自动控制技术 教学课件 作者 贺力克 第8章 交流调速系统.pptVIP

第8章 交流调速系统 8.1 绝缘栅双极晶体管(IGBT) — 正弦脉宽调 制(SPWM )型交流变频电路 8.2 交流调速的基本方案与变压变频的基本控 制方式 8. 3 模拟式IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统 8. 4 微机控制IGBT-SPWM-VVVF 交流调速系统简介 8. 5 矢量控制的交流变频调速系统简介 8. 7 通用变频器 8.1 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)(Insulated Gate Bipolar Transistor)将双极型晶体管和MOS场效应晶体管两者结合起来，它的前面部分类似 NMOS场效应管晶体管，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。 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内部电路会使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。 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，使直流电再经过由IGBT构成的三相逆变器，通过正弦脉宽调制（SPWM）（Sinusoidal Pulse Width Modulation）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。 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8-4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。 2.正弦脉宽调制(SPWM)的波形分析 3.正弦脉宽调制的实现 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0～400Hz)；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，既能实现调压，又能实现调频。 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 异步电动机的调速方案有： 改变极对数p， 改变转速率s(即改变电动机机械特性的硬度) 改变电源频率f1。 变压变频调速的基本控制方式 1、基频（额定频率）以下，（恒磁）恒压频比的控制方式 异步电动机转速　　　 调节频率f1时，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e1： e1的有效值为：  (8-2) 由定子绕组的电压方程(相量式)有 ： 在一般情况下，I1Z1U1，所以有E1≈U1，代入式(8-2)有 由上式有： 结论：当电压频率变化时，磁极下的磁通也将发生变化。 图8-8　异步电动机变压变频调速控制特性 （恒磁）恒压频比调速方案： 设法保持U1/f1为恒量，即保持 为恒量（并保持在额定值左右，以充分利用铁心） 。 （恒磁）恒压频比控制方式的特点： 调速时使U1/f1保持恒量，即供电电压U1随频率f1的变化而变化，见图8-8中ff1N段的 虚斜直线。这时磁通保持在额定值，即 。 2、基频以上，恒压(弱磁升速)的控制方式 其特点： 升频时，定子电压保持恒定，即 ； 而磁通 随着频率升高（转速升高）而下降（ ）。此时控制特性如图8-8中 范围的曲线所示。 结论： 异步电动机的变压变频调速是进行分段控制的；基频以下，采取（恒磁）恒压频比控制方式；基频以上，采取恒压（弱磁升速）控制方式。 系统的特点： 1、采用单片微机控制进