变频器的电路结构实用教案

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1、会计学1变频器的电路变频器的电路(dinl)结构结构第一页，共289页。第1页/共288页第二页，共289页。变频器的恒变频器的恒U/f控制控制(kngzh)原理原理第2页/共288页第三页，共289页。变频器的恒变频器的恒U/f控制控制(kngzh)原理原理第3页/共288页第四页，共289页。mN11g44. 41kNfE （2-1） 式中：式中：Eg 气隙磁通在定子每相中感应气隙磁通在定子每相中感应(gnyng)电电动势的有效值，单位为动势的有效值，单位为V； 定子频率定子频率(pnl)，单位为，单位为Hz； 定子每相绕组串联匝数；定子每相绕组串联匝数； 基波绕组系数；基波绕组系数； 每

2、极气隙磁通量，单位为每极气隙磁通量，单位为Wb。 f1N1kN1 m变频器的恒变频器的恒U/f控制原理控制原理第4页/共288页第五页，共289页。 由式（由式（2-1）可知，只要控制好）可知，只要控制好 Eg 和和 f1 ，便可达到控制磁通，便可达到控制磁通m 的目的的目的(md)，对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。，对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。 变频器的恒变频器的恒U/f控制控制(kngzh)原理原理第5页/共288页第六页，共289页。 由式（由式（2-1）可知，要保持）可知，要保持(boch) m 不变，当频率不变，当频率 f1 从额定值从

3、额定值 f1N 向下调节时，必须同时降低向下调节时，必须同时降低 Eg ，使，使 1gfE常值常值 （2-3） 即采用恒值电动势频率比的控制(kngzh)方式。 变频器的恒变频器的恒U/f控制原理控制原理第6页/共288页第七页，共289页。这是恒压频比的控制方式。常值11fU变频器的恒变频器的恒U/f控制控制(kngzh)原理原理第7页/共288页第八页，共289页。 但是，在低频时但是，在低频时 U1 和和 Eg 都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压 U1 抬高一些，以便抬高

4、一些，以便(ybin)近似地补偿定子压降。近似地补偿定子压降。 带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于下图中的带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于下图中的 b 线，无补偿的控制特性则为线，无补偿的控制特性则为a 线。线。 变频器的恒变频器的恒U/f控制控制(kngzh)原理原理第8页/共288页第九页，共289页。OUsf 1图2-30 恒压频比控制特性UsNf 1Na 无补偿无补偿(bchng) b 带定子带定子(dngz)压降补偿压降补偿 变频器的恒变频器的恒U/f控制原理控制原理第9页/共288页第十页，共289页。 在基频以上调速时，频率应该从在基频以上调速时，频率应该从 f1N 向上向

5、上(xingshng)升高，但定子电压升高，但定子电压U1 却不可能超过额定电压却不可能超过额定电压U1N ，最多只能保持，最多只能保持U1 = U1N ，这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。，这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。 把基频以下和基频以上两种情况的控制特性画在一起，如下图所示。把基频以下和基频以上两种情况的控制特性画在一起，如下图所示。 变频器的恒变频器的恒U/f控制控制(kngzh)原理原理第10页/共288页第十一页，共289页。f1N图2-31 异步电机变压变频调速的控制(kngzh)特性 恒转矩调速恒转矩调速UsUsNm

6、Nm恒功率调速恒功率调速mUsf1O变频器的恒变频器的恒U/f控制控制(kngzh)原理原理第11页/共288页第十二页，共289页。降低，基本上属于“恒功率调速”。变频器的恒变频器的恒U/f控制控制(kngzh)原理原理第12页/共288页第十三页，共289页。变频器的恒变频器的恒U/f控制控制(kngzh)原理原理第13页/共288页第十四页，共289页。变频器的恒变频器的恒U/f控制控制(kngzh)原理原理2. 逆变变压变频方式逆变变压变频方式第14页/共288页第十五页，共289页。变频器的恒变频器的恒U/f控制控制(kngzh)原理原理P15.图图2-3(a)(b)第15页/共28

7、8页第十六页，共289页。第16页/共288页第十七页，共289页。 变频器技术是强弱电混合、机电变频器技术是强弱电混合、机电(jdin)(jdin)一体的综合一体的综合性技术，既要处理巨大电能的转换（整流、逆变），又要性技术，既要处理巨大电能的转换（整流、逆变），又要处理信息的收集、变换和传输，因此分成功率转换（主电处理信息的收集、变换和传输，因此分成功率转换（主电路）和弱电控制（控制电路）两大部分。路）和弱电控制（控制电路）两大部分。 主电路要解决与强电大电流有关的技术问题和新型电主电路要解决与强电大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题；控制电路要解决基于现代控力电子器件的应

8、用技术问题；控制电路要解决基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略的硬、软件开发问题，制理论的控制策略和智能控制策略的硬、软件开发问题，在目前状况下主要全数字控制技术。在目前状况下主要全数字控制技术。CVCFVVVF第17页/共288页第十八页，共289页。 变频器技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术变频器技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要处理巨大，既要处理巨大(jd)(jd)电能的转换（整流、逆变），又电能的转换（整流、逆变），又要处理信息的收集、变换和传输，因此分成功率转换（要处理信息的收集、变换和传输，因此分成功率转换（主电路）和弱电控制（控制电路）两大部分。主电路）和弱电控

9、制（控制电路）两大部分。 主电路要解决与强电大电流有关的技术问题和新型主电路要解决与强电大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题；控制电路要解决基于现电力电子器件的应用技术问题；控制电路要解决基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略的硬、软件开发代控制理论的控制策略和智能控制策略的硬、软件开发问题，在目前状况下主要全数字控制技术。问题，在目前状况下主要全数字控制技术。CVCFVVVF第18页/共288页第十九页，共289页。 通用通用(tngyng)变频器硬件结构变频器硬件结构第19页/共288页第二十页，共289页。第20页/共288页第二十一页，共289页。第21页/共288页

10、第二十二页，共289页。第22页/共288页第二十三页，共289页。（ 1 1 ） 不 可 控 整 流） 不 可 控 整 流(zhngli)(zhngli)电路电路1.整流整流(zhngli)电路电路整流电路整流电路(dinl)分为可控整流电路分为可控整流电路(dinl)和不可控整流电和不可控整流电路路(dinl)两种。两种。ldUUU35. 134. 22dU特点：特点：不可控整流电路简不可控整流电路简单，优点是输入电流和电单，优点是输入电流和电源电压基本可保持同相位源电压基本可保持同相位，cos1。但是整流器的输。但是整流器的输出端如果接电容滤波，输入电出端如果接电容滤波，输入电流不是正弦

11、波，有较大的畸变流不是正弦波，有较大的畸变，所以功率，所以功率因数不为因数不为1。513V第23页/共288页第二十四页，共289页。（2 2）可控整流）可控整流(zhngli)(zhngli)电路电路1.整流整流(zhngli)电路电路cos35. 1cos34. 22ldUUU特点：可控整流电路波形有较特点：可控整流电路波形有较大的畸变，对电网产生干扰，大的畸变，对电网产生干扰，功率因数比不可控整流低。功率因数比不可控整流低。 现在变频器通常现在变频器通常(tngchng)采用不可控整流采用不可控整流。dU第24页/共288页第二十五页，共289页。2 滤波滤波(lb)电路电路 在交在交-

12、 -直直- -交变压变频器中，按照中间直流交变压变频器中，按照中间直流环节直流电源性质的不同或者说按储能环节（环节直流电源性质的不同或者说按储能环节（滤波方式）不同，逆变器可以分成电压源型和滤波方式）不同，逆变器可以分成电压源型和电流源型两类，两种类型电流源型两类，两种类型(lixng)(lixng)的实际区的实际区别在于直流环节采用怎样的滤波器。下图绘出别在于直流环节采用怎样的滤波器。下图绘出了电压源型和电流源型逆变器的示意图。了电压源型和电流源型逆变器的示意图。第25页/共288页第二十六页，共289页。逆变器逆变器LdIdCdUdUd+-a) 电压源逆变器b) 电流源逆变器 电压源型和电

13、流源型逆变器示意图2 滤波滤波(lb)电路电路第26页/共288页第二十七页，共289页。(diny)型逆变器。型逆变器。2 滤波滤波(lb)电路电路第27页/共288页第二十八页，共289页。2 滤波滤波(lb)电路电路第28页/共288页第二十九页，共289页。2 滤波滤波(lb)电路电路第29页/共288页第三十页，共289页。2 滤波滤波(lb)电路电路第30页/共288页第三十一页，共289页。2 滤波滤波(lb)电路电路第31页/共288页第三十二页，共289页。图2-20-a 电流源型交-直-交变压变频调速系统的两种运行状态M3+-UdIdLdCSI 电动Te 逆变UCRa）电动

14、运行P2 滤波滤波(lb)电路电路第32页/共288页第三十三页，共289页。 当电动运行时，UCR的控制角 ，电动机以转速运行，电功率的传送方向如上图a所示。2 滤波滤波(lb)电路电路第33页/共288页第三十四页，共289页。图2-20-b 电流源型交-直-交变压变频调速系统的两种运行状态M3+-UdIdLdCSI 90o有源逆变1 发电Te整流UCRb）逆变运行P2 滤波滤波(lb)电路电路第34页/共288页第三十五页，共289页。Id 方向不变，电能由电机回馈给交流电网（图b）。2 滤波滤波(lb)电路电路第35页/共288页第三十六页，共289页。2 滤波滤波(lb)电路电路第3

15、6页/共288页第三十七页，共289页。2 滤波滤波(lb)电路电路第37页/共288页第三十八页，共289页。2 滤波滤波(lb)电路电路第38页/共288页第三十九页，共289页。表2-1 两种逆变器输出波形(b xn)比较2 滤波滤波(lb)电路电路第39页/共288页第四十页，共289页。动，但可以满足快速起制动和动，但可以满足快速起制动和可逆运行可逆运行(ynxng)的要求。的要求。2 滤波滤波(lb)电路电路第40页/共288页第四十一页，共289页。3 逆变逆变(n bin)电路电路第41页/共288页第四十二页，共289页。图2-21 交-直-交（间接(jin ji)）变压变频

16、器 变压变频变压变频(VVVF)中间直流环节中间直流环节恒压恒频恒压恒频(CVCF)逆变逆变DCACAC50Hz整流整流3 逆变逆变(n bin)电路电路第42页/共288页第四十三页，共289页。chn)的脉宽调制（的脉宽调制（PWM）逆）逆变器，简称变器，简称PWM变压变频器，变压变频器，如下图所示。如下图所示。3 逆变逆变(n bin)电路电路第43页/共288页第四十四页，共289页。图2-22 交-直-交PWM变压变频器变压变频变压变频(bin pn)(VVVF)中间中间(zhngjin)直直流环节流环节恒压恒频恒压恒频(CVCF)PWM逆变器逆变器DCACAC50Hz调压调频调压调

17、频C3 逆变电路逆变电路第44页/共288页第四十五页，共289页。3 逆变逆变(n bin)电路电路第45页/共288页第四十六页，共289页。3 逆变逆变(n bin)电路电路第46页/共288页第四十七页，共289页。3 逆变逆变(n bin)电路电路第47页/共288页第四十八页，共289页。变器调频的交变器调频的交-直直-交变压变频交变压变频器。器。3 逆变逆变(n bin)电路电路第48页/共288页第四十九页，共289页。3 逆变逆变(n bin)电路电路第49页/共288页第五十页，共289页。CdVT1VT3VT5VT4VT6VT2UVWUd 2Ud 2RL图2-23 三相桥

18、式逆变器主电路3 逆变逆变(n bin)电路电路NN第50页/共288页第五十一页，共289页。和和120导通型两种换流方式。导通型两种换流方式。3 逆变逆变(n bin)电路电路第51页/共288页第五十二页，共289页。3 逆变逆变(n bin)电路电路第52页/共288页第五十三页，共289页。间间”，再给应导通的器件发出开，再给应导通的器件发出开通信号。通信号。3 逆变逆变(n bin)电路电路第53页/共288页第五十四页，共289页。3 逆变逆变(n bin)电路电路第54页/共288页第五十五页，共289页。tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNu

19、UNuUNiUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3图图2-24 2-24 电压型逆变电路电压型逆变电路(dinl)(dinl)的波形的波形第55页/共288页第五十六页，共289页。导通导通120，在同一时刻只有两，在同一时刻只有两个器件个器件(qjin)导通，如果负载导通，如果负载电机绕组是电机绕组是Y联结，则只有两联结，则只有两相导电，另一相悬空。相导电，另一相悬空。3 逆变逆变(n bin)电路电路第56页/共288页第五十七页，共289页。tOtOtOtOIdiViWuUViU3 逆变逆变(n bin)电路电路第57页/共288页第五十八页，共289页。有时为了突出其

20、变频功能，有时为了突出其变频功能，也称作周波变换器也称作周波变换器（Cycloconveter）。）。3 逆变逆变(n bin)电路电路第58页/共288页第五十九页，共289页。图图2-27 交交-交（直接交（直接(zhji)）变压变频器）变压变频器交交变频交交变频AC50HzACCVCFVVVF3 逆变逆变(n bin)电路电路第59页/共288页第六十页，共289页。 常用的交常用的交-交变压变频器输出交变压变频器输出(shch)的每一相都是一个由正、反两组晶的每一相都是一个由正、反两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路。闸管可控整流装置反并联的可逆线路。 也就是说，每一相都相当于一套直

21、流可逆调速系统的反并联可逆线路（也就是说，每一相都相当于一套直流可逆调速系统的反并联可逆线路（下图下图a）。）。3 逆变逆变(n bin)电路电路第60页/共288页第六十一页，共289页。VRVFId-Id+-+a) 电路结构负负载载50Hz50Hzu0图2-28-a 交-交变(jio bin)压变频器每一相的可逆线路3 逆变逆变(n bin)电路电路第61页/共288页第六十二页，共289页。图图 b 所示。所示。3 逆变逆变(n bin)电路电路第62页/共288页第六十三页，共289页。图2-28 -b 方波型平均输出电压波形tu0正组通正组通反组通反组通正组通正组通反组通反组通输出电

22、压输出电压(diny)波形波形3 逆变逆变(n bin)电路电路第63页/共288页第六十四页，共289页。到到 0（对应于（对应于 u0 最大），然后最大），然后(rnhu)再逐渐增加到再逐渐增加到 /2（ u0 再变为再变为0），如下图所示。），如下图所示。3 逆变逆变(n bin)电路电路第64页/共288页第六十五页，共289页。2AOw t 0 2 BCDEFu0图2-29 交-交变压变频器的单相正弦波输出电压(diny)波形输出电压(diny)波形3 逆变逆变(n bin)电路电路第65页/共288页第六十六页，共289页。3 逆变逆变(n bin)电路电路第66页/共288页第六

23、十七页，共289页。管，即使采用零式电路也须管，即使采用零式电路也须18个晶闸管。个晶闸管。第67页/共288页第六十八页，共289页。第68页/共288页第六十九页，共289页。第69页/共288页第七十页，共289页。三相桥式交交变频(bin pn)电路第70页/共288页第七十一页，共289页。有些企业已有可靠的产品。有些企业已有可靠的产品。3 逆变逆变(n bin)电路电路第71页/共288页第七十二页，共289页。速电机直接传动时，可以省去速电机直接传动时，可以省去庞大的齿轮减速箱。庞大的齿轮减速箱。3 逆变逆变(n bin)电路电路第72页/共288页第七十三页，共289页。3 逆

24、变逆变(n bin)电路电路第73页/共288页第七十四页，共289页。第74页/共288页第七十五页，共289页。（1 1）交直交变频器）交直交变频器 交直交变频器是先将频率交直交变频器是先将频率(pnl)(pnl)固定的交流固定的交流电电“整流整流”成直流电，再把直流电成直流电，再把直流电“逆变逆变”成成频率频率(pnl)(pnl)任意可调的三相交流电，又称间接任意可调的三相交流电，又称间接式变频器。目前应用广泛的通用型变频器都是式变频器。目前应用广泛的通用型变频器都是交直交变频器。交直交变频器。（2 2）交交变频器）交交变频器 交交变频器就是把频率交交变频器就是把频率(pnl)(pnl)

25、固定的交流电固定的交流电直接转换成频率直接转换成频率(pnl)(pnl)任意可调的交流电，而任意可调的交流电，而且转换前后的相数相同，又称直接式变频器或且转换前后的相数相同，又称直接式变频器或周波变频器。周波变频器。 第75页/共288页第七十六页，共289页。根据直流电路的储能根据直流电路的储能(ch nn)(ch nn)环节（或滤波方式）环节（或滤波方式）分类频器的变流环节的不同进行分类分类频器的变流环节的不同进行分类 ：（1 1）电压型变频器）电压型变频器电压型变频器的储能元件为电容器，其特点是中间电压型变频器的储能元件为电容器，其特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率直

26、流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲将由它来缓冲(hunchng)(hunchng)，直流电压比较平稳，直，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。器，常选用于负载电压变化较大的场合。 （2 2）电流型变频器电流型变频器的储能元件为电）电流型变频器电流型变频器的储能元件为电感线圈，因此其特点是中间直流环节采用大电感作感线圈，因此其特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲为储能环节，缓冲(hunchng)(hunchng)无功功率，即扼制电无功功率，即扼制电流的变化，使

27、电压接近正弦波，由于该直流内阻较流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流型变频器。大，故称电流型变频器。第76页/共288页第七十七页，共289页。（1 1）正弦波脉宽调制（）正弦波脉宽调制（SPWMSPWM）变频器）变频器正弦波脉宽调制变频器是指输出电压的大小是正弦波脉宽调制变频器是指输出电压的大小是通过调节脉冲占空比来实现的，且载频信号用通过调节脉冲占空比来实现的，且载频信号用等腰三角波，而基准信号采用正弦波。中、小等腰三角波，而基准信号采用正弦波。中、小容量的通用容量的通用(tngyng)(tngyng)变频器几乎全都采用此变频器几乎全都采用此类变频器。类变频器。 （2

28、2）脉幅调制（）脉幅调制（PAMPAM）变频器）变频器脉幅调制变频器是指将变压与变频分开完成，脉幅调制变频器是指将变压与变频分开完成，即在把交流电整流为直流电的同时改变直流电即在把交流电整流为直流电的同时改变直流电压的幅值，而后将直流电压逆变为交流电时改压的幅值，而后将直流电压逆变为交流电时改变交流电频率的变压变频控制方式。变交流电频率的变压变频控制方式。 第77页/共288页第七十八页，共289页。根据根据(gnj)(gnj)控制方式分类控制方式分类 ：（1 1）U/FU/F控制控制（2 2）转差频率控制）转差频率控制（3 3）矢量）矢量(shling)(shling)控制控制（4 4）直接

29、转矩控制）直接转矩控制第78页/共288页第七十九页，共289页。（1 1）三进三出变频器）三进三出变频器变频器的输入侧和输出侧都是三相交流电。绝大多数变频器的输入侧和输出侧都是三相交流电。绝大多数变频器都属此类。变频器都属此类。 （2 2）单进三出变频器）单进三出变频器变频器的输入侧为单相交流电，输出侧是三相交流电变频器的输入侧为单相交流电，输出侧是三相交流电， 俗 称， 俗 称 “ 单 相 变 频 器单 相 变 频 器 ” 。 该 类 变 频 器 通 常 容 量。 该 类 变 频 器 通 常 容 量(rngling)(rngling)较小，且适合在单相电源情况下使用，如较小，且适合在单相电

30、源情况下使用，如家用电器里的变频器均属此类。家用电器里的变频器均属此类。 第79页/共288页第八十页，共289页。（1 1）P P型机变频器型机变频器适用于变转矩负载的变频器。适用于变转矩负载的变频器。（2 2）G G型机变频器型机变频器适用于恒转矩负载的变频器。适用于恒转矩负载的变频器。（3 3）P/GP/G合一型变频器合一型变频器同一种同一种(y zhn)(y zhn)机型既可以使用变转矩负载，又机型既可以使用变转矩负载，又可以适用于恒转矩负载；同时在变转矩方式下，其可以适用于恒转矩负载；同时在变转矩方式下，其标称功率大一档。标称功率大一档。第80页/共288页第八十一页，共289页。（

31、1 1）通用变频）通用变频(bin pn)(bin pn)器器通用变频通用变频(bin pn)(bin pn)器的特点是其通用性，可应用在标准器的特点是其通用性，可应用在标准异步电机传动、工业生产及民用、建筑等各个领域。通用异步电机传动、工业生产及民用、建筑等各个领域。通用变频变频(bin pn)(bin pn)器的控制方式，已经从最简单的恒压频比器的控制方式，已经从最简单的恒压频比控制方式向高性能的矢量控制、直接转矩控制等发展。控制方式向高性能的矢量控制、直接转矩控制等发展。（2 2）专用变频）专用变频(bin pn)(bin pn)器器专用变频专用变频(bin pn)(bin pn)器的特

32、点是其行业专用性，它针对不器的特点是其行业专用性，它针对不同的行业特点集成了可编程控制器以及很多硬件外设，可同的行业特点集成了可编程控制器以及很多硬件外设，可以在不增加外部板件的基础上直接应用于行业中。比如，以在不增加外部板件的基础上直接应用于行业中。比如，恒压供水专用变频恒压供水专用变频(bin pn)(bin pn)器就能处理供水中变频器就能处理供水中变频(bin pn)(bin pn)与工频切换、一拖多控制等。与工频切换、一拖多控制等。第81页/共288页第八十二页，共289页。第82页/共288页第八十三页，共289页。期内呈两边窄中间宽的一系列等期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的

33、矩形波。幅不等宽的矩形波。第83页/共288页第八十四页，共289页。图6-5urucuOwtOwtuouofuoUd- Ud第84页/共288页第八十五页，共289页。图2-38 PWM调制原理第85页/共288页第八十六页，共289页。波。波。第86页/共288页第八十七页，共289页。变化变化(binhu)，则，则SPWM波也波也是在正负之间变化是在正负之间变化(binhu)，叫做双极性控制方式。叫做双极性控制方式。第87页/共288页第八十八页，共289页。图6-5urucuOwtOwtuouofuoUd- Ud（1）单极性）单极性PWM控制控制(kngzh)方式方式第88页/共288

34、页第八十九页，共289页。图6-6urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud第89页/共288页第九十页，共289页。第90页/共288页第九十一页，共289页。第91页/共288页第九十二页，共289页。第92页/共288页第九十三页，共289页。 将三相正弦将三相正弦波与三角波与三角(snjio)波比波比较，在波形相较，在波形相交点自然地确交点自然地确定脉冲的采样定脉冲的采样点和开关点。点和开关点。即采样点和开即采样点和开关点重合。关点重合。对称规则采样第93页/共288页第九十四页，共289页。第94页/共288页第九十五页，共289页。 在载波三角波的固定点对正弦波进行采样在载波三

35、角波的固定点对正弦波进行采样，以确定脉冲的前沿和后沿时刻，而并不管，以确定脉冲的前沿和后沿时刻，而并不管此时是否发生正弦调制波与载波三角波相交此时是否发生正弦调制波与载波三角波相交。也就是说采样点和开关点不重合。也就是说采样点和开关点不重合(chngh)(chngh)，采样点是固定的，开关点是变，采样点是固定的，开关点是变化的。开关的转换时刻可以利用简单的三角化的。开关的转换时刻可以利用简单的三角函数在线地计算出来，满足了微机全数字控函数在线地计算出来，满足了微机全数字控制的需要。制的需要。第95页/共288页第九十六页，共289页。对称规则采样不对称规则采样平均对称规则采样第96页/共288

36、页第九十七页，共289页。对称规则采样对称规则采样中生成对称规则采样中生成的的PWMPWM脉宽较实际的正脉宽较实际的正弦波与三角波自然相弦波与三角波自然相交的脉宽偏小，使变交的脉宽偏小，使变频电源的输出频电源的输出(shch)(shch)电压较低。电压较低。第97页/共288页第九十八页，共289页。不对称规则采样不规则采样中，虽能不规则采样中，虽能更真实地反映更真实地反映(fnyng)(fnyng)自然采样自然采样，但由于在一个载波，但由于在一个载波周期中需要采样两次周期中需要采样两次，极大地增加了数据，极大地增加了数据的处理量。的处理量。第98页/共288页第九十九页，共289页。平均对称

37、规则采样在实际采样中我们采在实际采样中我们采用的是平均对称规则用的是平均对称规则采样。采样时刻设在采样。采样时刻设在三角载波的谷底处，三角载波的谷底处，以此刻的正弦波数值以此刻的正弦波数值为中心为中心(zhngxn)(zhngxn)，确定确定PWMPWM脉冲的前后脉冲的前后沿。沿。第99页/共288页第一百页，共289页。图6-12ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22三角波两个三角波两个正峰值正峰值(fn zh)之间为之间为一个采样周一个采样周期期Tc第100页/共288页第一百零一页，共289页。图6-12ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22自然采样法自然采样法中

38、，脉冲中中，脉冲中点不和三角点不和三角波一周期波一周期(zhuq)的的中点（即负中点（即负峰点）重合峰点）重合第101页/共288页第一百零二页，共289页。图6-12ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22规则采样法规则采样法使两者重合使两者重合(chngh)，每个脉冲的每个脉冲的中点都以相中点都以相应的三角波应的三角波中点为对称中点为对称，使计算大，使计算大为简化为简化第102页/共288页第一百零三页，共289页。图6-12ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22在三角波的负在三角波的负峰时刻峰时刻tDtD对正对正弦信号波采样弦信号波采样(ci yn)(ci yn)得

39、得D D点，过点，过 D D作水作水平直线和三角平直线和三角波分别交于波分别交于A A、B B点，在点，在A A点时点时刻刻 tA tA和和B B点时点时刻刻 tB tB控制开关控制开关器件的通断器件的通断第103页/共288页第一百零四页，共289页。图6-12ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22脉冲宽度脉冲宽度 和用自然采和用自然采样法得到样法得到(d (d do)do)的脉冲的脉冲宽度非常接宽度非常接近近第104页/共288页第一百零五页，共289页。图6-12ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22正弦调制信号正弦调制信号(xnho)(xnho)波波式中，式中，

40、M M 称为调制称为调制度，度，0 M 10 M 1；r r为信号为信号(xnho)(xnho)波角频率波角频率。tMurrsinw w第105页/共288页第一百零六页，共289页。图6-12ucuOturTcADBOtuotAtDtB 22从图中可得从图中可得因此因此(ync)(ync)可得可得2/22/sin1cDrTtMw)sin1 (2DrctMTw)sin1 (421DrcctMTTw第106页/共288页第一百零七页，共289页。隙时间。第107页/共288页第一百零八页，共289页。第108页/共288页第一百零九页，共289页。PWM的电机(dinj)控制用的8位、16位微机

41、芯片和DSP。 数字控制电路（硬件电路实现(shxin)方法）第109页/共288页第一百一十页，共289页。第110页/共288页第一百一十一页，共289页。1/4周期的脉冲也不对称周期的脉冲也不对称(duchn)；第111页/共288页第一百一十二页，共289页。变大。变大。第112页/共288页第一百一十三页，共289页。第113页/共288页第一百一十四页，共289页。第114页/共288页第一百一十五页，共289页。ucurUurVurWuuUNuVNOtttt000uWN2Ud2Ud第115页/共288页第一百一十六页，共289页。第116页/共288页第一百一十七页，共289页。

42、00.40.81.21.62.02.410203040506070802011479969453321图6-11fr /Hzfc /kHz第117页/共288页第一百一十八页，共289页。第118页/共288页第一百一十九页，共289页。图6-19 三相桥式PWM逆变器主电路原理图调制电路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4ucV6VD6V5VD5VUWNNC+C+urUurVurW2Ud2UdVT1VT4VT3VT6VT5VT2第119页/共288页第一百二十页，共289页。图6-20 三相(sn xin)桥式PWM逆变器的双极性SPWM波形 uuUNOw tOOOOUd2-Ud2uVN

43、uWNuUVuUNw tw tw tw tOw turUurVurWucUd23Ud2第120页/共288页第一百二十一页，共289页。xn)，其脉冲幅值为+Ud和- Ud ；uUN为三相输出与电机中点N之间的相电压。第121页/共288页第一百二十二页，共289页。第122页/共288页第一百二十三页，共289页。2.4 2.4 电流滞环跟踪电流滞环跟踪(gnzng)PWM(CHBPWM)(gnzng)PWM(CHBPWM)控控制制 技术技术第123页/共288页第一百二十四页，共289页。第124页/共288页第一百二十五页，共289页。第125页/共288页第一百二十六页，共289页。图

44、6-22电流滞环跟踪(gnzng)控制的A相原理图负载L+-iiaia*V1V42Ud2UdVD4VD1HBCVT1VT4第126页/共288页第一百二十七页，共289页。、原理图均与此相同。原理图均与此相同。第127页/共288页第一百二十八页，共289页。第128页/共288页第一百二十九页，共289页。波上下作锯齿状变化。从图波上下作锯齿状变化。从图 中中可以看到，输出电流是十分接近可以看到，输出电流是十分接近正弦波的。正弦波的。第129页/共288页第一百三十页，共289页。O图6-23tiii*+ Ii*- Ii*图6-23电流(dinli)滞环跟踪控制时的电流(dinli)波形第1

45、30页/共288页第一百三十一页，共289页。第131页/共288页第一百三十二页，共289页。图6-24 三相电流跟踪型PWM逆变(n bin)电路 +-iUi*UV4+-iVi*V+-iWi*WV1V6V3V2V5UdUVWVT1VT4VT6VT2VT3VT5第132页/共288页第一百三十三页，共289页。图6-25Oti*UOtuABiUi第133页/共288页第一百三十四页，共289页。第134页/共288页第一百三十五页，共289页。应在充分利用器件开关频率的应在充分利用器件开关频率的前提下，正确地选择尽可能小前提下，正确地选择尽可能小的环宽。的环宽。第135页/共288页第一百三

46、十六页，共289页。第136页/共288页第一百三十七页，共289页。在电动机空间形成圆形旋转磁在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。场，从而产生恒定的电磁转矩。第137页/共288页第一百三十八页，共289页。，Vector PWM）控制）控制”。第138页/共288页第一百三十九页，共289页。图图6-25 电压电压(diny)空间矢量空间矢量 第139页/共288页第一百四十页，共289页。值的值的3/2倍。倍。第140页/共288页第一百四十一页，共289页。C0B0A0suuuu（6-39） 与定子电压空间矢量相仿，可以与定子电压空间矢量相仿，可以(ky)(ky)定义

47、定子定义定子电流和磁链的空间矢量电流和磁链的空间矢量 Is Is 和和s s 。第141页/共288页第一百四十二页，共289页。tRtRtRddddddCCsC0BBsB0AAsA0IuIuIu第142页/共288页第一百四十三页，共289页。tRddssssIu（6-40） 式中式中 us us 定子三相电压合成空间定子三相电压合成空间(kngjin)(kngjin)矢量；矢量； Is Is 定子三相电流合成空间定子三相电流合成空间(kngjin)(kngjin)矢量；矢量；s s 定子三相磁链合成空间定子三相磁链合成空间(kngjin)(kngjin)矢量。矢量。 第143页/共288页

48、第一百四十四页，共289页。t ddssu （6-41） t dssu（6-42） 或或 第144页/共288页第一百四十五页，共289页。tj1emsw（6-43） 其中其中(qzhng) m是磁链是磁链s的幅值，的幅值，1为其旋转为其旋转角速度。角速度。第145页/共288页第一百四十六页，共289页。)2(m1m1ms111ee)e(ddtjtjtjjtwwwwwu（6-44） 上式表明，当磁链幅值一定时，上式表明，当磁链幅值一定时，us的大小的大小与（或供电电压频率）与（或供电电压频率）1成正比，其方向成正比，其方向则与磁链矢量则与磁链矢量(shling)正交，即磁链圆的正交，即磁链圆

49、的切线方向。切线方向。 第146页/共288页第一百四十七页，共289页。图图6-26 旋转磁场与电压旋转磁场与电压(diny)空间矢量的运动轨迹空间矢量的运动轨迹第147页/共288页第一百四十八页，共289页。主电路的原理图绘出，图主电路的原理图绘出，图6-27中六个功率开关器件都用开关中六个功率开关器件都用开关符号代替，可以代表任意一种符号代替，可以代表任意一种开关器件。开关器件。第148页/共288页第一百四十九页，共289页。图图6-27 三相三相(sn xin)逆变器逆变器-异步电动机调速系统主电路原理图异步电动机调速系统主电路原理图 第149页/共288页第一百五十页，共289页

50、。 VT1、VT3、VT5 部导通部导通下桥臂开关下桥臂开关 VT2、VT4、VT6 全全部导通部导通第150页/共288页第一百五十一页，共289页。tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uAOuAOuABiAiduBOuCOuOOUdUd2Ud3Ud62 Ud3电压电压(diny)(diny)型逆变电路的波形型逆变电路的波形第151页/共288页第一百五十二页，共289页。上桥臂开关闭为1第152页/共288页第一百五十三页，共289页。第153页/共288页第一百五十四页，共289页。O+- -iCUdiAiBidVT1VT6VT2第154页/共288页第一百五

51、十五页，共289页。u1uAO-uCO-uBOABC第155页/共288页第一百五十六页，共289页。u2uAO-uCOuBOABC第156页/共288页第一百五十七页，共289页。u1u2u3u4u5u6u7 u8 依此类推，随着依此类推，随着逆变器工作状态逆变器工作状态(zhungti)(zhungti)的切换的切换，电压空间矢量的幅，电压空间矢量的幅值不变，而相位每次值不变，而相位每次旋转旋转 /3 /3 ，直到一，直到一个周期结束。个周期结束。 这样，在一个周这样，在一个周期中期中 6 6 个电压空间个电压空间矢量共转过矢量共转过 2 2 弧弧度，形成一个封闭的度，形成一个封闭的正六边

52、形，如图所示正六边形，如图所示。 第157页/共288页第一百五十八页，共289页。n第158页/共288页第一百五十九页，共289页。图图6-29 六拍逆变器供电时电动机电压空间六拍逆变器供电时电动机电压空间矢量矢量(shling)与磁链矢量与磁链矢量(shling)的关系的关系 设在逆变器工作开始设在逆变器工作开始时定子磁链空间矢量时定子磁链空间矢量为为1，在第一个，在第一个 /3 期间，电动机上施加期间，电动机上施加(shji)的电压空间矢的电压空间矢量为图量为图6-28d中的中的 u1 ，把它们再画在图，把它们再画在图6-29中。按照式（中。按照式（6-41）可）可以写成以写成第159

53、页/共288页第一百六十页，共289页。11 ut（6-45） 112（6-46） 第160页/共288页第一百六十一页，共289页。iiutii1i（6-47） 6, 2 , 1i（6-48） 总之，在一个周期内，总之，在一个周期内，6 6个磁链空间矢量呈放射状个磁链空间矢量呈放射状，矢量的尾部都在，矢量的尾部都在O O点，其顶端的运动点，其顶端的运动(yndng)(yndng)轨迹轨迹也就是也就是6 6个基本电压空间矢量所围成的正六边形。个基本电压空间矢量所围成的正六边形。第161页/共288页第一百六十二页，共289页。AB图图6-30 磁链矢量增量磁链矢量增量(zn lin)与与电压矢

54、量、时间增量电压矢量、时间增量(zn lin)的的关系关系第162页/共288页第一百六十三页，共289页。近圆形的旋转磁场，就必须在近圆形的旋转磁场，就必须在每一个期间内出现多个工作状每一个期间内出现多个工作状态，以形成更多的相位不同的态，以形成更多的相位不同的电压空间矢量。为此，必须对电压空间矢量。为此，必须对逆变器的控制模式进行改造。逆变器的控制模式进行改造。第163页/共288页第一百六十四页，共289页。第164页/共288页第一百六十五页，共289页。图图6-31 逼近逼近(bjn)圆形时的磁链增量轨迹圆形时的磁链增量轨迹如果要逼近圆形，可以增如果要逼近圆形，可以增加切换次数，设想

55、磁链增加切换次数，设想磁链增量由图中的量由图中的11 11 ， 12 12 ， 13 13 ， 14 14 这这4 4段组成。这时段组成。这时，每段施加的电压空间矢，每段施加的电压空间矢量量(shling)(shling)的相位都不的相位都不一样，可以用基本电压矢一样，可以用基本电压矢量量(shling)(shling)线性组合的线性组合的方法获得。方法获得。 第165页/共288页第一百六十六页，共289页。图图6-32 电压空间电压空间(kngjin)矢量的线性组合矢量的线性组合图图6-326-32表示由电压表示由电压(diny)(diny)空间矢量和空间矢量和的线性组合构成新的的线性组合

56、构成新的电压电压(diny)(diny)矢量。矢量。 设在一段换相周期设在一段换相周期时间时间T T0 0 中，可以用两中，可以用两个矢量之和表示由两个矢量之和表示由两个矢量线性组合后的个矢量线性组合后的电压矢量电压矢量u us s ，新矢量，新矢量的相位为的相位为 。第166页/共288页第一百六十七页，共289页。sincosss202101suuuuujTtTt（6-49） 第167页/共288页第一百六十八页，共289页。2C0B0A0se )(e )()(jjtttuuuu（6-50） 式中式中 = 120 。第168页/共288页第一百六十九页，共289页。jtte )()(BCA

57、Bsuuu（6-50） n几种表示法的比较几种表示法的比较(bjio)：由图：由图6-27可见，可见，当各功率开关处于不同状态时，线电压可取值当各功率开关处于不同状态时，线电压可取值为为Ud、0 或或 Ud，比用相电压表示时要明确一，比用相电压表示时要明确一些。些。 第169页/共288页第一百七十页，共289页。jtte )()(BCABsuuu（6-50） n如当开关如当开关(kigun)状态为状态为100时，时， uAB = Ud ， uBC =0，带入上式等，带入上式等u1 = Ud ；当开关当开关(kigun)状态为状态为110时，时， uAB =0 ， uBC = Ud ，带入上式

58、等，带入上式等u2 = Ud 。同理可得。同理可得u3 = Ud ， u4 = -Ud ， u5 = Ud ， u6 = Ud 。3ej32ej3ej32ej第170页/共288页第一百七十一页，共289页。020201d0201d0201d30201d3d02d01s23223213sin3coseeTtjTtTtUjTtTtUjTtTtUTtTtUUTtUTtjju（6-52）第171页/共288页第一百七十二页，共289页。d0201s2cosUTtTtud02s23sinUTtu第172页/共288页第一百七十三页，共289页。dsds01sin31cosUUTtuuds02sin32

59、UTtu（6-53） （6-54） 第173页/共288页第一百七十四页，共289页。)(2121087ttTtt（6-55） 0第174页/共288页第一百七十五页，共289页。其他扇区。其他扇区。第175页/共288页第一百七十六页，共289页。图图6-33 电压空间电压空间(kngjin)矢量的放射形式和矢量的放射形式和6个扇区个扇区 第176页/共288页第一百七十七页，共289页。第177页/共288页第一百七十八页，共289页。第178页/共288页第一百七十九页，共289页。第179页/共288页第一百八十页，共289页。000，111，110，100。第180页/共288页第一

60、百八十一页，共289页。第181页/共288页第一百八十二页，共289页。图图6-34 第第扇区内扇区内(q ni)一段区间的开关序列与逆变器三相电压波形一段区间的开关序列与逆变器三相电压波形虚线虚线(xxin)间的每一小间的每一小段表示一种段表示一种工作状态工作状态 第182页/共288页第一百八十三页，共289页。第183页/共288页第一百八十四页，共289页。关器件允许开关频率关器件允许开关频率(pnl)的的制约。制约。第184页/共288页第一百八十五页，共289页。侧电压，这比一般的侧电压，这比一般的SPWM逆逆变器输出电压提高了变器输出电压提高了15%。第185页/共288页第一

61、百八十六页，共289页。第186页/共288页第一百八十七页，共289页。因此，归根结底，调速系统的因此，归根结底，调速系统的动态性能就是控制转矩的能力。动态性能就是控制转矩的能力。tnJTTddpLew2.6 2.6 转差频率控制转差频率控制(kngzh)(kngzh)（SFSF）原理原理第187页/共288页第一百八十八页，共289页。第188页/共288页第一百八十九页，共289页。 直流电机的转矩与电枢电流直流电机的转矩与电枢电流(dinli)成正比，控制电流成正比，控制电流(dinli)就能控制转矩，因此，把直流双闭环调速系统转速调节器的输出信号当作电流就能控制转矩，因此，把直流双闭

62、环调速系统转速调节器的输出信号当作电流(dinli)给定信号，也就是转矩给定信号。给定信号，也就是转矩给定信号。在交流异步电机中，影响转矩的因素较多，控制异步电机转矩的问题也比较复杂。在交流异步电机中，影响转矩的因素较多，控制异步电机转矩的问题也比较复杂。2cosrmmeICT第189页/共288页第一百九十页，共289页。 异步电动机稳态等效电路和感应电动势 Usw1RsLlsLlrLmRr /sIsI0IrEgEsEr第190页/共288页第一百九十一页，共289页。2r212rgrlLsREIwsRInPTrpmmr211e3ww根据根据(gnj)(gnj)电磁功率电磁功率 sRIPrr

63、m23也可得到也可得到(d do)(d do)电磁转矩的表达电磁转矩的表达式式 同步机械角速度同步机械角速度 pmn/11ww第191页/共288页第一百九十二页，共289页。将将 )72(32 r2122 rr121gpelLsRRsEnTwwwmNss1mNss1mNss1g21244. 444. 4kNkNkNfEww第192页/共288页第一百九十三页，共289页。代入上式，得代入上式，得 2 r2122 rr12m2Ns2spe23lLsRRskNnTww令令 s = ss = s1 1 ，并定义，并定义(dngy)(dngy)为转差角为转差角频率；频率； ，是电机，是电机(dinj

64、)的结构的结构常数；常数； 2Ns2spm23kNnK第193页/共288页第一百九十四页，共289页。2rs2 rrs2mme)(lLRRKTww第194页/共288页第一百九十五页，共289页。 rs2mmeRKTw上式表明，在上式表明，在s s 值很小的稳态运行范围内，值很小的稳态运行范围内，如果如果(rgu)(rgu)能够保持气隙磁通能够保持气隙磁通m m不变，异不变，异步电机的转矩就近似与转差角频率步电机的转矩就近似与转差角频率s s 成正成正比。这就是说，在异步电机中控制比。这就是说，在异步电机中控制s s ，就，就和直流电机中控制电流一样，能够达到间接和直流电机中控制电流一样，能

65、够达到间接控制转矩的目的。控制转矩的目的。第195页/共288页第一百九十六页，共289页。第196页/共288页第一百九十七页，共289页。 上面分析所得的转差频率控制概念是在转矩近似上面分析所得的转差频率控制概念是在转矩近似(jn s)(jn s)公式上得到的，当公式上得到的，当s s 较大时，就得采用精确转矩公式。把这个转矩特性（即机械特性）较大时，就得采用精确转矩公式。把这个转矩特性（即机械特性） 画在下图，画在下图，)(sewfT 第197页/共288页第一百九十八页，共289页。smax值。值。smaxsmTemaxTemsTe0图2-34 按恒m值控制(kngzh)的 Te=f

66、(s ) 特性 第198页/共288页第一百九十九页，共289页。rrrrmaxsllLRLRwr2mmmaxe2lLKT第199页/共288页第二百页，共289页。 在转差频率控制系统在转差频率控制系统(kn zh x (kn zh x tn)tn)中，只要给中，只要给s s 限幅，使其限幅值为限幅，使其限幅值为 rrmaxssmlLRww（6-64） 就可以基本就可以基本(jbn)(jbn)保持保持 Te Te与与s s 的正比关的正比关系，也就可以用转差频率控制来代表转矩控系，也就可以用转差频率控制来代表转矩控制。这是转差频率控制的基本制。这是转差频率控制的基本(jbn)(jbn)规律规律之一。之一。 第200页/共288页第二百零一页，共289页。 上述规律是在保持上述规律是在保持m m恒定恒定(hngdng)(hngdng)的前提下才成立的，于是问题又转化为如何能保持的前提下才成立的，于是问题又转化为如何能保持m m 恒定恒定(hngdng)(hngdng)？我们知道，当忽略磁饱和和铁损时，气隙磁通？我们知道，当忽略磁饱和和铁损时，气隙磁通m m与励磁电流与励磁电流I0I0成