电力拖动主动操控体系 —运动操控体系 依据稳态模型的异步电动机调速 在依据稳态模型的异步电动机调速体系中，选用稳态等值电路来剖析异步电动机在不同电压和频率供电条件下的转矩与磁通的稳态联络和机械特性，并在此基础上规划异步电动机调速体系。 依据稳态模型的调速办法 常用的依据稳态模型的异步电动机调速办法有调压调速和变压变频调速两类。 内 容 提 要 异步电动机稳态数学模型和调速办法 异步电动机调压调速 异步电动机变压变频调速 电力电子变压变频器 转速开环变压变频调速体系 转速闭环转差频率操控的变压变频调速体系 5.1 异步电动机稳态数学模型和调速办法 异步电动机稳态数学模型包含异步电动机稳态等值电路和机械特性，两者既有联络，又有差异。 稳态等值电路描绘了在必定的转差率下电动机的稳态电气特性。 机械特性则表征了转矩与转差率（或转速）的稳态联络。 5.1.1异步电动机稳态数学模型 转差率与转速的联络 异步电动机稳态等效电路 图5-1 异步电动机T型等效电路 异步电动机稳态等效电路 式中 异步电动机稳态等效电路 图5-2 异步电动机简化等效电路 异步电动机稳态等效电路 简化等效电路的相电流 异步电动机的机械特性 异步电动机传递的电磁功率 异步电动机的机械特性 异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式 ） 异步电动机的机械特性 对s求导，并令 异步电动机的机械特性 异步电动机的机械特性 将机械特性方程式分母打开 异步电动机的机械特性 当s很小时，疏忽分母中含s各项 异步电动机的机械特性 当s较大时，疏忽分母中s的一次项和零次项 异步电动机的机械特性 异步电动机由额外电压、额外频率供电，且无外加电阻和电抗时的机械特性方程式，称作固有特性或天然特性。 5.1.2异步电动机的调速办法与气隙磁通 异步电动机的调速办法 所谓调速，就是人为地改动机械特性的参数，使电动机的安稳作业点违背固有特性，作业在人为机械特性上，以到达调速的意图。 异步电动机的调速办法 由异步电动机的机械特性方程式 异步电动机的气隙磁通 三相异步电动机定子每相电动势的有用值 异步电动机的气隙磁通 气隙磁通 5.2 异步电动机调压调速 坚持电源频率为额外频率，只改动定子电压的调速办法称作调压调速。 因为受电动机绝缘和磁路饱满的约束，定子电压只能下降，不能升高，故又称作降压调速。 异步电动机调压调速 调压调速的底子特征：电动机同步转速坚持额外值不变 5.2.1 异步电动机调压调速的主电路 图5-4 晶闸管沟通调压器调速 5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性 可调 5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性 临界转差率坚持不变 5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性 5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性 5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性 5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性 5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性 5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性 5.2.3 闭环操控的调压调速体系 5.2.3 闭环操控的调压调速体系 5.2.3 闭环操控的调压调速体系 *5.2.4降压操控运用 *5.2.4降压操控运用 *软起动器 *5.2.4降压操控运用 *轻载降压运转 5.3 异步电动机变压变频调速 5.3.1 变压变频调速的底子原理 气隙磁通操控 基频以下调速 基频以下调速 基频以下调速 基频以下调速 基频以下调速 基频以上调速 变压变频调速 5.3.2 变压变频调速时的机械特性 基频以下调速 基频以下调速 基频以下调速 基频以下调速 基频以上调速 基频以上调速 基频以上调速 基频以上调速 变压变频调速时的机械特性 变压变频调速 5.3.3 基频以下电压补偿操控 5.3.3 基频以下电压补偿操控 三种磁通 安稳子磁通操控 安稳子磁通操控 安稳子磁通操控 安稳子磁通操控 安稳子磁通操控 恒气隙磁通操控 恒气隙磁通操控 恒气隙磁通操控 恒转子磁通操控 恒转子磁通操控 恒转子磁通操控 不同操控办法下的机械特性 不同操控办法的比较 不同操控办法下的比较 5.4 电力电子变压变频器 5.4 电力电子变压变频器 5.4 电力电子变压变频器 脉冲宽度调制技能 5.4.1 PWM变频器主回路 5.4.1 PWM变频器主回路 5.4.1 PWM变频器主回路 直流母线 正弦波脉宽调制技能 *5.4.3 消除指定谐波PWM *5.4.3 消除指定谐波PWM *5.4.3 消除指定谐波PWM 5.4.4 电流盯梢PWM（CFPWM）操控技能 5.4.4 电流盯梢PWM（CFPWM）操控技能 5.4.4 电流盯梢PWM（CFPWM）操控技能 5.4.4 电流盯梢PWM（CFPWM）操控技能 5.4.4 电流盯梢PWM（CFPWM）操控技能 5.4.5 电压空间矢量PWM（SVPWM）操控技能 空间矢量的界说 空间矢量的组成 空间矢量的界说 空间矢量表达式 空间矢量表达式 空间矢量表达式 空间矢量表达式 空间矢量表达式 电压与磁链空间矢量的联络 电压与磁链空间矢量的联络 电压与磁链空间矢量的联络 电压空间矢量 8个底子空间矢量 8个底子空间矢量 8个底子空间矢量 底子电压空间矢量图 正六边形空间旋转磁场 正六边形空间旋转磁场 正六边形空间旋转磁场 正六边形空间旋转磁场 正六边形空间旋转磁场 正六边形空间旋转磁场 正六边形空间旋转磁场 正六边形空间旋转磁场 正六边形空间旋转磁场 正六边形空间旋转磁场 正六边形空间旋转磁场 希望电压空间矢量的组成 希望电压空间矢量的组成 希望电压空间矢量的组成 希望电压空间矢量的组成 希望电压空间矢量的组成 希望电压空间矢量的组成 希望电压空间矢量的组成 希望电压空间矢量的组成 希望电压空间矢量的组成 SVPWM的完结 零矢量会集的完结办法 零矢量会集的完结办法 零矢量涣散的完结办法 零矢量涣散的完结办法 零矢量涣散的完结办法 SVPWM操控的定子磁链 SVPWM操控的定子磁链 SVPWM操控的定子磁链 7步完结的定子磁链 SVPWM操控的定子磁链 SVPWM操控的定子磁链 SVPWM操控的定子磁链 SVPWM操控的特色 SVPWM操控的特色 *5.4.6 沟通PWM变频器-异步电动机体系的特别问题 转矩脉动 转矩脉动 转矩脉动 转矩脉动 转矩脉动 转矩脉动 转矩脉动 电压改动率 电压改动率 能量回馈与泵升电压 泵升电压的约束 泵升电压的约束 泵升电压的约束 泵升电压的约束 对电网的污染 对电网的污染 5.5 转速开环变压变频调速体系 5.5.1 转速开环变压变频调速体系结构 电压--频率特性 体系结构 5.5.2 体系完结 5.6 转速闭环转差频率操控的变压变频调速体系 5.6.1 转差频率操控的底子概念及特色 转差频率操控的底子概念及特色 转差频率操控的底子概念及特色 转差频率操控的底子思想 转差频率操控的底子思想 转差频率操控的底子思想 转差频率操控的底子规则 转差频率操控的底子思想 转差频率操控的底子思想 转差频率操控的底子思想 转差频率操控的底子思想 转差频率操控的规则 5.6.2 转差频率操控体系结构及功用剖析 体系结构 体系结构 起动进程 起动进程 起动进程 起动进程 起动进程 加载进程 加载进程 起动进程 5.6.3 最大转差频率的核算 最大转差频率的核算 最大转差频率的核算 5.6.4 转差频率操控体系的特色 5.6.4 转差频率操控体系的特色 5.6.4 转差频率操控体系的特色 5.6.4 转差频率操控体系的特色 当电动机由三相平衡电压供电时，线电压的改动率 选用PWM办法供电时，线电压的跳变在瞬间完结，幅值为 因而， 很大 在电动机绕组的匝间和轴间发生较大的漏电流，不利于电动机的正常运转。 选用多重化技能，可有用下降电压改动率，但变频器主回路和操控将杂乱得多。 选用不行控整流的交-直-交变频器，能量不能从直流侧回馈至电网，沟通电动机作业在发电制动状况时，能量从电动机侧回馈至直流侧，导致直流电压上升，称为泵升电压。 电动机贮存的动能较大、制动时间较短或电动机长时间作业在发电制动状况时，泵升电压很高，严峻时将损坏变频器。 在直流侧并入一个制动电阻，当泵升电压到达必定值时，注册与制动电阻相串联的功率器材，经过制动电阻开释电能，以下降泵升电压。 在直流侧并入一组晶闸管有源逆变器或选用PWM可控整流，当泵升电压升高时，将能量回馈至电网，以约束泵升电压。 图5-36 带制动电阻的交-直-交变频器主回路 图5-37 直流侧并晶闸管有源逆变器的交-直-交变频器主回路 图5-38 PWM可控整流的交-直-交变频器主回路 因为直流侧存在较大的滤波电容，只需当输入沟通线电压幅值大于电容电压时，才有充电电流流转，沟通电压低于电容电压时，电流便停止。 电流波形具有较大的谐波重量，使电源遭到污染。 图5-39 电网侧输入电流波形 关于风机、水泵等调速功用要求不高的负载，能够依据电动机的稳态模型，选用转速开环电压频率调和操控的计划。 通用变频器操控体系 能够和通用的笼型异步电动机配套运用。 具有多种可供挑选的功用，适用于各种不同性质的负载。 因为体系自身没有主动约束起制动电流的效果，频率设定有必要经过给定积分算法发生陡峭的升速或降速信号， 电压/频率特性 当实践频率大于或等于额外频率时，只能坚持额外电压不变。而当实践频率小于额外频率时，一般是带低频补偿的恒压频比操控。 图5-40 转速开环变压变频调速体系 图5-41 数字操控通用变频器-异步电动机调速体系硬件原理图 体系硬件包含： 主电路、驱动电路、微机操控电路、信号收集与毛病归纳电路。 转速开环变频调速体系能够满意滑润调速的要求，但静、动态功用不行抱负。 选用转速闭环操控可进步静、动态功用，完结稳态无静差。 需添加转速传感器、相应的检测电路和测速软件等。 转速闭环转差频率操控的变压变频调速是依据异步电动机稳态模型的转速闭环操控体系。 异步电动机恒气隙磁通的电磁转矩公式 将 代入电磁转矩公式 ，得 电机结构常数 界说转差角频率 电磁转矩 转差率s较小，转矩可近似标明 坚持气隙磁通不变，在s值较小的稳态运转规模内，异步电动机的转矩就近似与转差角频率成正比。 在坚持气隙磁通不变的前提下，能够经过操控转差角频率来操控转矩，这就是转差频率操控的底子思想。 临界转差 最大转矩（临界转矩） 要确保体系安稳运转，有必要使 在转差频率操控体系中，体系答应的最大转差频率小于临界转差频率 用转差频率来操控转矩，是转差频率操控的底子规则之一。 图5-42 恒气隙磁通操控的机械特性 怎么坚持气隙磁通安稳，是转差频率操控体系要处理的第二个问题。 坚持气隙磁通安稳，异步电动机定子电压 有必要选用定子电压补偿操控，以抵消定子电阻和漏抗的压降。 定子电压补偿应该是幅值和相位的补偿，但操控体系杂乱。 疏忽电流相量相位改动的影响，仅选用幅值补偿，则电压–频率特性为 其间 高频时，定子漏抗压降占主导地位，可疏忽定子电阻，简化为 电压—频率特性近似呈线性； 低频时，定子电阻的影响不行疏忽，曲线呈现非线性性质。 高频时，近似呈线性； 低频时，呈非线 定子电压补偿操控的电压–频率特性 转矩底子上与转差频率成正比，条件是气隙磁通不变，且 在不同的定子电流值时，按定子电压补偿操控的电压–频率特性联络操控定子电压和频率，就能坚持气隙磁通安稳。 图5-44 转差频率操控的转速闭环变压变频调速体系结构原理图 六边形旋转磁场带有较大的谐波重量，这将导致转矩与转速的脉动。 要取得更多边形或挨近圆形的旋转磁场，就有必要有更多的空间方位不同的电压空间矢量以供挑选。 PWM逆变器只需8个底子电压矢量，能否用这8个底子矢量组成出其他多种不同的矢量呢？ 按空间矢量的平行四边形组成规则，用相邻的两个有用作业矢量组成希望的输出矢量，这就是电压空间矢量PWM（SVPWM）的底子思想。 按6个有用作业矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，当希望输出电压矢量落在某个扇区内时，就用与希望输出电压矢量相邻的2个有用作业矢量等效地组成希望输出矢量。 图5-27 电压空间矢量的6个扇区 按6个有用作业矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，每个扇区对应 底子电压空间矢量 图5-28 希望输出电压矢量的组成 希望输出电压矢量与扇区开端边的夹角 的线性组合构成希望的电压矢量 在一个开关周期 T0 图5-28 希望输出电压矢量的组成 的效果时间 的效果时间 组成电压矢量 由正弦定理可得 解得 零矢量的效果时间 两个底子矢量效果时间之和应满意 当 输出电压矢量最大幅值 当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相组成矢量幅值 基波相电压最大幅值 基波线电压最大幅值 SPWM的基波线电压最大幅值为 两者之比 SVPWM办法的逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比SPWM逆变器输出电压最多进步了约15%。 通常以开关损耗调和波重量都较小为准则，来组织底子矢量和零矢量的效果次序，一般在削减开关次数的一起，尽量使PWM输出波型对称，以削减谐波重量。 依照对称准则，将两个底子电压矢量的效果时间平分为二后，安放在开关周期的首端和结尾。 零矢量的效果时间放在开关周期的中心，并按开关次数最少的准则挑选零矢量。 在一个开关周期内，有一相的状况坚持不变，从一个矢量切换到另一个矢量时，只需一相状况发生改动，因而开关次数少，开关损耗小。 图5-29 零矢量会集的SVPWM完结 将零矢量均匀分为4份，在开关周期的首、尾各放1份，在中心放两份。 将两个底子电压矢量的效果时间平分为二后，插在零矢量间。 按开关次数最少的准则挑选矢量。 图5-30 零矢量散布的SVPWM完结 每个周期均以零矢量开端，并以零矢量完毕。 从一个矢量切换到另一个矢量时，只需一相状况发生改动。 在一个开关周期内，三相状况均各改动一次，开关损耗略大于零矢量会集的办法。 将占有π/3的定子磁链矢量轨道等分为N个小区间，每个小区间所占的时间 定子磁链矢量轨道为正6N边形，轨道更挨近于圆，谐波重量小，能有用减小转矩脉动。 在每个小区间内，定子磁链矢量的增量为 图5-31 希望的定子磁链矢量轨道 非底子电压矢量，有必要用两个底子矢量组成。 为了发生 定子磁链矢量的增量为 图5-32定子磁链矢量的运动的7步轨道 弧度内实践的定子 图5-33 N=4时，实践的定子磁链矢量轨道 磁链矢量轨道 定子磁链矢量轨道 弧度的定子 图5-34 定子旋转磁链矢量轨道 磁链矢量轨道 定子磁链矢量轨道 实践的定子磁链矢量轨道在希望的磁链圆周围动摇。N越大，磁链轨道越挨近于圆，但开关频率随之增大。 因为N是有限的，所以磁链轨道只能挨近于圆，而不行能等于圆。 8个底子输出矢量，6个有用作业矢量和2个零矢量，在一个旋转周期内，每个有用作业矢量只效果1次的办法，生成正6边形的旋转磁链，谐波重量大，导致转矩脉动。 用相邻的2个有用作业矢量，组成恣意的希望输出电压矢量，使磁链轨道挨近于圆。开关周期越小，旋转磁场越挨近于圆，但功率器材的开关频率将进步。 用电压空间矢量直接生成三相PWM波，核算简洁。 与一般的SPWM比较较，SVPWM操控办法的输出电压最多可进步15%。 PWM变频器的输出电压为等幅不等宽的脉冲序列，该脉冲序列可分解为基波和一系列谐波重量。 基波发生安稳的电磁转矩，而谐波重量则带来一些负面效应。 一般使PWM波正负半波镜对称和1/4周期对称，则三相对称的电压PWM波可用傅氏级数标明 当谐波次数k是3的整数倍时，谐波电压为零序重量，不发生该次谐波电流。因而，三相电流可标明为 三相感应电动势近似为正弦波 图5-35 单持平效电路 基波感应电动势与k次谐波电流传输的瞬时功率 k次谐波电流发生的电磁转矩 k次谐波电流发生的电磁转矩 5次和7次谐波电流发生6次的脉动转矩，11次和13次谐波电流发生12次的脉动转矩。 在PWM操控时，应按捺这些谐波重量。 当k持续增大时，谐波电流较小，脉动转矩不大，可疏忽不计。 图5-19 电流滞环盯梢操控的A相原理图 电流操控器是带滞环的比较器，环宽为2h。将给定电流与输出电流进行比较，电流误差超越±h时，经滞环操控器HBC操控逆变器上（或下）桥臂的功率器材动作。 图5-20 电流滞环盯梢操控时的三相电流波形与相电压PWM波形 电流滞环盯梢操控办法的精度高、呼应快，且易于完结。但功率开关器材的开关频率不定。 电流盯梢操控的精度与滞环的宽度有关，一起还遭到功率开关器材答应开关频率的约束。 当环宽选得较大时，开关频率低，但电流波形失真较多，谐波重量高； 假如环宽小，电流盯梢功用好，但开关频率却增大了。 实践运用中，应在器材开关频率答应的前提下，尽或许挑选小的环宽。 把逆变器和沟通电动机视为一体，以圆形旋转磁场为方针来操控逆变器的作业，这种操控办法称作“磁链盯梢操控”，磁链轨道的操控是经过替换运用不同的电压空间矢量完结的，所以又称“电压空间矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）操控”。 沟通电动机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间改动的，假如考虑到它们地点绕组的空间方位，能够界说为空间矢量。 界说三相定子电压空间矢量 k为待定系数 三相组成矢量 图5-21 电压空间矢量 的组成矢量 定子电流空间矢量 定子磁链空间矢量 空间矢量功率表达式 共轭矢量 考虑到 三相瞬时功率 按空间矢量功率与三相瞬时功率持平的准则 当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相组成矢量 以电源角频率为角速度作恒速旋转的空间矢量，幅值 在三相平衡正弦电压供电时，若电动机转速已安稳，则定子电流和磁链的空间矢量的幅值安稳，以电源角频率为电气角速度在空间作恒速旋转。 组成空间矢量标明的定子电压方程式 疏忽定子电阻压降，定子组成电压与组成磁链空间矢量的近似联络为 或 当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值安稳，其空间矢量以恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨道呈圆形（简称为磁链圆）。 定子磁链矢量 定子电压矢量 图5-22 旋转磁场与电压空间矢量的运动轨道 图5-23 电压矢量圆轨道 直流电源中点O’和沟通电动机中点O的电位不等，但组成电压矢量的表达式持平。 因而，三相组成电压空间矢量与参阅点无关。 PWM逆变器共有8种作业状况 当 依此类推，可得8个底子空间矢量 。 当 2个零矢量 6个有用作业矢量 幅值为 空间互差 图5-24 底子电压空间矢量图 6个有用作业矢量完结一个周期，输出基波电压角频率 6个有用作业矢量 每个有用作业矢量效果 次序别离效果△t时间，并使 k=1,2,3,4,5,6 定子磁链矢量的增量 定子磁链矢量运动方向与电压矢量相同，增量的幅值等于 定子磁链矢量的运动轨道为 图5-25 定子磁链矢量增量 图5-26 正六边形定子磁链轨道 在一个周期内，6个有用作业矢量次序效果一次，定子磁链矢量是一个关闭的正六边形。 正六边形定子磁链的巨细与直流侧电压成正比，而与电源角频率成反比。 在基频以下调速时，应坚持正六边形定子磁链的最大值安稳。 若直流侧电压安稳，则ω1越小时， △t越大，必定导致 增大。 要坚持正六边形定子磁链不变，有必要使 在变频的一起有必要调理直流电压，形成了操控的杂乱性。 有用的办法是刺进零矢量 当零矢量效果时，定子磁链矢量的增量 标明定子磁链矢量逗留不动。 有用作业矢量效果时间 当 零矢量效果时间 定子磁链矢量的增量为 在时间△t1段内，定子磁链矢量轨道沿着有用作业电压矢量方向运转。 在时间△t0段内，零矢量起效果，定子磁链矢量轨道逗留在原地，等候下一个有用作业矢量的到来。 正六边形定子磁链的最大值 在直流电压不变的条件下，要坚持 输出频率越低，△t越大，零矢量效果时间△t0也越大，定子磁链矢量轨道逗留的时间越长。 由此可知，零矢量的刺进有用地处理了定子磁链矢量幅值与旋转速度的对立。 安稳，只需使△t1为常数即可。 在基频以下运转时，选用恒压频比的操控办法具有操控简洁的长处。 但负载的改动时定子压降不同，将导致磁通改动，须选用定子电压补偿操控。 依据定子电流的巨细改动定子电压，以坚持磁通安稳。 为了使参阅极性与电动状况下的实践极性相吻合，感应电动势选用电压降的标明办法，由高电位指向低电位。 图5-12 异步电动机等值电路和感应电动势 气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势 定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势 转子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势 坚持定子磁通安稳： 定子电动势欠好直接操控，能够直接操控的只需定子电压，按 补偿定子电阻压降，就能够得到安稳子磁通。 常值 疏忽励磁电流，转子电流 电磁转矩 恒压频比操控时的转矩式 两式比较可知，安稳子磁通操控时转矩表达式的分母小于恒压频比操控特性中的同类项。 当转差率s相一起，选用安稳子磁通操控办法的电磁转矩大于恒压频比操控办法。 临界转差率 临界转矩 频率改动时，安稳子磁通操控的临界转矩安稳不变 。 比较可知 安稳子磁通操控的临界转差率大于恒压频比操控办法。 安稳子磁通操控的临界转矩也大于恒压频比操控办法。 坚持气隙磁通安稳： 定子电压 除了补偿定子电阻压降外，还应补偿定子漏抗压降。 常值 转子电流 电磁转矩 临界转差率 临界转矩 与安稳子磁通操控办法比较较，恒气隙磁通操控办法的临界转差率和临界转矩更大，机械特性更硬。 坚持转子磁通安稳： 定子电压 除了补偿定子电阻压降外，还应补偿定子和转子漏抗压降。 常值 转子电流 电磁转矩 机械特性完全是一条直线，能够取得和直流电动机相同的线性机械特性，这正是高功用沟通变频调速所要求的稳态功用。 图5-13 异步电动机在不同操控办法下的机械特性 a）恒压频比操控 b）安稳子磁通操控 c）恒气隙磁通操控 d）恒转子磁通操控 恒压频比操控最简单完结，它的变频机械特性底子上是平行下移，硬度也较好，能够满意一般的调速要求，低速时需恰当进步定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。 安稳子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的操控办法均需求定子电压补偿，操控要杂乱一些。 安稳子磁通和恒气隙磁通的操控办法尽管改进了低速功用。但机械特性仍是非线性的，仍遭到临界转矩的约束。 恒转子磁通操控办法能够取得和直流他励电动机相同的线性机械特性，功用最佳。 异步电动机变频调速需求电压与频率均可调的沟通电源，常用的沟通可调电源是由电力电子器材构成的停止式功率变换器，一般称为变频器。 交-直-交变频器：先将恒压恒频的沟通电整成直流，再将直流电逆变成电压与频率均为可调的沟通，称作直接变频。 交-交变频器：将恒压恒频的沟通电直接变换为电压与频率均为可调的沟通电，无需中心直流环节，称作直接变频。 图5-14 变频器结构示意图 a）交-直-交变频器 b）交-交变频器 现代变频器中用得最多的操控技能是脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称PWM。 底子思想是操控逆变器中电力电子器材的注册或关断，输出电压为幅值持平、宽度按必定规则改动的脉冲序列，用这样的高频脉冲序列替代希望的输出电压。 图5-15 交-直-交变频器主回路结构图 左面是不行控整流桥，将三相沟通电整流成电压安稳的直流电压。 右边是逆变器，将直流电压变换为频率与电压均可调的沟通电。 中心的滤波环节是为了减小直流电压脉动而设置的。 主回路只需一套可控功率级，具有结构、操控便利的长处，选用脉宽调制的办法，输出谐波重量小。 缺陷是当电动机作业在回馈制动状况时能量不能回馈至电网，形成直流侧电压上升，称作泵升电压。 选用直流母线供电给多台逆变器，能够削减整流设备的电力电子器材，逆变器从直流母线上罗致能量，还能够经过直流母线来完结能量平衡，进步整流设备的作业功率。 当某个电动机作业在回馈制动状况时，直流母线能将回馈的能量送至其他负载，完结能量沟通，有用地按捺泵升电压。 图5-16 直流母线办法的变频器主回路结构图 以频率与希望的输出电压波相同的正弦波作为调制波，以频率比希望波高得多的等腰三角波作为载波。 由它们的交点确认逆变器开关器材的通断时间，然后取得幅值持平、宽度按正弦规则改动的脉冲序列，这种调制办法称作正弦波脉宽调制（Sinusoidal pulse Width Modulation，简称SPWM）。 图5-17 三相PWM逆变器双极性SPWM波形 a) 三相正弦调制波与双极性三角载波 b）、c）、d）三相电压 e）输出线电压 f）电动机相电压 一般的SPWM变频器输出电压带有必定的谐波重量，为下降谐波重量，削减电动机转矩脉动，能够选用直接核算各脉冲开端与终了相位的办法，以消除指定次数的谐波。 在SPWM的基础上衍生出的“消除指定次数谐波PWM”（SHEPWM，Selected Harmonics Elimination PWM）操控技能。 图5-18 变压变频器输出的相电压PWM波形 要消除第k次谐波重量，只须令 基波幅值为所要求的电压值 电流盯梢PWM（CFPWM，Current Follow PWM）的操控办法是：在本来主回路的基础上，选用电流闭环操控，使实践电流快速跟从给定值。 在稳态时，尽或许使实践电流挨近正弦波形，这就能比电压操控的SPWM取得更好的功用。 带恒转矩负载作业时，定子侧输入的电磁功率 故电磁功率安稳不变，与转速无关。 均为常数 转差功率 跟着转差率的加大而添加。 带恒转矩负载的降压调速就是靠增大转差功率、减小输出功率来交换转速的下降。 添加的转差功率悉数耗费在转子电阻上，这就是转差功率耗费型的由来。 添加转子电阻值，临界转差率加大，能够扩展恒转矩负载下的调速规模，这种高转子电阻电动机又称作沟通力矩电动机。 缺陷是机械特性 较软。 图5-6 高转子电阻电动机（沟通力矩电动机）在不同电压下的机械特性 要求带恒转矩负载的调压体系具有较大的调速规模时，往往须选用带转速反应的闭环操控体系。 图5-7 带转速负反应闭环操控的沟通调压调速体系 当体系带负载安稳时，假如负载增大或减小，引起转速下降或上升，反应操控效果会主动调整定子电压，使闭环体系作业在新的安稳作业点。 依照反应操控规则，将安稳作业点连接起来就是闭环体系的静特性。 静特性左右两头都有极限，它们是额外电压下的机械特性和最小输出电压下的机械特性。 图5-8 转速闭环操控的沟通调压调速体系静特性 三相异步电动机直接接电网起动时，起动电流比较大，而起动转矩并不大。 中、大容量电动机的起动电流大，会使电网压降过大，影响其它用电设备的正常运转，乃至使该电动机自身底子起动不起来。 有必要采纳办法来下降其起动电流，常用的办法是降压起动。 当电压下降时，起动电流将随电压成正比地下降，然后能够避开起动电流冲击的顶峰。 起动转矩与电压的平方成正比，起动转矩的减小将比起动电流的下降更多，降压起动时又会呈现起动转矩不行的问题。 降压起动只适用于中、大容量电动机空载（或轻载）起动的场合。 三相异步电动机运转时的总损耗 电机的运转功率 为了削减轻载时的能量损耗，下降定子电压能够下降气隙磁通，这样能够一起下降铁损和励磁电流。 过火下降电压和磁通，转子电流必定增大，定子电流反而或许添加，铁损的下降将被铜损的添加添补，功率反而更差了。 当负载转矩必守时，轻载降压运转有一个最佳电压值，此刻功率最高。 变压变频调速是改动异步电动机同步转速的一种调速办法，同步转速随频率而改动 异步电动机的实践转速 稳态速降 随负载巨细改动 只需操控 便可操控气隙磁通 当异步电动机在基频（额外频率）以下运转时，假如磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种糟蹋；假如磁经过大，又会使铁心饱满，然后导致过大的励磁电流，严峻时还会因绕组过热而损坏电机。 最好是坚持每极磁通量为额外值不变。 当频率从额外值向下调理时，有必要使 基频以下应选用电动势频率比为恒值的操控办法。 恒压频比的操控办法 当电动势值较高时，疏忽定子电阻和漏感压降， 低频补偿（低频转矩进步） 低频时，定子电阻和漏感压降所占的份量比较显著，不能再疏忽。 人为地把定子电压举高一些，以补偿定子阻抗压降。 负载巨细不同，需求补偿的定子电压也不相同。 通常在操控软件中备有不同斜率的补偿特性，以供用户挑选。 a——无补偿 b——带定子电压补偿 图5-9 恒压频比操控特性 在基频以上调速时，频率从向上升高，遭到电机绝缘耐压和磁路饱满的约束，定子电压不能随之升高，最多只能坚持额外电压不变。 这将导致磁通与频率成反比地下降，使得异步电动机作业在弱磁状况。 图5-10 异步电动机变压变频调速的操控特性 基频以下选用恒压频比操控 异步电动机机械特性方程式改写为 当s很小时，疏忽上式分母中含s各项， 或 关于同一转矩，转速下降底子不变 在恒压频比的条件下把频率向下调理时，机械特性底子上是平行下移的。 临界转矩 跟着频率的下降而减小。 当频率较低时，电动机带载才能削弱，选用低频定子压降补偿，恰当地进步电压，能够增强带载才能。 转差功率 与转速无关，故称作转差功率不变型。 电压不能从额外值再向上进步，只能坚持不变，机械特性方程式可写成 临界转矩表达式 临界转差 当s很小时，疏忽上式分母中含s各项 或 带负载时的转速下降 关于相同的电磁转矩，角频率越大，转速下降越大，机械特性越软，与直流电动机弱磁调速类似。 转差功率 带恒功率负载运转时 转差功率底子不变。 图5-11 异步电动机变压变频调速机械特性 在基频以下，因为磁通安稳，答应输出转矩也安稳，归于“恒转矩调速”办法。 在基频以上，转速升高时磁通减小，答应输出转矩也随之下降，因为转速上升，答应输出功率底子安稳，归于“近似的恒功率调速”办法。 * * 第5章 依据稳态模型的异步电动机调速体系 或 电动机极对数 供电电源频率 同步转速 假定条件：①疏忽空间和时间谐波， ②疏忽磁饱满，③疏忽铁损 转子相电流（折合到定子侧） 疏忽励磁电流 机械同步角速度 最大转矩，又称临界转矩 临界转差率：对应最大转矩的转差率 转矩近似与s成正比，机械特性近似为直线 转矩近似与s成反比，机械特性是一段双曲线 异步电动机的机械特性 可知，能够改动的参数可分为3类： 电动机参数、电源电压和电源频率（或角频率）。 疏忽定子绕组电阻和漏磁感抗压降 为了坚持气隙磁通安稳，应使 或近似为 气隙磁通 随定子电压的下降而减小，归于弱磁调速。 TVC——双向晶闸管沟通调压器 a) 不行逆电路 b) 可逆电路 调压调速的机械特性表达式 电磁转矩与定子电压的平方成正比 抱负空载转速坚持为同步转速不变 临界转矩 随定子电压的减小而成平方比地下降 图5-5 异步电动机调压调速的机械特性 带恒转矩负载时，一般笼型异步电动机降压调速时的安稳作业规模为 调速规模有限，图中A、B、C为恒转矩负载在不同电压时的安稳作业点。 带风机类负载运转，调速规模能够稍大一些，图中D、E、F为风机类负载在不同电压时的安稳作业点。

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