第8章 交流调速系统PPT课件

异步电动机的调速方案有： 改变极对数p， 改变转速率s(即改变电动机机械特性的硬度) 改变电源频率f1。
➢ 变压变频调速的基本控制方式
1、基频（额定频率）以下，（恒磁）恒压频比
的控制方式
异步电动机转速
n
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n1
60 f1 p
调节频率f1时，会改变电动机的磁通。异步电动
机e 1 每 K 相1 N 定1 d d 子 绕K t1 组N 1 的d 感m d s 应电i t t 动 n K 势1 N 为1 em 1：co t s e1的有效值为：
图8-2 交—直—交变压变频电路的原理图
图8-3 电流型变频器和电压型变频器 a)电流型变频器 b) 电压型变频器
IGBT—SPWM(电压源型)交流变压变频电路的 工作原理
1.逆变器的工作原理 逆变器是将直流电变换成交流电的装置。
图8-4中直流电是50Hz的交流电经过二极管桥式整 流后，变换成电压为Ud的直流电源，属电压型。
由上式有：
m4.414K1N1U f11 KU f11
结论：当电压频率变化时，磁极下的磁通也将 发生变化。
图8-8 异步电动机变压变频调速控制特性
（恒磁）恒压频比调速方案： 设法保持U1/f1为恒量，即保持 m 为恒量（并 保持在额定值左右，以充分利用铁心） 。
（恒磁）恒压频比控制方式的特点： 调速时使U1/f1保持恒量，即供电电压U1随频 率f1的变化而变化，见图8-8中f<f1N段的 虚斜直线。这时磁通保持在额定值，即 m mN 。
在由四个IGBT开关管组成的电路中，以V1与V4为 一组，V2与V3为另一组，使之交替通、断，便能 在负载上形成交流电。
图8-4 单相IGBT—SPWM(电压型)交流变压变频电路原理图
2.正弦脉宽调制(SPWM)的波形分析
图8-5 SPWM a) 正弦波 b) SPWM波
图8-6 单极性SPWM波形分析
8. 7 通用变频器
8.1 绝缘栅双极晶体管(IGBT) — 正弦脉 宽调 制(SPWM )型交流变频电路
➢ 绝缘栅双极晶体管(IGBT)及其驱动、保护电路 IGBT管的特点 绝缘栅双极晶体管(IGBT)(Insulated Gate
Bipolar Transistor)将双极型晶体管和MOS场效 应晶体管两者结合起来，它的前面部分类似 NMOS场效应管晶体管，它的后面部分则类似双 极型晶体管。 其特性兼有MOSFET和BJT两者的优点。
第8章 交流调速系统
8.1 绝缘栅双极晶体管(IGBT) — 正弦脉宽调 制(SPWM )型交流变频电路
8.2 交流调速的基本方案与变压变频的基本控 制方式
8. 3 模拟式IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统
8. 4 微机控制IGBT-SPWM-VVVF 交流调速系统简介
8. 5 矢量控制的交流变频调速系统简介
结论：
异步电动机的变压变频调速是进行分段控制 的；基频以下，采取（恒磁）恒压频比控制 方式；基频以上，采取恒压（弱磁升速）控 制方式。
8. 3模拟式IGBT-SPWM-VVVF 交流调速系统
➢ 对IGBT—SPWM—VVVF交流调速系统的分析过程 大致为： 预设给定值(转向、转速)→起动信号→给定积分器 →U/f函数发生器→SPWM控制电路→驱动电路→主电 路(IGBT管三相逆变电路)→三相异步电动机。此外还有 过电压、过电流、过热等保护环节和其他辅助环节等。
图8-7 双极性SPWM a)信号波与载波的比较 b) 双极性SPWM波形
3.正弦脉宽调制的实现
改变信号电压的频率，即可改变逆变器输出基波 的频率(频率可调范围一般为0～400Hz)；改变信 号电压的幅值，便可改变输出基波的幅值。载波 信号的频率比较高(可达15kHz以上)，在负载电感( 如电动机绕组的电感)的滤波作用下，可以获得与 正弦基波基本相同的正弦电流。
IGBT的驱动与保护
采用EXB841模块驱动IGBT的接线图，其中⑥脚 用来采集集电极电压(电流大、电压Uc升高)，若电 流过大，Uc升高，则VD1截止，模块内部电路使 ⑤脚呈现低电平，这样，将使VL导通，发出过电 流保护信号；
EXB841内部电路会使IGBT的栅极呈现 -5V低电 平，使IGBT获得可靠截止保护。
E 1 1 2 e 1 m 1 2 K 1 N 1m 2 2 K 1 N 1 f1 m 4 .4 4 K 1 N 1 f1 m (8-2)
由定子绕组的电压方程(相量式)有 ：
.
. ..
U1 EI Z
在一般情况下，I1Z1<<U1，所以有E1≈U1，代 入式(8-2)有
U 1E 14 .4 4 K 1f1N 1 m
2、基频以上，恒压(弱磁升速)的控制方式 其特点： 升频时，定子电压保持恒定，即 U1 U1N ；
而磁通 m 随着频率升高（转速升高）而下 降（mU1N/ f1）。此时控制特性如图8-8中
f f1N 范围的曲线所示。
a) 基频以下(U1/f1=恒量) b)基频以上(U1=恒量) 图8-9 三相异步电动机变频调速时的机械特性
输入信号线要求采用屏蔽双绞线。
图8-1 采用EXB841模块驱动IGBT的接线图
➢ 二极管整流器—IGBT逆变器构成的交—直—交变 压变频电路
电路的组成
由二极管整流器和IGBT逆变器构成。
其工作原理是先将380V/220V、50Hz的三相交流 电，经三相二极管桥式整流器变换成直流电，使 直流电再经过由IGBT构成的三相逆变器，通过正 弦脉宽调制（SPWM）（Sinusoidal Pulse Width Modulation）控制，变换成电压和频率都 可调的三相交流电，去供给三相异步（或同步） 电动机。
采用SPWM控制，逆变器相当一个可控的功率放 大器，既能实现调压，又能实现调频。
8.2 交流调速的基本方案与变压变频 的基本控制方式
➢ 交流调速的基本方案
转差率为转子与定子旋转磁场的转速差Δn对同步
转速n1之比，即
s n n1 n
n1
n1
由上式及n1=60f1/p有
nn1s1nn11s6pf0 11s