自动控制技术项目教程 教学课件 作者 贺力克 第9章 交流调速系统.ppt

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1、第9章交流调速系统制作:贺力克陈义第9章交流调速系统9.1绝缘栅双极晶体管(IGBT)—正弦脉宽调制(SPWM)型交流变频电路绝缘栅双极晶体管(IGBT)及其驱动、保护电路IGBT管的特点绝缘栅双极晶体管(IGBT)(InsulatedGateBipolarTransistor)将双极型晶体管和ＭＯＳ场效晶体管两者结合起来，它的前面部分类似ＮＭＯＳ场效应管，它的后面部分则类似双极型晶体管。其特性兼有ＭＯＳＦＥＴ和ＢＪＴ两者的优点。第9章交流调速系统IGBT的驱动与保护采用EXB841模块驱动IGBT的接线图，其中⑥脚用来采集集电极电压(电流

2、大、电压Uc升高)，若电流过大，Uc升高，则VD1截止，模块内部电路使⑤脚呈现低电平，这样，将使VL导通，发出过电流保护信号；EXB841内部电路使IGBT的栅极呈现-5V低电平，使IGBT获得可靠截止保护。输入信号线要求采用屏蔽双绞线。第9章交流调速系统图9-1采用EXB841模块驱动IGBT的接线图第9章交流调速系统二极管整流器—IGBT逆变器构成的交—直—交变压变频电路电路的组成由二极管整流器和IGBT逆变器构成其工作原理是先将380V/220V、50Hz的三相交流电，经三相二极管桥式整流器变换成直流电，使直流电再经过又IGBT构成的

3、三相逆变器，通过正弦脉宽调制（SPWM）（SinusoidalPulseWidthModulation）控制，变换成电压和频率都可调的三相交流电，去供给三相异步（或同步）电动机。第9章交流调速系统图9-2交—直—交变压变频电路的原理图第9章交流调速系统图9-3电流型变频器和电压型变频器a)电流型变频器b)电压型变频器第9章交流调速系统IGBT—SPWM(电压源型)交流变压变频电路的工作原理1.逆变器的工作原理逆变器是将直流电变换成交流电的装置。图9-4中直流电是50Hz的交流电经过二极管桥式整流后，变换成电压为Ud的直流电源，属电压型。在由

4、四个IGBT开关管组成的电路中，以V1与V4为一组，V2与V3为另一组，使之交替通、断，便能在负载上形成交流电。第9章交流调速系统图9-4单相IGBT—SPWM(电压型)交流变压变频电路原理图第9章交流调速系统2.正弦脉宽调制(SPWM)的波形分析图9-5SPWM波a)正弦波b)SPWM波第9章交流调速系统图9-6单极性SPWM波形分析图9-7双极性SPWM波形分析a)信号波与载波的比较b)双极性SPWM波形第9章交流调速系统3.正弦脉宽调制的实现综上所述，改变信号电压的频率，即可改变逆变器输出基波的频率(频率可调范围一般为0～400H

5、z)；改变信号电压的幅值，便可改变输出基波的幅值。载波信号的频率比较高(可达15kHz以上)，在负载电感(如电动机绕组的电感)的滤波作用下，可以获得与正弦基波基本相同的正弦电流采用SPWM控制，逆变器相当一个可控的功率放大器。第9章交流调速系统9.2交流调速的基本方案与变压变频的基本控制方式交流调速的基本方案转差率为转子与定子旋转磁场的转速差Δn对同步转速n1之比，即由上式及n1=60f1/p有第9章交流调速系统变压变频调速的基本控制方式异步电动机转速调节频率f1时，却会改变电动机的磁通。异步电动机每相定子绕组的感应电动势为：由上式有：结

6、论：当电压频率变化时，磁极下的磁通也将发生变化。a)基频以下(U1/f1=恒量)b)基频以上(U1=恒量)三相异步电动机变频调速时的机械特性图第9章交流调速系统对IGBT—SPWM—VVVF交流调速系统的分析过程大致为：预设给定值(转向、转速)→起动信号→给定积分器→U/f函数发生器→SPWM控制电路→驱动电路→主电路(IGBT管三相逆变电路)→三相异步电动机。此外还有过电压、过电流、过热等保护环节和其他辅助环节等。第9章交流调速系统第9章交流调速系统9.2模拟式IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统模拟式IGBT-SPWM-VVVF

7、交流调速系统原理图图9-10，模拟式IGBT—SPWM—VVVF交流调速系统原理框图系统主电路为由三相二极管整流器——IGBT逆变器组成的电压型变频电路。供电对象为三相异步电动机。IGBT采用专用驱动模块驱动。SPWM生成电路的主体是由正弦发生器产生的正弦信号波，与三角波发生器产生的载波，通过比较器比较后，产生正弦脉宽调制波（SPWM波）。第9章交流调速系统1、开通延时器：它使待导通的IGBT管在换相时稍作延时后再驱动（待桥臂上另一1GBT完全关断)。这是为了防止桥臂上的两个IGBT管在换相时，一只没有完全关断，而另一只却又导通，形成同时导

8、通，造成短路。2、V／f函数发生器SPWM波的基波频率取决于正弦信号波的频率，SPWM的基波的幅值取决于正弦信号波的幅值。V／f函数发生器的设置，就是为了在基频以下，产生一个与频