转速开环交直交电流源变频调速系统.docx

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转速开环交直交电流源变频调速系统

学号：

中州大学电机及拖动课程设计

题目：

转速开环交-直-交电流源变频调速系统

姓名：

xxx

专业：

09电气自动化（对口）

班级：

电气一班

指导老师：

xxx

2010年6月30日

中文摘要

20世纪后半叶，变频调速技术的出现和日益完善，成为电力拖动领域的一个重大事件。

由于这门技术的发展，使结构简单牢固、价格低廉、应用普及的交流异步电动机有了性能良好的调速手段。

变频调速技术的全面推广，是一个实践性工作，必然是大多数电气工程技术人员需要掌握的知识。

交-直-交变频调速系统有整流、滤波、逆变等部分组成。

交流电源经整流、滤波、逆变后变成直流电源，再通过逆变器有规则的导通和截止，是输出频率可变的电源。

交流电机变频调速在频率范围、动态响应、调速精度、低频转矩、输出性能、功率因数、工作效率、节电降耗、使用方便等方面是以往的交流调速方式无法比拟的。

它以体积小、重量轻、通用性强、工艺先进、保护功能完善、设计思想丰富、可靠性高、操作简便等优点深受电力、冶金、矿山、石油、化工、自来水等行业的欢迎。

关键字：

交-直-交电流源、变频、调速、转速开环

TheEnglishabstract

20century,variable-frequencyregulatingspeedtechnologyandincreasinglyperfect,becomeamajorpowerdragevents.Duetothedevelopmentoftechnology,simplestructure,lowcost,strongcommunicationapplicationpopularizeasynchronousmotorshavegoodperformanceofthecontrolmethod.Variable-frequencyregulatingspeedtechnologyofcomprehensivepromotion,isapracticalwork,mustbemostelectricalengineeringandtechnicalpersonnelneedtomastertheknowledge.

Pay-straight-intospeed-adjustedsystemhaverectifier,filtering,inverter,etc.Theacpowerrectifier,filtering,inverter,againafterintodcpowersupplybyinverterhaverulesofconductionanddeadline,thevariablefrequencypoweroutput.Acmotorspeedinfrequencyrange,thedynamicresponsespeedandaccuracy,lowtorqueoutputperformance,andpowerfactor,theworkefficiencyandsavingenergy,useconvenientcommunicationiseveraspectsofspeedwayandincomparable.Itwithsmallvolume,lightweight,versatility,advancedtechnology,goodprotectingfunction,designthoughtrich,highreliability,simpleoperationadvantagesbyelectricpower,metallurgy,mine,petroleum,chemicalindustry,wateretc.

Keywords:

straightinto-intocurrentsourceandfrequency-speed,speedandopenloop

目录

中文摘要2

TheEnglishabstract3

前言4

转速开环的交-直-交电流源型变频器5

一、转速开环系统6

1.1开环系统定义6

1.2开环的特点6

1.3开环系统与闭环系统的区别6

二、交-直-交电流源型变频器6

2.1变频调速系统简介6

2.2交-直交电流源型变频器的特点7

2.3交-直-交电流源型变频器的一般性原理分析7

2.4变频器的分类8

2.5变频器的构成9

三、电流型变频器的有关计算10

3.1直流侧电压∪d：

10

3.2直流侧电流Id:

11

3.3逆变侧晶闸管承受的电压、电流11

参考文献12

前言

电动机作为提供旋转运动的主要动力装置，被广泛应用于各种生产设备和家用电器中，而变频调速技术对电动机节能降耗和改善工艺控制起到了积极作用。

近年来，随着功率电子学、微电子学、计算机技术和现代控制理论的飞速发展和广泛应用，变频调速技术已蓬勃发展起来，取得了令人惊叹的进步。

交流变频调速装置是企业技术改造和节能降低的理想设备，毫无疑问，这种调速方式将成为工矿企业驱动系统的中枢，成为各方面专家关心的中心问题。

交流变频调速技术是电力电子技术、微电子技术、控制技术高度发展的产物。

本文介绍了变频调速的主要工作原理。

交流电机变频调速在频率范围、动态响应、调速精度、低频转矩、输出性能、功率因数、工作效率、节电降耗、使用方便等方面是以往的交流调速方式无法比拟的。

变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

根据变频过程中有无中间直流环节，电力电子变频器可分为交-交变频器和交-直-交变频器两类。

交-直-交变频器是将工频交流电源变成直流，然后再经过逆变器将直流电变换成可控频率的交流电。

根据直流侧电源性质的不同，交-直-交变频器又可分为电压源型和电流源型两种。

本次课程设计主要针对交-直-交变频器来进行分析设计。

变频调速技术涉及许多学科理论知识，其实践领域覆盖面又极其广泛，由于本人学识水平和实践领域有限，出现偏差和遗漏在所难免，恳切希望能得到批评和指正。

转速开环的交-直-交电流源型变频器

一、转速开环系统

1.1开环系统定义

开环控制系统又称为无反馈控制系统，就是系统的输出端与输入端之间不存在反馈，这样的系统称开环系统。

1.2开环的特点

开环控制是指控制装置与被控对象之间只有按顺序工作，没有反向联系的控制过程,按这种方式组成的系统称为开环控制系统,其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响，没有自动修正或补偿的能力。

1.3开环系统与闭环系统的区别

①控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样的系统称开环。

与闭环控制系统相对。

②同闭环控制系统相比，开环控制系统的结构要简单得多。

③开环控制系统主要是用于增强型的系统。

而闭环控制系统则抓要勇于削弱型的系统

二、交-直-交电流源型变频器

2.1变频调速系统简介

　　过去电机调速多采用直流调速系统，其优点是调速易于实现，性能好，缺点是电刷打火、维护困难、使用环境受限制。

由于交流电机能克服直流电机的固有缺点，所以人们一直想以交流调速代替直流调速。

30年代就有人提出了有关理论；60年代，电力电子技术的发展，促进了交流调速技术的发展；进入80年代，交流变频调速装置的产品化，不仅发挥了交流调速的优点，而且很好地解决了交流电机调速性能不好的缺点，使交流电机调速不断完善，大有逐步取代直流电机调速的可能。

2.2交-直交电流源型变频器的特点

　交-直-交电流源型变频器中间直流环节采用大电感滤波，因而直流电流脉动很小，近似为电流源，具有高阻抗特性，大电感同时又起到缓冲负载无功能量的作用。

逆变器的开关只改变电流的方向，三相交流输出电流波形为矩形波或阶梯波，而输出电压波形及相位随负载不同而变化。

由于直流侧电压可以迅速改变甚至反向，所以动态响应比较快，而且当负载电动机运行于再生制动状态时，不需像电压源变频器那样在整流侧反并联逆变桥，若交-直变换采用可控整流器，再生能量就可以方便地回馈到交流电网。

因此主电路结构简单，安全可靠，非常适用于大容量或要求频繁正、反转运行的系统。

2.3交-直-交电流源型变频器的一般性原理分析

变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：

n=60f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；

通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。

变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。

变频改造原理图如图

（1）所示：

2.4变频器的分类

⑴按结构分

变频器主电路的结构形式可分为交－直－交变频器和交－交变频器。

交－直－交频器首先通过整流电路将电网的交流电整流成直流电，再由逆变电路将直流电逆变为频率和幅值均可变的交流电。

交－直－交变频器主电路结构如图2

图2

交－交变频器把一种频率的交流电直接变换为另一种频率的交流电，中间不经过直流环节，又称为周波变换器。

⑵按滤波器的类型分

对交－直－交变频器，电压型变频器与电流型变频器的主要区别在于中间直流环节采用什么样的滤波器。

图3

电流型变频器的中间直流环节采用大电感滤波，见图3波形比较平直，使施加于负载上的电流值稳定不变，基本不受负载的影响，其特性类似于电流源，所以称之为电流型变频器。

电流型变频器逆变输出的交流电流为矩形波或阶梯波，当负载为异步电动机时，电压波形接近于正弦波。

电流型变频器的整流部分一般采用相控整流，或直流斩波，通过改变直流电压来控制直流电流，构成可调的直流电源，达到控制输出的目的。

⑶按调制方式分

交－直－交变频器根据VVVF调制技术不同，分PAM和PWM两种。

PAM是把VV和VF分开完成的，称为脉冲幅值调制（PulseAmplitudeModulation）方式，简称PAM方式。

PWM是将VV与VF集中于逆变器一起来完成的，称为脉冲宽度调制（PulseWidthModulation）方式，简称PWM方式。

2.5变频器的构成

变频器一般可分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。

变频器的集成块如图4所示：

三、电流型变频器的有关计算

3.1直流侧电压∪d：

∪d=AU

-2nUdf

U—电动机的线电压（V）；

A—三相整流桥电压转换系数（取1.35）；

—负载功率因数；

Udf—晶闸管管压降（约1—2V）；

n—同一桥臂晶闸管串联元件数。

3.2直流侧电流Id:

Id=

I

3.3逆变侧晶闸管承受的电压、电流

1.逆变侧晶闸管承受的正、反电压

UVTId

+

UNsin

`

2.逆变侧晶闸管承受的最大正反电压为

UVTm=Ucm

3.逆变侧晶闸管流过的电流IVT在晶闸管导电角为1200时，以下式计算：

IVT=

总结

变频调速技术已深入我们生活的每个角落，变频技术的应用已经从高性能领域扩展至通用驱动及专用驱动场合，乃至变频空调、冰箱、洗衣机等家用电器。

随着科技的高速发展，这些技术还会得到广泛应用。

心得

在这次课程设计中，我在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、设计的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是，在设计，我还学会了很多学习的方法和知识。

最重要的是要感谢我们的老师您，谢谢老师给予的支持和教导，再就要感谢和我一起为课程设计忙碌着的同学，这些天的忙碌没有白费，在互助的基础上，我们换得了知识，增温了友情，在共同进步的基础上，又能保持一种愉悦的心情来完成这课题。

在就是我相信以后我会以更加积极地态度对待我的学习、对待我的生活。

我的激情永远不会结束，相反，我会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。

快乐至上，我们享受过程，而不是结果

参考文献

1.吴忠智，黄立培，吴加林.调速用变频器及配套设备选用指南（第二版）.北京：

机械工业出版社，2006；

3.吕汀，石红梅.变频技术原理与应用.北京：

机械工业出版社，2006；

5.许振茂.变频调速装置及其调试、运行与维护[M].北京：

兵器工业出版社，1994.

6.韩安荣,通用变频器及其应用（第2版）.北京：

机械工业出版社,2003

7.张松林,电机及拖动基础习题集与实验指导书机.北京：

机械工业出版社,1996