三相鼠笼式异步电动机变频调速系统研究

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1、课题名称三相鼠笼式异步电机变频调速系统研究课题来源电力电子研究室课题类型工程设计真实课题导师学生姓名学号20070210010507专业电力牵引及传动控制课题研究简介对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。20世纪上半叶，鉴于直流电动机具有优越的调速性能，高性能可调速系统都采用直流电动机，因此直流电动机的控制获得巨大的发展，但是随着调速要求的不断提高，由于直流电动机的换向器等原因越来越不满足当今调速的要求。又基于三相异步电动机，特别是鼠笼型三相异步电动机结构简单、价格便宜、运行可靠，因此在工农业应用中已经非常普遍。近年来随着电力电子技术、数学以

2、及计算机的发展和现代控制理论的应用，促使交流调速技术得到了很快的发展。1971年，德国西门子公司的Blaschke提出了交流电动机矢量控制理论，且该控制技术在德国DE250型交流传动内燃机上得到应用。1985年，德国鲁尔大学Depenbrock教授提出了直接转矩控制理论，由于它直接控制定子磁链空间和电磁转矩，故使得控制系统得以简化，并口提高了快速响应能力。矢量控制和直接转矩控制逐步使得异步电动机具备了较宽的调速范围、较高的稳速范围、较好的稳速精度、较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，其至超过直流电力拖动。可以预料，最终交流调速系统在工程中

3、将取代直流调速系统。一.系统组成1.1卅4*1»V•-W]

4、皿<7—图1交直交变频器主电路在上图1交直交变频器的主电路中，整个变频器可以分为三个独立的部分，整流部分、直流环节部分、逆变部分。在整流中，输入的电压为三相交流电压，没有频率的特殊要求,基于我国的电压频率为50H乙我们可以直接接在三相交流电压。直流环节是为了使整流输出的脉动直流电压变为脉动较小的直流电压而设置的，主要是为逆变部分提高稳定的直流电压。逆变部分是把直流环节输岀的直流电压逆变为负载所需要的电压和频率，当负载为异步电动机时，通过控制输出电压和频率的匹配来满足异步电动机变频调速的要求。一.系统工作原理1、AC-DC整流部分：整流

5、电路采用的是三相桥式不可控整流电路，从交-直-交变换中看，交-直变换可以看成是一个独立的坏节，用一个阻感负载模拟直-交变换中所要消耗的功率。在负载两端并联一个大电容，该电路屮，当某一对二极管打通时，输出直流电压等于交流测线电压中最大的一个，该线电压既向电容充电，又向负载供电，当没有二极管导通时，由电容向负载放电，输出电压减小。在上述原理中，也可以说是利用大电容电压不可突变而基本上维持直-交部分中直流电压不变的原理，给逆变器输出可变压变频的交流电压提供直流电源。2、中间直流部分：在交直整流部分屮，为了减少输出电压波形的脉动，减少谐波对电力电子装置的损害和电磁干扰，通常在输出线路中串联一个平波电抗

6、器，减少di/dt,使得输出电流较为平直；为了使输出电压较平直，通常在输出端并联一个非常大的电容，利用大电容放电时间较长以维持输出电压基本不变，为逆变器输出较好的波形提供保证。当逆变器输出电压不能满足负载要求吋，我们可以在中间直流环节串联一个DC-DC升降压斩波器，來满足不同负载需要不同电压的要求。3、直-交逆变器：在这个相对独立的环节中，由于IGBT集合了电力-MOSFET和GIO的优点，具有开关速度好、输入阻抗高、热稳定性好，所需驱动功率小、驱动电路简单、输岀功率大的特点，现在应用中通常采用IGBT作为逆变器的功率开关管。由于逆变器采用电压型，为使交流侧向直流侧反馈提供通道，所以在每个IG

7、BT中需要反向并联一个功率二极管。为了减少输出谐波和提高输出电压和肓流电压利用率，通常采用三相桥式逆变电路。4、控制电路：木篇论文主要通过研究电压空间矢量的基木原理，根据SVPWM的基本原理，计算各个扇区有效电压空间矢量的作用时间，确定选取的调制方法。本文给出了三种调制方法，每种调制方法都有各自的优缺点，在不同的应用领域可以选择不同的调制方法以满足负载的要求。二.系统实现方法1、交-直整流：如下图2所示是三相桥式不可控整流电路图，采用电力二极管作为整流器件，计算好电力二极管的所要承受的电压电流，确定好所要选用的电力二极管。我们用一个阻感负载来模拟逆变器所要消耗的功率，再加上中间直流环节的平波电

8、抗器，可以认为当电路达到稳定状态后负载电流连续。设变压器二次侧电压为山，根据我们所学的知识，可以知道输出电压平均值为5=2.34U2o二极管承受的最大反向电压Urm=V6U2=2.45U2,考虑一定的安全裕量，即可确定所需电力二极管。图2三相桥式不可控整流电路AC图3电压型三相桥式逆变电路M3-2、直■交逆变部分：为了使笼型异步电动机快速响应运行（像由晶闸管供电的直流电动机那样），控制变频器输出电