【正文】 率變換 電路的初級模塊，繼而將功率變換電路與觸發(fā)控制電路、緩沖電路、檢測電路等組合在一起的復雜模塊。 整流電路 一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。它的主要作用是對工頻的外部電源進行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。 逆變電路 逆變電路是利用六個半導體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開關(guān)元器件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電輸出。它的主要作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓 都任意可調(diào)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實現(xiàn)對異步電動機的調(diào)速控制。 變頻器的控制電路構(gòu)成 包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路以及保護電路等幾個部分，是變頻器的核心部分?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣?？刂齐娐返闹饕饔檬峭瓿蓪δ孀兤鏖_關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能。 隨著電力半導體器件和微型計算機控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進了電力變頻技術(shù)新的突破性發(fā)展， 70 年代后期發(fā)展起來的脈寬調(diào)制 (Pulse Width Modulation, PWM)技術(shù)成了現(xiàn)在最常用的變頻器功率開關(guān)器件的控制策略。SPWM(Sinusoidal PWM)則是 較為常用的 技術(shù)。其通常 是采用調(diào)制的方法，即把正弦波作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載被，通過對載波的調(diào)制即可得到SAM 波形。通常采用等腰三角波作為載波，因為等腰三角波上下寬度與高度線性關(guān)系，且左右對稱，當它與正弦波調(diào)制信號相交時，如在交點時刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值的脈沖，這正好符合 SPWM 控制的要求。三角載波的頻率 fc,和正弦調(diào)制波的頻率 fr,之比即 fc / fr =Nc稱為8 載波比。用生成的 SPWM 波控制逆變器開關(guān)器件的通斷，可得到等幅且脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖列輸出電壓。正弦調(diào)制波的頻率 fr,即是逆變器的輸出頻率 f1改變 fr,便可改變 f1三角載波的幅值為恒定，因而改變正弦調(diào)制彼的幅值就改變了矩形脈沖的面積，由此實現(xiàn)輸出電壓幅值的改變。 變頻調(diào)速的控制方式 — 矢量控制方式 矢量控制的基本思想 矢量控制的基本思想是 :將異步電動機的物理模型等效變換成類似直流電動機的模型，再仿照直流電動機去控制它，等效的原則是在不同坐標中產(chǎn)生的磁動勢相同。 由電動機原理可 知，異步電動機三相定子繞組電流在空間產(chǎn)生一個角速度為ω 1的旋轉(zhuǎn)磁場。若有兩個互相垂直的 M 繞組和 T 繞組與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，繞組中分別通以直流電流 iM 和 iT，產(chǎn)生的磁動勢可以與三相合成磁動勢等效且炳個磁動勢有相同的幅值、轉(zhuǎn)速和方向。又令 M繞組的軸線與三相合成旋轉(zhuǎn)磁場方向平行，則 iM相當于電動機的勵磁電流分量 iT，相當于電動機的轉(zhuǎn)矩電流分量，調(diào)節(jié) iM 的大小可以在磁場一定時改變轉(zhuǎn)矩。由這樣繞組組成的電動機其控制原理與直流電動機控制原理相同。 在實際的等效變換中，先將異步電動機在三相靜止坐標系下的定子電流 iA、iB、 ic 通過三相 /兩相變換，等效變換，等效為兩相靜止坐標系下的交流電流 iα、 iβ再通過磁場定向的旋轉(zhuǎn)變換，等效為同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流電流 iM 、 iT。等效的電動機繞組模型如圖 所示。 β T C ω 1 F ω 1 F ω 1 F Bi ?i Ti Ci Ai A ?i α Mi M B (a)三相交流繞組 (b)兩相交流繞組 (c)旋轉(zhuǎn)的直流繞組 圖 9 通過控制 iM 、 iT大小也就是電流矢量 i的幅值和去 向去等效的控制三相電流 Ai 、 Bi 、 Ci 瞬時值，從而調(diào)節(jié)電動機的磁場與轉(zhuǎn)矩達到調(diào)速的目的。 矢量變換規(guī)律 如上所示，通過坐標系的變換，可以得到交流三相繞組的等效繞組，現(xiàn)在的問題是如何求出 Ai 、 Bi 、 Ci 與和 iM、 iT之間的準確等效關(guān)系，也就是按等效原則進行坐標變換，而且要求這些變換都必須是可逆的。坐標變換電路通常有三類 :即三相 /兩相變換，直角坐標 /極坐標變換和同步旋轉(zhuǎn)坐標 /靜止兩相左標變換。 三相 /兩相變換 ((3/2 變換 ) A, B, C 三相坐標是以電動機定子三相繞組軸線為軸的靜止平面坐標系，現(xiàn)設(shè)置一個 ~? ? 兩相坐標系中的交流分量 。為了保證三相電動機變換成兩相電動機后所產(chǎn)生的磁勢不變，需要考慮這兩種坐標變換的折算因子 2/3，根據(jù)圖 , ? B ? A C 圖 /兩相坐標變換 以電流的變換為何可以得出如式 ()的變換矩陣表達式。 ????????ii =32 ? ?? ? ? ?? ????????? ??? ?? 000000 120s i n120c os120s i n 120c os0s i n0c os ??????????CBAiii =?????????????????????????CBAiii232132210132 （ ） 應用 坐標變換方法可求得式 (()的逆變換，即兩相 /三相坐標變換表達式。 10 ??????????CBAiii = ?????????????????????????????ii2323021211 （ ） 對于三相星型不帶零線的接法，有 Ci =Ai ~Bi 則上面兩式簡化為 。 ????????ii = ????????????????BAii320311 （ ） ??????BAii = ??????????? 320211????????ii （ ） 三相 /兩相變換符號為， iA iα iB iβ iC 對于異步電動機電壓和磁通的坐標變換表達式均與電流的變換式相同。 靜止坐標與旋轉(zhuǎn)坐標變換 (VR 變換 ) 兩相的 ? ～ ? 靜止直角坐標系和同步旋轉(zhuǎn)直角坐標系軸系之間的變換屬于同步旋轉(zhuǎn)變換，如圖 所示 ? ～ ? 是一個靜止的直角坐標系，而 MT則是一 β T I1 M w α 圖 個同步角速度ω旋轉(zhuǎn)的直角坐標系。設(shè) M 軸與 ? 軸之間的夾角為 w，則 ? ～ ? 坐標系上的分量和坐標系上的分量之間的變換關(guān)系如下 。 ??????TMii = ?????? ?? ???? cossinsincos ????????ii （ ） 3/2 11 ????????ii = ?????? ? ???? cossinsincos ??????TMii （ ） 式中 ? 為 ? 軸的夾角， ? =? dt1? （ ） 同步旋轉(zhuǎn)變換符號為： ?i Mi ?i Ti 注意 :對于異步電動機在兩相靜止坐標系中的分量 ?i 、 ?i 是隨時間變化的交流量，而經(jīng)過同步旋轉(zhuǎn)變化到 MT坐標系后得到的分量 Mi 和 Ti 則是直流量。 直角坐標與極坐標變換 (K/P 變換 ) 在矢量變換控制系統(tǒng)中，有時需要將直角坐標變換成極坐標，用參量的幅值及相位來表示矢量。例如由 ?i 和 ?i 幾求出 1I 和 ? 就屬于 K/P變換。眾所周知，直角坐標與極坐標的變換關(guān)系為： 221 ?? iiI ?? ( ) ??? iitg 1?? ( ) 由于 ? 取不同 值時， ?tg 的變換的變化范圍是 0～∞，這個變化幅度太大，在實際電路中難以實現(xiàn)，因此在實際電路中，電流的相位角 ? 通常采用其正弦值和余弦值來表示 1cos ii??? ( ) 1sin ii??? ( ) 直角 /極坐標變換符號為： ?i 1I ?i ? K/P VR 12 矢量變換下異步電動機的數(shù)學模型 原型電機的電壓方程 異步電動機的數(shù)學模型是一個高階 、非線性、強藕合的多變量系統(tǒng)。因此常作以下假設(shè) :忽略空間諧波 。忽略磁路飽和，各繞組的自感和互感是恒定的 。忽略鐵芯損耗 。不考慮頻率和溫度變化對電阻的影響。 在上述假設(shè)下，通過坐標變換的方法，就可以建立交流電動機的電路數(shù)學模型。 依據(jù)電機的雙軸理論，定子有兩個集中繞組， DD 為直軸繞組 。 為交軸繞組。轉(zhuǎn)子上有分布繞組， dd 為直流繞組 。qq 為交軸繞組。這四個繞組上分別加上電源電壓 UD眾 UQ、 Ud、 Uq，則原型電機的電壓方程為 : ??????????????qdQDuuuu=????????????????????qqqddQqDdqqdddQqDdQqQDdDDDPLRLPLLLPLRLPLPLPLRPLPLR????0000??????????????qdQDiiii () 坐標變換后的異步電動機數(shù)學模型 由上可知，等效到α、β坐標系上的異步電動機和原型電機結(jié)構(gòu)完全一致，因此原型電機的電壓方程也適用于兩相異步電動機。兩種電機的參數(shù)有如下對應關(guān)系 : DR = QR =1r dR = qR = /2r DDL = L = 1L DdL = QqL = ML ddL = qqL = /2L 其中 1r , 1L 為定子繞組電阻和電感 : r2/、 L2/為轉(zhuǎn)子繞組電阻和電感的折和值 。 ML 為互感。由于轉(zhuǎn)子繞組是短路的，所以“ 2?u 、 2?u 均為零。這樣，對照原型電機的電壓矩陣方程式 ()即可得到異步電動機變換到 ? 、 ? 軸的電壓方程式 (2. 16) ??????????????0011??uu=??????????????????/2/2/2/2/2/211110000PLrLPLLLPLrLPLPLPLrPLPLrMMMMMM??????????????????2211????iiii () 13 接著可得到異步電動機變換到 MT軸上的電壓方程式 (2. 17). ????????????0011TMuu=?????????