变频技术的认识.doc

1、1对变频器的简要认识2随 着 科 学 的 发 展 ， 变 频 器 的 使 用 也 越 来 越 广 泛 ， 不 管 是 工 业 设 备 上 还 是家 用 电 器 上 都 会 使 用 到 变 频 器 ， 可 以 说 ， 只 要 有 三 相 异 步 电 机 的 地 方 ， 就有 变 频 器 的 存 在 ， 要 熟 练 地 使 用 变 频 器 ， 还 必 须 掌 握 三 相 异 步 电 动 机 的 特 性 ，因 为 变 频 器 与 三 相 异 步 电 动 机 有 着 密 切 的 联 系 。 变 频 器 的 起 源在 过 去 ， 变 频 器 一 般 被 包 含 在 电 动 发 电 机 、 旋 转 转 换

2、 器 等 电 气 设 备 中 。随 着 半 导 体 电 子 设 备 的 出 现 ， 人 们 已 经 可 以 生 产 完 全 独 立 的 变 频 器 ， 像 市 面上 技 术 水 平 发 展 得 比 较 好 的 三 晶 变 频 器 。变 频 调 速 技 术 的 定 义 ： 以 改 变 交 流 电 动 机 的 供 电 频 率 来 对 交 流 电 动 机 调 速 的技 术 。变 频 器 的 认 识通 过 改 变 交 流 电 频 率 的 方 式 实 现 交 流 电 控 制 的 技 术 就 叫 变 频 技 术 ， 变频 技 术 是 应 交 流 电 机 无 级 调 速 的 需 要 而 诞 生 的 。 20

3、 世 纪 60 年 代 后 半 期 开始 ， 电 力 电 子 器 件 从 SCR(晶 闸 管 )、 GTO(门 极 可 关 断 晶 闸 管 )、 BJT(双 极 型功 率 晶 体 管 )、 MOSFET(金 属 氧 化 物 场 效 应 管 )、 SIT(静 电 感 应 晶 体 管 )、SITH(静 电 感 应 晶 闸 管 )、 MGT(MOS 控 制 晶 体 管 )、 MCT(MOS 控 制 品 闸 管 )发 展到 今 天 的 IGBT(绝 缘 栅 双 极 型 晶 体 管 )、 HVIGBT(耐 高 压 绝 缘 栅 双 极 型 晶 闸 管 )，器 件 的 更 新 促 使 电 力 变 换 技 术

4、 的 不 断 发 展 。 20 世 纪 70 年 代 开 始 ， 脉 宽 调制 变 压 变 频 (PWMVVVF)调 速 研 究 引 起 了 人 们 的 高 度 重 视 。 20 世 纪 80 年 代 ，作 为 变 频 技 术 核 心 的 PWM 模 式 优 化 问 题 吸 引 着 人 们 的 浓 厚 兴 趣 ， 并 得 出 诸 多优 化 模 式 ， 其 中 以 鞍 形 波 PWM 模 式 效 果 最 佳 。 20 世 纪 80 年 代 后 半 期 开 始 ，美 、 日 、 德 、 英 等 发 达 国 家 的 VVVF 变 频 器 已 投 入 市 场 并 广 泛 应 用 。 VVVF变 频 器

5、 的 控 制 相 对 简 单 ， 机 械 特 性 硬 度 也 较 好 ， 能 够 满 足 一 般 传 动 的 平 滑 调速 要 求 ， 已 在 产 业 的 各 个 领 域 得 到 广 泛 应 用 。 但 是 ， 这 种 控 制 方 式 在 低 频 时 ，由 于 输 出 电 压 较 小 ， 受 定 子 电 阻 压 降 的 影 响 比 较 显 著 ， 故 造 成 输 出 最 大 转 矩减 小 。 另 外 ， 其 机 械 特 性 终 究 没 有 直 流 电 动 机 硬 ， 动 态 转 矩 能 力 和 静 态 调 速性 能 都 还 不 尽 如 人 意 ， 因 此 人 们 又 研 究 出 矢 量 控 制

6、 变 频 调 速 。 矢 量 控 制 变频 调 速 的 做 法 是 ： 将 异 步 电 动 机 在 三 相 坐 标 系 下 的 定 子 交 流 电 流Ia、 Ib、 Ic、 通 过 三 相 二 相 变 换 ， 等 效 成 两 相 静 止 坐 标 系 下 的 交 流 电 流Ia1Ib1， 再 通 过 按 转 子 磁 场 定 向 旋 转 变 换 ， 等 效 成 同 步 旋 转 坐 标 系 下 的 直 流电 流 Im1、 It1(Im1 相 当 于 直 流 电 动 机 的 励 磁 电 流 ； It1 相 当 于 与 转 矩 成 正比 的 电 枢 电 流 )， 然 后 模 仿 直 流 电 动 机 的

7、控 制 方 法 ， 求 得 直 流 电 动 机 的 控 制量 ， 经 过 相 应 的 坐 标 反 变 换 ， 实 现 对 异 步 电 动 机 的 控 制 。 矢 量 控 制 方 法 的提 出 具 有 划 时 代 的 意 义 。 然 而 在 实 际 应 用 中 ， 由 于 转 子 磁 链 难 以 准 确 观 测 ，系 统 特 性 受 电 动 机 参 数 的 影 响 较 大 ， 且 在 等 效 直 流 电 动 机 控 制 过 程 中 所 用 矢量 旋 转 变 换 较 复 杂 ， 使 得 实 际 的 控 制 效 果 难 以 达 到 理 想 分 析 的 结 果 。 31985 年 ， 德 国 鲁 尔

8、大 学 的 DePenbrock 教 授 首 次 提 出 了 直 接 转 矩 控 制 变 频 技术 。 该 技 术 在 很 大 程 度 上 解 决 了 上 述 矢 量 控 制 的 不 足 ， 并 以 新 颖 的 控 制 思 想 、简 洁 明 了 的 系 统 结 构 、 优 良 的 动 静 态 性 能 得 到 了 迅 速 发 展 。 目 前 ， 该 技 术 已成 功 地 应 用 在 电 力 机 车 牵 引 的 大 功 率 交 流 传 动 上 。 直 接 转 矩 控 制 直 接 在 定子 坐 标 系 下 分 析 交 流 电 动 机 的 数 学 模 型 ， 控 制 电 动 机 的 磁 链 和 转 矩

9、 。 它 不 需要 将 交 流 电 动 机 化 成 等 效 直 流 电 动 机 ， 因 而 省 去 了 矢 量 旋 转 变 换 中 的 许 多 复杂 计 算 ； 它 不 需 要 模 仿 直 流 电 动 机 的 控 制 ， 也 不 需 要 为 解 耦 而 简 化 交 流 电 动机 的 数 学 模 型 。 VVVF 变 频 、 矢 量 控 制 变 频 、 直 接 转 矩 控 制 变 频 都 是 交 直 交 变 频 中 的 一 种 。 其 共 同 缺 点 是 输 入 功 率 因 数 低 ， 谐 波 电 流 大 ， 直 流 回路 需 要 大 的 储 能 电 容 ， 再 生 能 量 又 不 能 反 馈

10、回 电 网 ， 即 不 能 进 行 四 象 限 运 行 。为 此 ， 矩 阵 式 交 交 变 频 应 运 而 生 。 由 于 矩 阵 式 交 交 变 频 省 去 了 中 间 直流 环 节 ， 从 而 省 去 了 体 积 大 、 价 格 贵 的 电 解 电 容 。 它 能 实 现 功 率 因 数 为l， 输 入 电 流 为 正 弦 且 能 四 象 限 运 行 ， 系 统 的 功 率 密 度 大 。 该 技 术 目 前 虽 尚未 成 熟 ， 但 仍 吸 引 着 众 多 的 学 者 深 入 研 究 。 变 频 技 术 与 家 用 电 器 20 世 纪70 年 代 ， 家 用 电 器 开 始 逐 步

11、变 频 化 ， 出 现 了 电 磁 烹 任 器 、 变 频 照 明 器 具 、 变频 空 调 器 、 变 频 微 波 炉 、 变 频 电 冰 箱 、 IH(感 应 加 热 )饭 堡 、 变 频 洗 衣 机 等 。20 世 纪 90 年 代 后 半 期 ， 家 用 电 器 则 依 托 变 频 技 术 ， 主 要 瞄 准 高 功 能 和 省 电 。比 如 ， 要 求 具 有 高 速 高 出 力 、 控 制 性 能 好 、 小 型 轻 量 、 大 容 量 、 高 舒 适 感 、长 寿 命 、 安 全 可 靠 、 静 音 、 省 电 等 优 点 。 首 先 是 电 冰 箱 ， 由 于 它 处 于 全

12、天工 作 ， 采 用 变 频 制 冷 后 ， 压 缩 机 始 终 处 在 低 速 运 行 状 态 ， 可 以 彻 底 消 除 因 压缩 机 起 动 引 起 的 噪 声 ， 节 能 效 果 更 加 明 显 。 其 次 ， 空 调 器 使 用 变 频 后 ， 扩大 了 压 缩 机 的 工 作 范 围 ， 不 需 要 压 缩 机 在 断 续 状 态 下 运 行 就 可 实 现 冷 、 暖 控制 ， 达 到 降 低 电 力 消 耗 ， 消 除 由 于 温 度 变 动 而 引 起 的 不 适 感 。 近 年 来 ， 新 式的 空 调 器 已 采 用 无 刷 直 流 电 动 机 实 现 变 频 调 速 ，

13、 其 节 能 效 果 较 交 流 异 步 电 动机 变 频 又 提 高 约 10 15 。 为 了 进 一 步 提 高 装 置 的 效 能 ， 近 年 来 ， 日 本的 空 调 器 又 逐 步 从 单 纯 的 PWM 控 制 改 为 PWM 十 PAM 混 合 控 制 方 式 。 即 较 低速 时 采 用 PWM 控 制 ， 保 持 U f 为 一 定 ； 当 转 速 大 于 一 定 值 时 ， 将 调 制 度 固定 在 最 大 值 附 近 ， 通 过 改 变 直 流 斩 波 器 的 导 通 占 空 LL， 提 高 逆 变 器 输 入 直流 电 压 值 ， 从 而 保 持 变 频 器 输 出

14、电 压 和 转 速 成 比 例 ， 这 一 区 域 称 为 PAM 区 。采 用 混 合 控 制 方 式 后 ， 变 频 器 的 输 入 功 率 因 数 、 电 机 效 率 、 装 置 综 合 效 率 都比 单 独 PWA4 控 制 时 有 较 大 幅 度 的 提 高 。 近 年 来 ， 新 式 的 变 频 冷 藏 库 不 但耗 电 量 减 少 、 实 现 静 音 化 ， 而 且 利 用 高 速 运 行 能 实 现 大 幅 度 时 快 速 冷 冻 ； 在洗 衣 机 方 面 ， 过 去 使 用 变 频 实 现 可 变 速 控 制 ， 提 高 洗 净 性 能 ， 新 流 行 的 洗 衣机 除 了

15、节 能 和 静 音 化 外 ， 还 在 确 保 衣 物 柔 和 洗 涤 等 方 面 推 出 新 的 控 制 内 容 ；电 磁 烹 任 器 利 用 高 频 感 应 加 热 使 锅 子 直 接 发 热 ， 没 有 燃 气 和 电 加 热 的 炽 热 部分 ， 因 此 不 但 安 全 ， 还 大 幅 度 提 高 加 热 效 率 ， 其 工 作 频 率 高 于 听 觉 之 上 ， 从而 消 除 了 饭 锅 振 动 引 起 的 噪 声 ； IH 电 饭 堡 得 到 的 火 力 比 电 加 热 器 更 强 ， 而且 利 用 变 频 可 以 进 行 火 力 微 调 ， 只 要 合 理 设 计 加 热 感 应

16、 线 圈 ， 可 得 到 任 意 的4加 热 布 局 ， 炊 饭 性 能 上 了 一 个 档 次 ； 变 频 微 波 炉 利 用 高 频 电 能 给 磁 控 管 必 要的 升 压 驱 动 ， 电 源 结 构 小 ， 炉 内 空 间 更 宽 敞 ， 新 式 微 波 炉 能 任 意 调 节 电 力 ，并 根 据 不 同 食 品 选 择 最 佳 加 热 方 式 ， 缩 短 时 间 ， 降 低 电 耗 ； 照 明 方 面 ， 荧 光灯 使 用 高 频 照 明 ， 可 提 高 发 光 效 率 ， 实 现 节 能 ， 无 闪 烁 ， 易 调 光 ， 频 率 任 意可 调 ， 镇 流 器 小 型 轻 量 。

17、 变 频 技 术 正 在 给 形 形 色 色 的 家 电 带 来 新 的 革 命 ，并 将 给 用 户 带 来 更 大 的 福 音 。 今 后 变 频 技 术 还 将 随 着 电 力 电 子 器 件 、 新 型 电力 变 换 拓 扑 电 路 、 滤 波 及 屏 蔽 技 术 的 进 步 而 发 展 。 家 用 太 阳 能 发 电 系 统 还 将给 家 电 增 添 新 的 能 源 。 电 力 电 子 装 置 带 来 的 危 害 及 对 策 电 力 电 子 装 置 中的 相 控 整 流 和 不 可 控 二 极 管 整 流 使 输 入 电 流 波 形 发 生 严 重 畸 变 ， 不 但 大 大 降低

18、了 系 统 的 功 率 因 数 ， 还 引 起 了 严 重 的 谐 波 污 染 。 另 外 ， 硬 件 电 路 中 电 压 和电 流 的 急 剧 变 化 ， 使 得 电 力 电 子 器 件 承 受 很 大 的 电 应 力 ， 并 给 周 围 的 电 气 设备 及 电 波 造 成 严 重 的 电 磁 干 扰 (EMl)， 而 且 情 况 日 趋 严 重 。 许 多 国 家 都 已 制定 了 限 制 谐 波 的 国 家 标 准 ， 国 际 电 气 电 子 工 程 师 协 会 (IEEE)、 国 际 电 工 委员 会 (IEC)和 国 际 大 电 网 会 议 (CIGRE)纷 纷 推 出 了 自 己

19、 的 谐 波 标 准 。 我 国 政府 也 分 别 于 1984 年 和 1993 年 制 定 了 限 制 谐 波 的 有 关 规 定 。 1 谐 波 与 电磁 干 扰 的 对 策 (1)谐 波 抑 制 为 了 抑 制 电 力 电 子 装 置 产 生 的 谐 波 ， 一 种 方 法 是进 行 谐 波 补 偿 ， 即 设 置 谐 波 补 偿 装 置 ， 使 输 入 电 流 成 为 正 弦 波 。 传 统 的 谐波 补 偿 装 置 是 采 用 lC 调 谐 滤 波 器 ， 它 既 可 补 偿 谐 波 ， 又 可 补 偿 无 功 功 率 。其 缺 点 是 ， 补 偿 特 性 受 电 网 阻 抗 和

20、运 行 状 态 影 响 ， 易 和 系 统 发 生 并 联 谐 振 ，导 致 谐 波 放 大 ， 使 LC 滤 波 器 过 载 甚 至 烧 毁 。 此 外 ， 它 只 能 补 偿 固 定 频 率 的谐 波 ， 效 果 也 不 够 理 想 。 但 这 种 补 偿 装 置 结 构 简 单 ， 目 前 仍 被 广 泛 应 用 。 电 力 电 子 器 件 普 及 应 用 之 后 ， 运 用 有 源 电 力 滤 波 器 进 行 谐 波 补 偿 成 为 重 要 方向 。 其 原 理 是 ， 从 补 偿 对 象 中 检 测 出 谐 波 电 流 ， 然 后 产 生 一 个 与 该 谐 波 电 流大 小 相 等

21、 极 性 相 反 的 补 偿 电 流 ， 从 而 使 电 网 电 流 只 含 有 基 波 分 量 。 这 种 滤 波器 能 对 频 率 和 幅 值 都 变 化 的 谐 波 进 行 跟 踪 补 偿 ， 且 补 偿 特 性 不 受 电 网 阻 抗 的影 响 。 它 已 得 到 人 们 的 重 视 ， 并 将 逐 步 推 广 应 用 。 另 一 种 方 法 是 改 革 变 流器 的 工 作 机 理 ， 做 到 既 抑 制 谐 波 ， 又 提 高 功 率 因 数 ， 这 种 变 流 器 称 单 位 功 率因 数 变 流 器 。 大 容 量 变 流 器 减 少 谐 波 的 主 要 方 法 是 采 用 多

22、 重 化 技 术 ： 将 多个 方 波 叠 加 以 消 除 次 数 较 低 的 谐 波 ， 从 而 得 到 接 近 正 弦 的 阶 梯 波 。 重 数 越 多 ，波 形 越 接 近 正 弦 ， 但 电 路 结 构 越 复 杂 。 几 千 瓦 到 几 百 千 瓦 的 高 功 率 因 数 变流 器 主 要 采 用 PWM 整 流 技 术 。 它 直 接 对 整 流 桥 上 各 电 力 电 子 器 件 进 行 正 弦PWM 控 制 ， 使 得 输 入 电 流 接 近 正 弦 波 ， 其 相 位 与 电 源 相 电 压 相 位 相 同 。 这 样 ，输 入 电 流 中 就 只 含 与 开 关 频 率

23、有 关 的 高 次 谐 波 ， 这 些 谐 波 次 数 高 ， 容 易 滤 除 ，同 时 也 使 功 率 因 数 接 近 1。 采 用 PWM 整 流 器 作 为 AC DC 变 换 的 PWM 逆 变 器 ，就 是 所 谓 的 双 PWM 变 频 器 。 它 具 有 输 入 电 压 、 电 流 频 率 固 定 ， 波 形 均 为 正 弦 ，功 率 因 数 接 近 1， 输 出 电 压 、 电 流 频 率 可 变 ， 电 流 波 形 也 为 正 弦 的 特 点 。 这种 变 频 器 可 实 现 四 象 限 运 行 ， 从 而 达 到 能 量 的 双 向 传 送 。 小 容 量 变 流 器 为了

24、 实 现 低 谐 波 和 高 功 率 因 数 ， 一 般 采 用 二 极 管 整 流 加 PWM 斩 波 ， 常 称 之 为5功 率 因 数 校 正 (PEC)。 典 型 的 电 路 有 升 压 型 、 降 压 型 、 升 降 压 型 等 。 (2)电 磁 干 扰 抑 制 解 决 EMI 的 措 施 是 克 服 开 关 器 件 导 通 和 关 断 时 出 现 过 大 的 电 流上 升 率 di/dt 和 电 压 上 升 率 du dt， 目 前 比 较 引 入 注 目 的 是 零 电 流 开 关(ZCS)和 零 电 压 开 关 (ZVS)电 路 。 方 法 是 ： 开 关 器 件 上 串 联

25、电 感 ， 这 样 可抑 制 开 关 器 件 导 通 时 的 di dt， 使 器 件 上 不 存 在 电 压 、 电 流 重 叠 区 ， 减 少了 开 关 损 耗 ； 开 关 器 件 上 并 联 电 容 ， 当 器 件 关 断 后 抑 制 du dt 上 升 ，器 件 上 不 存 在 电 压 、 电 流 重 叠 区 ， 减 少 了 开 关 损 耗 ； 器 件 上 反 并 联 二 极管 ， 在 二 极 管 导 通 期 间 ， 开 关 器 件 呈 零 电 压 、 零 电 流 状 态 ， 此 时 驱 动 器 件 导通 或 关 断 能 实 现 ZVS、 ZCS 动 作 。 目 前 较 常 用 的 软

26、 开 关 技 术 有 ： 部 分 谐振 PWM。 为 了 使 效 率 尽 量 与 硬 开 关 时 接 近 ， 必 须 防 止 器 件 电 流 有 效 值 的 增 加 。因 此 ， 在 一 个 开 关 周 期 内 ， 仅 在 器 件 开 通 和 关 断 时 使 电 路 谐 振 ， 称 之 为 部 分谐 振 。 无 损 耗 缓 冲 电 路 。 串 联 电 感 或 并 联 电 容 上 的 电 能 释 放 时 不 经 过 电阻 或 开 关 器 件 ， 称 无 损 耗 缓 冲 电 路 ， 常 不 用 反 并 联 二 极 管 。 在 电 机 控 制 中主 开 关 器 件 多 采 用 IGBT， IGBT

27、关 断 时 有 尾 部 电 流 ， 对 关 断 损 耗 很 有 影 响 。因 此 ， 关 断 时 采 用 零 电 流 时 间 长 的 ZCS 更 合 适 。 2、 功 率 因 数 补 偿 早 期 的方 法 是 采 用 同 步 调 相 机 ， 它 是 专 门 用 来 产 生 无 功 功 率 的 同 步 电 机 ， 利 用 过 励磁 和 欠 励 磁 分 别 发 出 不 同 大 小 的 容 性 或 感 性 无 功 功 率 。 然 而 ， 由 于 它 是 旋 转电 机 ， 噪 声 和 损 耗 都 较 大 ， 运 行 维 护 也 复 杂 ， 响 应 速 度 慢 ， 因 此 ， 在 很 多 情况 下 已

28、无 法 适 应 快 速 无 功 功 率 补 偿 的 要 求 。 另 一 种 方 法 是 采 用 饱 和 电 抗 器的 静 止 无 功 补 偿 装 置 。 它 具 有 静 止 型 和 响 应 速 度 快 的 优 点 ， 但 由 于 其 铁 心需 磁 化 到 饱 和 状 态 ， 损 耗 和 噪 声 都 很 大 ， 而 且 存 在 非 线 性 电 路 的 一 些 特 殊 问题 ， 又 不 能 分 相 调 节 以 补 偿 负 载 的 不 平 衡 ， 所 以 未 能 占 据 静 止 无 功 补 偿 装 置的 主 流 。 随 着 电 力 电 子 技 术 的 不 断 发 展 ， 使 用 SCR、 GTO 和

29、 IGBT 等 的 静 止无 功 补 偿 装 置 得 到 了 长 足 发 展 ， 其 中 以 静 止 无 功 发 生 器 最 为 优 越 。 它 具 有 调节 速 度 快 、 运 行 范 围 宽 的 优 点 ， 而 且 在 采 取 多 重 化 、 多 电 平 或 PWM 技 术 等措 施 后 ， 可 大 大 减 少 补 偿 电 流 中 谐 波 含 量 。 更 重 要 的 是 ， 静 止 无 功 发 生 器 使用 的 电 抗 器 和 电 容 元 件 小 ， 大 大 缩 小 装 置 的 体 积 和 成 本 。 静 止 无 功 发 生 器 代表 着 动 态 无 功 补 偿 装 置 的 发 展 方 向

30、 。 收 音 机 变 频 原 理 ： 所 谓 “变 频 ”，就 是 通 过 一 种 叫 “变 频 器 ”的 电 路 ， 将 接 收 到 的 电 台 信 号 变 换 成 一 个 频 率 比较 低 但 节 目 内 容 一 样 的 “中 频 ”， 然 后 对 “中 频 ”进 行 放 大 和 “检 波 ”（ 取 出 电 台 高 频 信 号 中 携 带 的 音 频 信 号 “表 示 声 音 的 电 信 号 ”， 供 收 听 ）。 因 为 中 频 比 电 台 信 号 频 率 低 （ 现 在 有 些 机 器 的 中 频 比 电 台 信 号 频 率 高 ，另 当 别 论 ） ， 放 大 容 易 ， 不 容 易

31、 引 起 自 激 ， 灵 敏 度 高 ， 且 可 以 针 对 固 定 的 中频 做 很 多 的 “调 谐 回 路 ”， 选 择 性 好 。 带 有 自 动 增 益 （ 放 大 倍 数 ） 控 制 电 路（ 即 所 谓 的 AGC） ， 使 强 、 弱 电 台 的 音 量 差 距 变 小 。 6变 频 器 的 分 类 ： 整 流 技 术 （ 交 直 ） ； 斩 波 技 术 （ 直 直 定1 2宽 变 频 ） ； 逆 变 技 术 （ 直 交 逆 变 器 ） ； 稳 相 技 术 （ 交 3 4交 ） ；变 频 器 的 定 义 ： 变 频 器 就 是 改 变 电 源 频 率 的 电 气 设 备 。 变

32、 频 调 速 系 统 ： 变 频 调 速 系 统 有 变 频 器 、 传 动 电 动 机 和 控 制 装 置 组 成 ， 有 的把 控 制 装 置 归 并 在 变 频 器 ， 有 的 还 包 括 负 载 。 变 频 器 可 将 电 网 固 定 频 率 变 成可 调 的 频 率 ， 输 送 给 电 动 机 ， 实 现 变 频 调 速 ， 因 此 变 频 器 是 调 速 系 统 的 核 心部 件 。变 频 器 按 照 变 频 原 理 可 分 为 两 大 类 ： 一 类 是 将 电 网 固 定 频 率 的 交 流 电 直接 变 成 可 调 的 交 流 电 ， 叫 做 交 流 -交 流 变 频 器 ，

33、 简 称 交 -交 变 频 器 。 另 一 类是 先 将 电 网 固 定 频 率 的 交 流 电 整 成 直 流 电 ， 经 过 滤 波 ， 使 直 流 较 平 直 ， 再将 直 流 电 你 变 成 频 率 可 调 的 交 流 电 ， 称 为 交 流 -直 流 -交 流 变 频 器 ， 简 称 交-直 -交 变 频 器 ,他 由 整 流 器 、 滤 波 器 和 逆 变 器 组 成 ， 逆 变 器 完 成 直 流 变 交 流的 任 务 。交 -交 变 频 器 不 要 直 流 环 节 ， 效 率 较 高 ， 但 输 出 频 率 不 能 达 到 电 网 频 率（ 我 国 为 50Hz） ， 一 般

34、用 于 大 容 量 、 低 转 速 的 传 动 场 合 。 交 直 交 变 频 器 所 用 电 力 电 子 器 件 较 少 ， 调 速 范 围 广 ， 因 此 应 用 范 围 很 广 ，大 、 中 、 小 型 调 速 系 统 均 能 适 应 。交 -直 -交 变 频 器 按 所 用 滤 波 元 件 不 同 有 分 为 两 种 ： 一 种 为 采 用 大 电 容 ，是 直 流 电 源 相 当 于 电 压 源 ， 称 为 电 压 源 型 ； 另 一 种 用 大 电 感 ， 使 直 流 电 源相 当 于 电 流 源 ， 称 为 电 流 源 型 ， 简 称 电 流 型 。变 频 器 所 用 的 电 力

35、 电 子 器 件 分 为 不 控 的 、 半 控 的 、 全 控 的 、 复 合 器 件和 功 率 集 成 电 器 。 功 率 器 件 是 实 现 变 频 器 的 关 键 器 件 。变 频 器 对 电 力 电 子 器 件 的 要 求 有 以 下 几 条 ： （ 1） 电 力 电 子 器 件 在 阻 断状 态 下 ， 有 足 够 的 耐 压 能 力 ； （ 2） 耐 电 流 ； （ 3） 开 关 损 耗 要 小 ， 功 率 损耗 小 ， 同 时 在 开 关 状 态 转 换 时 要 有 足 够 的 开 通 时 间 和 关 断 时 间 ； （ 4） 基 极驱 动 功 率 小 ， 损 耗 小 等 等

36、。PWM 是 英 文 Pulse Width Modulation(脉 冲 宽 度 调 制 )缩 写 ， 按 一 定 规律 改 变 脉 冲 列 的 脉 冲 宽 度 ， 以 调 节 输 出 量 和 波 形 的 一 种 调 值 方 式 ， 是 一 种电 压 型 变 频 器 ， 用 来 消 除 或 抑 制 谐 波 。开 关 器 件 及 其 驱 动 、 保 护 电 路一 、 晶 闸 管 （ SCR）特 性 ： 单 向 导 电 ， 正 向 导 通 的 可 控 性 。导 通 条 件 ： 晶 闸 管 阳 极 加 上 正 向 电 压 ： 门 极 加 上 正 向 触 发 脉 冲1 2且 具 有 足 够 的 门

37、极 电 流 。关 断 条 件 ： 晶 闸 管 电 流 小 于 IH （ IH 即 维 持 电 流 ）7二 、 门 极 关 断 （ GTO） 晶 闸 管导 通 条 件 ： 晶 闸 管 阳 极 加 上 正 向 电 压 ： 门 极 上 加 上 正 向 触 发 脉1 2冲 且 具 有 足 够 的 门 极 电 流 。关 断 条 件 ： 在 门 极 加 上 一 个 足 够 大 的 负 脉 冲 。门 极 关 断 晶 闸 管 的 优 点 ： 电 容 电 流 容 量 大 可 达 6KV/6KA,多 应 用 于 大 功率 高 压 变 频 器 。 缺 点 是 驱 动 功 率 大 ， 驱 动 电 路 复 杂 ， 工

38、作 频 不 高 。三 、 大 功 率 晶 体 管 （ GTR、 BJT）目 前 常 用 的 大 功 率 晶 体 管 分 为 三 种 ： 双 极 型 GTR 或 BJT、 达 林 顿 晶 体管 和 GTR 模 块 。 常 用 的 是 双 极 型 GTR 和 模 块 。工 作 状 态 ： 作 为 开 关 器 件 ， 应 工 作 在 截 止 （ 关 ） 和 饱 和 （ 开 ） 两 种 状态 。优 点 ： 驱 动 功 率 小 ， 开 关 速 度 快 。缺 点 ： 容 易 发 生 二 次 击 穿 。四 、 功 率 MOS 场 效 应 晶 体 管开 通 条 件 ： Uds 加 正 压 ； UgsUgs（

39、th） -开 启 电 压1 2优 点 ： 驱 动 功 率 小 ， 开 关 频 率 小 。缺 点 ： 电 流 容 量 小 ， 耐 压 低 。变 频 器 的 作 用 ： 1. 调 速 ： 普 通 的 三 相 异 步 电 动 机 ， 加 装 变 频 后 可 以 实 现 调 速 功 能 。 即任 意 地 改 变 电 动 机 的 转 速 ， 本 公 司 变 频 器 的 频 率 范 围 是 ： 0-650HZ 2. 节 能 ： 变 频 器 调 速 比 传 统 的 电 磁 调 速 可 以 节 电 25%-80%， 具 体 节电 的 多 少 就 要 在 看 客 户 的 设 备 的 不 同 而 不 同 ； 3.

40、 软 启 动 ： 变 频 器 启 动 对 机 械 设 备 没 有 危 害 ， 而 硬 启 动 则 反 之 。 变 频 器 的 工 作 原 理 ： 将 三 相 380V(220V)/50HZ 交 流 电 通 过 整 流 桥 整 流 变 成 脉 动 直 流 电 ， 通 过电 解 电 容 滤 波 后 变 成 平 滑 的 直 流 电 ， 控 制 板 对 IPM、 IGBT 或 模 块 的 控 制 后将 平 滑 的 直 流 电 变 成 三 相 频 率 可 变 的 交 流 电 。 变 频 器 的 构 成 ： 1、 键 盘 ： 作 用 是 设 置 参 数 、 监 视 各 参 数 值 （ 如 ： 电 流 、

41、电 压 、 频 率 、温 度 、 转 速 等 ） 、 调 速 。 2、 电 源 板 ： 作 用 是 提 供 各 部 分 电 路 的 工 作 电 压 ， 保 证 各 电 路 的 正 工 作 。3、 控 制 主 板 ： 作 用 是 产 生 六 路 驱 动 信 号 来 控 制 逆 变 模 块 ， 同 时 也 对 各保 护 信 号 和 各 接 口 信 号 的 处 理 。 4、 整 流 桥 ： 作 用 是 将 输 入 交 流 电 变 成 直 流 电 。 5、 电 解 电 容 ： 作 用 是 将 整 流 后 的 脉 动 直 流 电 变 成 平 滑 的 直 流 电 。 86、 充 电 电 阻 ： 作 用 是

42、 上 电 瞬 间 对 主 电 解 电 容 限 流 ， 以 防 止 充 电 电 流 过大 损 坏 整 流 桥 和 主 电 解 电 容 。 7、 继 电 器 或 接 触 器 ： 作 用 是 当 主 电 解 电 容 充 电 完 成 以 后 短 接 充 电 电 阻而 承 受 主 电 流 。 8、 逆 变 模 块 ： 作 用 是 将 平 滑 的 直 流 电 变 成 接 近 正 弦 波 的 三 相 交 流 电 。 9、 保 险 管 ： 作 用 是 保 护 逆 变 模 块 和 整 流 桥 。 变 频 器 在 机 床 应 用 的 主 要 特 点 1、 低 频 力 矩 大 、 输 出 平 稳 2、 高 性 能

43、矢 量 控 制 3、 转 矩 动 态 响 应 快 、 稳 速 精 度 高 4、 减 速 停 车 速 度 快 5、 抗 干 扰 能 力 强 三 相 异 步 电 动 机 的 作 用 和 特 性 ： 1. 三 相 异 步 电 动 机 的 作 用 ： 通 过 三 相 异 步 电 动 机 运 转 （ 正 转 或 反 转 ）来 带 动 其 它 设 备 做 各 种 各 样 的 机 械 运 动 。 2. 三 相 异 步 电 动 机 的 特 性 ： 1) 运 转 方 式 ： 靠 旋 转 磁 场 来 带 动 电 动 机 转 子 额 定 电 流 为 约 等 于 其 功 率的 二 倍 V/F 控 制 变 频 器 力

44、矩 力 电 机 力 力 转 。 2) 接 线 方 式 ： 有 星 形 （ Y 形 ） 和 三 角 形 （ 形 ） 两 种 ， Y 形 接 线 时 ，电 动 机 的 电 流 小 ， 但 力 矩 也 小 ， 三 角 形 （ 形 ） 接 线 时 电 动 机 的 电 流 大 ，但 力 矩 大 ； 3) 变 速 ： n=60f (1-s)/p n电 动 机 转 速 p极 对 数 f 电 源 频 率 s转 差 率 公 式 说 明 ： 只 要 改 变 电 源 频 率 “f”或 极 对 数 “p”， 就 可 以 改 变 电 动机 转 速 。 三 相 异 步 电 动 机 有 2 极 、 4 极 、 6 极 、

45、8 极 ,工 业 用 的 三 相 异 步 电 动机 一 般 极 数 不 会 超 过 8 极 ， 极 数 越 多 ， 转 速 越 慢 ， 但 力 矩 就 越 大 ， 极 数 越 少 ，转 速 就 越 快 ， 但 力 矩 就 越 小 ； 每 种 极 数 所 对 应 的 转 速 如 下 ： a) 2 极 2950 转 /分 （ 理 想 3000 转 /分 ， 即 同 步 转 速 ） b) 4 极 1450 转 /分 （ 理 想 1500 转 /分 ， 即 同 步 转 速 ） c) 6 极 950 转 /分 （ 理 想 1000 转 /分 ， 即 同 步 转 速 ） d) 8 极 700 转 /分 （

46、 理 想 750 转 /分 ， 即 同 步 转 速 ） 2、 电 动 机 绝 缘 强 度 问 题 ： 目 前 中 小 型 变 频 器 ， 不 少 是 采 用 PWM 的 控 制 方 式 。他 的 载 波 频 率 约 为 几 千 到 十 几 千 赫 ， 这 就 使 得 电 动 机 定 子 绕 组 要 承 受 很 高 的电 压 上 升 率 ， 相 当 于 对 电 动 机 施 加 陡 度 很 大 的 冲 击 电 压 ， 使 电 动 机 的 匝 间 绝缘 承 受 较 为 严 酷 的 考 验 。 另 外 ， 由 PWM 变 频 器 产 生 的 矩 形 斩 波 冲 击 电 压 叠9加 在 电 动 机 运

47、行 电 压 上 ， 会 对 电 动 机 对 地 绝 缘 构 成 威 胁 ， 对 地 绝 缘 在 高 压 的反 复 冲 击 下 会 加 速 老 化 。 3、 谐 波 电 磁 噪 声 与 震 动 ： 普 通 异 步 电 动 机 采 用 变 频 器 供 电 时 ， 会 使 由 电 磁 、机 械 、 通 风 等 因 素 所 引 起 的 震 动 和 噪 声 变 的 更 加 复 杂 。 变 频 电 源 中 含 有 的 各次 时 间 谐 波 与 电 动 机 电 磁 部 分 的 固 有 空 间 谐 波 相 互 干 涉 ， 形 成 各 种 电 磁 激 振力 。 当 电 磁 力 波 的 频 率 和 电 动 机 机

48、 体 的 固 有 振 动 频 率 一 致 或 接 近 时 ， 将 产 生共 振 现 象 ， 从 而 加 大 噪 声 。 由 于 电 动 机 工 作 频 率 范 围 宽 ， 转 速 变 化 范 围 大 ，各 种 电 磁 力 波 的 频 率 很 难 避 开 电 动 机 的 各 构 件 的 固 有 震 动 频 率 。 4、 变 频 器 在 电 动 机 启 动 中 的 优 势 ： 采 用 变 频 器 运 转 ， 随 著 电 机 的 加 速 相 应提 高 频 率 和 电 压 ， 起 动 电 流 被 限 制 在 150%额 定 电 流 以 下 (根 据 机 种 不 同 ，为 125%200%)。 用 工

49、频 电 源 直 接 起 动 时 ， 起 动 电 流 为 67 倍 ， 因 此 ， 将 产生 机 械 电 气 上 的 冲 击 。 采 用 变 频 器 传 动 可 以 平 滑 地 起 动 (起 动 时 间 变 长 )。起 动 电 流 为 额 定 电 流 的 1.21.5 倍 ， 起 动 转 矩 为 70%120%额 定 转 矩 ； 对 於带 有 转 矩 自 动 增 强 功 能 的 变 频 器 ， 起 动 转 矩 为 100%以 上 ， 可 以 带 全 负 载 起动 。5、 电 动 机 的 再 生 制 动 ： 电 动 机 在 运 转 中 如 果 降 低 指 令 频 率 ， 则 电 动 机 变 为非 同 步