自动控制系统
第六章 交流异步电动机变压变频调速系统
本章主要问题：
1． 在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？
2． 交-直-交电压源型变频器调压、调频的有哪几种电路结构,并说明各种电压结构的优缺点。 3． SPWM控制的思想是什么?
4． 什么是1800导通型变频器？什么是1200导通型变频器？ 5． 电压、频率协调控制有几种控制方式，各有哪些特点？
6． 在转速开环恒压频比控制系统中，绝对值单元GAB的作用？函数发生器GFC的作用？如
何控制转速正反转。 7． 总结恒U1?1、恒Eg?1、恒Er?1三种控制方式的特点。
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§6-1 交流调速的基本类型
要求：掌握交流调速哪几种基本类型有以及各种调速方法的特点。 目的：能根据不同应用场合选择出相应的调速方式。 重点、难点：变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 主要内容（交流调速的基本类型、变频调速的基本要求）
思考： 1. 交流异步电动机调速的方式有哪几种？并写出各方式的优缺点？
2. 在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？
教学设计：交流调速的基本类型采用多媒体课件讲授，用大量的实例，说明几种类型的应用场合。
复习感应电动机转速表达式：
n?n0(1?s)?
60f1(1?s) np?变极调速：笼型异步机??调压（定子电压）?异步电动机调速方法： ??异步电动机?调转子电阻：绕线式、电磁转差离合器??变转差率调速?串级调速（转差电压）：绕线式???变频调速：绕线式、笼?型??
§6-2 变频调速的构成及基本要求
目的、教学要求：掌握变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 重点、难点：变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 主要内容（变频调速的基本要求）
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思考：在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？
教学设计：教师从交流异步电动机的结构、工作原理出发，利用多媒体课件讲解。
一、变频调速的基本要求
下面我们首先从磁通的作用与特点出发，分析变频调速的基本原理。 众所周知，三相异步电动机，定子每相电动势的有效值是：
Eg?4.44f1N1kN1?m
则
?m?EgE1?Kg
4.44N1kN1f1f1结论：为了保持?m不变，在改变电源频率f1的同时，必须按比例改变感应电动势Eg，才能有效地利用铁心。
1． 基频以下调速
由上式可知，要保持?m不变，使
Egf1.?常值
....U1?Eg?(R1?jω1L1l)I1?Eg?ZI1
如果频率不是很低的话，定子的阻抗压降是很小的，所以，一般近似认为U1?Eg则 U1?常值 f1这就是恒压频比控制方式的来由，那么如果频率很低的话，阻抗压降不能忽略的情况下，又会出现什么情况呢？
低频时，U1和Eg都较小，这时，可以人为地把电压U1抬高一些，以便近似地补偿定子压降。带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于下图的b线，无补偿的控制特性则为a线。
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2．基频以上调速
当外加电源的频率超过电动机的额定频率时，即基频以上，电压不能上升，保持气隙磁通近似恒定，电压恒定而频率增加时，将迫使磁通与频率成反比例减小，为恒功率调速，弱磁升速。
结论：V/F控制必须是改变频率的同时，改变逆变器的输出电压，才能保证调速电机的效率、功率因数不下降。
应用场合上：V/F控制比较简单，多用于通用型变频器、风机泵类的节能、生产流水线的工作台传动、空调和家电等。
§6-3 静止式变频装置简介
目的、教学要求：了解间接变频装置构成及控制方式，掌握电压源和电流源交-直-交变频器主要特点、交-直-交电压源变频器工作原理
重点、难点：交-直-交电压源变频器工作原理、及其输出电压波形分析
主要内容：间接变频装置构成及控制方式，掌握电压源和电流源交-直-交变频器主要特点、交-直-交电压源变频器工作原理。 思考及作业：
1. SPWM控制的思想是什么?
2. 什么是180°导通型变频器？什么是120°导通型变频器？
3. 交-直-交电压源型变频器调压、调频的有哪几种电路结构,并说明各种电压结构的优缺点。 教学设计：间接变频装置构成部分，在电力电子技术课程中讲授过，以复习的方式，由学生讲解，老师总结。难点部分教师在黑板上详细讲解，如：交-直-交电压源变频器工作原理、及其输出电压波形分析。120°导通型波形分析由学生自行分析。
?直接变频静止式变频装置?
?间接变频（应用较多）
一、间接变频装置构成及控制方式 下面首先介绍间接变频装置。
右图给出了间接变频装置的主要构成环节，接着来比较一下三种电路的结构及其优缺点
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二、电压源和电流源变频器
从变频电源的性质上看，变频器又可分为电压源变频器和电流源变频器两大类。
本部分用表格的形式重点讲解电压源与电流源的特点，其主要区别在于它们采用了不同的贮能元件来缓冲无功能量。不同的贮能元件的应用，导致了它们具有不同的特点：输出电压波形、输出电流波形、输出阻抗、能否实现回馈制动、动态过程的快慢以及对晶闸管的要求等。最后根据这些特点说明各自的适用范围。 三、交-直-交电压源变频器工作原理 1．主电路结构
电压源型三相六拍式交-直-交变频器主电路原理如下图
电路特点：①由相控整流电路、滤波电容和有源逆变电路构成，逆变器开关用全控型器件GTR ② 变器由主晶体管VT1~VT6和续流二极管VD1~VD6（也称反馈二极管）组成。（如VT1关断
时由VD4 接续A相负载电流。）
③ 续流二极管的作用是当
主开关元件关断时，接续感性负载电流,具有续流
二极管是电压源变频器的又一特征。 2．输出电压波形分析
交-直-交电压源变频器主电路
000三相逆变器有两种工作方式，分别称之为180导通型和120导通型。以180导通型为例讲解其工作原理。（120°的由学生自学）
在180导电型工作方式下，逆变器每只晶体管的导通角均为180(为输出周期的1/2)。 工作原理：设逆变器输出波形周期为T，仍每隔T/6按VT1~VT6的次序依次开通六个主开关元件，并按惯例，一个周期用360来表示。六只晶体管的导通表如下表。
从表中可以看出，此时每一瞬间均有三只晶体管处于导通状态，它们分别处于不同的桥臂上，换流则按规定的顺序在同一桥臂的上、下两晶体管之间进行，一个周期中的工作情况及输出电压波形如下图所示。
从图中可以看出，当逆变器采用180导电方式时，变频器输出相电压为阶梯波，线电压为间断式矩形波，波形的幅值取决于相控整流器输出直流平均电压值Ud的大小。频率则取决于VT1~VT6换流频率，。显然两者均可人为控制，因而不难达到VVVF的要求。由于在每一个输出电源周期内产生六次切换动作，故称此类变频器为三相六拍式变频器。
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§6-4 正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器
目的、教学要求：掌握正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器的基本工作原理 重点、难点：SPWM逆变器工作原理、SPWM脉冲波的获得的方法
主要内容：SPWM逆变器工作原理、SPWM脉冲波的获得的方法、全控型三相桥SPWM变频器的主电路、调制方法、电流跟踪式PWM变频器工作原理。
思考及作业：①单极式调制和双极式调制的区别是什么？ ②获得SPWM控制信号的方法有几种？
教学设计：教师首先在黑板上详细讲解SPWM控制思想，然后用动画演示SPWM波形成过程。以讨论的形式研究电流跟踪式PWM变频器工作原理。 主要特点：
1) 变频器的输出环节为SPWM调制波，
输出功率因数提高，输出波形正弦度好。
2) 逆变器在调频的同时实现调压，与中间直流环节的元件参数无关，加快了系统的动态响应； 3) 可获得比常规六拍阶梯波更好的输出电压波形，能抑制或消除低次谐波，使负载电机可在近 正弦波的交变电压下远行，转矩脉动小，大大扩展了拖动系统调速范围，并提高了系统的性能。
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第六章 交流异步电动机变压变频调速系统精讲
