[工學(xué)]電力電子技術(shù)的應(yīng)用(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 逆變電路的能量是可以雙向流動的，若負(fù)載能量反饋到中間直流電路，將導(dǎo)致電容電壓升高，稱為 泵升電壓 。 1）電壓型間接交流 變流電路 圖 107 不能再生反饋的電壓型間接交流變流電路 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院 1018 使電路具備 再生反饋電力 的能力的方法 ： 帶有 泵升電壓限制電路 的電壓型間接交流變流電路。 當(dāng)泵升電壓超過一定數(shù)值時，使 V0導(dǎo)通，把從負(fù)載反饋的能量消耗在 R0上。 圖 10－ 8 帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路 利用 可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反饋 的電壓型間接交流變流電路。 當(dāng)負(fù)載回饋能量時，可控變流器工作于有源逆變狀態(tài)，將電能反饋回電網(wǎng)。 圖 10－ 9 利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反饋的電壓型間接交流變流電路 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院 1019 整流和逆變均為 PWM控制 的電壓型間接交流變流電路。 整流和逆變電路的構(gòu)成完全相同，均采用 PWM控制，能量可雙向流動。輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)高，且可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)四象限運(yùn)行。 圖 8－ 10 整流和逆變均為 PWM控制的電壓型間接交流變流電路 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院 1020 2） 電流型間接交流變流電路 整流電路為不可控的二極管整流時，電路不能將負(fù)載側(cè)的能量反饋到電源側(cè)。 圖 10 不能再生反饋電力的電流型間接交流變流電路 圖 1011 采用可控整流的 電流型間接交流變流電路 為使電路具備再生反饋電力的能力，可采用： 整流電路采用晶閘管可控整流電路。 負(fù)載回饋能量時，可控變流器工作于有源逆變狀態(tài)，使 中間直流電壓反極性。 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院 1021 整流和逆變均為 PWM控制的電流型間接交流變流電路 通過對整流電路的 PWM控制使輸入電流為正弦并使輸入功率因數(shù)為 1。 圖 1013 整流和逆變均為 PWM控制的電流型間接交流變流電路 圖 1012 電流型交 直 交 PWM變頻電路 實(shí)現(xiàn)再生反饋的電路圖 負(fù)載為三相異步電動機(jī)，適用于較大容量的場合。 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院 1022 晶閘管 直流 電動機(jī)傳動系統(tǒng)存在一些固有的 缺點(diǎn) ： (1) 受使用環(huán)境條件制約； (2) 需要定期維護(hù)； (3) 最高速度和容量受限制等。 交流 調(diào)速傳動系統(tǒng)除了克服直流調(diào)速傳動系統(tǒng)的缺點(diǎn)外還具有： (1) 交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高； (2) 節(jié)能； (3) 高精度，快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院 1023 交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式 采用變頻調(diào)速方式時，無論電機(jī)轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率的消耗基本不變，系統(tǒng)效率是各種交流調(diào)速方式中最高的，具有顯著的節(jié)能效果，是交流調(diào)速傳動應(yīng)用最多的一種方式。 籠型異步電動機(jī)的定子頻率控制方式有： (1) 恒壓頻比 (U/f)控制； (2) 轉(zhuǎn)差頻率控制； (3) 矢量控制； (4) 直接轉(zhuǎn)矩控制等。 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院 1024 交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式 1） 恒壓頻比控制 為避免電動機(jī)因頻率變化導(dǎo)致磁飽和而造成勵磁電流增大 ,引起功率因數(shù)和效率的降低 ， 需對變頻器的電壓和頻率的比率進(jìn)行控制 ， 使該比率保持恒定 ， 即恒壓頻比控制 ， 以維持氣隙磁通為額定值 。 恒壓頻比控制是比較簡單 ， 被廣泛采用的控制方式 。該方式被用于轉(zhuǎn)速開環(huán)的交流調(diào)速系統(tǒng) ， 適用于生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速系統(tǒng)的靜 、 動態(tài)性能要求不高的場合 。 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院 1025 交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式 轉(zhuǎn)速給定既作為調(diào)節(jié)加減速的頻率 f 指令值，同時經(jīng)過適當(dāng)分壓，作為定子電壓 U1的指令值。該比例決定了 U/f比值，可以保證壓頻比為恒定。 在給定信號之后設(shè)置的給定積分器，將階躍給定信號轉(zhuǎn)換為按設(shè)定斜率逐漸變化的斜坡信號 ugt，從而使電動機(jī)的電壓和轉(zhuǎn)速都平緩地升高或降低，避免產(chǎn)生沖擊。 圖 1014 采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院 1026 交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式 給定積分器輸出的極性代表電機(jī)轉(zhuǎn)向，幅值代表輸出電壓、頻率。絕對值變換器輸出 ugt的絕對值 uabs，電壓頻率控制環(huán)節(jié)根據(jù) uabs及 ugt的極性得出電壓及頻率的指令信號，經(jīng) PWM生成環(huán)節(jié)形成控制逆變器的 PWM信號，再經(jīng)驅(qū)動電路控制變頻器中 IGBT的通斷，使變頻器輸出所需頻率、相序和大小的交流電壓，從而控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。 圖 1014 采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院 1027 交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式 2） 轉(zhuǎn)差頻率控制 在穩(wěn)態(tài)情況下 ， 當(dāng)穩(wěn)態(tài)氣隙磁通恒定時 ， 異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)差角頻率成正比 。 因此 ， 控制 ws就相當(dāng)于控制轉(zhuǎn)矩 。 采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的轉(zhuǎn)差頻率控制 ， 使定子頻率 w 1 = wr + ws ， 則 w 1隨實(shí)際轉(zhuǎn)速 wr增加或減小 ，得到平滑而穩(wěn)定的調(diào)速 ， 保證了較高的調(diào)速范圍 。 轉(zhuǎn)差頻率控制方式可達(dá)到較好的靜態(tài)性能 ， 但這種方法是基于穩(wěn)態(tài)模型的 ， 得不到理想的動態(tài)性能 。 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院 1028 交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式 3） 矢量控制 異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型是高階 、 非線性 、 強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng) 。 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無法達(dá)到理想的動態(tài)性能 。 矢量控制方式基于異步電機(jī)的按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的動態(tài)模型 ， 將定子電流分解為勵磁分量和與此垂直的轉(zhuǎn)矩分量 ， 參照直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法 ， 分別獨(dú)立地對兩個電流分量進(jìn)行控制 ， 類似直流調(diào)速系統(tǒng)中的雙閉環(huán)控制方式 。 控制系統(tǒng)較為復(fù)雜 ， 但可獲得與直流電機(jī)調(diào)速相當(dāng)?shù)目刂菩阅?。 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院 1029 交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式 4） 直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制方法同