变频器基础知识 变频器是把工频电源(50Hz 或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CP U 以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。 变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR(晶闸管)、G T O(门极可关断晶闸管)、B JT(双极型功率晶体管)、M OSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、S I TH(静电感应晶闸管)、M GT(MOS 控制晶体管)、M CT(MOS 控制晶闸管)、I GBT(绝缘栅双极型晶体管)、H VIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)的发展过程，器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM 模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣， 并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM 模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的V VVF 变频器已投入市场并获得了广泛应用。 变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器;按照开关方式分类，可以分为PAM 控制变频器、PWM 控制变频器和高载频PWM 控制变频器;按照工作原理分类，可以分为V/f 控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等;按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 V VVF ：改变电压、改变频率 CVCF ：恒电压、恒频率。各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均为400V/50Hz 或200V/60Hz(50Hz)，等等。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电(DC)。 用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。 变频器的工作原理 我们知道，交流电动机的同步转速表达式位： n =60 f(1-s)/p (1) 式中 n ———异步电动机的转速; f ———异步电动机的频率; s ———电动机转差率; p ———电动机极对数。 由式(1)可知，转速n 与频率f 成正比，只要改变频率f 即可改变电动机的转速，当频率f 在0～50Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。 变频器控制方式 低压通用变频输出电压为380～650V ，输出功率为0.75～400kW ，工作频率为0～400Hz ，它的主电路都采用交—直—交电路。其控制方式经历了以下四代。 1U /f=C 的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式 其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统 开关电源设计学习园地 https://www.doczj.com/doc/0b10160359.html,
直接转矩控制的基本原理和仿真研究 摘要：直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后，在交流传动领域内发展迅速的一种高性能调速技 术，该控制方法以其思路新颖、结构简单及性能良好等优点引起了广泛关注和研究。与矢量控制技 术不同，直接转矩控制技术采用定子磁场定向，直接将磁通和电磁转矩作为控制量，对电磁转矩的 控制更加简捷快速，提高了系统的动态响应能力。由于直接转矩控制技术本身的固有优势，使直接 转矩控制的理论研究和技术开发越来越受到重视，进展的步伐也越来越快。本文将直接转矩控制技 术应用于异步电机中，从异步电机的数学模型出发，介绍了直接转矩控制技术的基本理论。在深入 剖析原理的基础上将直接转矩算法模块化，在Simulink环境下建立了异步电机直接转矩近似圆形 磁链控制系统仿真模型。仿真结果表明，直接转矩控制技术动态响应能力快，控制方法直接，但是 低速性能较差，低速状态下存在转矩脉动过大，定子电流畸变严重等缺点。 关键字：直接转矩控制，异步电机，simulink The Basic Principle and Simulation Study of Direct Torque Control Kong Fei,Ye Zhen,Shao Zhuyu
电力电子技术在轨道交通牵引系统中的 发展
电力电子技术在轨道交通牵引系统中的发展 第一组 电力牵引传动与电力电子器件存在相互促进和相互依存的密切关系，电力传动是按照直一直传动、交一直传动再到交一直一交传动的过程发展的，而为了满足这一发展历程，离不开电力电子器件和现代计算机控制技术的高速发展。现代电力电子器件的发展迅猛，开发周期愈来愈短，如快速晶闸管、GTO晶闸管、GIBT、IPM等，每种新器件的诞生都迫使我们加快了对新器件的基础应用研究，从而促进了牵引传动方式的进步。 1轨道车辆牵引领域电力电子器件的发展 1.1 电力电子器件的发展 自1957 年晶闸管问世，标志着电力电子技术的诞生，从此电子技术向两个分支发展。一支是以晶体管集成电路为核心形成对信息处理的微电子技术，其发展特点是集成度愈来愈高，集成规模越来越大，功能越来越全。另一支是以晶闸管为核心形成对电力处理的电力电子技术，其发展特点是晶闸管的派生器件越来越多，功率越来越大，性能越来越好。 传统的电力电子器件已发展到相当成熟的阶段，但在实际中却存在两个制约其继续发展的致命因素。一是控制功能上的欠缺，因为通过门极只能控制其开通而不能控制其关断，属于半控型器件。二是此类器件立足于分立元件结构，开通损耗大，工作频率难以提高，一般情况下难以高于400Hz，因而大大地限制了其应用范围。因此，半控制器件的发展已处于停滞状态。 到了70 年代末，可关断晶闸管(GTO)器件日趋成熟，标志着电力电子器件已经从半控型器件发展到全控制型器件。进入80 年代以后，伴随着GTO器件的发展及成熟，MOS 器件的开发则繁花似锦。绝缘栅双极晶体管(IGBT)独占鳌头。至此电力电子器件又从电流控制型器件发展到电压控制型器件。90 年代，电力电子器件又在向智能化、模块化方向发展，力求将电力器件与驱动电路、保护电路、检测电路等集成在一个芯片或模块内，使装置更趋小型化、智能化，其典型器件是IPM。而IGCT 器件既具有IGBT 器件的开关特性，同时又具有GTO 器件的导通特性，且制造成本较低(与GTO和IGBT相比)，可以获得和GTO晶闸管一样的产量，即其集IGBT与GTO二者优势于一身，预计今后会在更多的
1 运动控制系统的任务是通过对电动机电压、电流、频率等输入电量的控制，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。（运动控制系统框图） 2. 运动控制系统的控制对象为电动机，运动控制的目的是控制电动机的转速和转角，要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的电磁转矩，使转速变化率按人们期望的规律变化。因此，转矩控制是运动控制的根本问题。 第1章可控直流电源-电动机系统内容提要 相控整流器-电动机调速系统 直流PWM变换器-电动机系统 调速系统性能指标 1相控整流器-电动机调速系统原理 2.晶闸管可控整流器的特点 （1）晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用电子控制。（2）晶闸管的控制作用是毫秒级的，系统的动态性能得到了很大的改善。 晶闸管可控整流器的不足之处 晶闸管是单向导电的，给电机的可逆运行带来困难。 晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感，超过允许值时会损坏晶闸管。 在交流侧会产生较大的谐波电流，引起电网电压的畸变。需要在电网中增设无功补偿装置和谐波滤波装置。 3.V-M系统机械特 4.最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。 5.（1）直流脉宽变换器根据PWM变换器主电路的形式可分为可逆和不可逆两大类 （2）简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统 （3）有制动电流通路的不可 逆PWM-直流电动机系统 （4）桥式可逆PWM变换器 （5）双极式控制的桥式可逆PWM变换器的优点 双极式控制方式的不足之处 （6）直流PWM变换器-电动机系统的能量回馈问题 ”。（7）直流PWM调速系统的机械特性 6..生产机械要求电动机在额定负载情况下所需的最高转速和最低转速之比称为调速范围，用字母D来表示（D的表达式） 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时电动机转速的变化率，称为静差率s。 D与s的相互约束关系 对系统的调速精度要求越高，即要求s越小，则可达到的D必定越小。 当要求的D越大时，则所能达到的调速精度就越低，即s越大，所以这是一对矛盾的指标。第二章闭环控制的直流调速系统 内容提要 ?转速单闭环直流调速系统 ?转速、电流双闭环直流调速系统 调节器的设计方法 1.异步电动机从定子传入转子的电磁功率可分成两部分：一部分是机械轴上输出的机械功率；另一部分是与转差率成正比的转差功率。.异步电动机按调速性能分类第一类基于稳态模型，动
变频器基础知识 一、变频器的定义 通常所说的变频器，是指将频率固定的电源（如50Hz三相交流电）变成频率可变的电源（如在0～50Hz之间随意变换）的转换设备。如果原有电源的频率为0（即为直流电源供电），则变频器可以省去直流变换环节，退化成单一的逆变器（DC→AC）。 二、变频器的分类 从不同的角度，可以对变频器进行不同的分类。 1、按电压等级不同，变频器可分为：高压变频器、中压变频器、低压变频器 按照国际惯例，电压≥10kV时称高压，1-10kV为中压，小于1kV时称低压，与其电压范围相对应的变频器分别称为高压变频器、中压变频器、低压变频器。 在我国，习惯上把10KV、6kV或3kV的电机称为高压电机，相应的电压为10KV、6kV或3kV的变频器均称高压变频器。平常所说的“高-高”、“高-低-高”、“高-低”只是变频器的不同应用形式。 2、按主回路结构不同，变频器可分为：交-直-交变频器，交-交变频器。交-直-交变频器 1）交-直-交变频器先将电网交流电用整流电路整成直流电，再用逆变电路将直流电转换为频率可变的交流电。整流电路、直流回路、逆变电路是交-直-交变频器的三个基本组成部分。 整流电路可以是不控的（二极管全波整流）、也可以是可控的，如果是可控整流，则它也能工作在逆变状态，将直流回路的能量逆变回电网。
逆变电路肯定是可控的，主要功能是将直流回路电能变成交流电输出给电机。如果电机工作在发电工况时（比如制动场合），逆变电路工作在整流状态，将电机的能量送到直流回路。 交-交变频器 2）交-交变频器没有直流回路，每相都由两个相互反并联的整流电路组成，正桥提供正向相电流，反桥提供负向相电流。 3、按储能方式不同，变频器可分为：电流源型、电压源型。 电流源型变频器 1）电流源型： 电流源变频器输入采用可控整流，控制电流的大小。中间采用大电感，对电流进行平滑。逆变桥将直流电流转换为频率可变的交流电流，供给交流电机。在电流源变频器中，直接受控量是电流。整流桥控制电流大小，逆变桥控制电流频率，电机侧得到的是幅值和频率可变的方波电流。 特点：①电流源变频器具有很好的抗过流能力，甚至负载短路都不会导致变频器损坏。②由于整流桥输出电压可以为负，从而进入逆变状态工作，实现能量由变频器向电网的回馈，可用于频繁正反转或需要制动的场合。 缺点：其网侧功率因数不高，电流谐波较大。 2）电压源型：
电动机知识 变频器的六大调速方法 1.变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。二、[1]方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交变频器。其特点：效率高，调速过程中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机；调速范围大，特性硬，精度高；技术复杂，造价高，维护检修困难。本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。变频调速分为基频以下调速和基频以上调速，基频以下调速属于恒转矩调速方式，基频以上调速属于恒功率调速方式。 2.串级调速方法 串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装臵，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为：可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高；装
臵容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70%-90%的生产机械上；调速装臵故障时可以切换至全速运行，避免停产；晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。变频器调速原理及调速方法 3.绕线式电动机转子串电阻调速方法 绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。 4.定子调压调速方法 当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在2：1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。调压调速的主要装臵是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点：调压调速线路简单，易实现自动控制；调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。 5.电磁调速电动机调速方法 电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源(控制器)三部分组成。直流励磁电源功率较小，通常由
直流电机由定子和电枢两大组成部分组成。√ 直流电机中，换向器的作用是直流电转为交流电 在直流电机中，电枢的作用是将交流电变为直流电 直流电动机的换向电流大，换向时火花愈强 直电动机的定子由机座、（主磁极）、换向圾、电刷装置、端盖等组成 直流电动机结构复杂、价格贵、制造麻烦、维护困难、但是（启动性能好）、调速范围大。 直流电动机的转子由电枢铁心、（电枢绕组）及换向器等部件组成。直流电机中，换向极的作用是改善换向，所以只要装置换向极都能起到换向的作用。× 根据励磁支路和电阻支路的相互关系，自励有哪些方式。并励，串励，复励 直流电机的控制方法不包括（定子电压调节法）。 哪种方法适用于电机基速（额定转速）以下的调速调节。电枢电压调节法 磁场调节法是通过调节磁极绕组励磁电流，改发磁极磁通量如来调节电机的转速。磁极绕组励磁电流 如何改变旋转磁场的方向（交换其中任意两相的输入电流） 三相异步电机在正常运行状态时转子转速n是（0 A 三相异步电机的机械特性是指转速与（电磁转矩T）之间的关系 三相异步电机的基本调速方法有（直接转矩控制,矢量控制（FOC））矢量控制的思想是模拟直流电机，求出交流电机电磁转矩与之对应的（磁场）和（电枢电流） 直接转矩控制在定子坐标下，通过检测电机定子电压和电流计算电机的（磁链）和（转矩），并且根据与给定值比较所得差值，实现直接控制。 下列哪项是矢量控制的特点（调速范围很宽，控制响应速度快，对转矩实行较为精确地控制） 三相永磁同步电机直接转矩控制主要包括（滞环比器，转速调节器，空间电压矢开关表，磁链估计，转矩估计，域判断环节） 直接转矩控制将两个滞环比较器输出值和区域判断作为空间电压矢量开关表的输入量，得到一组控制脉冲，去控制（三相逆变器）的通断，从而控制三相永磁同步电机。 斩波指的是（直流-直流变换（DC/DC变换）） MCU上接低压蓄电池的负极的是几号（24） 电机旋转变压器有几条信号线（6） 属于全控型器件（可关断晶闸管，功率场效应管，绝缘栅双极晶体管）由栅极G控制的器件（MOSFET，IGBT） 异步电动机稳态数学模型包括异步电动机稳态等值电路和机械特性 变压变频调速是改变异步电动机同步转速的一种调速方法，同步转速随频率而变化 基频以下应采用电动势频率比为恒值的控制方式。 当电动势值较高时，忽略定子电阻和漏感压降， 低频补偿（低频转矩提升） 低频时，定子电阻和漏感压降所占的份量比较显著，不能再忽略。 人为地把定子电压抬高一些，以补偿定子阻抗压降。 负载大小不同，需要补偿的定子电压也不一样。 在基频以上调速时，频率从向上升高，受到电机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变。 这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。 ● 在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属于“恒转矩调速”方式。当频 率较低时，电动机带载能力减弱，采用低频定子压降补偿，适当地提高电压，可以增强带载能力。 ● 在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出转矩也随之降低，由于转速上升，允 许输出功率基本恒定，属于“近似的恒功率调速”方式。 恒定子磁通控制：保持定子磁通恒定： 常值 恒气隙磁通控制：保持气隙磁通恒定： 常值 恒转子磁通控制保持转子磁通恒定： 常值 ● 恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式均需要定子电压补偿，控制要复杂一些。 ● 恒定子磁通和恒气隙磁通的控制方式虽然改善了低速性能。但机械特性还是非线性 的，仍受到临界转矩的限制。 ● 恒转子磁通控制方式可以获得和直流他励电动机一样的线性机械特性，性能最佳。 零矢量集中的实现方法 按照对称原则，将两个基本电压矢量的作用时间平分为二后，安放在开关周期的首端和末端。 零矢量的作用时间放在开关周期的中间，并按开关次数最少的原则选择零矢量。 在一个开关周期内，有一相的状态保持不变，从一个矢量切换到另一个矢量时，只有一相状态发生变化，因而开关次数少，开关损耗小。 g s E U ≈=1/f E s 1/g E ω=1 /r E ω =00 2sin sin()sin 33d d s u ππθ θ== -s 01sin( ) 3 d T t U πθ= -s 02sin d T t U θ = 2 100t t T t --= 晶闸管触发电路和整流电路的放大系数和传递函数： 晶闸管触发电路和整流电路的特性是非线性的。在一定的工作范围内近似地看成线性环节，晶闸管触发和整流装置的放大系数Ks可由工作范围内的特性斜率决定的。在动态过程中可把晶闸管触发和整流装置看作是一个纯滞后环节，滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时间引起的。晶闸管一旦导通后控制电压的变化在该器件关断以前不起作用等到下一个自然换相点以后，当控制电压Uc所对应的下一相触发脉冲来到时才能使输出整流电压Udo发生变化，造成整流电压滞后于控制电压。失控时间是个随机值。最大失控时间Tsmax是两个相邻自然换相点之间的时间，滞后环节的输入为阶跃信号1(t)，输出要隔一定时间后才出现响应1(t-Ts)。输入输出关系为：传递函数为在电流连续的条件下，可以把整流装置近似看作一阶惯性环节。 脉宽调制变换器的作用是用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。PWM控制与变换器的动态模型与晶闸管触发与整流装置基本一样。当控制电压改变时，PWM变换器输出平均电压按线性规律变化，但其响应有延时，最大时延为一个开关周期，故PWM装置也可以看做是一个滞后环节，可看做是一阶惯性环节。 闭环调速系统的静特性测速反馈环节 比例调节器电压比较环节 电力电子变换器直流电动机 开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系：开环机械特性为 比例控制闭环系统的静特性为 1闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多 在同样的负载扰动下，开环系统的转速降落 闭环系统的转速降落它们的关系是 2闭环系统的静差率要比开环系统小得多 闭环系统的静差率为开环系统的静差率为 当时， 3如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围 如果电动机的最高转速都是nN，最低速静差率都是s，可得开环时 闭环时得到 比例控制的直流调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而保证在一定静差率要求下，能提高调试范围，为此，需设置电压放大器和转速检测装置。 电流截止负反馈 电流反馈信号取自串入电动机电枢回路中的小阻值电阻Rs，IdRc正比于电流。独立的直流电源作为比较电压Ucom，其大小可用电位器调节，在IdRc与Ucom之间串接一个二极管VD，当IdRc> Ucom时，二极管导通，电流负反馈信号Ui即可加到放大器上去；当IdRc≤Ucom时，二极管截止， Ui消失。利用稳压管VST的击穿电压Ubr作为比较电压Ucom 。截止电流Idcr=Ucom/Rs。当输入信号IdRc-Ucom>0时，输出Ui=IdRc-Ucom，当IdRc-Ucom≤ 0时，输出Ui=0。 双闭环直流调速系统：转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅 黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训 电气工程专业2013年作业 说明： 初级职称学员“专业课作业一”为填空题1-6题；“专业课作业二”为问答题1-3题。 中、高级职称学员“专业课作业”为问答题全部；同时提交3000字左右“学习心得”一篇。 所有学员均需按要求提交“公需课作业”。 作业提交时间：以网站通知为准。 二、问题答 1、对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电动机机械特性越软，调速范围越大吗？ 答：带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为0〈s 〈sm,sm本来就不大，因此调速范围也不大。降压调速时，机械特性变软，但sm不变，故调速范围不变。 2、异步电动机变频调速时，为何要电压协调控制？在整个调速范围内，保持电压恒定是否可行？为何在基频以下时，采用恒压频比控制，而在基频以上保持电压恒定？ 答：因为定子电压频率变化时，将导致气隙磁通变化，影响电动机工作。在整个调速范围内，若保持电压恒定，则在基频以上时，气隙磁通将减少，电动机将出力不足；而在基频以下时，气隙磁通将增加，由于磁路饱和励磁电流将过大，电动机将遭到破坏。因此保持电压恒定不可行。在基频以下时，若保持电压不变，则气隙磁通增加，由于磁路饱和，将使励磁电流过大，破坏电动机，故应保持气隙磁通不变，即保持压频比不变，即采用恒压频比控制；而在基频以上时，受绕组绝缘耐压和磁路饱和的限制，电压不能随之升高，故保持电压恒定。 3、异步电动机变频调速时，基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式？为什么？所谓恒功率或恒转矩调速方式，是否指输出功率或转矩恒定？若不是，那么恒功率或恒转矩调速究竟是指什么？ 答：在基频以下调速，采用恒压频比控制，则磁通保持恒定，又额定电流不变，故允许输出转矩恒定，因此属于恒转矩调速方式。在基频以下调速，采用恒电压控制，则在基频 v1.0 可编辑可修改 晶闸管触发电路和整流电路的放大系数和传递函数： 晶闸管触发电路和整流电路的特性是非线性的。在一定的工作范围内近似地看成线性环节，晶闸管触发和整流装置的放大系数Ks可由工作范围内的特性斜率决定的。在动态过程中可把晶闸管触发和整流装置看作是一个纯滞后环节，滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时间引起的。晶闸管一旦导通后控制电压的变化在该器件关断以前不起作用等到下一个自然换相点以后，当控制电压Uc所对应的下一相触发脉冲来到时才能使输出整流电压Udo发生变化，造成整流电压滞后于控制电压。失控时间是个随机值。最大失控时间Tsmax是两个相邻自然换相点之间的时间，滞后环节的输入为阶跃信号1(t)，输出要隔一定时间后才出现响应1(t-Ts)。输入输出关系为：传递函数为在电流连续的条件下，可以把整流装置近似看作一阶惯性环节。 脉宽调制变换器的作用是用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。PWM控制与变换器的动态模型与晶闸管触发与整流装置基本一样。当控制电压改变时，PWM变换器输出平均电压按线性规律变化，但其响应有延时，最大时延为一个开关周期，故PWM装置也可以看做是一个滞后环节，可看做是一阶惯性环节。 闭环调速系统的静特性测速反馈环节 比例调节器电压比较环节电力电子变换器直流电动机 开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系：开环机械特性为 比例控制闭环系统的静特性为 1闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多 在同样的负载扰动下，开环系统的转速降落 闭环系统的转速降落它们的关系是 2闭环系统的静差率要比开环系统小得多 闭环系统的静差率为开环系统的静差率为 当时， 3如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围 如果电动机的最高转速都是nN，最低速静差率都是s，可得开环时 闭环时得到 比例控制的直流调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而保证在一定静差率要求下，能提高调试范围，为此，需设置电压放大器和转速检测装置。 电流截止负反馈 电流反馈信号取自串入电动机电枢回路中的小阻值电阻Rs，IdRc正比于电流。独立的直流电源作为比较电压Ucom，其大小可用电位器调节，在IdRc与Ucom之间串接一个二极管VD，当IdRc> Ucom时，二极管导通，电流负反馈信号Ui即可加到放大器上去；当IdRc≤Ucom时，二极管截止， Ui消失。利用稳压管VST的击穿电压Ubr作为比较电压Ucom 。截止电流 天津理工大学中环信息学院教案首页 题目：电气传动基础知识（总第2讲） 讲授内容提要： 电气传动系统的负载特性、变频器及其特点。 教学目的： 掌握电气传动系统的负载特性，掌握变频器及其特点的相关知识。 教学重点： 重点电气传动系统的三种典型负载特性。 教学难点： 电气传动系统的负载特性。 采用教具和教学手段： 多媒体图片展示及实物展示。 授课时间：2014年9月2日授课地点：第一教学楼1218 教室注：此页为每次课首页，教学过程后附；以每次（两节）课为单元编写教案。 第二讲 1.3 电气传动系统的负载特性 阻转矩：何机械在运行过程中，都有阻碍其运动的力或转矩，称之为阻力或阻转矩。负载转矩在极大多数情况下，都呈阻转矩性质。 电气传动系统的负载特性：包负载机械特性和负载功率特性。 负载机械特性通常是指负载阻转矩与负载轴上转速之间的关系。 负载功率特性通常是指负载消耗的功率与负载轴上转速之间的关系。 电气传动系统的负载特性一般分为三种类型：恒转矩负载特性、恒功率负载特性、二次方率负载特性。 1、转矩负载特性 恒转矩负载是指那些负载转矩的大小，仅仅取决于负载的轻重，而与转速大小无关的负载。 转矩特点：T L ＝ 常数 功率特点：：P L ＝9550 L L n T ∝n L ,负载功率与转速成正比 2、恒功率负载特性 恒功率负载指负载转矩T L 的大小与转速n 成反比，而其功率基本维持不变的负载。各种薄膜的卷取机械是恒功率负载的典型例子之一。 功率特点：P L ＝Fv ＝常数，负载功率的大小与转速的高低无关。 转矩特点：T L ＝Fr ，F —— 卷取物的张力，r —— 卷取物的卷取半径。 根据负载的机械功率P L 和转矩T L 、转速n L 之间的关系，有： L L L n P T 9550= ,即负载阻转矩的大小与转速成反比。 3、二次方率负载特性 二次方律负载是指转矩与速度的二次方成正比例变化的负载，例如：风扇、风机、泵、螺旋桨等机械的负载转矩。 负载转矩：T L ＝T 0+K T 2L n 负载功率：P L ＝P 0+K P 3L n （T 0 、P 0分别为电动机轴上的转矩损耗和功率损耗）(K T 、K P 分别为二次方律负载的转矩常数和功率常数) 特别提示：事实上，无论是哪一类负载特性，即使在空载的情况下，电动机的输出轴上也会有空载转矩0T 和空载损耗0P ，如磨擦转矩及其功率损耗等。因此严格地讲，负载阻转矩表达式应为L L T T T +=0' ，负载消耗的功率表达式为L L P P P +=0' 。 1.4 变频器及其特点 异步电动机调速系统的种类很多，但是效率最高、性能最好、应用最广泛的是变频调速系统，其中的关键是如何把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的 电力拖动自动控制系统 交卷时间：2016-01-01 18:57:12 一、判断题 1. (5分) 闭环系统的静特性比开环系统机械特性硬的多。（） ? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对 解析 2. (5分) 在正常运行时，转速调节器是不会达到饱和状态（） ? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案错 解析 3. (5分) 逻辑控制无环流可逆调速系统由于没有环流，不用设置环流电抗器。（）? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对 解析 4. (5分) 异步电动机变压变频调速时转差功率不变。（） ? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对 解析 5. (5分) 直接矢量控制系统是一种磁链开环的矢量控制系统。（） ? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案错 解析 6. (5分) 转速闭环有静差调速系统的控制规律是依靠被调量的偏差进行控制的，即静差存在是调速系统工作的必要条件。（） ? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对 解析 7. (5分) 对于有环流控制系统的可逆晶闸管-电动机系统，在一般情况下允许让两组晶闸管同时处于整流状态。（）? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案错 解析 8. (5分) 在直流电动机调速系统中，动态速降越小，系统的稳定性就越好。（） ? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对 解析 9. (5分) 在直接转矩控制中，转矩的大小通过改变定子磁链运动轨迹的平均速度来控制。（） ? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对 解析 10. (5分) 通过坐标变换虽使异步电动机数学模型简化，但其非线性、多变量、强耦合的性质未改变。（）? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对 解析 11. (5分) 带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为零。（）? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案错 解析 12. (5分) 一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。（）? ? 得分：0知识点：电力拖动自动控制系统作业题展开解析 答案对 解析 13. 什么是变频器？ 各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均为400V/50Hz 或200V/60Hz（50Hz），等等。 把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。 为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。 把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inv erter。 用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。 变频器的英文含义 VVVF：Variable Voltage and Variable Frequency的缩写。 Drive 通用 Frequency Converter 欧州常用 AC Drive 欧美常用 inverter 日本常用 变频器有关基本词汇 变流器converters 整流rectifying-rectification 整流器rectifier 逆变inverting-inversion 逆变器inverter 转矩脉动torque pulsation 脉宽调制(PWM) pulse width modulation 谐波harmonic 矢量控制(VC) vector control 直接转矩控制(DTC) direct torque control 四象限运行Four quadrant operation 再生(制动) Regeneration 直流制动 d.c braking 漏电流leak current 滤波器filter 电抗器reactor 电位器potentiometer 编码器encoder, PG (pulse generator) 定子stator 转子rotor 变频器和软启动器的根本区别 变频器：变频变压。主要作用 调速 节能 软起动 软启动器：仅改变电压。主要作用 降低起动电流 减缓机械冲击 减少线路压降 电机的转速 变频器所拖动的电机为感应式交流电动机，也称交流异步电动机。 交流电机控制技术模拟试卷4 一、判断题（10分） 将√或者X填入下面各题的（）中： 1. 直接转矩控制是直接分析交流电动机的模型，控制电动机的磁链和转矩。( ) 2. 直接转矩控制电压空间矢量的选择一是考虑顺序；二是考虑给出时刻。（） 3. 异步电动机矢量控制中，空间矢量是由三相电磁量合成的。（） 4. 在矢量控制中以同步角速度旋转的坐标系是dq坐标系。（） 5. 交交变频器输出电压波形是由输入电网电压的“片段”构成的。（） 6. 交-交变频器的最大输出频率和市网电压频率一样，为50Hz。（） 7. 规则采样法的采样区间是等宽的（） 8. 串联二极管的电流型逆变器换流中的尖峰电压出现在二极管换流时刻（） 9. 在选择逆变器的开关器件时，可以不考虑元件承受反压的时间。（） 10. 交直交变频器是直接变频器。（） 二、选择题（10分） 从（A）、（B）、（C）、（D）中选择正确的答案，填入下面各题的（）中： 1. 变频技术中正弦脉冲宽度调制的英文缩写是（） A．GTR B. SPWM C. IPM D. IGBT 2．基频以下变频调速时为了维持最大转矩恒定，在较低频率时应适当提高（）。 A.定子电流 B.定子电压 C. 电源频率 D. 电机转速 3. 由D触发器构建的环形分配器，如果在任意时刻都有两个Q端输出1，则可得到宽（）的六路脉冲输出。 A.180° B. 120° C. 150° D. 不确定 4. 带辅助晶闸管的电压逆变器的辅助晶闸管导通产生一个（）脉冲。 A.窄 B. 宽 C. 和主晶闸管一样的 D. 宽度变化的 5. 120°导电型的三相桥式逆变电路的换流是在（）之间进行的。 A. 同一相的上下桥臂 B. 相邻相的上下桥臂 C. 相邻相的上桥臂或者下桥臂 D. 不确定桥臂 6. 电流型变频器带异步电动机在制动状态下运行时，变频器的逆变器处于（）状态。 A. 逆变 B.整流 C.截止 D.无法确定 7.变频调速系统控制单元通过（）判断给定电动机的正、反转指令。 A. 绝对值运算器 B.极性鉴别器 C. 函数发生器 D. 比较器 8. 磁场轨迹法采用相邻电压矢量作为辅助矢量，在主矢量u(123)转换为主矢量u(234)以前，采用（）作为辅助矢量。 A. u (234) B. u (612) C. u (561) D. u (456) 9.交交变频器工作时，正、反两组变流器交替工作。如果输出电压电流相位差大于90°，说明电动机工作在（）状态。 A. 电动 B. 制动 C.空载 D.额定 10. 异步电动机矢量控制系统的3/2坐标变换，是（）坐标之间的变换。 A. 两个静止 B. 静止和旋转 C. 静止和同步旋转 D.直角和极 三、填空题（20分） 1．变频调速时，在基频以下通常采用（）变频调速，其协调控制原则为（）等于常数；在基频以上一般采用（）变频调速，其协调控制原则为（）等于常数。基频以下调速时为了维持最大转矩恒定，在低频下应适当提高（）。 2.交—直—交变频调速系统主电路主要由三部分组成，分别为（），（），自动控制系统重要知识点
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