6-直-交流传动控制系统课件

第6章直/交流传动控制系统机电传动控制第6章直/交流传动控制系统机电传动控制第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件6.2整流与逆变控制

6.3斩波与PMW控制6.4直/交流调速系统第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件电力电子器件整流交流→直流电压逆变直流→交流电压斩波固定→可调直流电压交流调压固定→可调交流电压功率二极管晶闸管绝缘栅双极晶体管门极可关断晶闸管电力电子器件整流功率二极管功率二极管不可控开关器件加正向电压导通加反向电压截止功率二极管不可控开关器件晶闸管四层半导体材料叠成阳极阴极控制极晶闸管四层半导体材料叠成晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理晶闸管特性属于半控器件导通可控，关断不可控阳极A承受反压时，不论控制极G是否有触发电流，晶闸管都不导通阳极A承受正压时，仅在控制极G有触发电流时晶闸管才导通晶闸管一旦导通，控制极G就失去控制作用要使晶闸管关断，需断开阳极A或加反向电压并使阳极电流小于维持导通电流（接近0）晶闸管特性属于半控器件晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性晶闸管性能参数UDRM和URRM控制极断路时允许重复加在晶闸管上的正向峰值电压和反向峰值电压额定电压UDRM和URRM中的较小值的2~3倍额定电流ITIe为实际通过晶闸管的电流有效值晶闸管性能参数UDRM和URRM额定电流IT全控器件绝缘栅双极晶体管IGBTG、C、E是栅极、集电极和发射极门极可关断晶闸管GTOA、K、G是阳极、阴极和门极全控器件绝缘栅双极晶体管门极可关断晶闸管电力电子器件电力电子器件第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件6.2整流与逆变控制6.2.1整流电路6.2.2逆变电路

6.3斩波与PMW控制6.4直/交流调速系统第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件整流电路不控整流电路交流电压→大小不变的直流电压半控和全控整流电路交流电压→大小可调的直流电压电力电子电路分析器件关断时，流过器件的电流为0器件导通时，器件两端电压为0整流电路不控整流电路电力电子电路分析单相半波可控整流-电阻性负载触发角/控制角晶闸管承受正压到触发脉冲到来间的电角度导电角晶闸管1个周期内导通的电角度单相半波可控整流-电阻性负载单相半波可控整流-电阻性负载输出电压平均值输出电流平均值晶闸管承受的最大正向与反向电压为单相半波可控整流-电阻性负载输出电压平均值单相半波可控整流-阻感性负载输出电压平均值单相半波可控整流-阻感性负载单相半波可控整流-阻感性负载输出电压平均值流过晶闸管和续流二极管的电流平均值晶闸管承受的最大正向与反向电压为单相半波可控整流-阻感性负载课堂练习6.1某单相半波可控整流电路负载为纯电阻，交流电源电压U2=220V，输出的直流平均电压Ud=50V，输出电流平均值Id=20A，试求:(1)晶闸管的控制角(约90);(2)晶闸管的额定电流和额定电压(42~56,622~933)作业教材第298页习题10.20课堂练习6.1作业单相桥式整流电路单相桥式整流电路单相桥式半控整流-电阻性负载输出电压平均值晶闸管承受的最大正向与反向电压为单相桥式半控整流-电阻性负载单相桥式半控整流-阻感性负载流过每个晶闸管和续流二极管电流的平均值单相桥式半控整流-阻感性负载单相桥式半控整流-反电动势负载单相桥式半控整流-反电动势负载课堂练习6.2单相桥式半控整流电路带电感性负载(L>>R)并有续流二极管,负载电阻RL=5Ω,交流电源电压U2=220V,晶闸管的控制角=60º,试求:(1)输出的直流平均电压(148.5);(2)晶闸管的额定电流(16.5~22)和额定电压(622~933)课堂练习6.2课堂练习6.3（作业）某单相桥式半控整流电路带阻感性负载，电源电压U2=220V，电抗器L足够大,负载电流50A,=π/2,试求：(1)晶闸管的平均电流(12.5);(2)续流二极管的平均电流(25);(3)晶闸管的额定电流(23.4~31.8)和额定电压(622~933)课堂练习6.3（作业）单相桥式全控整流-电阻性负载输出电压平均值每个晶闸管电流平均值晶闸管承受最大正压晶闸管承受最大反压单相桥式全控整流-电阻性负载单相桥式全控整流-阻感性负载输出电压平均值每个晶闸管电流平均值晶闸管承受的最大正压和反压均为单相桥式全控整流-阻感性负载三相半波可控整流-电阻性负载1、2、3为自然换相点触发顺序VT1-VT2-VT3触发脉冲相位差120º控制角从自然换相点算每个晶闸管导通120º三相半波可控整流-电阻性负载1、2、3为自然换相点三相半波可控整流-电阻性负载=0，t=/6输出电压平均值每支晶闸管电流平均值晶闸管承受最大正压晶闸管承受最大反压三相半波可控整流-电阻性负载三相半波可控整流-电阻性负载=/6，t=/3输出电压平均值三相半波可控整流-电阻性负载三相半波可控整流-电阻性负载=/3，t=/2输出电压平均值三相半波可控整流-电阻性负载三相半波可控整流-阻感性负载输出电压平均值晶闸管承受的最大正、反压均为VS1VS2VS3三相半波可控整流-阻感性负载VS1VS2VS3三相半波可控整流-阻感性负载三相半波可控整流-阻感性负载三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流-阻感性负载=0三相桥式全控整流-阻感性负载=0第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件6.2整流与逆变控制6.2.1整流电路6.2.2逆变电路6.3斩波与PMW控制6.4直/交流调速系统第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件逆变电路有源逆变逆变器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为同频率的交流电无源逆变逆变器的交流侧接到负载，把直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载变流器可同时实现整流和逆变功能的晶闸管电路逆变电路有源逆变变流器有源逆变a)两电动势同极性EG>EMb)两电动势同极性EG<EMc)两电动势反极性，顺向串联形成短路有源逆变a)两电动势同极性c)两电动势反极性，顺向串联形有源逆变的条件用单相桥式全控电路代替发电机G条件1有直流电动势源EM，其极性和晶闸管导通方向一致且EM>Ud条件2晶闸管

>/2使Ud为负有源逆变的条件用单相桥式全控电路代替发电机G条件1无源逆变以相等的时间间隔交替地闭合和断开S1、S4和S2、S3，则在负载上获得交流电交流电频率取决于两组开关在每秒内闭合和断开的次数无源逆变以相等的时间间隔交替地闭合和断开S1、S4和S2、换相电流在不同支路的转移过程换相方式器件换相电网换相负载换相强迫换相换相电流在不同支路的转移过程换相方式三相电压型逆变电路直流侧为电压源V1~V6为IGBTVD1~VD6为二极管三相电压型逆变电路直流侧为电压源三相电流型逆变电路直流侧为电流源VT1~VT6为晶闸管三相电流型逆变电路直流侧为电流源第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件6.2整流与逆变控制6.3斩波与PMW控制6.4直/交流调速系统第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件降压斩波电路V为IGBTton为V导通时间toff为V关断时间T为V开关周期γ为导通占空比降压斩波电路V为IGBT升压斩波电路ton为V导通时间toff为V关断时间T为V开关周期γ为导通占空比升压斩波电路PWM控制脉冲宽度调制pulsewidthmodulation保持开关器件T不变，改变ton调控输出电压等幅PWM控制直流斩波控制不等幅PWM控制SPWM逆变控制PWM控制脉冲宽度调制等幅PWM控制SPWM控制SinusoidalPWM脉冲宽度按正弦规律变化，可等效输出正弦波冲量等效原理冲量相等而形状不同的窄脉冲加在惯性环节上的效果基本相同SPWM控制SinusoidalPWM冲量等效原理SPWM控制SPWM控制SPWM控制用一系列等幅不等宽的脉冲来代替正弦正半波Ouωt>Ouωt>Ouωt>SPWM控制用一系列等幅不等宽的脉冲来代替正弦正半波OuωtSPWM控制OUd-UdOUd-UdSPWM控制OUd-UdOUd-UdSPWM的调制控制期望正弦波ur和高频双极性三角波ucSPWM的调制控制期望正弦波ur和高频双极性三角波uc第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件6.2整流与逆变控制6.3斩波与PMW控制6.4直/交流调速系统6.4.1直流调速系统6.4.2交流调速系统第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件直流电机调速原理调压调速改变电枢电压Ua调磁通调速改变励磁电阻Rf调电阻调速改变电枢回路电阻Ra直流电机调速原理调压调速直流调速系统晶闸管直流调速系统开环调速系统单闭环调速系统有静差调速系统无静差调速系统双闭环调速系统可逆调速系统PWM直流调速系统直流调速系统晶闸管直流调速系统开环调速系统调压调速控制电压Ug→晶闸管控制角→整流电路输出电压UD→电机调压调速开环系统只能调速，不能稳速开环调速系统调压调速转速负反馈调速系统比例放大器触发电路整流电路测速发电机转换元件给定电位器转速负反馈调速系统比例放大器触发电路整流电路测速发电机转换元电压负反馈调速系统调速过程与转速负反馈完全相同，只是反馈信号和检测元件不同电压负反馈调速系统调速过程与转速负反馈完全相同，只是反馈信号无静差调速系统采用比例积分放大器无静差调速系统采用比例积分放大器转速/电流双闭环调速系统转速调节器ST用于转速负反馈控制电流调节器LT用于电流负反馈控制转速/电流双闭环调速系统转速调节器ST用于转速负反馈控制电流可逆直流调速系统可逆直流调速系统PWM直流调速系统PWM直流调速系统直流斩波器VT1~VT4均为IGBT直流斩波器VT1~VT4均为IGBT直流斩波器T为输出矩形波周期t1为正向脉冲宽度导通占空比直流斩波器第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件6.2整流与逆变控制6.3斩波与PMW控制6.4直/交流调速系统6.4.1直流调速系统6.4.2交流调速系统第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件交流电机调速原理磁极对数调速定子电源频率调速变压变频调速恒压弱磁调速转差率调速调压调速定子电源电压或定子串电阻调速转子串电阻调速采用串级调速交流电机调速原理磁极对数调速交流调速系统晶闸管调压调速系统晶闸管串级调速系统变频调速系统交流调速系统晶闸管调压调速系统晶闸管交流调压电路单相三相晶闸管交流调压电路单相三相转速负反馈闭环控制转速负反馈闭环控制串级调速原理未串附加电势时串入与E2同频反相的附加电势Ead后电机降速运行串级调速原理未串附加电势时晶闸管串级调速系统晶闸管串级调速系统变频调速系统交-直-交变频调速交-交变频调速矢量变换控制调速无刷直流电机调速变频调速系统交-直-交变频调速交-交变频单相交-交变频器按正弦规律调制交-交变频单相交-交变频器矢量变换控制根据旋转磁场等效原则，通过坐标变换把交流电机定子电流分解为磁场分量和转矩分量矢量变换控制根据旋转磁场等效原则，通过坐标变换把交流电机定子矢量控制变频调速系统矢量控制变频调速系统有刷直流电机旋转逆变器是直流电机一切缺陷的根源定子磁极转子电枢有刷直流电机旋转逆变器是直流电机一切缺陷的根源定子磁极转子电电机反装以取代旋转逆变器磁场由转子（永磁体）提供，主磁极随转子一起旋转转子磁极定子电枢电机反装以取代旋转逆变器磁场由转子（永磁体）提供，主磁极随转6-直-交流传动控制系统课件无刷直流电机无刷直流电机结构同步电动机主磁极位置检测器BQ静止逆变器无刷直流电机无刷直流电机结构总结本章知识点1.晶闸管的工作原理和性能参数2.单相可控整流电路分析3.有源逆变4.PWM控制总结本章知识点第6章直/交流传动控制系统机电传动控制第6章直/交流传动控制系统机电传动控制第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件6.2整流与逆变控制

6.3斩波与PMW控制6.4直/交流调速系统第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件电力电子器件整流交流→直流电压逆变直流→交流电压斩波固定→可调直流电压交流调压固定→可调交流电压功率二极管晶闸管绝缘栅双极晶体管门极可关断晶闸管电力电子器件整流功率二极管功率二极管不可控开关器件加正向电压导通加反向电压截止功率二极管不可控开关器件晶闸管四层半导体材料叠成阳极阴极控制极晶闸管四层半导体材料叠成晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理晶闸管特性属于半控器件导通可控，关断不可控阳极A承受反压时，不论控制极G是否有触发电流，晶闸管都不导通阳极A承受正压时，仅在控制极G有触发电流时晶闸管才导通晶闸管一旦导通，控制极G就失去控制作用要使晶闸管关断，需断开阳极A或加反向电压并使阳极电流小于维持导通电流（接近0）晶闸管特性属于半控器件晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性晶闸管性能参数UDRM和URRM控制极断路时允许重复加在晶闸管上的正向峰值电压和反向峰值电压额定电压UDRM和URRM中的较小值的2~3倍额定电流ITIe为实际通过晶闸管的电流有效值晶闸管性能参数UDRM和URRM额定电流IT全控器件绝缘栅双极晶体管IGBTG、C、E是栅极、集电极和发射极门极可关断晶闸管GTOA、K、G是阳极、阴极和门极全控器件绝缘栅双极晶体管门极可关断晶闸管电力电子器件电力电子器件第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件6.2整流与逆变控制6.2.1整流电路6.2.2逆变电路

6.3斩波与PMW控制6.4直/交流调速系统第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件整流电路不控整流电路交流电压→大小不变的直流电压半控和全控整流电路交流电压→大小可调的直流电压电力电子电路分析器件关断时，流过器件的电流为0器件导通时，器件两端电压为0整流电路不控整流电路电力电子电路分析单相半波可控整流-电阻性负载触发角/控制角晶闸管承受正压到触发脉冲到来间的电角度导电角晶闸管1个周期内导通的电角度单相半波可控整流-电阻性负载单相半波可控整流-电阻性负载输出电压平均值输出电流平均值晶闸管承受的最大正向与反向电压为单相半波可控整流-电阻性负载输出电压平均值单相半波可控整流-阻感性负载输出电压平均值单相半波可控整流-阻感性负载单相半波可控整流-阻感性负载输出电压平均值流过晶闸管和续流二极管的电流平均值晶闸管承受的最大正向与反向电压为单相半波可控整流-阻感性负载课堂练习6.1某单相半波可控整流电路负载为纯电阻，交流电源电压U2=220V，输出的直流平均电压Ud=50V，输出电流平均值Id=20A，试求:(1)晶闸管的控制角(约90);(2)晶闸管的额定电流和额定电压(42~56,622~933)作业教材第298页习题10.20课堂练习6.1作业单相桥式整流电路单相桥式整流电路单相桥式半控整流-电阻性负载输出电压平均值晶闸管承受的最大正向与反向电压为单相桥式半控整流-电阻性负载单相桥式半控整流-阻感性负载流过每个晶闸管和续流二极管电流的平均值单相桥式半控整流-阻感性负载单相桥式半控整流-反电动势负载单相桥式半控整流-反电动势负载课堂练习6.2单相桥式半控整流电路带电感性负载(L>>R)并有续流二极管,负载电阻RL=5Ω,交流电源电压U2=220V,晶闸管的控制角=60º,试求:(1)输出的直流平均电压(148.5);(2)晶闸管的额定电流(16.5~22)和额定电压(622~933)课堂练习6.2课堂练习6.3（作业）某单相桥式半控整流电路带阻感性负载，电源电压U2=220V，电抗器L足够大,负载电流50A,=π/2,试求：(1)晶闸管的平均电流(12.5);(2)续流二极管的平均电流(25);(3)晶闸管的额定电流(23.4~31.8)和额定电压(622~933)课堂练习6.3（作业）单相桥式全控整流-电阻性负载输出电压平均值每个晶闸管电流平均值晶闸管承受最大正压晶闸管承受最大反压单相桥式全控整流-电阻性负载单相桥式全控整流-阻感性负载输出电压平均值每个晶闸管电流平均值晶闸管承受的最大正压和反压均为单相桥式全控整流-阻感性负载三相半波可控整流-电阻性负载1、2、3为自然换相点触发顺序VT1-VT2-VT3触发脉冲相位差120º控制角从自然换相点算每个晶闸管导通120º三相半波可控整流-电阻性负载1、2、3为自然换相点三相半波可控整流-电阻性负载=0，t=/6输出电压平均值每支晶闸管电流平均值晶闸管承受最大正压晶闸管承受最大反压三相半波可控整流-电阻性负载三相半波可控整流-电阻性负载=/6，t=/3输出电压平均值三相半波可控整流-电阻性负载三相半波可控整流-电阻性负载=/3，t=/2输出电压平均值三相半波可控整流-电阻性负载三相半波可控整流-阻感性负载输出电压平均值晶闸管承受的最大正、反压均为VS1VS2VS3三相半波可控整流-阻感性负载VS1VS2VS3三相半波可控整流-阻感性负载三相半波可控整流-阻感性负载三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流-阻感性负载=0三相桥式全控整流-阻感性负载=0第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件6.2整流与逆变控制6.2.1整流电路6.2.2逆变电路6.3斩波与PMW控制6.4直/交流调速系统第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件逆变电路有源逆变逆变器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为同频率的交流电无源逆变逆变器的交流侧接到负载，把直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载变流器可同时实现整流和逆变功能的晶闸管电路逆变电路有源逆变变流器有源逆变a)两电动势同极性EG>EMb)两电动势同极性EG<EMc)两电动势反极性，顺向串联形成短路有源逆变a)两电动势同极性c)两电动势反极性，顺向串联形有源逆变的条件用单相桥式全控电路代替发电机G条件1有直流电动势源EM，其极性和晶闸管导通方向一致且EM>Ud条件2晶闸管

>/2使Ud为负有源逆变的条件用单相桥式全控电路代替发电机G条件1无源逆变以相等的时间间隔交替地闭合和断开S1、S4和S2、S3，则在负载上获得交流电交流电频率取决于两组开关在每秒内闭合和断开的次数无源逆变以相等的时间间隔交替地闭合和断开S1、S4和S2、换相电流在不同支路的转移过程换相方式器件换相电网换相负载换相强迫换相换相电流在不同支路的转移过程换相方式三相电压型逆变电路直流侧为电压源V1~V6为IGBTVD1~VD6为二极管三相电压型逆变电路直流侧为电压源三相电流型逆变电路直流侧为电流源VT1~VT6为晶闸管三相电流型逆变电路直流侧为电流源第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件6.2整流与逆变控制6.3斩波与PMW控制6.4直/交流调速系统第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件降压斩波电路V为IGBTton为V导通时间toff为V关断时间T为V开关周期γ为导通占空比降压斩波电路V为IGBT升压斩波电路ton为V导通时间toff为V关断时间T为V开关周期γ为导通占空比升压斩波电路PWM控制脉冲宽度调制pulsewidthmodulation保持开关器件T不变，改变ton调控输出电压等幅PWM控制直流斩波控制不等幅PWM控制SPWM逆变控制PWM控制脉冲宽度调制等幅PWM控制SPWM控制SinusoidalPWM脉冲宽度按正弦规律变化，可等效输出正弦波冲量等效原理冲量相等而形状不同的窄脉冲加在惯性环节上的效果基本相同SPWM控制SinusoidalPWM冲量等效原理SPWM控制SPWM控制SPWM控制用一系列等幅不等宽的脉冲来代替正弦正半波Ouωt>Ouωt>Ouωt>SPWM控制用一系列等幅不等宽的脉冲来代替正弦正半波OuωtSPWM控制OUd-UdOUd-UdSPWM控制OUd-UdOUd-UdSPWM的调制控制期望正弦波ur和高频双极性三角波ucSPWM的调制控制期望正弦波ur和高频双极性三角波uc第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件6.2整流与逆变控制6.3斩波与PMW控制6.4直/交流调速系统6.4.1直流调速系统6.4.2交流调速系统第6章直/交流传动控制系统6.1电力电子器件直流电机调速原理调压调速改变电枢电压Ua调磁通调速改变励磁电阻Rf调电阻调速改变电枢回路电阻Ra直流电机调速原理调压调速直流调速系统晶闸管直流调速系统开环调速系统单闭环调速系统有静差调速系统无静差调速系统双闭环调速系统可逆调速系统PWM直流调速系统直流调速系统晶闸管直流调速系统开环调速系统调压调速控制电压Ug→晶闸管控制角→整流电路输出电压UD→电机调压调速开环系统只能调速，不能稳速开环调速系统调压调速转速负反馈调速系统比例放大器触发电路整流电路测速发电机转换元件给定电位器转速负反馈调速系统比例放大器触发电路整流电路测速发电机转换元电压负反馈调速系统调速过程与转速负反馈完全相同，只是反馈信号和检测元件不同电压负反馈调速系统调速过程与转速负反