变频器供电时交流电动机的运行综述.ppt

1 第四章 变频器供电时交 流电动机的运行 2 感应电动机常见调速方法 v降压调速 v利用电磁离合器调速 v绕线式转子串电阻或变频电源调速 v变极调速 v变压变频调速 3 7-1 变频器供电的特点 1. 变频器的种类 ›交－直－交变频 v电压型 逆变器输出电压为矩形波，输出阻抗小，适 于多电动机并联拖动 图7-2a) v电流型 逆变器输出电流为矩形波，动态响应快，且 在再生制动时，电能可以方便地返回电网 图7-2b) ›交－交变频 效率较高，但所用器件较多，输出 的最高频率为电网频率的1/3，调速范围较窄 4 2. 电压型交－直－交变频 三种输出电压控制方式： ①相控整流 ②不可控整流，但在中间环节加斩波环节进行 DC/DC变换 ③不可控整流，逆变器脉宽调制 图7-3 ›逆变器功率器件的开关原则：同一桥臂的上下 器件只能互补导通（避免直通），相邻桥臂对 应器件的导通角互差120 ›续流二极管 UN0 6 变频器输出电压和电动机端电压波形 ›变频器输出电压 uA0、uB0、uC0 互差1200，幅值 0.5Ud ›线电压uAB=uA0－uB0： 0～120° －Ud， 120～180° － 0， 120°～300° －Ud， 300° ～0 － 0 v类似的 uBC、uCA 互差1200 ›若电动机Y形连接，其中性点为N, 相电压uA、uB 、uC： uA0=uAN＋uN0 uB0=uBN＋uN0 （7-4） uC0=uCN＋uN0 7 三式相加，再考虑到uAN+uBN+uCN=0，得 uN0=1/3（uA0+uB0+uC0) 代回上式，得电动机端电压 uA=uAN=uA0-uN0=uA0- 1/3（uA0+uB0+uC0) uB=uBN=uB0-uN0 uC=uCN=uC0-uN0 得六阶梯波（图7-4c））每隔60°发生一次阶跃变化， 最大幅值2/3Ud 8 v方波逆变器根据每管导通时间分： ›180°导通型 在一个周期360°内，6个管子中 总有三个同时导通，每管导通180° 图7-5 ›120°导通型 在一个周期360°内，任一时刻只 有两个管子导通。

但在60°不导通区内会出现电 流断续，定子电流被切断时，会出现反电动势， 影响电动机的稳定运行 9 3.方波逆变器输出电压的基波和谐波 v对输出电压进行傅氏分析得式（7-5），可见相电 压中， 谐波次数：除基波外，还有5、7、13等奇次谐波，但 没有3倍次谐波，总之，6m±1（m=1，2，3…）次 幅值：基波 2/πUd，高次谐波 1/k×2/π×Ud 相序：基波 正相序，5次反相序，7次正相序. 10 v高次谐波对电动机的影响 1.铜耗（I2R) ↑ 2.由于谐波电流存在，cos φ↓ 3.铁耗（铁心涡流∝f2、磁滞损耗∝f ）↑ 及附加耗↑→ η ↓ ，温升↑ 4.产生脉振电磁转矩和转速振荡，电磁噪声↑ 11 4.采用脉宽调制技术的逆变器 v正弦脉宽调制原理 正弦波n等分，在每个等分的中点处，构造一组等幅 不等宽的矩形波，其面积与对应的正弦波分区的面 积相等，则这n个矩形脉冲系列所组成的波形与正弦 波等效图7-6 v三角波脉宽调制 uR － 预期的等效正弦信号 载波－等腰三角波 12 v三角波脉宽调制原理 图7 -7 UruΔ, 比较器输出高电平 UrRs ， kxrσRr，等效电路 进一步简化 U1k kxsσ kx’rσ kXm s1-基波转差率 19 v电机输入阻抗 ∴定转子k次谐波电流 20 v定子A相电流应为 viA↑ →铜耗↑。

若计及转子导体的电流集肤效应， 随着频率↑ → 转子电阻↑，漏抗↓，谐波电流还 要增大 v总电磁转矩 v气隙的基波磁场与不是由它感生的转子5、7次谐波 磁场还会产生脉振转矩 21 2. 状态方程法 v可得动态和稳态解，但数学上较复杂 v重点：功率器件开关引起电路拓扑的变化及 其表达 v求解步骤： 1.供电电压表达式 2.选择适当的坐标系 3.建立状态方程及确定其状态变量初值 4.求解 22 7-3 脉宽调制变频器供电时感应电动 机的运行 v脉宽调制时逆变器的开关函数 1.逆变器输出电压u0与直流电压Ud的关系 逆变器的开关函数 或 对于固定于定子的ABC系统，有 23 变频器采用不可控整流器，Ud是不变的常值，脉冲 宽度取决于功率器件的开关角α，所以 2.电机端电压与逆变器输出电压的关系 由式（7-4)可写出 24 3.ABC坐标系→αβ0坐标系 其变换矩阵为 在αβ0坐标系中有 25 供电波形的60°对称性 若变频器的输出电压具有半波对称性，则有 （7-39） 若三相电压对称 （7-40） 上式对任何时刻都成立，若角度增加60°，则（7-40 ）变成 26 上式说明，若三相电压uA 、uB、uC在ω1t= 0～60° 区间内已知，则在 ω1t=60°～120°区间 的波形就随之确定，这 就是60° 对称性 同理有 AB （7-42 ） 27 v v在三相变频器中功率开关开通、关断的时刻 对称时，供电波形将具有60°对称性。

所以 只要得到0～60°区间的三相电压的波形和数值 ，就可以得到整个周期内的三相电压值 28 v在方波逆变器中，由于开关角固定，每60° 角为一个开关模式，一个周期内共6个模式 在每个60°区间内，g0、gABC均为常数阵 v在脉宽调制逆变器中， g0是开关角α的函数 ，而α的数目和数值可以有很多种不同的组 合，可在0～60°区间内，对三相的开关角按 大小进行统一排列，得到一系列离散的子空 间，使在各子区间内各功率管的导通情况为 同一模式，在此区间内相应的ga0、gB0、gC0为 一常数，矩阵g0i为分区常数阵. v作业 。