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1、变频器的原理与应用(一)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.变频器的原理与组成(二)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
2、,简化了电路;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.(二)发展趋势与动向: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
3、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.矩阵式变频器(三)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)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(三)交流电机的调速方法(四)变频器的构成:(五)变频器的分类:1.按直流电源性质分:电流型(1)电流型Id趋于平稳;四象限运行(2)电压型Ed趋于平稳;不选择负载的通用性(3)电流源供电时交流电机工作特性:(五)变频器的分类:a,电机起动转矩小;
4、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
5、方式分类:(1)PAM方式图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：由此求出I2:电磁转矩：（1）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：电压源供电的情况下，最大转矩出现在的地方。由于，所以在恒流源供电时，最大转矩出现在转差率小得多的地方。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
6、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IGBTGTRGTOSCRIG
7、CTMOSFETIPM5.按使用的电压高压变频器(2—10KV)低压变频器(380V660V)二.PWM技术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:(1)f(t)为奇函数,由付立叶级数的性质:f(t)=-f(t),则a0=a0=0设f(t)幅度为1,则(2)在方波的半波内斩为m个脉冲,斩角分别为则对于奇数n和奇数m有:(3)对于奇数n和偶数m有:(4)于是,由(3)和(4)式对于奇数n和任意的m均有:(5)对于奇函数
8、,偶次谐波为零,仅有奇次谐波,即各次谐波的幅值为:(6)各次谐波的幅值为: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.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
