电气控制技术与PLC第2版教学课件ppt作者徐文尚第六章变频调速器课件.ppt

由图6-3可见，变频器主要由主回路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制回路组成，变频器基本构成分述如下。 (1) 整流器。整流器的作用是把三相（也可以是单相）交流整流成直流。 (2) 逆变器。最常见的结构形式是利用六个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。有规律地控制逆变器中主开关的通断，可以得到任意频率的三相交流输出。 (3) 中间直流环节。由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会为 1，因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲。所以又常称中间直流环节为中间直流储能环节。 (4) 控制电路。控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。控制方法可以采用模拟控制或数字控制。高性能的变频器目前已经采用计算机进行全数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件来完成各种功能。由于软件的灵活性，数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的功能。 6.2.2 变频器调速方式 变频调速时，需要同时调节逆变器的输出电压和频率，以保证电机主磁通的恒定。对输出电压的调节主要有两种方式PAM方式和PWM方式。 (1) PAM 方式。 图6-6 PAM的含义 脉冲幅值调节（Pulse Amplitude Modulation，PAM）方式，如图6-6所示。在变频器中，逆变器只负责调节输出频率，而输出电压幅值的调节靠整流器或其他环节完成，由于这种控制方式必须同时对整流电路和逆变电路两个部分进行控制，控制电路比较复杂，而且低速运行时转速波动较大，因而现在较少采用这种控制方式。 (2) PWM 方式。 脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）方式，是在逆变电路部分同时对输出电压的幅值和频率进行控制的控制方式。 变频器中的整流器采用不可控的二极管整流电路，变频器的输出频率和输出电压的调节均由逆变器完成。在这种控制方式中，以较高频率对逆变电路的半导体开关元器件进行通断，并通过改变输出脉冲的宽度来达到控制电压的目的。 通过调节脉冲宽度和各脉冲间的占空比来调节逆变后输出电压的平均值，如图6-7所示，频率较高时，脉冲的占空比较大，频率较低时，脉冲的占空比较小，但两者的振幅值是一样的。PWM的优点是不必控制直流侧，因而大大简化了电路，但是电流的谐波分量是很大的。 (a)频率较高 (b)频率较低 图6-7 PWM的含义 (3) SPWM方式。 为了使异步电动机在进行调速运转时能够更加平滑，目前在变频器中多采用正弦波PWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM))控制方式，即通过改变 PWM 输出的脉冲宽度，使输出电压的平均值接近正弦波。这种方式也被称为 SPWM 控制，如图6-8所示。 图6-8 SPWM的含义 SPWM波形的脉冲宽度和占空比的大小按正弦波规律分布，当正弦值较大时，脉冲宽度和占空比都大；当正弦值较小大时，脉冲宽度和占空比都小。SPWM的优点是：由于电动机的绕组具有电感性，因此，尽管电压是由一系列的矩形脉冲构成的，但通入电动机的电流和正弦波十分接近。 产生SPWM脉冲系列的基本方法是各脉冲的上升沿与下降沿由正弦波和三角波的交点来决定，具体方法又分单极性调制和双极性调制两种。 1．单极性调制 特点是在每个周期内，三角波的极性是单方向的，所得到的脉冲系列的极性也是单方向的，如图6-9所示。通常，正弦波成为调制波，三角波成为载波。 调制时，三角波的振幅是不变的，当正弦波的振幅值较大时，则调制所得到的脉冲系列的占空比较大。如图6-9中的a图曲线1，反之，当正弦波的振幅值较小时，则调制所得的脉冲系列的占空比也较小。如图6-9中的a图曲线2所示。 在改变频率时，正弦波的频率随给定频率而变，三角波的频率原则上也跟着一起变化，但变化规律在不同的变频器中不尽相同；如正弦波的振幅按比值U1x/fx和给定频率fx同时