交流伺服与变频技术项目2

任务一、熟悉电力电子器件一、交流逆变概述控制要求☞变频调速：必须能同时改变电机的电压和频率（V/f

控制）。问题：电网的供电电压、频率不能改变。我国的标准：U=3~380V（+10%，-15%）f=50±1Hz☞必须有一整套变换装置——逆变器（Inverter）。项目二、交流逆变技术控制方案将380V/50Hz的交流直接变换成V、f可变的交流——交-交变流。特点：无中间电路（整流电路）、效率高，但控制复杂，尚没有成熟的控制方案。☞最新研究方向——矩阵控制技术。先将380V/50Hz的交流转换成直流，再将直流转换成交流——交-直-交变流。特点：技术较成熟，是当前交流逆变的主流。☞变频器、交流主轴、交流伺服全部采用交-直-交逆变方案——三者的主回路结构相同。☞各部分作用：整流：将交流转换为直流。调压：保证直流电压不变。逆变：将直流转换为V/f

可变的交流。交-直-交逆变电路整流调压逆变

M3~电网输入整流输出母线电压V/f电压二、电力电子器件电子器件分类：低电压、小电流控制——直接称电子器件（弱电）。☞只要有电子控制电路就必须使用。高电压、大电流控制——称电力电子器件（强电）。☞用于交、直流主回路控制。☺知识回顾1：怎样区分主回路和控制回路？主回路：直接向负载提供电能的电路（可以是交流或直流）。如电机（电—机械能）、照明灯（电—光能）、加热器（电—热能）的供电回路。控制回路：用于信号分析、运算、处理的辅助电路。如：电机的继电器控制电路、PLC、CNC等。☺知识回顾2：你知道的电力电子器件有哪些？

二极管：交流→直流，不需要（不能）控制。☞称为“不可控器件”。晶闸管：又称可控硅，用于交流通断控制，但不能控制直流关断。☞称为“半控器件”。GTO、GTR、MOSFET、IGBT、IPM等：可用于交、直流的通断控制。☞称为“全控器件”。☺拓展学习1：电力电子技术的发展第1代：半控，功率二极管（20世纪40年代）、晶闸管（1958年，美国GE公司）

。☞水平：国际12000V/5000A；国内3000V/1000A

第2代：全控，GTO（门极可关断晶闸管，1964年，美国）

；GTR（大功率晶体管）、

MOSFET（电压控制型单极晶体管

）

，20世纪70年代、美国。

第3代：复合型器件，IGBT（绝缘门极双极型晶体管，1983年，美国GE公司）。第4代：功率集成电路，IPM（智能功率模块，20世纪80年代末，美国）。符号和特性☞参见P25表2-1、表2-2。

☺

通俗理解：电力电子器件=电子开关功率二极管：正向电压UAK≥0.5V自然导通；否则自然关断；不能控制UAK≥0.5V的关断。晶闸管：正向电压UAK≥0.5V且门极电流IG≥0时导通；UAK＜0.5V关断；能通过门极控制UAK≥0.5V时的导通，但不能控制UAK≥0.5V时的关断。

GTR、GTO：

CE极电压UCE≥0V时通断可控，门极电流IB≥0时导通；IB＜0时关断；全控型，开关特性同三极管（电流控制）。

MOSFET：

DS极电压UDS≥0V时通断可控，门极电压UGS≥UT时导通；UGS＜UT时关断；全控型，开关特性同MOS管（电压控制）。

IGBT：

开关特性同MOSFET，但D极称C极；全控型，开关特性同MOS管（电压控制）。任务二、熟悉PWM逆变原理☞逆变：将直流转换为交流一、逆变的基本形式电流控制型：逆变管输出到电机的电流为方波（直流），通过改变电流频率调速，大容量逆变器用。电压控制型：逆变管输出到电机的电压为方波（直流），通过改变电压频率调速，大容量逆变器用。

PWM控制型：逆变管输出到电机的电压为正弦波（PWM脉冲串），通过改变正弦波频率调速，中小容量逆变器用——变频器、交流伺服的基本形式。

二、PWM逆变原理☞PWM：脉宽调制的简称，以宽度可变的脉冲序列等效代替各种波形。取样控制理论：

面积相等、形状不同的窄脉冲加到惯性环节上，产生的效果相同。☞应用：电机绕组=电感+电阻=惯性环节加入脉冲电流时，下图中的平均电流：I1=I

2I1I2幅值I周期T☺

结论：当脉冲周期T（即频率f，f=1/T）、幅值不变时，只要改变脉冲的宽度，就可以改变输出的平均值。

☞开关稳压电源的原理（RC电路=惯性环节）。

脉冲周期

T越短（即频率f越高）输出的波形就越接近理想波形。

☞f叫PWM频率（脉宽调制频率，或载波频率），f越高，波形就越理想。☺记住哦！

PWM频率也是变频器的重要指标，越高，变频器性能越好（但有不利的一面）。正弦波的产生（P32图2-9）：

☞SPWM波=脉宽调制正弦波载波调制波☞三相合成后见P37图2-2.9任务三、整流电路的分析（补充）☞知识回顾：整流电路有哪些基本形式？单相半波、单相全波、三相半波、三相全波。单相全波整流：☞

原理：利用二极管的正向自然导通特点，将4只二极管（集成，俗称“桥堆”）组合、接入单相交流电路，使得两-两交替导通、得到相电压全部波形。

☞用于单相交流输入→直流的转换。直流输出电压计算：面积相等Ud=0.9U利用大电容平波后：Ud

≈

1.2

×

0.9U三相全波整流：☞

原理：利用二极管的正向自然导通特点，将6只二极管（集成，俗称“三相桥堆”）组合、接入三相交流电路，使得两-两交替导通、得到线电压全部波形。直流输出电压计算：面积相等Ud=1.35UL利用大电容平波后：Ud≈1.2×

1.35ULUL为线电压：UL

=1.732×

U相某单相200~240V、三相380~440V输入通用的变频器，如果将它直接连接到我国的工厂电网上，变频器的直流母线电压各为多大？解：我国的电网电压

单相：U=220V（单相指相电压）

三相：UL=380V（三相指线电压）代入后得：

单相：Ud=237V（一般可认为230V）

三相：

Ud=615V（一般可认为610V）☺练一练：☺练一练（不定项选择）：1.目前变频器所使用的变流方式属于………（）A.

交-交B.

交-直-交C.直-交D.交-直2.变频器整流回路常用的电力电子器件是…（）A.GTRB.IGBTC.二极管D.晶闸管3.变频器逆变回路常用的电力电子器件是…（）A.GTRB.IGBTC.二极管D.晶闸管4.以下属于全控型器件的是…（）A.

二极管B.

晶闸管C.IGBTD.MOSFET5.3相380V输入的变频器直流母线电压约为……（）A.

230VB.320VC.500VD.610V6.3相200V输入的伺服驱动直流母线电压约为…（）A.

230VB.320VC.5