《变频调速讲座》PPT课件.ppt

变频调速讲座讲解人：马小亮目 录Ⅰ. Ⅰ. 电力电子器件电力电子器件 1. 高效变换要求器件工作在开关状态 2. 主要电力电子器件Ⅱ. Ⅱ. 变频器分类变频器分类 1. 交-交直接变频器 2 . 交-直-交间接变频器Ⅲ. Ⅲ. 低压电压源型交低压电压源型交- -直直- -交间接变频器（交间接变频器（<1KV<1KV）） 1. 器件 2. 主电路 3. 工作原理 4. PWM控制方法目 录 5. 桥臂开关“死时”的作用及影响 Ⅳ. Ⅳ. 低压交低压交- -直直- -交变频器的应用交变频器的应用 1. 开关频率选择 2. 变频器输入侧（网侧）滤波 3. 变频器输出侧（负载侧）滤波 4.  输出电缆 5. 制动能量吸收 6. 公共直流母线 7. 电机降容曲线 8. 电解电容预充电目 录Ⅴ. Ⅴ. 中压交中压交- -直直- -交间接变频器（交间接变频器（1-10KV1-10KV）） 1. 电压等级 2. 电压型三电平变频器 3. 电压型H桥级联变频器 4. 电流型PWM变频 5. 风机和泵用中压电机的转子变频Ⅵ. Ⅵ. 异步机变压变频调速系统异步机变压变频调速系统 1. V/F控制 2. 高性能调速的基础知识 3. 矢量控制 4. 异步机直接力矩控制系统 Ⅰ. Ⅰ. 电力电子器件电力电子器件 1. 高效变换要求器件工作在开关状态 主要评价指标： 阻断电压、通态电流和压降、开关时间Ⅰ.Ⅰ.电力电子器件2. 主要电力电子器件 A.不可控器件：整流二极管（D） B.可控器件：两个系列脉冲控制系列 晶闸管（Th）半控 门极关断晶闸管（GTO） 全控 6000V 6000A fs≤500Hz 控制脉冲电流大，要求庞大阻尼电路 绝缘门极晶闸管（IGCT） 全控 4500V 4000A fs≤1000Hz控制脉冲电流小，器件和触发电路集成在一起，阻尼电路小Ⅰ.Ⅰ.电力电子器件电平控制系列 电力场效应晶体管(P-MOSFET)全控 电压控制 电压<500V fs达100KHz双极型晶体管（BJT）曾用名：电力晶体管(GTR) 全控 电流控制 1200V 600A fs<5KHz 绝缘栅双极晶体管（IGBT）全控 电压控制 阻尼简单 低压IGBT 1700V， 2400A fs≤15KHz 高压IGBT 3300V， 1200A fs1KHz左右 电子注入加强门极晶体管（IEGT）(东芝公司专有) 全控 电压控制 阻尼简单 4500V， 3000A fs 1KHz左右 Ⅰ.Ⅰ.电力电子器件Ⅱ 变频器分类 1.交-交直接变频 A.  晶闸管交-交直接变频：fo.max≤20Hz 用于大功率，低速传动Ⅱ 变频器分类B. 矩阵变频器: fo不受限制，研究中尚未实用Ⅱ 变频器分类2. 交-直-交间接变频A.电压源型B.B. 电流源型Ⅲ. 低压电压源型交-直-交间接变频器（<1KV） 低压IGBT 1200V器件—380V变频器 1700V器件—690V变频器 功率范围：≤1000KW（690V） Ⅲ. 低压电压源型交-直-交间接变频器（<1KV）2.主电路 Ⅲ. 低压电压源型交-直-交间接变频器（<1KV）3.工作原理：脉宽调制（PWM） Ⅲ. 低压电压源型交-直-交间接变频器(<1KV) 4. PWM控制方法 A.电压正弦PWM（三角波比较法） a. 正弦波控制信号：Vo maxdi （Vd≈1.4Vi），380V输入不能输出380V。

Ⅲ. 低压电压源型交-直-交间接变频器(<1KV)b.正弦波+三次谐波控制信号（梯形波控制信号）：提高输出电压15.5%，380V 输入能输出近380VⅢ. 低压电压源型交-直-交间接变频器(<1KV)B.电流正弦PWM（电流跟踪法）：开关频率变化 Ⅲ. 低压电压源型交-直-交间接变频器(<1KV)C.磁链正弦PWM（电压空间矢量法） D. 若 幅值不变， 沿圆形轨迹运动， 将也沿圆形轨迹运动E. Ⅲ. 低压电压源型交-直-交间接变频器(<1KV) 分6个扇区，查表选电压矢量，在Ⅰ区时: T6 u6+T4 u4+T0 u0=T u Vo max 同梯形波控制方法 Ⅲ. 低压电压源型交-直-交间接变频器(<1KV)5.桥臂开关“死时”的作用及影响作用：保证安全开关，防止“直通” 影响：电流滞后（感性负荷）时，Vo 相位超前，幅值减小 Ⅳ低压交-直-交变频器的应用 1. 开关频率选择：fs>3~6KHz后需降容 Ⅳ低压交-直-交变频器的应用 2.变频器输入侧（网侧）滤波 A. 问题：输入电流波形及功率因数差 Ⅳ低压交-直-交变频器的应用 B.措施 : a.交流进线电抗 b.直流电抗Ⅳ低压交-直-交变频器的应用 c.有源前端直流电源AFE（690V装置不可靠）d. 12脉波整流（大中功率） Ⅳ低压交-直-交变频器的应用 3.变频器输出侧（负载侧）滤波 A.问题: a. dv/dt导致电机端部过电压，IGBT电流冲击。

Ⅳ低压交-直-交变频器的应用b. 共模电压导致轴电压、轴电流 电机相和轴共模电压1：相——地2：轴——地Ⅳ低压交-直-交变频器的应用B.措施： 380V变频器，电缆长L<50m，可以不采取措施，L>50m及690V变频器必须有措施： a. 加输出电抗 b. 加dv/dt滤波（电抗+电容） c. 加正弦波滤波（畸变<5%），电压损失10-15% d. 使用变频专用电机 dv/dt 滤波正弦滤波Ⅳ低压交-直-交变频器的应用4.输出电缆 A.问题：电磁干扰，影响其他电子设备 B.措施： a.屏蔽电缆 b.非屏蔽电缆+防护槽（管）Ⅳ低压交-直-交变频器的应用 a. 制动单元+制动电阻 b. 整流 / 回馈型直流电源 c. 有源前端直流电源AFE Ⅳ低压交-直-交变频器的应用 优点：· 交-直电源容量小 · 制动能量吸收容易 · 总安装尺寸小（网侧元件集中） Ⅳ低压交-直-交变频器的应用降容原因： · 通风 · 谐波附加损耗（10%左右） · 弱磁时Mmax/Mn=（fn/f）2 8. 电解电容预充电Ⅴ. 中压交-直-交间接变频器（1-10KV） 1. 电压等级 A.现况： a.我国原规定200KW以上的电机都是中压电机10KV(6KV) 。

b.电压高、电流小，多小电流器件串联，线路复杂，可靠性受 影响，价高 c.外国公司不生产10KVKV、3KV、4.2KV、6KV B.建议使用电压等级 ： a. 800-1000KW以下低压变频 我国已有按国外技术生产的1000KW以下的低压电机系列 b. 800-1000KW以上用中压变频，3KV或6KVⅤ. 中压交-直-交间接变频器（1-10KV）2.电压型三电平变频器3. Ⅴ. 中压交-直-交间接变频器（1-10KV）Ⅴ. 中压交-直-交间接变频器（1-10KV）Ⅴ. 中压交-直-交间接变频器（1-10KV）Ⅴ. 中压交-直-交间接变频器（1-10KV）A.特点： a. 每器件承受Vd/2，比两电平输出电压提高1倍 b. 靠中点钳位实现关断二串臂、器件均压 c. 三电平输出比两电平谐波小，dv/dt小，但由于电压高，需输出滤波或用变频电机 d. 交-直变换12脉波整流，输入谐波能满足电网要求，功率因数高 Ⅴ. 中压交-直-交间接变频器（1-10KV）B.输出电压：* 若每个开关器件用2个3300V IGBT KV** 若每个开关器件用2个4500V IGCT（IEGT)串联，输出电压6KV Ⅴ. 中压交-直-交间接变频器（1-10KV）H桥级联变频器 主电路 H桥（cell） 输出电压Ⅴ. 中压交-直-交间接变频器（1-10KV）A.特点 ： a. 用1700V低压IGBT，通过多H桥串联，输出中压。

b. H桥串不用均压 c. 输出电平数多，dv/dt小，无输出滤波，普通电机 d. 输入18脉波整流，谐波小，功率因数高，输入移相变压器付方绕组太多，制造困难 e. 直流电源数多，制动能量吸收困难 f. 线路复杂，器件数多 Ⅴ. 中压交-直-交间接变频器（1-10KV） B.输出电压 *国外公司不生产 Ⅴ. 中压交-直-交间接变频器（1-10KV） 4. 电流型PWM变频 Ⅴ. 中压交-直-交间接变频器（1-10KV） A.特点： a. 特殊器件SGCT（对称型IGCT） b. 输入18脉波整流，谐波小，但移相控制整流功率因数降低 c. 输出端有电容，输出电压接近正弦，普通电机，但1000Hz交流电容，体积大，价高 d. 直流储能元件为电感，不怕直通，但体积、重量、损耗大 e. 制动能量回馈电网 B.KV Ⅴ. 中压交-直-交间接变频器（1-10KV） 转子变频主电路 Ⅴ. 中压交-直-交间接变频器（1-10KV）特点： a. 用400V低压变频器控制10KV中压电机转速。

b. PN c. 逆变器输出正弦电流，谐波小 d. 逆变器可输出容性无功，部分补充电机的无功，总功率因数高于电机本身 e. 简单、便宜，但只适用于绕线异步电机 Ⅵ. 异步机变压变频调速系统 1.V/F控制 2. 3. Ⅵ. 异步机变压变频调速系统基速以下，V/f≈常数，ψ≈常数 Ⅵ. 异步机变压变频调速系统基速以上，V=常数，ψ=1/f Ⅵ. 异步机变压变频调速系统2. 高性能调速基础知识 A.调速的关键是转矩控制 除转矩外，再没有其他量可影响转速 转矩响应 速度环 Ⅵ. 异步机变压变频调速系统转矩公式 =平行四边形面积 要控制转矩，不仅要控制定转子磁势大小，还要控制夹角 Ⅵ. 异步机变压变频调速系统B. 坐标系、空间矢量及坐标变换 a. 坐标系 定子三相坐标系RST(ABC) 定子两相坐标系αβ Ⅵ. 异步机变压变频调速系统旋转两相坐标系： 同步旋转坐标系Φ1、Φ2（M、T或sd、sq ） 转子坐标系d、q（或rd、rq ） —磁链位置角 —转子位置角 —负载角 Ⅵ. 异步机变压变频调速系统b.空间矢量 空间矢量定义： 空间矢量关系： Ⅵ. 异步机变压变频调速系统c.坐标变换：已知向量在一坐标系的分量求它在另一坐标系的分量 三相-两相变换 矢量回转 Ⅵ. 异步机变压变频调速系统C.异步电机的空间矢量图及转矩D.Td∝平行四边形（ ， ）面积—按定子磁链定向—磁链转矩不解耦。

∝平行四边形（ ， ）面积—按转子磁场定向—磁链转矩解耦 Ⅵ. 异步机变压变频调速系统3. 矢量控制 A.矢量控制基本概念 Ⅵ. 异步机变压变频调速系统B.异步机矢量控制系统—按转子磁场定向 Ⅵ. 异步机变压变频调速系统电机模型 ·电压模型 （VM） 需要rs和Lσ参数，与ωr无关，在n>5%时精确 ·电流模型（IM）需rr、Lm、Lr等参数及ωr信号，在n<5%时使用 —电机模型输出的辨识信号（同时使用VM和IM）用于无编码 器系统 Ⅵ. 异步机变压变频调速系统两种调速系统 :·有编码器系统 n>5%时，精度高 n<5%时，精度低 调速范围0~nmax·无编码器系统 n>5%时精度同有编码器n<5% n<5%时，开环工作 调速范围5%~nmaxⅥ. 异步机变压变频调速系统4.异步机直接力矩控制系统 特点： ·按定子磁链定向， 不用Lσ ·在αβ坐标系计算和控制，无矢量变换， ·用滞环控制代替调节 Ⅵ. 异步机变压变频调速系统DTC原理图及控制系统框图Ⅵ. 异步机变压变频调速系统与矢量控制比较：·按定子磁场定向，n>5%时，受电机参数影响小，n<5%时，仍将需同样多电机参数。

·用滞环控制代替调节，转矩响应快，1~5ms(矢量控制5ms)，脉动大，开关频率变化 ·无坐标变换，计算简单，但计算次数多，25μs一次（矢量控制400μs） ·两种系统各有优缺点，无本质区别，各自走不同的路 首页。