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交流变压变频调速系统气工程及其自动化论文(3)

2013-04-30 18:25
恒Eg /w1控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到Frm = Constant，从而改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。
恒 Er /w1控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通Frm 恒定进行控制，即得：Er /w1 = Constant，而且在动态中也尽可能保持Frm恒定是矢量控制系统的目标，当然实现起来是比较复杂的。
（3）基频以上恒压变频时的机械特性
在基频以上变频调速时，由于定子电压 Us= UsN 不变，式（4-4）的机械特性方程式可写成：
              （4-20）
而式（4-10）的最大转矩表达式可改写成：
           （4-21）
同步转速的表达式仍和式（4-7）一样。
由此可见：当角频率提高时，同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上移，而形状基本不变，如图所示。
 
图4-8 基频以上恒压变频调速的机械特性
由于频率提高而电压不变，气隙磁通势必减弱，导致转矩的减小；但转速升高了，可以认为输出功率基本不变，所以基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。
以上所分析的机械特性都是在正弦波电压供电下的情况，如果电压源含有谐波，将使机械特性受到扭曲，并增加电机中的损耗，因此在设计变频装置时，应尽量减少输出电压中的谐波。
4.2 电力电子变压变频器
如前所述，对于异步电机的变压变频调速，必须具备能够同时控制电压幅值和频率的交流电源，而电网提供的是恒压恒频的电源，因此应该配置变压变频器，又称VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）装置。
最早的VVVF装置是旋转变频机组，即由直流电动机拖动交流同步发电机，调节直流电动机的转速就能控制交流发电机输出电压和频率。自从电力电子器件获得广泛应用以后，旋转变频机组已经无例外地让位给静止式的变压变频器了。 （科教作文网 zw.nseac.com整理）
4.2.1交-交变频器
交-交变压变频器的基本结构如下图所示，它只有一个变换环节，把恒压恒频（CVCF）的交流电源直接变换成VVVF输出，因此又称直接式变压变频器。有时为了突出其变频功能，也称作周波变换器（Cycloconveter）。
 
图4-9 交-交（直接）变压变频器
常用的交-交变压变频器输出的每一相都是一个由正、反两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路。也就是说，每一相都相当于一套直流可逆调速系统的反并联可逆线路。
 
图4-10 交-交变压变频器每一相的可逆线路
近年来又出现了一种采用全控型开关器件的矩阵式交-交变压变频器，类似于 PWM控制方式，输出电压和输入电流的低次谐波都较小，输入功率因数可调，能量可双向流动，以获得四象限运行，但当输出电压必须为正弦波时，最大输出输入电压比只有0.866。
4.2.2 变压变频调速系统中的脉宽调制技术
（1）PWM调制原理
以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。
 
图4-11 PWM调制原理
按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效，这种调制方法称作正弦波脉宽调制（Sinusoidal pulse width modulation，简称SPWM），这种序列的矩形波称作SPWM波。
（2）SPWM控制方式
如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。 大学排名
如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式。
a）单极性PWM控制方式
 
b）双极性PWM控制方式
 
（3）PWM调制方法
载波比——载波频率 fc与调制信号频率fr之比N,即N = fc / fr。根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制和同步调制。
a）异步调制
异步调制——载波信号和调制信号不同步的调制方式。通常保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化的；
在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小；当fr增高时，N 减小，一周期内的脉冲数减少，PWM 脉冲不对称的影响就变大。
b）同步调制
同步调制——N 等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步。
为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数；三相电路中公用一个三角波载波，且取 N 为3的整数倍，使三相输出对称。
c）分段同步调制
把fr范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段N不同。在fr高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高；在fr低的频段采用较高N，使载波频率不致过低。
 
图4-12 分段同步调制方式
d）混合调制
可在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近。
（4）PWM逆变器主电路及输出波形
 
图4-13  三相桥式PWM逆变器主电路原理图
 
图4-14 三相桥式PWM逆变器的双极性SPWM波形
图4-14为三相PWM波形，其中： 、 、 为U，V，W三相的正弦调制波，uc为双极性三角载波； 、 、  为U，V，W三相输出与电源中性点N’之间的相电压矩形波形； 为输出线电压矩形波形，其脉冲幅值为+Ud和-Ud； 为三相输出与电机中点N之间相电压。

本文来自中国科教评价网

4.3 基于安川变频器的交流调速控制系统
随着节能的普及和工业自动化的推广，变频器的使用越来越多，每年在中国有上百亿的销售额。安川变频器是世界知名的变频器之一，由安川电机株式会社生产，在世界各地占有率比较高。
安川变频器全称为“安川交流变频调速器”，主要用于三相异步交流电机，用于控制和调节电机速度。现在安川电机公司在中国上海市有设有生产厂，专门生产：CIMR-G/CIMR-F/ CIMR-E/CIMR-L等系列的变频器。