变频调速的基本原理及PWM控制技术

电源等。
第3章 变频调速原理
图3.3 三相输入-单相输出的交-交变频器原理图 （a）电流源型 （b）电压源型 （c）输出电压u
第3章 变频调速原理
（2）工作状态。三相-单相正弦型交-交 变频电路如图3.4所示，它由两个三相桥 式可控整流电路构成。如果输出电压的 半周期内使导通组变流器晶闸管的触发
第3章 变频调速原理
（3）用不可控整流器整流，PWM型逆变器调压如图3.6（c）所示， 这种方法输入功率因数高；输出谐波可以减少。这样，前两种方 法中存在的缺点都解决了。谐波能减少的程度取决于功率开关元 件的开关频率，而开关频率则受器件开关时间的限制。只有采用 可控关断的全控式功率开关元件以后，开关频率才得以大大提高。 逆变器的输出波形几乎是正弦波，因此成为当前被采用的一种调 压控制方法。
角变化，如α从90到0，再增加到90，
则相应变流器输出电压的平均值就可以 按正弦规律从零变到最大、再减小至零， 形成平均意义上的正弦波电压波形输出。 输出电压的瞬时值波形不是平滑的正弦 波，而是由片段电源电压波形拼接而成。 图3.4 三相-单相正弦型交-交变频电路 在一个输出周期中所包含的电源电压片 段数越多，波形就越接近正弦，通常要 采用6脉波的三相桥式电路或十二脉波变 流电路来构成交-交变频器。
第3章 变频调速原理
2．三相输入-三相输出的交-交变频电路 三相输出交-交变频电路由3个输出电压相位互差120的单相 输出交-交变频电路按照一定方式连接而成，主要用于低速、 大功率交流电动机变频调速传动。 三相输出交-交变频电路有两种主要接线方式。
第3章 变频调速原理
1）输出Y接方式：3组单相输出交-交变频电路接成Y，中点 为O；三相交流电动机绕组亦为接成Y，中点为O。由于3组输 出连接在一起，电源进线必须采用变压器隔离。这种接法可 用于较大容量交流调速系统。
n
(1
s)
60
f1
p
交流异步电动机的调速方式有三种。 1．变极调速。通过改变电动机定子绕组的接线方式以改变 电机极数实现调速，这种调速方法是有级调速，不能平滑调 速，而且只适用于鼠笼式异步电动机。 2．改变电机转差率调速。其中有通过改变电机转子回路的 电阻进行调速，此种调速方式效率不高，且不经济，只适用 于绕线式异步电动机。其次是采用电磁转差离合器进行调速， 调速范围宽且能平滑调速，但这种调速装置结构复杂，低速 运行时损耗较大、效率低。较好的转差率调速方式是串级调 速，这种调速方法是通过在转子回路串入附加电动势实现调 速的。这种调速方式效率高、机械特性好，但设备投资费用 大、操作不方便。
式中，E1为气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值；F1 为定子频率；N1为定子每相绕组串联匝数；Kr1为与绕组有 关的结构常数；m为每极气隙磁通量。
第3章 变频调速原理
第3章 变频调速原理
图3.1 基频以下调速时的机械特性
图3.2 基频以上调速时的机械特性
3.2 交流变频系统的基本形式
3.2.1交-交变频系统
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3.3 变频器的PWM逆变电路 在工业应用中许多负载对逆变器的输出特性有严格要求，除 频率可变、电压大小可调外，还要求输出电压基波尽可能大、 谐波含量尽可能小。对于采用无自关断能力晶闸管元件的方 波输出逆变器，多采用多重化、多电平化措施使输出波形多 台阶化来接近正弦。这种措施电路结构较复杂，代价较高， 效果却不尽人意。改善逆变器输出特性另一种办法是使用自 关断器件作高频通、断的开关控制，将台阶电压输出变为等 幅不等宽的脉冲电压输出，并通过调制控制使输出电压消除 低次谐波，只剩幅值很小、易于抑制的高次谐波，从而极大 地改善了逆变器的输出特性。这种逆变电路就是PWM型逆变 电路，它是目前直流-交流（DC-AC)变换中最重要的变换技 术。
（1）用可控整流器调压如图3.6（a）所示，这种装置结构简 单，控制方便。但是，当电压或转速调得较低时，电网端的功 率因数较低；输出环节多采用由功率开关元件组成的三相六拍 逆变器，输出的谐波较大，这是该方法的缺点。
（2）用不可控整流器整流，如图3.6（b）所示，这种方法是 在主回路增设的斩波器上用脉宽调压，而整流环节采用二极管 不可控整流器。这样显然多增加了一个功率环节，但输入功率 因数高，克服了前种方法的一个缺点，而逆变器输出信号的谐 波仍较大。
2）公共交流母线进线方式：它是Leabharlann Baidu3组彼此独立、输出电压 相位互差120的单相输出交-交变频电路构成，其电源进线 经交流进线电抗器接至公用电源。因电源进线端公用，3组 单相输出必须隔离。这种接法主要用于中等容量交流调速系 统。
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3.2.2交-直-交变频系统
在交-直-交变频调速系统中，变频器有3种主要结构形式。
它是一种可直接将某固定频率交流变换成可调频率交流的 电路系统。与交-直-交间接变频相比，提高了系统变换效
率。又由于整个变频电路直接与电网相连接，故可采用电
网电压自然换流，无需强迫换流装置，简化了主电路结构，
提高了换流能力。交-交变频电路广泛应用于大功率低转速
的交流电动机调速传动，交流励磁变速恒频发电机的励磁
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图3.7单相逆变电路及脉冲调制 （a）单相逆变电路 （b）单脉冲PWM
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内容提要与学习要求
掌握变频调速的基本原理及PWM控制技术； 掌握通用变频器的基本结构、额定值和频率指标； 了解通用变频器控制电路； 了解变频器的结构和控制特点
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3.1变频调速原理
3.1.1 交流异步电动机的调速原理 交流异步电动机的转速关系式如下：
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3．变频调速
通过改变异步电动机定子的供电频率f1，以改变电动机的同
步转速达到调速的目的，其调速性能优越，调速范围宽，能 实现无级调速。
3.1.2 变频调速的工作原理 由《电机学》中的相关知识可知，异步电动机定子绕组的感
应电动势E1的有效值为： E1 4.44kr1 f1N1m （3-2）