【正文】 ）方式 矩陣式交 — 交控制方式 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速四種控制方案的分析 根據(jù)生產(chǎn)的要求，變頻器的型式和電動(dòng)機(jī)的種類，會(huì)出現(xiàn)多種多樣 的變頻調(diào)速控制方案。 2 速度傳感器的矢量控制變頻器 異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 控制框圖如圖 2所示。 然而，帶速度傳感器矢量控制變頻器的異步機(jī)閉環(huán)變頻調(diào)速技術(shù)性能雖好，但是畢竟它需要在異步電動(dòng)機(jī)軸上安裝速度傳感器，嚴(yán)格地講，已經(jīng)降低了異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠性高的特點(diǎn)。 如果采用高精度的變頻器（數(shù)字設(shè)定頻率精度可達(dá) %），在開(kāi)環(huán)控制情形下，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速精度亦為 %。這是因?yàn)樵谧冾l調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的參數(shù)不僅影響到電動(dòng)機(jī)自身的性能指標(biāo)，而且影響到整個(gè)系統(tǒng)，它的取值對(duì)系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重大影響。在采用矢量控制等情況下，由于運(yùn)行中保持轉(zhuǎn)子磁通不變，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一條直線，不存在最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)中漏抗取值的限制。如何降低振動(dòng)和噪聲，對(duì)正弦波供電的電動(dòng)機(jī)來(lái)講已經(jīng)是一個(gè)難題了。這時(shí)，由于轉(zhuǎn)速很低，普通電動(dòng)機(jī)所采用的自扇冷卻方式所提供的冷卻風(fēng)量已大大減小， 散熱效果大大降低，必須采用其它的冷卻方式。假定每一相僅建立自己的磁勢(shì)而與另外兩相無(wú)關(guān)。11 ? （ 3— 2） 式中 39。23 1 ?? ?? tF （ 3— 4） 該式代表幅值為常數(shù)的正弦分布磁勢(shì)，它以均勻的角速度 ? 沿著 ? 角增加的方向移動(dòng)。511 ?? 式中 39。通常諧波次數(shù) 13 ?? nk 的電流產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)的磁勢(shì)波 (這里 n＝ 0， 1， 2， 3? )，而當(dāng)諧波次數(shù) 23 ?? nk 時(shí)，則產(chǎn)生 反向旋轉(zhuǎn)的磁勢(shì)波。 當(dāng)整數(shù)槽繞組各相中存在諧波電流時(shí)，上面談到的時(shí)間和空間諧波磁勢(shì)將同時(shí)出現(xiàn)。 全部磁勢(shì)成分的證明結(jié)果概括在表 3— 1中，所有的轉(zhuǎn)速都表示為同步轉(zhuǎn)速的倍數(shù)。 諧波磁勢(shì)與基波磁勢(shì)之比值為 1111 IIhkkFF kwhkh ???? (3— 9) 對(duì)于正常設(shè)計(jì)的三相電動(dòng)機(jī)，諧波繞組系數(shù) hk? 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 wk ，因此空間諧波磁勢(shì)的幅值可以忽略不計(jì)。也就是可以對(duì)基波電壓和各次諧波電壓進(jìn)行分別分析，即可把諧波響應(yīng)曲線相加得出非正弦電壓下總的響應(yīng)曲線。 把式 (3— 10)的 n代入式 (3— 11)，諧波轉(zhuǎn)差率 ks 可以用 1s 表示，則得 k sksk 1)1( ?? ? （ 3— 12） 圖 3— 1a 所示的基波等值電路可改成適應(yīng)于 k 次諧波電壓和電流的等值電路，如圖 3— 1b所示。由于 ks 接近于 1，在諧波頻率下電路電阻與電抗相比也可以忽略不計(jì)。從等值電路 (圖 3— lb)中可以看出，諧波電流的大小與負(fù)載無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)電動(dòng)機(jī)從空載到滿載的情況下，諧波電流基本上不變。 如果以 kU 表示電源電壓的 k 次諧波分量，則相應(yīng)的定子電流諧波為kkk ZUI ? ，這里 kZ 是 k 次諧波的輸入阻抗。但是，這些穩(wěn)定諧波轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩很小的一部分。另外，由負(fù)序的第 5 次諧波產(chǎn)生的反向轉(zhuǎn)矩與正序的第 7 次諧波產(chǎn)生的正向轉(zhuǎn)矩綜合作用產(chǎn)生一個(gè)很小的與基波轉(zhuǎn)矩反向的轉(zhuǎn)矩。因?yàn)榈?7 次諧波為正相序，產(chǎn)生一個(gè) 7 倍于同步轉(zhuǎn)速并與基波磁場(chǎng)有相同轉(zhuǎn)向的時(shí)間諧波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。改善供電電壓的波形，譬如采用 12階梯波或具有較高開(kāi)關(guān)頻率的脈寬調(diào)制波時(shí)，可以減少轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。 (一 )選取 ?B 和 A的決定因素 ?B 與 A的取值，在變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)中主要考慮以下因素： 1．效率與溫升 變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其運(yùn)行效率有一定的要求。 由于集膚效應(yīng)引起轉(zhuǎn)子阻抗的變化可由下式?jīng)Q定： 222 )2c os2( 2s i n2 rchshrKr rv ?? ??? ???? (3— 25) 222 )2c os2( 2s i n223 vxchshxKx xv ?? ??? ???? 式中 2r 、 vr2 —— 計(jì)及集膚效應(yīng)前后的轉(zhuǎn)子電阻； 2x 、 vx2 —— 計(jì)及集膚效應(yīng)前后的轉(zhuǎn)子電抗； rK —— 集膚效應(yīng)對(duì)應(yīng)的電阻系數(shù)； xK —— 集膚效應(yīng)對(duì)應(yīng)的電抗系數(shù)； ? —— 導(dǎo)體的計(jì)算高度。只是由于高次諧波的頻率 更高，故其數(shù)值更大。在同樣的輸出和相同的散熱條件下，變頻電源供電時(shí)的溫升要比工頻供電時(shí)高出 10％～ 15％。 一般認(rèn)為定轉(zhuǎn)子諧波漏磁損耗大致相等，故電動(dòng)機(jī)內(nèi)由于諧波引起的端部總損耗 svsv pp 2?? 。21239。 (1)鐵耗 一般說(shuō)來(lái)，若正弦基波磁通時(shí)的鐵耗為 Fep ，則由于電源諧波影響，其鐵耗的增加量 Fep? ，由下式?jīng)Q定： ???vapp vFeFe (3— 22) 式中 va —— 第次諧波的含有率； v —— 高次諧波次數(shù)。 變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)有一般異步電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，如主要尺寸及電磁 負(fù)荷的選取、極對(duì)數(shù)的確定，也有滿足“變頻調(diào)速要求”的特殊點(diǎn)。以上這兩個(gè) 6 倍于基波頻率的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩一起使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生波動(dòng)。因此總的來(lái)說(shuō)，電源諧波的全部影響是使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩略有減小。由圖 3— 1b 所示的第 k 次諧波等值電路得 )()(2 22211 kkkk sRIkfpmT ?? （ 3— 19） 式中 kT —— 第 k 次諧波轉(zhuǎn)矩； p —— 極對(duì)數(shù)； 1m —— 定子繞組相數(shù)； k —— 諧波次數(shù)； 1f —— 定子電流基波頻率； kI2 —— k次諧 波轉(zhuǎn)子電流； kR2 —— 轉(zhuǎn)子電阻； ks —— k次諧波轉(zhuǎn)差率。通常的變頻器沒(méi)有零序諧波和偶次諧波，因此，總的諧波電流有效值可由下式給出 22132112725 kh ar IIIIII ?????? ????52kI （ 3— 15） 如果為電動(dòng)機(jī)定子基波電流有效值，則包括基波電流在內(nèi)的總定子電流有效值為 2212211272521 h atkr ms IIIIIIII ???????? ? （ 3— 16） 對(duì)于給定的電壓波形，定子電流相應(yīng)的諧波成分與電動(dòng)機(jī)的標(biāo)幺電抗 Xpu 有關(guān)，標(biāo)幺電抗是基波頻率下漏抗與基值電抗 Xbase 的比值。這樣，對(duì)于在非正弦 電源下運(yùn)行時(shí)，與在正弦波電網(wǎng)上運(yùn)行相比，電動(dòng)機(jī)的空載損耗顯著增加，而滿載時(shí)損耗增加得相對(duì)較少。因此，電動(dòng)機(jī)的諧波電流阻抗近似為 k( 1X + 2X )，這里的 1X 和 2X 分別為電源基波頻率下定子和轉(zhuǎn)子的漏抗。定子和轉(zhuǎn)子電阻也由于諧波頻率下的集膚效應(yīng)而增大。為了分析方便，把電動(dòng)機(jī)的電流或轉(zhuǎn)矩用標(biāo)么值來(lái)表示。 四、正序、負(fù)序和零序諧波 如表 3— 1所示的第一列，由 k ＝ 3n+1(n 等于零和整數(shù) )次諧波電流產(chǎn)生的時(shí)間諧波磁勢(shì)，其旋轉(zhuǎn)方向與主磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向相同，而 13 ?? nk 次諧波電流則產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)的磁勢(shì)波?！?? ”號(hào)表示諧波的轉(zhuǎn)向與基波轉(zhuǎn)向相同，而“一”號(hào)表示反向旋轉(zhuǎn)的諧波。某一次諧波的存在同樣可以由三相作用相加的方法得到證實(shí)。 二、空間諧波磁勢(shì) 前面分析時(shí)我們假定每一個(gè)相基波電流只建立空間基波磁勢(shì)，而忽略了更高的奇次空間諧波。同樣 )32(5s i n)32c os (39。換句話說(shuō)，可以認(rèn)為隨波形移動(dòng)的某一點(diǎn) P 上的磁動(dòng)勢(shì)在任 何時(shí)間都是常數(shù)，對(duì)于這點(diǎn)的 )sin( ?? ?t 為常數(shù)，因而 )sin( ?? ?t ＝常數(shù)。 把式 (3— 1)和式 (3— 2)聯(lián)立，就得出線圈 1在時(shí)間 t 時(shí)的磁勢(shì)空間分布 tFf ?? sinco s39。但是實(shí)際的磁勢(shì)分布可以分解為基波和一系列的高次空間諧波。但工頻恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，要避免與 50Hz 的電頻率響應(yīng)的機(jī)械固有頻率發(fā)生共振比較容易。 (3)低速時(shí)出現(xiàn)低頻脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，影響低速穩(wěn)定運(yùn)行 即使是采用 SPWM 調(diào)制方式，但與工頻正弦供電相比，仍然會(huì)出現(xiàn)一定程度的低次諧波，從而在低速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，影響電動(dòng)機(jī)低速穩(wěn)定運(yùn)行。變頻調(diào)速中變頻電源供電的電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)工頻正弦波供電的電動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別在于：一方面是從低頻到高頻的寬頻范圍內(nèi)運(yùn)行，另一方面電源波形是非正弦的。 由變頻電源供電的專用電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)雖然受到了一些制約，但同時(shí)也解除了一些約束。至于同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)問(wèn)題，若采用通用變頻器 V/F 控制，響應(yīng)速度較慢；若采用夭量控制就頻器，響應(yīng)速度很快。再則，多了反饋電路和環(huán)節(jié)，也增加了出故障的機(jī)率。由于使用無(wú)速度傳感器矢量控制的變頻器，可以分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測(cè)、控制，自動(dòng)改變電壓和頻率 ，使指令值和檢測(cè)實(shí)際值達(dá)到一致，從而實(shí)現(xiàn)了矢量控制。至于交 交循環(huán)變頻器（ AcAc 相控變頻）以及自同步控制逆變器（不論 AcAc 方式還是 AcDcAc方式），即俗稱無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)，均不展開(kāi)討論。電容 C放電后接著反向充電，為下一次雙序號(hào)晶閘管關(guān)斷作好準(zhǔn)備，換相電流過(guò)零時(shí)，VT7， VT8 自行關(guān)斷，其他晶閘管的關(guān)斷情況與此類似。我用 SPWM 變頻調(diào)速器。 控制電路 控制電路常由運(yùn)算電路、檢測(cè)電路、控制信號(hào)的輸入、輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 網(wǎng)側(cè)變流器 1 中間直流環(huán)節(jié) 負(fù)載側(cè)變流器 2 運(yùn)行指令 整流器 電網(wǎng)側(cè)的變流器 1 是整流器，它的作用是把三相交流整流成直流電。 變頻器 變頻器簡(jiǎn)介 變頻器 實(shí)際上就是一個(gè)逆變器 .它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?.然后用電子元件對(duì)直流電進(jìn)行開(kāi)關(guān) .變?yōu)榻涣麟?.一般功率較大的變頻器用可控硅 .并設(shè)一個(gè)可調(diào)頻率的裝置 .使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào) .用來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù) .使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào) .變頻器廣泛用于交流電機(jī)的調(diào)速中 .變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)際逐漸走向成熟。 高速度的數(shù)字控制。基于智 能控制思想的控制策略 ,有模型控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和各種各樣的自優(yōu)化、自診斷技術(shù)等。16 位、 32 位、 64位高速微處理器以及信號(hào)處理器 (ＤＳＰ )和專用集成電路(ＡＳＩＣ )技術(shù)的快速發(fā)展 ,為實(shí)現(xiàn)變頻器高精度、多功能化提供了硬件手段。我國(guó)則處于嘗試性階段。在李鵬同志的指導(dǎo)下 ,我國(guó)于 1987 年就成立了“電力電子技術(shù)發(fā)展規(guī)劃組” ,下設(shè)綜合、器件、應(yīng)用、情報(bào)等 4 個(gè)小組。 2)用精密、快速響應(yīng)手段提高產(chǎn)品質(zhì)量。因此 ,交流調(diào)速已成為節(jié)能方面的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù) ,它在工業(yè)中的應(yīng)用將有廣闊的前景。特別是上世紀(jì) 80 年代以來(lái) ,該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展更為迅速 ,應(yīng)用更為廣泛。 國(guó)內(nèi)外變頻電機(jī)使用量迅速上升，單臺(tái)電機(jī)功率也逐步增大。 第七、八 周 ()：課題設(shè)計(jì)，完成課題總體框架 。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目： 6 極變頻電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 院： 電氣與信息學(xué)院 專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí)： 0604 學(xué)號(hào)： 202001010426 學(xué)生姓名： 付 寅魁 導(dǎo)師姓名： 石安樂(lè) 完成日期： 2020年 6 月 誠(chéng) 信 聲 明 本人聲明： 本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果； 據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表過(guò)的研究成果，也不包含為獲得其 他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過(guò)的材料； 我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信。