交流伺服与变频技术及应用 工业和信息化高职高专十二五 规划教材立项项目 教学课件 作者 龚仲华 项目2.ppt

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1、任务一、熟悉电力电子器件一、交流逆变概述控制要求☞变频调速：必须能同时改变电机的电压和频率（V/f控制）。问题：电网的供电电压、频率不能改变。我国的标准：U=3~380V（+10%，-15%）f=50±1Hz☞必须有一整套变换装置——逆变器（Inverter）。项目二、交流逆变技术控制方案将380V/50Hz的交流直接变换成V、f可变的交流——交-交变流。特点：无中间电路（整流电路）、效率高，但控制复杂，尚没有成熟的控制方案。☞最新研究方向——矩阵控制技术。先将380V/50Hz的交流转换成直流，再将直流转换成交流——交-直-交变流。特点：技术较成熟，是当前交流

2、逆变的主流。☞变频器、交流主轴、交流伺服全部采用交-直-交逆变方案——三者的主回路结构相同。☞各部分作用：整流：将交流转换为交流。调压：保证直流电压不变。逆变：将直流转换为V/f可变的交流。交-直-交逆变电路整流调压逆变M3~电网输入整流输出母线电压V/f电压二、电力电子器件电子器件分类：低电压、小电流控制——直接称电子器件（弱电）。☞只要有电子控制电路就必须使用。高电压、大电流控制——称电力电子器件（强电）。☞用于交、直流主回路控制。☺知识回顾1：怎样区分主回路和控制回路？主回路：直接向负载提供电能的电路（可以是交流或直流）。如电机（电—机械能）、照明灯（电—

3、光能）、加热器（电—热能）的供电回路。控制回路：用于信号分析、运算、处理的辅助电路。如：电机的继电器控制电路、PLC、CNC等。☺知识回顾2：你知道的电力电子器件有哪些？二极管：交流→直流，不需要（不能）控制。☞称为“不可控器件”。晶闸管：又称可控硅，用于交流通断控制，但不能控制直流关断。☞称为“半控器件”。GTO、GTR、MOSFET、IGBT、IPM等：可用于交、直流的通断控制。☞称为“全控器件”。☺拓展学习1：电力电子技术的发展第1代：半控，功率二极管（20世纪40年代）、晶闸管（1958年，美国GE公司）。☞水平：国际12000V/5000A；国内300

4、0V/1000A第2代：全控，GTO（门极可关断晶闸管，1964年，美国）；GTR（大功率晶体管）、MOSFET（电压控制型单极晶体管），20世纪70年代、美国。第3代：复合型器件，IGBT（绝缘门极双极型晶体管，1983年，美国GE公司）。第4代：功率集成电路，IPM（智能功率模块，20世纪80年代末，美国）。符号和特性☞参见P30表2-1.1、P31表2-1.2。☺通俗理解：电力电子器件=电子开关功率二极管：正向电压UAK≥0.5V自然导通；否则自然关断；不能控制UAK≥0.5V的关断。晶闸管：正向电压UAK≥0.5V且门极电流IG≥0时导通；UAK＜0.5

5、V关断；能通过门极控制UAK≥0.5V时的导通，但不能控制UAK≥0.5V时的关断。GTR、GTO：CE极电压UCE≥0V时通断可控，门极电流IB≥0时导通；IB＜0时关断；全控型，开关特性同三极管（电流控制）。MOSFET：DS极电压UDS≥0V时通断可控，门极电压UGS≥UT时导通；UGS＜UT时关断；全控型，开关特性同MOS管（电压控制）。IGBT：开关特性同MOSFET，但D极称C极；全控型，开关特性同MOS管（电压控制）。任务二、熟悉PWM逆变原理☞逆变：将直流转换为交流一、逆变的基本形式电流控制型：逆变管输出到电机的电流为方波（直流），通过改变电流频

6、率调速，大容量逆变器用。电压控制型：逆变管输出到电机的电压为方波（直流），通过改变电压频率调速，大容量逆变器用。PWM控制型：逆变管输出到电机的电压为正弦波（PWM脉冲串），通过改变正弦波频率调速，中小容量逆变器用——变频器、交流伺服的基本形式。二、PWM逆变原理☞PWM：脉宽调制的简称，以宽度可变的脉冲序列等效代替各种波形。取样控制理论：面积相等、形状不同的窄脉冲加到惯性环节上，产生的效果相同。☞应用：电机绕组=电感+电阻=惯性环节加入脉冲电流时，平均电流：I1=I2I1I2幅值I周期T☺结论：当脉冲周期T（即频率f，f=1/T）、幅值不变时，只要改变脉冲的宽

7、度，就可以改变输出的平均值。☞开关稳压电源的原理（RC电路=惯性环节）。脉冲周期T越短（即频率f越高）输出的波形就越接近理想波形。☞f叫PWM频率（脉宽调制频率，或载波频率），f越高，波形就越理想。☺记住哦！PWM频率也是变频器的重要指标，越高，变频器性能越好（但有不利的一面）。正弦波的产生（P27图2-3.4）：☞SPWM波=脉宽调制正弦波载波调制波☞三相合成后见P37图2-2.9任务三、掌握整流电路的分析方法☞知识回顾：整流电路有哪些基本形式？单相半波、单相全波、三相半波、三相全波。单相全波整流：☞原理：利用二极管的正向自然导通特点，将4只二极管（集成，俗称

8、“桥堆”）组合、接入单相