八章交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制 3 第八章交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制 8 1交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制概述8 2交流電動(dòng)機(jī)定子側(cè)變頻調(diào)速系統(tǒng)8 3交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)8 4無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)8 5VVF變頻器產(chǎn)品與使用 4 8 1交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制概述 8 1 1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu) 5 8 1交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制概述 機(jī)座 端蓋 風(fēng)扇 接線盒 定子繞組 鼠籠轉(zhuǎn)子 端環(huán) 散熱筋 軸 軸承 6 8 1交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制概述 7 1 當(dāng)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子接三相電源時(shí) 在氣隙中產(chǎn)生以同步轉(zhuǎn)速n0旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 8 1交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制概述 工作原理 2 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體 在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 3 轉(zhuǎn)子繞組自行閉合 轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生電流 4 轉(zhuǎn)子繞組在磁場(chǎng)中受力 產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 5 轉(zhuǎn)差率定義為轉(zhuǎn)差與同步速之比 8 8 1交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制概述 8 1 2交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分類(lèi) 9 8 1交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制概述 8 1 2交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分類(lèi)交流調(diào)速系統(tǒng)分類(lèi)按調(diào)速方法分 改變f1 p s按調(diào)速效率分 高效和低效系統(tǒng)按調(diào)速平滑性分 有級(jí)調(diào)速和無(wú)級(jí)調(diào)速按調(diào)速裝置位置分 定子側(cè) 轉(zhuǎn)子側(cè)和轉(zhuǎn)子軸按使用電動(dòng)機(jī)分 異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī) 10 8 1交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制概述 8 1 2交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分類(lèi)常用有級(jí)調(diào)速系統(tǒng)變磁極對(duì)數(shù)調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)常用無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)定子側(cè)控制定子調(diào)壓系統(tǒng)定子調(diào)頻系統(tǒng)轉(zhuǎn)子側(cè)控制 11 8 2交流電動(dòng)機(jī)定子側(cè)變頻調(diào)速系統(tǒng) 機(jī)械功率 電磁功率 轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率Ps可以分成三種 1 轉(zhuǎn)差功率Ps消耗型 調(diào)壓調(diào)速 效率低 裝置簡(jiǎn)單2 轉(zhuǎn)差功率Ps饋送型 串級(jí)調(diào)速 只能用在繞線電機(jī)上 效率較高 裝置最復(fù)雜 3 轉(zhuǎn)差功率Ps不變型 變頻 變壓 調(diào)速 效率最高 裝置較復(fù)雜 12 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 三相異步電動(dòng)機(jī)每相定子繞組電動(dòng)勢(shì)每相定子電動(dòng)勢(shì)的有效值E1 E1 4 44f1N mf1 定子繞組的供電頻率N 定子繞組的有效匝數(shù) m 每極氣隙磁通問(wèn)題 m m太小 鐵心沒(méi)充分利用 相同轉(zhuǎn)子電流時(shí) 電磁轉(zhuǎn)矩小 負(fù)載能力降低 m太大 過(guò)勵(lì)磁 勵(lì)磁電流大 功率因數(shù)低 鐵損增加 電動(dòng)機(jī)發(fā)熱 為使不過(guò)熱 負(fù)載能力降低 13 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 理想要求 在變速過(guò)程中 磁通 m保持在額定值不變 改變E1和f1 兩種方式 基頻以下調(diào)速基頻以上調(diào)速 14 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 1 基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速在降低供電頻率的同時(shí) 降低感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)調(diào)速過(guò)程中 恒磁通 轉(zhuǎn)矩近似不變 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 15 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 1 基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速當(dāng)E1和f1的值較高時(shí) 可忽略定子繞組的電阻和感抗壓降 則定子U1 E1 控制方案 使定子電壓U1和f1的比值為常數(shù) 恒壓頻比控制方式 16 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 1 基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速當(dāng)E1和f1的值較低時(shí) 不能忽略定子繞組的電阻和感抗壓降 則人為地提高定子電壓以補(bǔ)償定子電阻壓降 17 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 2 基頻以上的弱磁變頻調(diào)速f1從額定值增加 轉(zhuǎn)速上升 定子電壓最大為額定值 不能增加 從公式可知 磁通減少 輸出轉(zhuǎn)矩下降 恒功率調(diào)速方式 輸出功率近似不變 18 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 3 變頻調(diào)速裝置 變頻器運(yùn)行效率高 調(diào)速范圍大 靜態(tài)性能好 可靠性高 使用方便 因而廣泛應(yīng)用 兩大類(lèi) 交 直 交變頻交 交變頻 19 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 1 概念 電力電子器件 PowerElectronicDevice 可直接用于主電路中 實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件 主電路 MainPowerCircuit 電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中 直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路 20 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 2 同處理信息的電子器件相比的一般特征 能處理電功率的能力 一般遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件 電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài) 電力電子器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制 電力電子器件自身的功率損耗遠(yuǎn)大于信息電子器件 一般都要安裝散熱器 21 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 3 電力電子器件的損耗 主要損耗 關(guān)斷損耗 開(kāi)通損耗 通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因 器件開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí) 開(kāi)關(guān)損耗可能成為器件功率損耗的主要因素 22 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 電力電子系統(tǒng) 由控制電路 驅(qū)動(dòng)電路 保護(hù)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成 電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成 在主電路和控制電路中附加一些電路 以保證電力電子器件和整個(gè)系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行 電氣隔離 控制電路 23 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 半控型器件 SCR 通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷 全控型器件 GTO MOSFET 通過(guò)控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷 又稱自關(guān)斷器件 不可控器件 PowerDiode 不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷 因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路 按照器件能夠被控制的程度 分為以下三類(lèi) 24 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 電流驅(qū)動(dòng)型 BJT 通過(guò)從控制端注入或者抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制 電壓驅(qū)動(dòng)型 GTO 僅通過(guò)在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制 按照驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)的性質(zhì) 分為兩類(lèi) 25 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 雙極型器件 BJT 參與導(dǎo)電的載流子既有電子 又有空穴 單極型器件 MOS管 參與導(dǎo)電的載流子是電子或者空穴中的一種 混合型器件 IGBT 兩種器件的組合 按照導(dǎo)電機(jī)理的性質(zhì) 分為三類(lèi) 26 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 可控性電流or電壓驅(qū)動(dòng) 學(xué)習(xí)要點(diǎn) 27 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 一 變頻器中的功率開(kāi)關(guān)器件 晶閘管 SCR 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管 GTO 電力晶體管 GTR BJT 場(chǎng)效應(yīng)管 MOSFET 絕緣柵雙極型晶體管 IGBT 28 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 晶閘管是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱 是具有PNPN四層結(jié)構(gòu)的各種開(kāi)關(guān)器件的總稱普通晶閘管也稱可控硅整流管 SiliconControlledRectifier SCR 由門(mén)極G 陽(yáng)極A和陰極K組成 1 晶閘管 SCR 29 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 螺栓型晶閘管 平板型晶閘管外形及結(jié)構(gòu) 常用晶閘管的結(jié)構(gòu) 螺栓型和平板型 陰極K陽(yáng)極A門(mén)極G 陽(yáng)極能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便平板型晶閘管可由兩個(gè)散熱器將其夾在中間 30 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 1 晶閘管 SCR Vg T2導(dǎo)通 IC2 2IG IC1 1IC2正反饋 T1導(dǎo)通 31 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 導(dǎo)通條件陽(yáng)極和陰極間加正向電壓門(mén)極和陰極間也加正向電壓 形成觸發(fā)電流承受反向電壓時(shí) 不論門(mén)極是否有觸發(fā)電流 晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通晶閘管一旦導(dǎo)通 門(mén)極即失去控制作用關(guān)斷條件使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下或陽(yáng)極和陰極間加反向電壓屬于電壓半控型電力電子器件 1 晶閘管 SCR 32 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 GateTurnOffThyristor可以通過(guò)在門(mén)極施加反向電壓 形成負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷屬于電壓全控型器件 無(wú)須強(qiáng)迫換相裝置 損耗小 裝置效率高 易于實(shí)現(xiàn)PWM控制 2 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管 GTO 33 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 電力晶體管 GiantTransistor GTR 直譯為巨型晶體管 耐高電壓 大電流的雙極結(jié)型晶體管 BipolarJunctionTransistor BJT 英文有時(shí)候也稱為PowerBJT 驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜 功率大20世紀(jì)80年代以來(lái) 在中 小功率范圍內(nèi)取代晶閘管 但目前又大多被電力MOSFET和IGBT取代 3 電力晶體管 GTR BJT 34 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 與普通晶體管的區(qū)別 后者用于放大小功率信號(hào) GTR作為功率開(kāi)關(guān)使用通過(guò)基極電流實(shí)現(xiàn)全控有足夠大的容量 較高的開(kāi)關(guān)速度 3 電力晶體管 GTR BJT 35 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 由三層半導(dǎo)體 組成兩個(gè)PN結(jié) 構(gòu)成基極 集電極 發(fā)射極一般為NPN結(jié)構(gòu) PNP結(jié)構(gòu)耐壓低 3 電力晶體管 GTR BJT 36 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 分為結(jié)型和絕緣柵型通常主要指絕緣柵型中的MOS管 MetalOxideSemiconductorFET 簡(jiǎn)稱電力MOSFET PowerMOSFET 結(jié)型電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管 StaticInductionTransistor SIT 特點(diǎn) 用柵極電壓來(lái)控制漏極電流驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單 需要的驅(qū)動(dòng)功率小 開(kāi)關(guān)速度快 工作頻率高 熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR 電流容量小 耐壓低 一般只適用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置 4 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 37 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 柵極G 漏極D和源極S單極型 與GTR構(gòu)成兩種常用的三極管 通過(guò)柵源電壓UGS和漏源電壓UDS實(shí)現(xiàn)全控截止 柵源極間電壓為零導(dǎo)通 漏源極間加正電源 柵源極間加正電壓UGS 4 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 38 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 GTR和GTO的特點(diǎn) 雙極型 電流驅(qū)動(dòng) 有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) 通流能力很強(qiáng) 開(kāi)關(guān)速度較低 所需驅(qū)動(dòng)功率大 驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜 MOSFET的優(yōu)點(diǎn) 單極型 電壓驅(qū)動(dòng) 開(kāi)關(guān)速度快 輸入阻抗高 熱穩(wěn)定性好 所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單 兩類(lèi)器件取長(zhǎng)補(bǔ)短結(jié)合而成的復(fù)合器件 Bi MOS器件絕緣柵雙極晶體管 Insulated gateBipolarTransistor IGBT或IGT 5 絕緣柵雙極型晶體管IGBT 39 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 電力電子器件 三端器件 柵極G 集電極C和發(fā)射極E電壓全控型當(dāng)柵極加正向電壓時(shí) IGBT導(dǎo)通 當(dāng)柵極加負(fù)電壓或不加時(shí) IGBT關(guān)斷 5 絕緣柵雙極型晶體管IGBT 40 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 晶閘管整流 單相半波可控整流電路及波形 變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用 電阻負(fù)載的特點(diǎn) 電壓與電流成正比 兩者波形相同 單相半波可控整流電路 41 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 晶閘管整流 VT的a移相范圍為180 通過(guò)控制觸發(fā)脈沖的相位來(lái)控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式 簡(jiǎn)稱相控方式 首先 引入兩個(gè)重要的基本概念 觸發(fā)延遲角 從晶閘管開(kāi)始承受正向陽(yáng)極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度 用a表示 也稱觸發(fā)角或控制角 導(dǎo)通角 晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度 用 表示 基本數(shù)量關(guān)系 直流輸出電壓平均值為 2 1 42 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 晶閘管整流 單相全波可控整流電路 續(xù)流二極管 43 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 晶閘管整流 a 工作原理及波形分析VT1和VT3組成一對(duì)橋臂 在u2正半周承受電壓u2 得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通 當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷 VT2和VT4組成另一對(duì)橋臂 在u2負(fù)半周承受電壓 u2 得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通 當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷 單相橋式全控整流電路 44 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 晶閘管整流 單相全波與單相全控橋的區(qū)別 單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 材料的消耗多 單相全波只用2個(gè)晶閘管 比單相全控橋少2個(gè) 相應(yīng)地 門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路也少2個(gè) 但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍 單相全波導(dǎo)電回路只含1個(gè)晶閘管 比單相橋少1個(gè) 因而管壓降也少1個(gè) 從上述后兩點(diǎn)考慮 單相全波電路有利于在低輸出電壓的場(chǎng)合應(yīng)用 45 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 晶閘管整流 單相橋式半控整流電路 單相半控橋與單相全控橋的區(qū)別 對(duì)于阻性負(fù)載 兩者一樣 對(duì)于感性負(fù)載 全控可以VT1和VT4共同參與續(xù)流 46 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 晶閘管整流 三相橋式半控整流電路 自然換相點(diǎn) 對(duì)應(yīng)二極管換相時(shí)刻為自然換相點(diǎn) 是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻 將其作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā)角a的起點(diǎn) 即a 0 電路的特點(diǎn) 變壓器二次側(cè)接成星形得到零線 而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng) 三個(gè)晶閘管分別接入a b c三相電源 其陰極連接在一起 共陰極接法 47 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 晶閘管整流 三相橋式半控整流電路 48 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 晶閘管整流 三相橋式全控整流電路 三相橋是應(yīng)用最為廣泛的整流電路 導(dǎo)通順序 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 共陰極組 陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管 VT1 VT3 VT5 共陽(yáng)極組 陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管 VT4 VT6 VT2 49 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 晶閘管整流 三相橋式全控整流電路 2管同時(shí)通形成供電回路 其中共陰極組和共陽(yáng)極組各1 且不能為同1相器件 50 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 晶閘管整流 三相橋式全控整流電路 a 0 51 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 晶閘管整流 三相橋式全控整流電路 a 30 52 8 2 1變頻調(diào)速的基本原理 晶閘管整流 三相橋式全控整流電路 a 60 53 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 變頻器將現(xiàn)有的恒壓恒頻率交流供電電源轉(zhuǎn)換成電壓 頻率可調(diào)的變頻調(diào)速系統(tǒng)電源的變頻裝置稱為VVVF相應(yīng)地 有CVCF UPS兩種基本形式交 交變頻交 直 交變頻 54 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 1 交 交變頻系統(tǒng) 晶閘管交交變頻電路 也稱周波變流器把電網(wǎng)頻率的交流電變成可調(diào)頻率的交流電的變流電路 屬于直接變頻電路 三相輸入 單相輸出與三相輸入 三相輸出兩大種廣泛用于大功率交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng) 實(shí)際使用的主要是三相輸出交交變頻電路 55 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 三相輸入 單相輸出原理 56 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 三相輸入 單相輸出原理 57 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 由三組輸出電壓相位各差120 的單相交交變頻電路組成 交交變頻電路主要應(yīng)用于大功率交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 使用的是三相交交變頻電路 三相輸入 三相輸出原理 58 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 三組的輸出端是星形聯(lián)結(jié) 電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組也是星形聯(lián)結(jié)電動(dòng)機(jī)中點(diǎn)不和變頻器中點(diǎn)接在一起 電動(dòng)機(jī)只引出三根線 輸出星形聯(lián)結(jié)方式 59 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 公共交流母線進(jìn)線方式 由三組彼此獨(dú)立的 輸出電壓相位相互錯(cuò)開(kāi)120 的單相交交變頻電路構(gòu)成 電源進(jìn)線通過(guò)進(jìn)線電抗器接在公共的交流母線上 因?yàn)殡娫催M(jìn)線端公用 所以三組的輸出端必須隔離 為此 交流電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組必須拆開(kāi) 主要用于中等 容量的交流調(diào)速系統(tǒng) 60 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 矩陣式交交變頻 是近年出現(xiàn)的一種新穎的變頻電路 是直接變頻電路 采用的開(kāi)關(guān)器件是全控型 61 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 2 交 直 交變頻器變頻原理單進(jìn)單出 62 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 2 交 直 交變頻器變頻原理三進(jìn)三出 63 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 2 交 直 交變頻系統(tǒng)3種主要結(jié)構(gòu)形式可控整流器調(diào)壓不可控整流器整流 斬波器調(diào)壓不可控整流器整流 PWM型逆變器調(diào)壓 64 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 2 交 直 交變頻系統(tǒng)可控整流器調(diào)壓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單控制方便輸入功率因數(shù)低輸出的諧波較大 65 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 2 交 直 交變頻系統(tǒng)不可控整流器整流 PWM型逆變器調(diào)壓增加了一個(gè)功率環(huán)節(jié)輸入功率因數(shù)高輸出的諧波較大 66 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 2 交 直 交變頻系統(tǒng)不可控整流器整流 斬波器調(diào)壓輸入功率因數(shù)高輸出的諧波減少 67 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 3 變頻器基本結(jié)構(gòu) 68 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 主電路 給電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分整流部分直流環(huán)節(jié)逆變部分制動(dòng)回饋環(huán)節(jié) 69 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 1 整流器三相或單相整流 輸出電壓值可調(diào) 2 逆變器三相逆變器 3 中間直流環(huán)節(jié)依中間直流環(huán)節(jié)不同 分電壓型變頻器和電流型變頻器兩種電流型變頻器 中間環(huán)節(jié)為大電感 直流電流平穩(wěn) 電動(dòng)機(jī)的電流波形為方波或階梯波 電壓波形接近正弦波 電壓型變頻器 中間環(huán)節(jié)為大電容 直流電壓平穩(wěn) 電動(dòng)機(jī)電壓波形為方波或階梯波 電流接近正弦波 70 中間環(huán)節(jié)是大電容器濾波 使直流側(cè)電壓恒定 變頻器的輸出電壓隨之恒定 相當(dāng)于理想的電壓源 稱為交 直 交電壓型變頻器 中間環(huán)節(jié)是電感很大的電抗器濾波 電源阻抗很大 直流環(huán)節(jié)中的電流可近似于恒定 逆變器輸出電流隨之恒定 相當(dāng)于理想的電流源 稱為交 直 交電流型變頻器 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 3 中間直流環(huán)節(jié) 71 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 4 制動(dòng)電路和回饋再生制動(dòng)區(qū)域使用再生能量使中間直流環(huán)節(jié)直流電壓升高在快速制動(dòng)時(shí)可用逆變器向電源反饋或者設(shè)置制動(dòng)回路 開(kāi)關(guān)和電阻 消耗 72 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 控制電路 給給主電路提供控制信號(hào)的回路由微處理器組成完成整流控制 各開(kāi)關(guān)元件 調(diào)直流電壓或電流 完成逆變控制 各開(kāi)關(guān)元件 調(diào)頻率 73 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)主電路電力器件導(dǎo)通和關(guān)斷運(yùn)算電路 對(duì)電壓和頻率進(jìn)行運(yùn)算檢測(cè)電路 對(duì)主電路的電壓 電流進(jìn)行檢測(cè)保護(hù)電路 對(duì)主電路和控制電路提供保護(hù)功能逆變器保護(hù)瞬時(shí)過(guò)流 過(guò)載 再生過(guò)電壓 瞬時(shí)停電電動(dòng)機(jī)保護(hù)過(guò)載 超頻其他保護(hù)失速過(guò)電流 失速再生過(guò)電壓 74 4 變頻器分類(lèi)根據(jù)電壓的調(diào)制方式分類(lèi)脈沖幅值調(diào)制 PAM 變頻器通過(guò)改變直流電壓的幅值進(jìn)行調(diào)壓脈沖寬度調(diào)制 PWM 變頻器通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖占空比進(jìn)行調(diào)壓GTO BJT高載波頻率PWM變頻器調(diào)制頻率要求很高的場(chǎng)合MOSFET IGBT 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 75 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 PAMPWM 76 4 變頻器分類(lèi)根據(jù)直流電源性質(zhì)分類(lèi)電流型變頻器中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)電壓型變頻器中間直流環(huán)節(jié)采用大電容作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié) 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 77 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 電流型電壓型 78 4 變頻器分類(lèi)根據(jù)輸入電源的相數(shù)分類(lèi)三進(jìn)三出變頻器變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)都是三相交流電 絕大多數(shù)變頻器都屬此類(lèi) 單進(jìn)三出變頻器變頻器的輸入側(cè)為單相交流電 輸出側(cè)是三相交流電 俗稱 單相變頻器 該類(lèi)變頻器通常容量較小 且適合在單相電源情況下使用 如家用電器里的變頻器均屬此類(lèi) 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 79 4 變頻器分類(lèi)根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性分類(lèi)P型機(jī)變頻器適用于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的變頻器 G型機(jī)變頻器適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的變頻器 P G合一型變頻器同一種機(jī)型既可以使用變轉(zhuǎn)矩負(fù)載又可以適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 80 4 變頻器分類(lèi)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合分類(lèi)通用變頻器通用性 可應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī)傳動(dòng) 工業(yè)生產(chǎn)及民用 建筑等各個(gè)領(lǐng)域 專用變頻器針對(duì)不同應(yīng)用 集成PLC及其余外設(shè) 可以在不增加外部板件的基礎(chǔ)上直接應(yīng)用于行業(yè)中 如恒壓供水專用變頻器 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 81 5 常用變頻器品牌富士 三菱 東芝 日立 松下 歐姆龍 西門(mén)子 ABB 施耐德 三星 LG等華為 康沃 佳靈 格力特 富凌等 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 82 8 2 2變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 G2 P2系列 ZS系列 ZC系列 G1 P1系列 S1系列 康沃變頻器 83 8 2 3正弦波脈寬調(diào)制 SPWM 兩種方式脈沖幅值調(diào)制 PAM PulseAmplitudeModulation 脈沖寬度調(diào)制 PWM PulseWidthModulation 84 8 2 3正弦波脈寬調(diào)制 SPWM PAM 特點(diǎn) 變壓 變頻分開(kāi)實(shí)現(xiàn) 可控整流器調(diào)直流電壓 逆變器調(diào)輸出頻率 電壓型變頻器 缺點(diǎn) 逆變器輸出的交流電壓只能為方波 幅值由可控整流器調(diào)節(jié) 輸出交流電壓含方波 故輸出交流存在低頻諧波 使電動(dòng)機(jī)在低頻區(qū)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)之缺點(diǎn) 85 8 2 3正弦波脈寬調(diào)制 SPWM PWM 特點(diǎn) 變壓 變頻由同時(shí)逆變器完成優(yōu)點(diǎn) 逆變器輸出的交流電壓為PWM波 不為方波 減少了低頻諧波 克服了電動(dòng)機(jī)在低頻區(qū)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的缺點(diǎn) 86 8 2 3正弦波脈寬調(diào)制 SPWM SPWM特點(diǎn) 變壓 變頻由同時(shí)逆變器完成優(yōu)點(diǎn) 逆變器輸出的交流電壓為SPWM波 不為方波 減少了低頻諧波 克服了電動(dòng)機(jī)在低頻區(qū)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的缺點(diǎn) 87 在控制電路中采用載頻信號(hào)與參考信號(hào)相比較的方法產(chǎn)生基極驅(qū)動(dòng)信號(hào) 這里采用單極性等腰三角形 采用可變的直流電壓 在與波形的交點(diǎn)處發(fā)生調(diào)制信號(hào) PWM逆變器輸出電壓波形 當(dāng)