电力电子变频调速系统设计

河南机电高等专科学校课程设计报告书

课程名称：电力电子应用技术

课题名称：交直交变频调速系统

系别：自动控制系

班级：计控111班

姓名：李闪雷

学号：111413108

2013年6月26日

目录

一、绪论 (1)

二、电气原理图 (1)

1、主电路图 (1)

2、控制电路图 (2)

三、关键点波形图 (2)

四、变频调速系统原理 (4)

1、主电路原理 (4)

2、控制电路原理 (7)

五、实验现象 (8)

六、故障分析 (8)

七、心得体会 (8)

八、参考文献 (9)

一、绪论

20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，由于变频器在启动过程中，输出频率由0Hz平滑地逐渐上升，电压从0V按比例上升到额定电压，电机无任何启动冲击，避免了由于电机启动产生的大电流对电机、电网、电气元件及所拖动机械设备的冲击和损坏。变频器在停止过程中，输出频率由运行频率平滑地逐渐下降到0Hz，电压从运行电压按比例逐渐到0V，实现了电动机软停止。变频启动可防止运输机械类载重物体受冲击和翻滚，提高传动设备的使用寿命。无级调速，自动化程度高，可实现无人管理。节能效果明显。保护功能完善，减少设备维修、故障。并且变频调速的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。

交流异步电动机的调速方式有多种，诸如调压调速、变级调速、串级调速、滑差调速等，而变频调速优于上述任何一种调速方式，是当今国际上广泛采用的效益高、性能好、应用广的新技术。它采用微机控制、电力电子技术及电机传动技术取得工业交流异步电机的无级调速功能。目前在国内外已广泛应用，是自动化电力传动的发展方向。

二、电气原理图

1、主电路图

2、控制电路图

功放 电路 调

制 电路

幅

值 控 制

操

作

指

令 电 压 矢 量 发 生 器 V/f 函数电路 三角波发生器 234 678G1G4G3G6G5G2

SPWM正弦脉宽调制控制电路三、关键点波形图

三角发生器处的波形

50

100

150

200

50

100

150

200

10ms 20ms 30ms 40ms 183

--------183

--X

Y U

示波器测得2、3、4处的波形

可以看出，2,3，4处的波形是幅值电压183V ，周期20ms ，相差120度正弦波形。

60

120

U/V

Y X 40Hz 20Hz Wt

示波器测得6,7,8处的波形：

可以看出，6,7,8处得波形是幅值为120V，周期40Hz，等幅不等宽的脉冲波形。

四、变频调速系统原理

变频调速控制系统主要由电控设备、变频器、交流电动机、传动机械及传感器等部分组成。变频控制系统可进行开环控制，也可进行闭环控制。开环系统的控制是通过设定值的改变，来实现对被控制对象输出值的直接控制。闭环控制系统是通过被控制对象反馈系统与设定值的动态比较，自动调节被控电机的转速，从而实现对被控制对象输出的控制。

1.主电路原理

由于期望的逆变器输出是一个正弦电压波形，可以把一个正弦半波分作N 等分。然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。这样，由N 个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形为正弦的半周等效。同样，正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。这一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输出SPWM 波形。由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的直流电源供电，也就是说，这种交一直一交变频器中的整流器采用不可控的二极管整流器就可以了。逆变器输出脉冲的幅值就是整流器的输出电压。当逆变器各开关器件都是在理想状态下工作时，驱动相应开关器件的信号也应为与形状相似的一系列脉冲波形，这是很

容易推断出来的。从理论上讲，这一系列脉冲波形的宽度可以严格地用计算方法求得，作为控制逆变器中各开关器件通断的依据。在SPWM中常用等腰三角波作为载波，因为等腰三角波是上下宽度线性对称变化的波形，当它与任何一个光滑的曲线相交时，在交点的时刻控制开关器件的通断，即可得到一组等幅而脉冲宽度正比于该曲线函数值的矩形脉冲，这正是SPWM所需要的结果。

由主电路原理图可知，交直交变频调速系统一般分为整流电路，滤波电路,控制电路，逆变电路。

在主电路图中交流电源为电路提供电力。开关k控制整个电路的通断，

D1.D2.D3.D4.是四个二极管，起整流作用产生直流电，而电容C起到滤波的作用，使直流电更加稳定，UG1.UG2.UG3.UG4.UG5.UG6是六个IGBT管，UG1.UG4相连并与电机的A相相连，UG2.UG5相连于电机的B相相连，UG3.UG6相连并与电机的C相相连。这六个IGBT管由上面的G1，G2，G3，G4，G5，G6，六个脉冲信号提供导通脉冲。通过控制G1，G2，G3，G4，G5，G6的波形频率从而可以控制电机的转动快慢。

整流电路

整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独的一块整流模块。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成，它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成，滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分，变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。