马昕教授电力拖动与运动控制课件5-交流调速基础

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1、马　昕北京化工大学计算机模拟与系统安全工程研究中心教育部化工安全工程研究中心国家安全生产监督管理总局危险化学品生产系统故障预防及监控基础实验室北京化工大学信息科学与技术学院第四章交流调速基础2021/7/15第四章　交流调速基础2主要内容概述交、直流调速系统比较交流调速的难点和复杂性交流调速系统的技术突破交流调速系统的主要应用领域交流调速涉及的知识电力变换电路变频器的基本构成跟踪型PWM控制重点内容2021/7/15第四章　交流调速基础3（1）交、直流调速系统的比较直流电动机的固有缺点：工艺复杂，成本高；换向器的换向能力限制了直流电动机的容量和速度；

2、电枢火花限制了直流电动机的安装环境；转子发热，电机效率低；可靠性较差，增加了维护和保养的工作量（1）交、直流调速系统的比较比较内容直流电动机交流电动机结构以及制造有电刷，制造复杂无电刷，结构简单重量/功率约2倍1倍体积/功率约2倍1倍价格/功率几倍1倍最大容量12MW~14MW几十MW最大转速1000r/min左右数千r/min最高电枢电压1kV6kV~10kV安装环境要求高要求低维护较多较少调速性能好复杂2021/7/15第四章　交流调速基础5（1）交、直流调速系统的比较交流调速优于直流调速之处：在大功率负载情况下，交流调速性价比最优；交流调速系统

3、可满足高速运行要求；在易燃易爆多尘场合，交流调速系统无需过多维护；交流调速系统成本较之直流调速系统明显降低；中压交流调速系统可以节省变电站容量；交流电动机易于同某些生产机械形成机电一体化产品2021/7/15第四章　交流调速基础6（2）交流调速的难点和复杂性交流调速系统的难点主要来自于：交流电动机的数学模型造成转矩控制困难与其相关的电子器件和微处理器更新换代的速度制约了交流调速系统的发展速度调速系统的精度和成本又使交流调速系统的应用复杂化2021/7/15第四章　交流调速基础7（3）交流调速系统的技术突破电力电子技术的发展微机以及数字信号处理技术的发

4、展现代控制理论的应用以及交流调速原理的发展和成熟2021/7/15第四章　交流调速基础8（4）交流调速系统的主要应用领域主要应用方向：以节能为目的的改恒速为调速的系统以少维护省力为目的的取代直流调速的系统直流调速难以实现的领域具体应用实例：轧钢工业、石油工业、机械工业、化工工业2021/7/15第四章　交流调速基础9主要内容概述交流调速涉及的知识电力变换电路2021/7/15第四章　交流调速基础102.交流调速涉及的知识被控对象：交流电动机控制内容：理论基础：自控原理（古典控制、现代控制）主电路（变频器＋电动机）控制电路（硬件：单片机、PLC、PC、

5、DSP）（软件：交流电动机控制方案（VVVF、VCS、DTC））变频器2021/7/15第四章　交流调速基础11主要内容概述交流调速涉及的知识电力变换电路变频器的基本构成跟踪型PWM控制2021/7/15第四章　交流调速基础123.电力变换电路整流器（AC=>DC）逆变器（DC=>AC）变频器（AC=>AC）双整流器反并联（AC=>AC）整流器＋逆变器（AC=>DC=>AC）无源逆变2021/7/15第四章　交流调速基础13交－交变频（直接变频）交－直－交变频（间接变频）ＰＷＭ变频器变频器基本结构变流器平滑电路逆变器控制器电源IM～pp73（1）变频

6、器的基本构成2021/7/15第四章　交流调速基础14①交－交变频器交－交变频ACACCVCFVVVF50Hz变频器的基本构成2021/7/15第四章　交流调速基础15单相交－交变频电路原理工作原理无环流工作方式一组工作，另一组封锁两组变流器按一定频率交替工作给负载输出某频率交流电变频器的基本构成2021/7/15第四章　交流调速基础16工作原理对反并联变流器晶闸管的控制角连续进行交变的相位调制，则可输出连续的交流电改变控制角变化的快慢和大小，可以控制输出交流电的频率和幅值变频器的基本构成2021/7/15第四章　交流调速基础17特点：一次变流，直接

7、变换效率高，但可调频率范围窄输出电压由输入电压的某些部分构成，低频波形好按电网电压过零自然换流，变流器容量可以很大可以方便地实现4象限工作所用功率元件数量较多功率因数较低适用范围：大容量低速传动变频器的基本构成2021/7/15第四章　交流调速基础18②交－直－交变频器电压型逆变器：直流侧是电压源电流型逆变器：直流侧是电流源整流ACDCACCVCF中间直流环节VVVF50Hz逆变变频器的基本构成比较内容电压型逆变器电流型逆变器直流回路滤波环节电容器电抗器输出电压波形矩形波与负载有关输出电流波形与负载功率因数有关矩形波输出动态阻抗小大输入功率因数0.8

8、~0.850.75~0.85回馈制动不能，需另设反并联逆变器能，无需任何附加设备过流及短路保护困难容易动态响