变频器的原理与应用是.

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1、变频器的原理与应用变频器的原理与应用(一一)概述概述: 1.定义：转换电能并能改变频率的电能转换装置。 2.交流调速技术发展的概况与趋势：直流传动的薄弱环节：换向器的存在；单机容量受限。交流电机：结构简单，价低，维护方便，但调速困难。交流调速飞速技术发展的原因：电力电子器件制造技术；电力电子电路的变换技术；PWM技术，矢量控制技术，直接转矩控制技术；微机和大规模集成电路基础的数字控制技术。 一一.变频器的原理与组成变频器的原理与组成 (二二)发展趋势与动向发展趋势与动向: IGBT的应用:载波频率可达16KHz,抑制噪声和机械共震,电机电流在低速时波形接近正弦,减少转矩脉动;电压驱动,简化了电

2、路;网侧变流器的PWM控制;矢量控制变频器技术的通用化,无速度传感器矢量控制系统代表另一新技术动向. 无速度传感器矢量控制的速度观测模型,建模方法大体上有:动态速度估计器;模型参考自适应方法;基于PI调节器法;自适应转速观测器法;转子齿谐波法;滑模观测法.感应电机是一多变量,强耦合及时变参数系统,围绕它有若干研究课题: 电机参数模型的离散化;电机参数的自测定;电机定子电流的控制;电机参数的辩识;电机状态估计;系统稳定性分析. 若希望把转矩误差控制在3%以内,需要对磁通变化作修正(补偿励磁电抗引起的饱和及定子铁损的变化);若希望把转矩误差控制在1%以内,需要对定子和转子的铁损进行补偿. 矩阵式变

3、频器 (三三)交流电机的调速方法交流电机的调速方法:调压调速,电磁调速,绕线式电机转子串电阻调速,串级调速,变极调速,变频调速等 (四四)变频器的构成变频器的构成:9整流器逆变器中间直流环节控制电路保护电路(五五)变频器的分类变频器的分类:1.按直流电源性质分按直流电源性质分: 电流型电流型(1)电流型电流型 Id趋于平稳趋于平稳;四象限运行四象限运行 (2)电压型电压型 Ed趋于平稳趋于平稳;不选择负载的通用性不选择负载的通用性(3)电流源供电时交流电机工作特性电流源供电时交流电机工作特性: a,电机起动转矩小;b.能够稳定运行范围窄,在大部分的转速范围内是电机运行不稳定区. 原因:恒流源供

4、电时,定子磁势是恒定的.空载时,全部定子磁势用于励磁,气隙中产生很强的磁场,铁心高度饱和.负载增加时,转子减速而转差率增大,转子电流增加.由于转子电流的去磁作用,气隙合成磁场减小,磁场变弱,先退出饱和,磁场变化缓慢,而未随转子电流的增加磁场很快变弱,导致端电压急剧下降,单位转子电流产生的转矩减小,导致转子电流进一步增大,形成恶性循环,使转矩很快下降到较小数值. 实际上,电流源不是真正的恒流源,等效为电压源驱动下的恒流源.2.按输出电压的调节方式分类:(1)PAM方式R1X1X2R2/SxmIIII121m图6 异步电机在恒流源供电时的等值电路 由戴维南定理，开路电势和等效内阻：m1thXIE2

5、mgXXX22m22m12)XX()SR(XII由此求出I2:电磁转矩：)XX()SR(f2XIn3SRI3npnPT22m2212m21p2221pm1p1m（1）nT电压源供电转矩转-速特性电流源供电转矩转-速特性图7-电流源供电机转矩-转速特性 由（1）式画出其转矩-转速特性如图7。并求出最大转矩和临界转差率：)xx(f4XInT2m12m21pmax2m2mxaXXRS 电压源供电的情况下，最大转矩出现在 的地方。)XX(RS212mxa由于 ，所以在恒流源供电时，最大转矩出现在转差率1mXX小得多的地方。电机转矩-转速特性成尖峰状，起动转矩很小，稳定运行的范围很窄。脉幅调节,改变直流

6、电压幅值的调压方式.相控整流器;直流斩波器.(2)PWM方式: 整流器为二极管,变频器的输出电压由逆变器按PWM方式完成.SPWM-输出电压平均值为正弦波的PWM方式.3.按控制方式: (1)V/F控制 逆变器的控制脉冲发生器同时受控于f和v,而v与f的关系由v/f决定. 开环控制,无PG控制电路简单,通用性强,经济性好,用于速度精度要求不十分严格或负载变动较小的场合. (2)转差频率控制 转差补偿的闭环控制方式,可达到直流双闭环的水平.(3).矢量控制:基于电机动态模型的控制方式,既控制量的大小,又控制方向. 要求动态性能较高的场合使用.4.按主电路使用的器件IGBT GTR GTO SCR

7、 IGCT MOSFET IPM5.按使用的电压高压变频器(210KV) 低压变频器(380V 660V)二二.PWM技术技术n 1.定义:利用半导体器件的开通和关断,把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列,以实现变频,变压及控制和消除谐波为目标的一门技术. 2.数学分析: f(t) t 221221221100000000)()()()sincos()(ttttttntdtfbtdtfatdtfatnbtnaatfnnnn(1)f(t)为奇函数,由付立叶级数的性质:f(t)=-f(t),则a0=a0=020002221sin)(sin)(ttdntfttdntfbttn设f(t)幅度为1,则2

8、011)(tttf(2)在方波的半波内斩为m个脉冲,斩角分别为m21则对于奇数n和奇数m有 :mkknkmnnnnnnttdnttdnttdnb11222cos) 1(coscoscossinsinsin22124321(3)对于奇数n和偶数m 有:mkknkmmnnnnnnttdnttdnttdnb11222cos) 1(coscoscossinsinsin22114321(4)于是,由(3)和(4)式对于奇数n和任意的m均有:211210:cos)1(mknmkknb式中(5)对于奇函数,偶次谐波为零,仅有奇次谐波,即tntfnnsin)(127 . 5 . 3 . 1n各次谐波的幅值为:

9、52322531FFF则相隔和与设,6321tntfnnsincos)(612(6)各次谐波的幅值为:5335031FFF讨论:(1)利用PWM技术可控制逆变器的输出波形,使谐波含量减少.(2)谐波的减少是以减少基波幅度为代价. 3.SPWM(1)自然采样法(2)规则采样法 三三.异步电机变频调速控制策略异步电机变频调速控制策略变频器控制的对象是电机,首先研究电机等效图(一)等效图:1.转子电势: 转子电势的频率为f2,转子旋转后,由于转子导体与磁场之间的相对运动速度减小,转子感应电势的频率也随之减小,此时: f2=f1S (1) 转子不动时,一相的电势为: E2=4.44f1w2 kw2 (

10、2) 式中: W2-转子一相绕组匝数 KW2-转子绕组系数 转子旋转后一相的电势为: E2 S =4.44f2W2Kw2 =4.44f1SW2KW2 =E2S (3) 2.转子电势平衡方程:当转子无外加电阻,自成短路时,其一相等值电路如图: = (r2+ X2S) (4) 式中: R2- 转子一相电阻值 X2S-转子旋转后一相的的漏抗 X2S= 其中: X2-转子不动时一相的漏抗 X2=L2 L2-转子旋转后一相的漏电感 图(一)转子等值电路图SXLf2Lf222122S2E2I RX222I2Ej 且: E1=4.44f1W1KW1 由于E1I1ZI,于是:. 3.定子电势平衡方程: 式中:

11、 Z1=R1+I1X U1定子相电压 E1定子一相绕组的感应电势 I1定子相电流 R1定子一相绕组的电阻 X1定子一相绕组的漏抗 X1=L1r1 x1图(二)定子等值电路图1U1I1E1E1U1I=-+Z1 (5)11EU或者 U1 E1=4.44f1W1KW1(4)折合算法:等式两端除以S又X2S)SR(IE222222R(ISE X2) (6)222R)SS1(RSR222222R)SS1(I)XR(IER2 X22E2I2S)S1(R图(三)转子电路值图 (7)jj2S)S1(R上消耗的电功率代表旋转电机转子轴上输械功率.折合关系:2W221W111122KWmKWmK:KII :电流变