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1、变频调速讲座,目 录,.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.变频器分类 1.交-交直接变频器 2.交-直-交间接变频器.低压电压源型交-直-交间接变频器（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.低压交-直-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,.中压交-直-交间接变频器（1-10KV）1.电压等级 2.电压型三电平变频器 3.电压型H桥级联变
2、频器 4.电流型PWM变频 5.风机和泵用中压电机的转子变频.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,.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,.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 fs500Hz 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 fs1000Hz控制脉冲电流小，器件和触发
3、电路集成在一起，阻尼电路小,.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 fs5KHz,绝缘栅双极晶体管（IGBT）全控 电压控制 阻尼简单 低压IGBT 1700V，2400A fs15KHz 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,.电力电子器件,变频器分类,1.交-交直接变频 A.晶闸管交-交直接变
4、频：fo.max20Hz 用于大功率，低速传动,变频器分类,B.矩阵变频器:fo不受限制，研究中尚未实用,变频器分类,2.交-直-交间接变频电压源型B.电流源型,.低压电压源型交-直-交间接变频器（1KV）,1.器件 低压IGBT 1200V器件380V变频器 1700V器件690V变频器 功率范围：1000KW（690V）,.低压电压源型交-直-交间接变频器（1KV）,2.主电路,.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）,.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 max=
5、0.612Vd 0.86Vi（Vd1.4Vi），380V输入不能输出380V。,.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。,.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,.低压电压源型交-直-交间接变频器(1KV),磁链正弦PWM（电压空间矢量法）若 幅值不变，沿圆形轨迹运动，将也沿圆形轨迹运动。,.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，在区时:T6 u6+T4 u4+T0 u0=T u Vo max 同梯
6、形波控制方法,.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。,低压交-直-交变频器的应用,1.开关频率选择：fs36KHz后需降容,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,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,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）,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.d
7、v/dt导致电机端部过电压，IGBT电流冲击。,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,低压交-直-交变频器的应用,B.措施：380V变频器，电缆长L50m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,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）,低压交-直-交变频器的应用,5.制动能量吸收 a.制动单元+制动电阻 b.
8、整流/回馈型直流电源 c.有源前端直流电源AFE,低压交-直-交变频器的应用,6.公共直流母线 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）,低压交-直-交变频器的应用,7.电机降容曲线降容原因：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,.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10KV变频器，电压等级多2.3KV、3KV、4.2KV、6KV。
9、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,.中压交-直-交间接变频器（1-10KV）,电压型三电平变频器,.中压交-直-交间接变频器（1-10KV）,.中压交-直-交间接变频器（1-10KV）,.中压交-直-交间接变频器（1-10KV）,.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
10、-直变换12脉波整流，输入谐波能满足电网要求，功率因数高。,.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 串联，输出电压4.2KV*若每个开关器件用2个4500V IGCT（IEGT)串联，输出电压6KV,.中压交-直-交间接变频器（1-10KV）,3.电压型H桥级联变频器,主电路,H桥（cell）,输出电压,.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
11、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。,.中压交-直-交间接变频器（1-10KV）,B.输出电压*国外公司不生产,.中压交-直-交间接变频器（1-10KV）,4.电流型PWM变频,.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.输出电压：6.5KV,.中压交-直-交间接变频器
12、（1-10KV）,5.风机和泵用中压电机的转子变频,转子变频主电路,.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.逆变器容量=0.20.3PN。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。,.异步机变压变频调速系统,V/F控制,.异步机变压变频调速系统,基速以下，V/f常数，常数,.异步机变压变频调速系统,基速以上，V=常数，=1/f,.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
13、速。转矩响应 速度环,.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。,.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,.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1、2（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,.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：,.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,.异步机变压变频调速系
14、统,异步电机的空间矢量图及转矩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。,.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,.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,.异步机变压变频调速系统,电机模型 电压模型（VM）需要rs和L参数，与r无关，在n5%时精确。电流模型（IM）需rr、Lm、Lr等参数及r信号，在n5%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。,.异步机变压变频调速系统,两种调速系统:有编码器系统 n5%时，精度高 n5%时精度同有编码器n5%n5%时，开环工作 调速范围5%nmax,.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L 在坐标系计算和控制，无矢量变换，用滞环控制代替调节,.异步机变压变频调速系统,DTC原理图及控制系统框图,.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，n5%时，受电机参数影响小，n5%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，15ms(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，25s一次（矢量控制400s）。两种系统各有优缺点，无本质区别，各自走不同的路。首页,
