异步电动机变频调速系统VVVF系统

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1、电力拖动自动控制系统陈伯时主编主讲:赵士滨广师©http://www.gdin.edu.cn广师©http://www.gdin.edu.cn第七章异步电动机变频调速系统（VVVF系统）§7-1变频调查的基本控制方式三相异步电机定子第相电动势的有效值是：式中Eg——气隙磁通在定子每相中感应电罢势有效值，单位为V；f1——定子频率，单位为HN；N1——定子每相绕组串联匝数；kN1——基波绕组系数；Φm——每极气极隙磁通量，单位为Wb。只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通Φm的目的。广师©http://www.gdin.edu.cn一、基频以下调速

2、要保持Φm不变，当频率f1从额定值f1n向下调节时，必须同时降代Eg，使即采用恒定的电动势频率的控制方式。二、基频以上调速在基频以上调速时，频率可以从f1n往地增高，但电压U1n还要大，最多只能保持U1=U1n。在基频以下，属于“恒转矩调速”的性质，而基频以上，基本上属于“恒功率调速”广师©http://www.gdin.edu.cn§7-2静止式变频装置一、间接变频装置（交-直交频装置）1、用可控制整流器变压、用逆变器变器变频的交-直-交变频装置。2、用控整流器整流、斩波器变压、逆变器变频的交-直-交频装置。3、用控整流器整流、PWM逆变器同时

3、变压频的交-直-交变频装置广师©http://www.gdin.edu.cn二、直接变频装置（交--交变频装置）交一交变频装置输出的每一相都是一个两组晶阐管整流装置反并联的可逆线路（图7-6a）。正、反两组按一定周期相互切换，在负载上就获得交变的输出电压U0。U0的幅值决定于各组整流装置的控制角α一直不变，则输出平均电压是方波，（图7-6b）。广师©http://www.gdin.edu.cn要得到正弦波输出，必须在每一组整流器导通期间不断改变其控制角，例如，在正组导通的半个周期中，使控制角α由π/2（对应于平均电压U0=0）逐渐减小到0（对应于

4、平均电压最大），然后再逐渐增加到π/2，也就是使α角在π/2~0~π/2之间变化，整流的平均输出电压U0就由零变到最大值再变到零，呈正弦变化（图7-7）。因A点α=0，平均电压最大，然后在B、C、D、E点α逐渐增大，平均电压减小，直到F点α=π/2，平均电压为零。半周中平均输出电压为图中虚线所示的正弦波。对反组负半周的控制也是这样。广师©http://www.gdin.edu.cn对于三相负载，其它两相也各用一套反并联的可逆线路，输出平均电压相位依次相差120°。如果每个整流器都用桥式电路，三相变频装置共用三套反并联线路，共需36个晶闸管元件（当

5、每一桥臂只用一个元件时）。若采用零式电路，需要18个元件。广师©http://www.gdin.edu.cn§7-3正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器在一般的交-直-交变频器供电的变压变频调速系统中，为了获得变频调速所要求的电压频率协调控制，整流器必须是可控的，调速时须同时控制整流器UR和逆变器UI（图7-9），这样就带来了一系列的问题。广师©http://www.gdin.edu.cn（1）主电路有两个可控的功率环节，相对来说比较复杂；（2）由于中间直流环节有滤波电容或电抗器等惯性元件存在，使系统的动态响应缓慢；（3）由于整流器是可控的，使供电电

6、源的功率因数随变频装置输出频率的降低而变差，并产生高次谐波电流；（4）逆变器输出为六拍阶梯波交变电压（电流），在拖动电动机中形成较多的各次谐波，从而产生较大的脉动转矩，影响电机的稳定工作，低速时尤为严重。广师©http://www.gdin.edu.cn1964年，德国的A.Schönung提出了脉宽调制变频的思想，把通讯系统中的调制技术应用于交流变频。（图7-10）电路的主要特点是：（1）主电路只有一个可控的功率环节，简化了结构；（2）使用了不可控整流器，使电网功率因数与逆变器输出电压的大小无关而接近于1；（3）逆变器调频的同时实现调压，而与中

7、间直流环节的元件参数无关，加快了系统的动态响应；（4）可获得比常规六拍阶梯波更好的输出电压波形，能抑制低次谐波，使电机可在正弦的交变电压下运行，转矩脉动小，扩展了调速范围，并提高了系统的性能。广师©http://www.gdin.edu.cn一、SPWM逆变器的工作原理SPWM逆变器是期望其输出电压是纯粹的正弦波形，那么，可以把一个正弦半波分作N等分，如图7-11a所示（图中N=12），然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点下正弦波每一等分的中点重合（图7-11b）。这样，由N个等幅而不

8、等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦的半调等效。同样，正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。广师©http://www.gdin.edu.