【正文】 大輸出功率為額定值的 倍 ,輸出相電壓有效值為 220V,則通過(guò)每個(gè) IGBT電流的有效值為 : AUPI 2 03 5 0 0co s3 0 ??? ???? ? () 則通過(guò) IGBT 的電流峰值為 : AII P ????? () 當(dāng)上 (下 )橋臂開(kāi)通 ,下 (上 )橋臂關(guān)斷時(shí) ,下管 (上管 )IGBT 兩端承受 DC53OV電壓。 （ 3）降額因素的考慮。 （ 2）開(kāi)關(guān)器件安全工作區(qū)的選擇。 IGBT 的選擇應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的因素： （ 1） 開(kāi)關(guān)器件額定值 (主要為額定電壓和電流 )的選擇。為此，可在逆變器的輸出端設(shè)置 LC 濾波電路，以減小 dv/dt，濾除高次諧波，改善輸出電壓波形。但是這種電結(jié)構(gòu)的元器件數(shù)多，成本高 [13]。組合式三相逆變器由 3 個(gè)單相逆變器星形聯(lián)結(jié)構(gòu)成 ,能同時(shí)實(shí)現(xiàn)單相和三相四線制供電。三相半橋逆變器雖然也有上述優(yōu)點(diǎn) ,但其輸入直流電源電壓利用率較低 ,而且相同輸出電壓時(shí)功率開(kāi)關(guān)的電壓應(yīng)力較大，為了獲得強(qiáng)的帶不平衡負(fù)載的能力 ,兩個(gè)串聯(lián)的電解電容必須足夠大 ,從而使逆變器體積和重量增加。 逆變電路及其參數(shù)計(jì)算 作為逆變的一種重要形式 ,三相逆變器廣泛應(yīng)用于用大電量或三相四線制供電負(fù)載場(chǎng)合，其電路拓?fù)渲饕腥嗳珮蚴?、三相半橋式、三相四橋臂式和組合式等結(jié)構(gòu)。 功率的選取 ,是由電阻上消耗的平均功率來(lái)決定的 ,計(jì)算方法如式 ()所示 ： ?? tt502 ee1udt1 ?? ?????????? ???? ? EEERUTP ， () 其中 P為平均功率 ,時(shí)間 T為 5秒鐘 ,整流后的直流電壓 E 為 530V。 充電限流電阻 為了在上電時(shí)限制電容的充電電流 ,需要設(shè)置充電限流電阻 ,如圖 21 中的電阻 R5,設(shè)計(jì)時(shí)希望充電電流最大值在 10A左右 ,而上電瞬間電位差為 V530 ,那么限流電阻 R1的值為： ????? 5053105 3 0d1 IUR () 考慮到瞬時(shí)電流很大 ,要求電阻可以承受 ,所以選用大功率的水泥電阻 ,水泥電阻放熱面積大 ,溫度上升率較小 ,水泥型卷線電阻器耐脈沖特性良好 ,能面對(duì)很大的瞬間電流武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 經(jīng)過(guò) ,大約可以承受 10 倍于額定功率的瞬時(shí)功率達(dá) 5 秒鐘 ,即使電阻上功率大了也不容易燃燒 ,有非常好的阻燃性 。F/ V450 的電解 電容兩個(gè)串聯(lián) ,相當(dāng)于一個(gè) 280 181。 lU 為交流輸入線電壓有效值。 WP 33av ????? () (3)直流電流平均值 dI AUPI 3davd ???? () 整流電路元件選取需要從電流定額和電壓耐量?jī)蓚€(gè)方面考慮。當(dāng)把整流橋的可控器件換為二極管時(shí) ,即不控整流 時(shí) ,ɑ=0,則三相不控整流的輸出直流電壓為 VUU 1 42 2 o ???? ? () 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 實(shí)際應(yīng)用中 ,由于直流側(cè)電解電容的穩(wěn)壓作用 ,當(dāng)變頻電源空載時(shí) ,直流側(cè) 電壓的值基本維持在 V530 左右。 整流二極管的選擇 整個(gè)電源容量為 5KVA,輸入電壓為三相市電 ,線電壓有效值為 V380 ,輸出電壓為三相三線制 ,相電壓有效值為 V220 ，根據(jù)系統(tǒng)容量和輸入電壓值可計(jì)算出直流側(cè)最大電壓和電流。當(dāng)電容充電到一定程度時(shí)，使 S5 閉合，將限流電阻 短路。由于兩組電容特性不可能完全相同，在每組電容組上并聯(lián)一個(gè)阻值相等的分壓電阻 R1和 R2。因?yàn)槭茈娙萘亢湍蛪旱南拗?，濾波電路通常由若干個(gè)電容器并聯(lián)成一組，又由兩個(gè)電容器組串聯(lián)而成。選用整流管組 成三相整流橋，對(duì)三相交流電進(jìn)行全波整流。但由于可控整流的控制比較復(fù)雜 ,目前在大功率變頻器等應(yīng)用領(lǐng)域 ,整流部分多采用不控整流 ,跟可控整流相比 ,這種方式可以提高網(wǎng)側(cè)電壓功率因數(shù) ,而且控制簡(jiǎn)單 ,較為經(jīng)濟(jì)。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 主電路結(jié)構(gòu)圖 主電 路參數(shù)計(jì)算及元器件選型分析 整流電路及其參數(shù)計(jì)算 通常有三種整流方式 :二極管不控整流，晶閘管半控整流和晶閘管全控整流。 （ 5）軟啟動(dòng)電路：限制啟動(dòng)電流，保護(hù)功率器件。 （ 3）輸出濾波電路：濾除干擾和諧波，使輸出為標(biāo)準(zhǔn)正弦波。各部分的主要作用如下： （ 1）三相整流電路：將電網(wǎng)輸入的三相 380VAC 進(jìn)行整流濾波，為變換器提供波紋較小的 530VDC 直流電壓。 其基本原理是：將 380V/50Hz 的三相交流電壓經(jīng)二極管不控整流電路與直流側(cè)電容濾波后變?yōu)橹绷麟妷海?DSP 為核心的控制電路實(shí)時(shí)采樣電壓、電流、轉(zhuǎn)速的瞬時(shí)值，按照矢量控制算法產(chǎn)生 PWM 脈沖信號(hào)去控制 PWM 逆變器開(kāi)關(guān)器件的通斷，再經(jīng)輸出 LC 濾波器獲得幅值、頻率可調(diào)的三相正弦交流電壓。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第二章 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 變頻調(diào)速系統(tǒng)組成原理框圖如圖 所示， 分為 主電路和控制電路兩 大 部分 。另外，電機(jī)參數(shù)的時(shí)變對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制也有影響 [11]。 直接轉(zhuǎn)矩控制在克服了矢量控制弊端的同時(shí)，這種粗況式控制方式也暴露出固有的缺陷。它的控制效果不取決于異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡(jiǎn)化 ,而是取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況 ,它不需要將交流電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)作比較、等效、轉(zhuǎn)化 ,即不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制。但是，其控制器武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 的設(shè)計(jì)在某種程度上依賴于電機(jī)的參數(shù)，為了減少控制上對(duì)電機(jī)參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了許多參數(shù)辨識(shí)、參數(shù)補(bǔ)償和參數(shù)自適應(yīng)方案，取得了良好的效果 [10]。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制有兩種實(shí)現(xiàn)方法：轉(zhuǎn)子磁鏈直接反饋型（稱之為 直接矢量控制）和磁鏈前饋型（稱之為間接矢量控制，也稱作轉(zhuǎn)差頻率矢量控制）。首先，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的 MT坐標(biāo)系中計(jì)算出定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量給定值 *smi 和 *sti ，經(jīng)過(guò)反旋轉(zhuǎn)變換 2r/2s得到 *sαi 和 *sβi ，再經(jīng)過(guò) 2/3變換得到 *Ai ， *Bi 和 *Ci 。因而獲得了與直流調(diào)速系統(tǒng)相同的靜、動(dòng)態(tài)性能。 圖 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖 （ 2）矢量控制 1971年德國(guó)的 ，這是一種新的控制理論和控制技術(shù)，它解決了交流電機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制問(wèn)題。尤其是在低速區(qū)域電壓調(diào)整比較困難，不可能得到較大的調(diào)速范圍和較高的調(diào)速精度。可以消除動(dòng)態(tài)過(guò)程中轉(zhuǎn)矩電流的波動(dòng) ,從而提高了通用變頻器的動(dòng)態(tài)性能。 （ 1）開(kāi)環(huán)控制 通用變頻器常用轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)、恒壓頻比加定子電壓低頻補(bǔ)償?shù)目刂品绞?，其基本結(jié)構(gòu)原理框圖如圖 ，主要由斜坡函數(shù)模塊、恒壓頻比模塊、 PWM信號(hào)生成模塊組 成。 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。 1和 0[7]。 177。 177。同時(shí)，無(wú)須采用均壓電路、吸收電路與輸入、輸出濾波器；輸入功率因數(shù) ,總效率 (包括隔離變壓器 )96%。每個(gè)功率單元都是由低壓 IGBT構(gòu)成的三相輸入、單相輸出的低 壓 PWM電壓型逆變器組成。由 5對(duì)依次相移 12176。、 24176。、 24176。圖中左邊的隔離變壓器次級(jí)繞組的個(gè)數(shù)與三相功率單元個(gè)數(shù)相等 , 每個(gè)繞組給各自的功率單元供電。 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 圖 中壓變頻器主電路結(jié)構(gòu) 高壓變頻器是指輸出電壓為 6～ 10kV 的變頻器。使用中考慮到電流的諧波成分較大 ,需要專門設(shè)計(jì)輸出濾波器 ,才能夠供電機(jī)使用。這類變頻 器的特點(diǎn)是 :系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、效率高 (98%)；采用直接矢量控制 ,電機(jī)轉(zhuǎn)矩可快速變化而不影響磁通 ,其運(yùn)行效果接近于直流傳動(dòng)裝置。三電平逆變的變頻器 ,輸出波形中會(huì)不可避免地產(chǎn)生較大的諧波分量 ,因此在變頻器的輸出側(cè)必須配置輸出 LC濾波器才能用于普通的籠型電機(jī)。當(dāng)經(jīng)過(guò)兩個(gè)整流橋的串聯(lián)疊加后 ,可得 到 12個(gè) 波頭的整流輸出波形 ,比圖 6個(gè) 波頭更平滑。由于兩個(gè)次級(jí)繞組線電壓相同 , 則它們各相之間相位差為 30176。 其主電路一般為電壓源型的交 直 交結(jié)構(gòu) , 形式上多采用中心點(diǎn)鉗位型三電平逆變電路（從圖 ，用的是兩電平逆變器 ,只是上下橋臂各有 3個(gè)器件串聯(lián)） 以避免整流及逆變器件串聯(lián)引起的動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴} ,主電路如圖 。使用時(shí)應(yīng)該明確 : 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的功率武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 ≤200kW 時(shí) ,380～ 500V的低壓電源可以直接進(jìn)入主電路的整流環(huán)節(jié)；當(dāng)電動(dòng)機(jī)的功率 200kW 時(shí) ,為減少輸電 線路上的損耗 ,我國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定 :宜采用高壓供電 ,此時(shí)應(yīng)在高壓電源與低壓變頻器之間裝設(shè)降壓變壓器 [5]。所有國(guó)內(nèi)外品牌的低壓變頻器 ,其主電路均為電壓源型的交 直 交結(jié)構(gòu) ,形式上幾乎都是兩電平 6脈沖 ,用 IGBT作逆變開(kāi)關(guān) ,電路如圖 示。 目前，按電壓等級(jí)來(lái)分，又可將變頻器分為低壓變頻器和中、高壓變頻器。 由于電壓型變頻器是作為電壓源向交流電動(dòng)機(jī)提供交流電功率， 因此其主要優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行幾乎不受負(fù)載的功率因數(shù)或換流的影響， 它主要適用于中、小容量的交流傳動(dòng)系統(tǒng)。 它根據(jù)直流部分電流、電壓的不同形式，又可分為電壓型和電流型兩種 ： （ 1）電流型變頻器 電流型變頻器的特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感器作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)來(lái)緩沖無(wú)功功率，即扼制電流的變化，使電壓波形接近正弦波，由 于該直流環(huán)節(jié)內(nèi)阻較大，故稱電流源型變頻器。但這種控制方式?jīng)Q定了最高輸出頻率只能達(dá)到電源頻率的 1/3～ 1/2,所以不能高速運(yùn)行。由于中間不經(jīng)過(guò)直流環(huán)節(jié) ，不需換流， 故效 率很高。靜止式變頻器從變換環(huán)節(jié)分為兩大類： 交 直 交 變頻器 和交 交 變頻器 。 變頻調(diào)速系統(tǒng)的類型及其主電路結(jié)構(gòu) 變頻器最早的形式是用旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)組作為可變頻率電源，供給交流電動(dòng)機(jī)。交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)能、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。尤其是 20世紀(jì) 70年代以后，由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為交流調(diào)速的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防科技事業(yè)的進(jìn)程當(dāng)中，交流調(diào)速的應(yīng)用極為 廣泛和重要。功率器件及變頻器的智能化是將功率變換、驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)、控制、保護(hù)等功能集成化 ,實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能、功能全面、高附加值化。 IGBT變頻器己成為當(dāng)代變頻調(diào)速技術(shù)的主流 ,而且在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)仍將是電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的主導(dǎo)變頻器。用戶的高頻化要求推動(dòng)了功率器件柵極的 MOS化 ,90年代 MOS場(chǎng)效應(yīng)型 IGBT(絕緣柵極晶閘管Insulated Gate Bipolar Transistor)廣泛用作變頻器的功率變換器件。 80年代 GTR(自關(guān)斷器件 大功率雙極性晶閘管 )的問(wèn)世 ,出現(xiàn)了高性能 GTR變頻器 ,其性能大大優(yōu)于晶閘管變頻器 ,很快就在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用 ,并盛行一時(shí)。 60年代 SCR(晶閘管 )問(wèn)世 ,70年代晶閘管變頻器開(kāi)始逐步取代變頻機(jī)組 ,進(jìn)入了電力電子變頻技術(shù)時(shí)代 ,使變頻技術(shù)有了新的發(fā)展。 20世紀(jì)是電力電子變頻技術(shù)從誕生到發(fā)展的一個(gè)全盛時(shí)代。 現(xiàn)代變頻技術(shù)是交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的核心 ,而變頻技術(shù)的核心是功率變換器件和微電子控制技術(shù)。根據(jù)采用的電流制式不同，電動(dòng)機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類，其中交流電動(dòng)機(jī)形式多樣、用途各異、擁有量最多，交流電動(dòng)機(jī)又分為同步電動(dòng)機(jī)和異步 (感應(yīng) )電動(dòng)機(jī)兩大類。仿真結(jié)果證明了所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主電路及其控制算法的可行性和有效性。 本文介紹了現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展概況、小容量矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)方法、三相異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系和兩相坐標(biāo)系下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及其矢量控制方法。` 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 題 目： 矢量控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 0904150109 指導(dǎo)教師（職稱）： 文小玲（教授） 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 2020 自動(dòng)化 01 所 在 學(xué) 院： 電氣信息學(xué) 院 2020 年 5 月武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) I 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................................ II Abstract ..