基本变频器理论
变频器理论试题库
变频器理论试题库一、填空题1.( )器件就是目前通用变频器中广泛使用得主流功率器件。
2.变频器按变换环节可分为( )型与( )频器。
3.变频器按照滤波方式分( )型与( )型变频器。
5.智能功率模块IPM将大功率开关器件与( )电路、( )电路、( )电路等集成在同一个模块内。
7、基频以下调速时,变频装置必须在改变输出( )得同时改变输出( )得幅值。
8、基频以下调速时,为了保持磁通恒定,必须保持U/F=( )。
9.变频器得主电路,通常用()或()表示交流电源得输入端,用()表示输出端。
10、通过()接口可以实现在变频器与变频器之间或变频器与计算机之间进行联网控制。
11.变频器输入侧得额定值主要就是( )与( )12.变频器输出侧得额定值主要就是输出( )、( )、( )、配用电动机容量与超载能力。
13、变频器得频率指标有频率( )、频率( )、频率( )14、变频器运行频率设定方法主要有( )给定( )给定、()给定与通信给定。
15.变频器得外接频率模拟给定分为( )控制、( )控制两种。
16、通用变频器得电气制动方法,常用得有三种( )制动、()制动、( )。
17、变频器得PID功能中,P指 ( ),I指( ) ,D指( )。
18、U/f控制方式得变频器主要用于( )、( )、( )等无动态指标要求得场合。
19、交流偏置使三相单相变频器输出均为 ( )20、低压变频器常用得电力电子器件有 ( )、 ( )、( )、21、变频器主电路由( )电路、中间( )电路、( )三部分组成22、变压器得控制方式主要有( )控制、( )控制、( )控制23 、电压型变频器中间直流环节采用大( )滤波,电流型变频器中间直流环节采用高阻抗( )滤波。
24、直流电抗器得主要作用就是改善变频器得输入电流得( )干扰,防止( )对变频器得影响,保护变频器及抑制直流电流( )。
25、变频器具有( )保护、( )保护、( )保护、欠电压保护与瞬间停电得处理。
变频器的工作原理与控制方式
变频器的工作原理与控制方式变频器（Variable Frequency Drive，缩写为VFD），又称为交流调速器（AC Drive），是一种用于调节交流电机转速的电子装置。
它通过改变输入电压的频率和幅值来控制电机的转速。
变频器工作原理主要涉及开关技术、PWM调制技术、电机驱动理论等方面内容，下面将详细介绍。
一、变频器的工作原理1.开关技术变频器利用开关电子器件（如晶体管、IGBT等）来实现对输入电源的开关控制。
通过不断开关电路，形成等效于几十千赫兹至几千千赫兹的高频方波，从而形成理想的正弦波输出。
2.PWM调制技术PWM（Pulse Width Modulation）调制技术是指通过改变开关装置的导通时间和关断时间，以一定占空比形式控制开关管工作的方式。
在变频器中，PWM技术可以实现加减压、变频和控制电机的转速。
3.电机驱动理论变频器通过改变输入电压的频率和幅值来调节电机的转速。
在工作过程中，通过改变开关器件导通时间和关断时间，将输入电压的频率调节到所需的频率范围，实现对电机转速的精准控制。
二、变频器的控制方式1.V/f控制方式V/f控制方式（Voltage/frequency ratio control）是一种常用的变频器控制方式。
它通过传感器检测电机当前的转速，并根据转速信号和预设的转速曲线进行比较，计算所需输出频率，并根据预设的V/f比值进行控制，实现对电机速度的调节。
2.向量控制方式向量控制方式（Vector Control）又称矢量控制方式，是一种高性能的变频器控制方式。
它通过传感器检测电机当前的转速、转矩和位置等信息，并根据这些信息进行精确计算和控制，实现对电机速度、转矩和位置等的准确控制。
3.矢量控制方式矢量控制方式（Direct Torque Control，缩写为DTC）是一种高性能的变频器控制方式。
它通过传感器检测电机当前的转速、转矩等信息，并根据转速、转矩的变化率进行预测和计算，在每个采样周期内调节电机的转速和转矩，实现对电机的精确控制。
变频器的基本原理及调试方法讲解
变频器的基本原理及调试方法讲解变频器的基本原理及调试方法讲解1.变频器基础1: VVVF 是Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。
2: CVCF 是Constant Voltage and Constant Frequency 的缩写，意为恒电压、恒频率，也就是人们所说的恒压恒频。
我们使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。
交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95％左右。
无论是用于家庭还是用于工厂，单相交流电源和三相交流电源，其电压和频率均按各国的规定有一定的标准，如我国大陆规定，直接用户单相交流电为220V，三相交流电线电压为380V，频率为50Hz，其它国家的电源电压和频率可能于我国的电压和频率不同，如有单相100V/60Hz，三相200V/60Hz等等，标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。
通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程叫整流。
把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。
一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。
对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。
变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。
对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。
一般变频电源是变频器价格的15－－20倍。
由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器。
变频器也可用于家电产品。
变频器的调速原理)
变频器调速基本原理变频器调速基本原理 1、变频器概述。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
它的主电路都采用交—直—交电路。
JP6C-T9/J9 系列低压通用变频器工作电压为：380～690V，功率为0.75～800kW，工作频率为0～400Hz；JP6C-YZ 系列中压通用变频器工作电压为：1140～2300V，功率为37～1000kW，工作频率为0～400Hz；JCS 系列高压变频器工作电压为：3KV / 6KV / 10KV，功率为280～20000kW，工作频率为0～60Hz；2、变频原理。
从理论上我们可知，电机的转速N 与供电频率f 有以下关系：)1(*60sPfN其中： p ——电机极数 S——转差率由式(1)可知，转速n 与频率f 成正比，如果不改变电动机的极数，只要改变频率f 即可改变电动机的转速，当频率f 在0～50Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。
变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。
3、节能调速原理一般使用的风机、水泵类它们额定风量、水量都超过实际需要，又因工艺的需要，往往运行中要改变风量、水量，而目前多数采用档板或阀门来调节的，虽然方法简单，但实质是人为增加阻力的办法。
因此浪费大量电能，属不经济的调节方式。
从流体力学原理可知，风机的风量、水泵的流量与电机转速及电机功率的关系如下：当风机转速下降时，电动机的功率迅速降低，例风量下降到80％，转速亦下降到80％时，则轴功率下降到额定的51％，若风量下降到50％，轴功率将下降到额定的13％，其节电潜力非常大，并有下述曲线、阴影部分表示采用变频器调速方式的节电效果，其节电可达30-40％效果十分明显。
对不同使用频率时的节电率N%可查表。
上述原理也基本适用水泵，可见采用变频调速控制实现节电是有效的、惟一的途径。
变频调速特点是效率高，无附加转差损耗，调速范围大、精度高、无级的。
变频调速理论基础-复习及习题解答
三、交流异步电动机变频调速的理论基础问题3-1：在电动机调速时，为什么要保持每极磁通量为额定值不变？对直流电机和交流异步电机，分别采用什么方法使电机每极的磁通恒定？异步电机的气隙磁链在每相定子中的感应电动势E g =4.44f 1N 1k N1Φm 如果使Eg/f 1=K 气隙磁链保持不变，要保持直流电机的磁通恒定，因为其励磁系统是独立的，只要对电枢反应的补偿合适，容易做到保持磁通恒定。
要保持交流异步电机的磁通恒定，必须采用恒压频比控制。
问题3-2：交流异步电动机的恒压频比控制有哪三种方式？试就其实现难易程度、机械特性等方面 进行比较。
Eg/f 1=K ，气隙磁链在每相定子中的感应电动势/输入频率为恒值，机械特性非线性，难实现，加定子电压补偿的目标，改善低速性能。
T max ，n m 与频率无关，机械特性平行，硬度相同，类似于直流电动机的降压调速，属于恒转矩调速。
U 1/f 1=K ，定子相电压/输入频率为恒值，U 1定子相电压，机械特性非线性，易实现。
f 1接近额定频率时，T max 变化不大，f 1的降低，T max 变化较大，在低速时甚至拖不动负载。
实际上U 1/f 1=常数，由于频率很低时定子电阻损耗相对较大， 不可忽略，故必须进行定子电压补偿。
E 2/f 1=K ，转子磁链在每相定子中的感应电动势/输入频率为恒值，E 2转子磁链在每相定子中的感应电动势（忽略转子电阻损耗）转子磁链恒值，机械特性线性， 稳态性能和动态性能好，最难实现。
这是矢量控制追求的目标。
问题3-3：交流异步电动机变频调速系统在基速以上和基速以下分别采用什么控制方法，磁通、转矩、功率呈现怎样的变化规率？并请用图形表示。
恒磁通调速（基频以下）U 1/f 1=常数，并补偿定子电阻损耗。
恒功率调速（基频以上）升高电源电压时不允许的，f 1Φm =KE g 0f T f带定子电压补偿的U 1/f 1=KφφmU1fnUnnT在频率上调时，只能保持电压不变。
交-交变频器和交直交变频器的工作原理_理论说明
交-交变频器和交直交变频器的工作原理理论说明1. 引言1.1 概述交流变频器和交直交变频器作为电力调节装置在现代工业领域具有广泛的应用。
它们通过控制电压和频率来实现对电动机转速的调节，从而满足不同工况下的需求。
本文将深入探讨这两种变频器的工作原理及其理论说明。
1.2 文章结构本文将分为五个部分进行阐述。
第一部分为引言，介绍文章的背景和目标；第二部分将详细阐述交流变频器的工作原理，包括基本原理、输入输出特性以及控制策略；第三部分将重点讲解交直交变频器的工作原理，包括脉宽调制技术、桥式整流器以及逆变器设计；第四部分将通过建立数学模型并进行系统特性分析，展示这些变频器工作原理的模拟与分析过程；最后一部分是结论，总结文章要点并展望这些变频器在未来的研究意义与发展前景。
1.3 目的本文旨在全面了解和揭示交流变频器和交直交变频器的工作原理，并通过数学模型建立与系统特性分析来更好地理解其原理与工作机制。
通过本文的阅读，读者将能够深入了解交流变频器和交直交变频器在工业领域中的应用以及其对电动机的调节控制效果，为相关技术的研究和实践提供有益参考。
这样会清晰重点说明引言部分的内容。
2. 交流变频器的工作原理:2.1 基本原理：交流变频器是一种电力调节设备，用于将固定频率和振幅的交流电转换为可调节频率和振幅的交流电。
其基本原理是通过控制电压和频率来实现对电机转速的调节。
在交流变频器中，主要由三个部分组成：整流器、逆变器和中间直流环节。
整流器将交流电源转换为直流，并通过逆变器将直流电源再次转换为可调节的交流电源。
2.2 输入输出特性：交流变频器通常具有宽输入电压范围和高输出功率因数。
可以接受不同工作条件下的输入，如不同的供应电压、负载波动等，并产生稳定且可调节的输出。
其中，输入特性包括输入相位角、输入功率因数等；输出特性包括额定输出功率、容量因数、效率等。
这些特性决定了交流变频器在工业应用中的适用性以及对于不同负载情况下的响应能力。
变频器工作原理与结构图文详解—变频器的功能作用分析
变频器工作原理与结构图文详解—变频器的功能作用分析变频器变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。
变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。
随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
变频器基本组成变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。
整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。
高容量电容：存储转换后的电能。
逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。
控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。
变频器的结构与原理图解变频器的发展也同样要经历一个徐徐渐进的过程，最初的变频器并不是采用这种交直交：交流变直流而后再变交流这种拓扑，而是直接交交，无中间直流环节。
这种变频器叫交交变频器，目前这种变频器在超大功率、低速调速有应用。
其输出频率范围为：0-17（1/2－1/3 输入电压频率），所以不能满足许多应用的要求，而且当时没有IGBT，只有SCR，所以应用范围有限。
变频器其工作原理是将三相工频电源经过几组相控开关控制直接产生所需要变压变频电源，其优点是效率高，能量可以方便返回电网，其最大的缺点输出的最高频率必须小于输入电源频率1/3或1/2，否则输出波形太差，电机产生抖动，不能工作。
故交交变频器至今局限低转速调速场合，因而大大限制了它的使用范围。
变频器电路结构框架图矩阵式变频器是一种交交直接变频器，由9个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。
《变频器》教案(2)
《变频器》教案重点和难点解析一、教学内容本节课主要讲解变频器的基本原理和应用。
教材的章节为第五章第一节，内容包括：1. 变频器的定义和工作原理；2. 变频器的分类和主要参数；3. 变频器在工业控制中的应用。
二、教学目标1. 让学生了解变频器的基本原理和分类；2. 使学生掌握变频器的主要参数和调整方法；3. 培养学生运用变频器解决实际问题的能力。
三、教学难点与重点重点：变频器的基本原理、分类和主要参数；变频器在工业控制中的应用。
难点：变频器的调整方法和工作原理的深入理解。
四、教具与学具准备1. 教具：多媒体教学设备、变频器实物、电路图；2. 学具：笔记本电脑、变频器操作手册、测量工具。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过展示工业生产线上的变频器应用实例，让学生了解变频器在实际生产中的重要性。
2. 知识讲解：讲解变频器的基本原理、分类和主要参数，引导学生掌握变频器的基本概念。
3. 例题讲解：分析变频器在不同工业场合的应用案例，让学生了解变频器的调整方法和实际操作步骤。
4. 随堂练习：让学生根据给定的电路图和参数，设计一个简单的变频器控制系统，并现场演示。
5. 课堂讨论：引导学生探讨变频器在工业控制中的优势和局限性，以及如何解决实际问题。
六、板书设计板书内容主要包括：1. 变频器的定义和工作原理；2. 变频器的分类和主要参数；3. 变频器在工业控制中的应用案例。
七、作业设计1. 作业题目：请根据教材第五章第一节的内容，简述变频器的基本原理和分类。
答案：变频器是一种电力调节装置，其基本原理是通过改变电源输出频率，实现对交流电机转速的控制。
变频器主要分为电压型和电流型两种，其中电压型变频器输出电压与输入电压成正比，电流型变频器输出电流与输入电流成正比。
2. 作业题目：请分析一个你熟悉的工业场合中变频器的应用，说明变频器如何改善控制系统性能。
答案：以电梯控制系统为例，变频器通过调整输出频率，实现对电梯速度的精确控制，提高了电梯运行的平稳性和舒适性。
变频器培训内容
一、变频器的结构及原理（一） 主回路1、 整流电路将三相交流电通过三相全波整流电路转换为脉动直流电。
2、 限流电路限制充电电流，保护整流二极管因过流而损坏。
3、 滤波电路将脉动直流电转换为较平滑的直流电。
4、 制动电路当电动机处于发电状态产生泵生电压时（1）吸收泵生电压。
（2）增大制动转矩。
泵生电压：电动机需减速或停机，变频器输出频率降低，旋转磁场转矩减小。
由于电动机的惯性，转子转矩不能立即减小，则成为转子带动定子转，电动机处于发电状态，同时产生的电压称为泵生电压。
5、 逆变电路将直流电转换为交流电。
如下图1所示（二） 控制电路1、 取样保护处理电路。
2、 驱动电路将PWM 信号进行幅值和功率的放大。
PWM 信号：脉冲宽度调制信号。
自控理论中指出：形状不同，脉冲当量相同的窄脉冲作用在具有惯性环节中，其基本效果是相同的。
模拟电路生成法如下图2所示：整流 滤波 制动 逆变图1 N(三) 变频器制动方式的选择和制动电阻的计算方法。
1、能耗制动（直流制动）：电机降速，处于低速时加一直流电，在定子绕组中产生一直流磁场制动。
（定位较准确，如数控机床）2、回馈制动（用在大功率变频器上）3、再生制动 (中，小功率变频器常用)制动转矩：指系统从一个速度降到另一个速度在某一时间段内要个系统所加的转矩（Tb ）。
自身制动转矩：电机在停止过程中，电机本身所产生的制动转矩。
（Tb0） Tb0=20%Tme （电动机额定转矩）附加制动转矩（Tba ）=制动转矩-自身制动转矩若Tb -Tb0<0,制动电路不工作。
若Tb -Tb0>0，制动电路启动。
另：根据以往经验可以得出以下结论：当制动电阻上流过的电流为电机额定电流的一半时，产生的附加制动转矩为电机的额定转矩。
当制动电阻上流过的电流为电机额定电流时，产生的附加制动转矩为电机额定转矩的2倍。
二、变频器的应用1、 变频器的选用四级电机与变频器相同功率。
若负载较重，加减速时间较短或六级（八级）电机时选用功率大于电机功率一档。
变频器基本知识
概述变频器就是利用电力半导体器件的通断作用将固定电压、频率的交流电变换为频率、电压都连续可调的交流电的装置，主要用于对异步电动机的调速控制，它与电动机之间连接框图如图1-1所示。
按变频器的电路组成分类:从变频器的电路组成来看，变频器可分为交-交变频器和交-直-交变频器。
1.交-交变频器它是将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源，其主要优点是没有中间环节，变换效率高。
但其连续可调的频率范围窄，所采用的器件多，其应用收到很大限制。
2、交-直-交变频器先将频率固定的交流电整流后变成直流，再经过逆变电路，把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电，由于把直流电逆变成交流电较易控制，因此在频率的调节范围，以及变频后电动机特性改善等方面，都具有明显优势，目前使用最多的变频器均属于交-直-交变频器。
根据直流环节的储能方式来分，交-直-交变频器又可分为电压型和交流电源变频器电动机负载电流型两种。
1）电压型整流后若是靠电容来滤波，这种交-直-交变频器称为电压型变频器,而现在使用的变频器大部分为电压型。
2）电流型整流后若是靠电感来滤波，这种交-直-交变频器称为电流型变频器，这种型式的变频器较为少见。
根据调压方式的不同，交-直-交变频器又可分为脉幅调制（PAM）和脉宽调制（PWM）两种。
3）脉幅调制（PAM）变频器输出电压的大小是通过改变直流电压（UD）来实现的，这种方法现在已经很少采用。
4）脉宽调制（PWM）变频器输出电压的大小是通过改变输出脉冲的占空比来实现的。
目前使用最多的是占空比按正弦规律变化的正弦波脉宽调制，即SPWM方式。
按变频器的控制方式分类按不同的控制方式，变频器可分为U/f控制、矢量控制（VC）和直接转矩控制三种类型。
按变频器的用途分类根据用途的不同变频器可分为通用变频器和专用变频器。
目前变频器技术主要发展方向为：1、高水平的控制2、网络智能化3、结构小型化4、高集成化5、专门化6、开发清洁电能的变频器图2-2 交-直-交电压型变频器典型主电路整流器由VD1～VD6组成三相整流桥，它们将三相380V工频交流电整流成直流，设电源的线电压有效值为UL，那么三相全波整流后的平均直流电压UD大小是：UD=1.35UL=513V整流管VD1～VD6通常采用可以承受高电压大电流具有较大耗散功率的电力二极管，中间电路中间电路包括滤波电路、限流电路和制动电路三部分。
变频器基础知识培训
通过模拟直流电机的控制方式 ，实现电机的转矩和速度的精 确控制。
直接转矩控制
直接对电机的转矩进行控制， 具有快速响应和良好的动态性 能。
智能控制
结合现代控制理论和方法，实 现更为复杂的电机控制需求。
03
变频器的应用领域与优势
变频器在工业自动化领域的应用
01
02
03
电机控制
变频器用于控制电机的启 动、停止、速度和方向， 实现精确的位置控制和自 动化流程。
05
变频器的常见故障与排除方法
变频器常见故障的诊断与分析
电源故障
电源电压过低或过高，导致变频器无法正常 工作。
参数设置错误
变频器参数设置不正确，导致变频器无法正 常工作。
电机故障
电机绕组短路或断路，导致电机无法正常运 转。
传感器故障
传感器损坏或连接不良，导致变频器无法正 常工作。
变频器常见故障的排除方法与技巧
加重要的作用。
新能源领域
变频器在风力发电、太阳能逆变等领域有 广泛应用，未来随着新能源产业的发展， 变频器的需求将进一步增长。
节能减排
变频器具有显著的节能效果，未来在节能 减排、绿色制造等领域的应用将更加广泛
。
交通领域
变频器在轨道交通、电梯、电动汽车驱动 等领域有广泛应用，未来随着交通领域的 不断发展，变频器的需求将持续增长。
变频器的维护与保养
维护保养内容
1
2
检查变频器的外观是否完好，无严重磨损或变形 。
3
检查变频器内部元件是否正常，无严重老化或损 坏现象。
变频器的维护与保养
检查电机和连接线路是否正常 ，无松动或接触不良现象。
对变频器进行除尘清洁，保持 其内部和外部的清洁度。
变频调速器的基本原理与结构
正弦脉宽调制（SPWM）原理
u
• 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半 波
u
O
ωt
>
O
ωt
>
u
O
ωt
>
正弦脉宽调制（SPWM）原理
• 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半 u 波 u
SPWM波
O
ωt
>
O
ωt
&g输出正弦 波幅值，按同一比例改 变各脉冲宽度即可。
变频调速器的基本原理与结构
§4.1 绪论
根据交流电机的转速公式 n 60 f （ 1 s） P
可以看出均匀地改变定子电源频率，就可以平滑地改变电机的转速， 从而实现调速。
§4.2 静止式变频装置
变频调速需要变频电源。过去采用旋转变频机组或离子变 频器来改变电源频率，设备投资大，效率低，可靠性差， 目前已被静止式变频装置所代替。 从结构上，静止式变频装置可以分为交-直-交变频器和交 交变频器。交-直-交变频器，又称为带直流环节的变频器 或间接变频器，它首先将电网的交流电通过整流器整流成 直流，然后再经逆变器将直流转变为可控频率的交流电。
~
us
A
B
C
VT4 VT6 VT2 三相逆变器主电路
逆
• 什么是逆变？
变
逆变（invertion）——把直流电转变成交流电， 整流的逆过程。
实例：电力机车再生制动行驶，机车的动能转变为电 能，反送到交流电网中去。
逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路。
有源逆变电路——交流侧和电网连结。
V3 VD 1 U V VD 4 V6
V5 VD 3 W VD 6 V2 VD 5 N VD 2
《变频器》教案
《变频器》教案教案：《变频器》一、教学内容本节课的教学内容来自于教材第四章《电气控制技术》中的第三节《变频器》。
本节课的主要内容包括：1. 变频器的概述和工作原理2. 变频器的结构组成和功能特点3. 变频器的接线方式和应用领域4. 变频器的操作和维护二、教学目标1. 使学生了解变频器的概述和工作原理，理解变频器在工业控制中的应用。
2. 使学生掌握变频器的结构组成和功能特点，能够正确选择和使用变频器。
3. 培养学生具备变频器的接线能力，能够进行简单的变频器调试和维护。
三、教学难点与重点重点：变频器的结构组成、功能特点、接线方式和应用领域。
难点：变频器的工作原理、操作和维护。
四、教具与学具准备教具：变频器教学模型、示波器、电路图。
学具：笔记本电脑、变频器操作手册。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过展示一个使用变频器的电机调速实例，使学生了解变频器在实际应用中的重要性。
2. 理论讲解：介绍变频器的概述、工作原理、结构组成和功能特点。
3. 示例演示：使用示波器展示变频器的工作原理和调速过程。
4. 操作练习：学生分组进行变频器的接线和操作练习，掌握变频器的使用方法。
5. 应用讲解：介绍变频器在不同领域的应用实例，如电梯、风机、水泵等。
6. 调试与维护：讲解变频器的调试和维护方法，培养学生具备变频器的故障排查能力。
7. 随堂练习：布置一些关于变频器的选择题和操作题，巩固所学知识。
六、板书设计板书内容主要包括变频器的概述、工作原理、结构组成、功能特点、接线方式和应用领域。
板书设计要简洁明了，突出重点。
七、作业设计1. 请简要描述变频器的工作原理。
2. 请列出变频器的结构组成和功能特点。
4. 请举例说明变频器在电梯、风机、水泵等领域的应用。
5. 请简述变频器的调试和维护方法。
八、课后反思及拓展延伸课后反思：本节课通过实践情景引入，使学生了解了变频器在实际应用中的重要性。
在理论讲解环节，学生对变频器的概述、工作原理、结构组成和功能特点有了深入的认识。
变频器原理
1.VVVF调速,即Variable Voltage Variable Frequency-变压变 频调速方式。 2.矢量控制,利用直流电动机的转矩产生机理,将异步机的定子电 流在理论上分为两部分：产生磁场的电流分量（磁场电流）和产 生转矩的电流分量（转矩电流），分别进行控制，同时将二者合 成后的定子电流供给电动机。分为磁通矢量，电压矢量，转矩矢 量控制等。
0
10
20
30
40
50
25HZ以上: 电机正常运行 10-25HZ: 负载转矩在额定值的60%-100%之间,选大一号电机或强制冷却 负载低于60%额定转矩,不需上述选择 10HZ以下: 如果电机持续运行超过5分钟必须加强制冷却风扇
频率HZ
60
变 频 器 原 理
七.相对于不同负载转矩特性的电机的选择 1.恒转矩负载 例如:提升机,皮带输送机,链式输送机.这种形式的应用如果 在25HZ以下运行,电机功率要选大一等级或加强冷风扇. 2.转矩随速度上升负载 例如:风机/水泵等.这类负载在低速下低转矩,如果不再10HZ 以下连续运行,不需要选择大一号电机. 3.转矩在启动时高,但高速时转矩降低 例如:正排量泵 在这种情况下,电机和变频器必须能输出所需的启动转矩. (变频器只提供不大于150%的电机额定转矩)
变 频 器 原 理
五.变频器的四象限运行 1.一象限运行就是电机驱动负载运行,负载不能反过来驱动电动 机,也就是,转矩永远在一个方向上-电动机驱动负载,能量从变 频器传到负载上. 例如: 泵,搅拌机,输送机等. 2.四象限运行就是负载能够反过来驱动电动机.典型的例子就是 升降机应用,重物下放过程中,负载反过来驱动电动机,此时的电 动机阻止负载的下放.在这个过程中,能量从负载反馈回电动机, 电动机提供了阻止负载下放的反力矩. 一般来说,变频器配合制动电机通常认为是四象限运行. SEW变频器内置制动单元,配合合适的制动电阻即可完成四象限 驱动.
变频调速原理
变频调速原理变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电的装置。
3.1 变频调速基本原理[7][8][9]由电机学理论可知三相感应电动机的转速为：式中：n 为电动机的转速f 为输入交流电源的频率P 为电动机的极对数s 为异步电动机的转差率通过上式可知，改变交流电动机转速的方法有三种。
即变频调速、变极调速和变转差率调速。
我们知道，交流电动机是通过内部的旋转磁场来传递能量的，为了保证交流电动机能量传递的效率，必须保持气隙磁通量为恒定值。
如果磁通量太小，则没有充分发挥电动机的能力，导致出力不足。
反之，如果磁通量太大，铁心过度饱和，会导致励磁电过大，严重时会因绕组过热而损坏电动机。
因此，保持气隙磁通量的值恒定不变，是变频变压的基本原则。
三相异步电动机定子每相电动势的有效值为:Eg=4.44f1N1Фm式中：Eg：定子每相由气隙磁通感应的电动势的方均根值（V）f1：定子电流频率（Hz）；N1：定子相绕组有效匝数；Фm：每极磁通量（Wb）。
由上式可见，只要控制好f1和Eg，便可达到控制磁通Фm的目的。
下面分两种情况加以说明。
1.基频以下的变频调速为保证电动机的带负载能力，基频以下的恒磁通变频调速应保持主磁通Φm不变，这就要求在f1降低的同时降低感应电动势Eg，保持Eg/ f1＝常数，即保持电动势与频率之比为常数进行控制。
这种控制又称恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。
然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压U1≈Eg，这样只要保持U1/f1＝常数，即可达到恒磁通控制的目的，这叫做恒压频比控制方式。
2.基频以上变频调速基频以下的变频调速方式只适合于额定转速以下的调节，对于高于额定转速的调节必须采用弱磁变频调速方式。
在基频以上调速时，频率可以从f1N往上增高，但电压U1却不能超过额定电压U1N，最多只能保持U1=U1N，这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况，属于近似的恒功率调速方式。
变频调速基本原理及控制原理
变频调速基本原理及控制原理1.基本原理：目前使用较多的是“交—直—交”变频，原理如图1所示，将50Hz交流整流为直流电Ud，再由三相逆变器将直流逆变为频率可调的三相交流供给鼠笼电机实现变频调速。
2.控制原理：变频调速装置主电路(见图2)由空气开关QF1，交流接触器KM1和变频器VF组成，由安装在配电柜面板上的转换开关SA，复位开关SB；或安装在现场防爆操作柱上启动按钮SB 和停止按钮SB2控制VF的运行：(1)启动VF时必须先合上QF1和QF2，使SA置于启动位置，KM1便带动电触点闭合，来电显示灯HL2亮；此时按下SB，也可以按下现场SB1使KA1带电触点闭合，VF投入运行同时运行指示灯HL3亮。
(2)需要停止VF时，按下SB2使KA1失电，VF停止运行，此时HL3灭；置SA于停止位置，KM1断开同时HL1亮表示停机。
(3)如果在运行过程中VF有故障FLA、FLC端口将短接，KA2带电，KM带电其触点断开，同时故障指示灯HL3亮并报警。
由于工艺条件复杂，实际运行过程中有多方面不确定因素，为安全其见，每台变频器均加有一旁路接触器KM2；如果KM1或VF发生故障时保证电机仍能变频运行。
变频调速实行闭环负反馈自动控制即由仪表装置供给变频器1V和CC端口4～20MA电信号，靠信号大小改变来控制VF频率高低变化达到调节电动机转速和输出功率的目的，使泵流量和实际工艺需求最佳匹配，实现仪表电气联合自动控制体系。
二、实际运用分析1.变频调速实行工艺过程控制，由于生产流程和工艺条件的复杂性；不通过实践有些问题不被人们认识，只有通过实践才能找出解决这此问题方法和途径。
在闭环控制回路中，变频器作用类似风开式调节阀，对于实用风关式调节阀控制回路需在变频器上设定最低下降频率，当仪表装置故障时变频器输出最低频率，保证电机运转，维持工艺流程最低安全量，不至于生产中断。
变频器下限频率设定必须通过实际测试，不能随意变动。
就拿P6101A 脱丙烷塔进料泵来说，当时调试时当仪表信号4AM时，变频器输出频率10Hz，此时根本达不到工艺需要流量，通过仪表、电气专业人员多测试设定4MA信号输出23Hz能达到最低安全量，故23Hz 便没定为法定下限参数，这样既可保证工艺安全运行又有27Hz的频率调节范围。
变频器课程标准
《变频器》课程标准适用专业（层级）：工程电工工业机器人课程目标学习完《变频器》这门课程后，学生应该能够熟知通用变频器的原理、技术指标，能根据电气设备控制工艺要求，进行变频器的安装、参数设置和调试，并同时培养同学初步具备专业生产过程中需要的基本职业技能，具有强烈的安全意识和团队合作等意识。
包括：1.能够根据调速要求进行变频器功能、参数设置的操作；2.能够根据变频调速系统电路图进行安装与调试；3.能够分析，排除电路的简单故障；4.能够用PLC控制变频器实现各种功能，完成PLC程序设计，电器元件的选用和变频器功能、参数设置；5.能够正确处理各种电气设备安全事故。
学习内容本课程的主要学习内容：1.变频器的基本结构变频器的基本构成、变频器的额定数值和技术指标2.变频器的调速原理与控制方法变频器的基本控制方式、变频器调速时的主要技术指标、变频器带负载时控制方式3.变频器的技术规范变频器与电动机容量匹配技术规范、变频器的控制参数、变频器常见品牌介绍4.变频器的选择选择变频器容量的基本原则、变频器容量的计算、根据负载类型选择变频器类型5.变频器的安装变频器安装使用的环境要求、变频器的发热与散热、变频器的安装与接线、变频器的接地6.变频器的调试与维护变频器的调试、变频器系统的调试、变频器的日常维护与检查7.MM440变频器的外部端子MM440变频器上各端子的意义和作用、MM440变频器参数意义和调试方法8.变频器的面板操作与运行变频器面板按键的功能、变频器面板操作与运行的基本步骤、变频器功能参数方法9.变频器的端子控制操作变频器外部端子的功能、变频器外部端子操作与运行的基本步骤、变频器端子控制电动机的正反转10.变频器的多段速运行操作变频器多段速频率控制方式、由PLC控制的变频器多段速运行11.变频器的PID控制运行操作面板设定目标值的接线方法及参数设置、端子设定多个目标值的接线方法及参数设置、PID参数调试方法12.变频与工频的切换控制变频器频率到达参数的设置、使用PLC编程控制电动机工频与变频转换控制。
变频器的基础知识 原理及应用
变频器的组成变频器(Frequency Converter)是利用电力电子半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电转变成电压、频率都可调的交流电。
现在使用的变频器主要采用交-直-交的工作方式，先把工频交流电整流成直流电，再把直流电逆变为频率、电压均可控制的交流电。
变频器输出的波形是模拟正弦波，主要用于电动机的调速，又叫变频调速器。
变频器主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元和微处理一、交流-直流部分(整流部分)：∙整流电路：由VD1-VD6六个整流二极管组成不可控全波整流桥。
对于380V的额定电源，二极管反向耐压值一般应选1200V 。
二极管的正向电流为电机额定电流的1.414~2倍。
∙ 吸收电容C 1：整流电路输出是脉动的直流电压，必须加以滤波。
∙压敏电阻：过电压保护与耐雷击要求。
∙热敏电阻：过热保护。
∙ 霍尔:安装在U 、V 、W 的其中二相,用于检测输出电流值。
选用时额定电流约为电机额定电流的2倍左右。
∙ 电解电容：又叫储能电容，在充电电路中主要作用为储能和滤波。
PN 两端的电压工作范围一般在 430VDC ～700VDC 之间，而一般的高压电容都在400VDC 左右。
为了满足耐压需要就必须是二个400VDC 的电容串起来作800VDC 。
容量选择≥60uf /A 。
∙ 充电电阻：防止开机(上电)瞬间的涌浪电流烧坏电解电容。
因为开机(上电)前电容两端的电压为 0V ，在开机(上电)的瞬间电容相当于短路状态。
如果整流桥与电解电容之间没有充电电阻，相当于电源直接短路，瞬间整流桥通过无穷大的电流导致整流桥炸掉。
一般而言，变频器的功率越大，充电电阻越小。
充电电阻的选择范围一般为10~300Ω。
∙ 均压电阻：防止电解电容的电压不均从而烧坏电解电容。
因为两个电解电容不可能做成完全一致，这样每个电容上所承受的电压就可能不同。
承受电压高的电容严重发热或因超过耐压值而损坏。
∙ 吸收电容C 2：主要作用是吸收IGBT 的过流与过压能量。
(完整版)VVVF变频器控制原理
VVVF变频器控制原理在感应电机额定频率(如通常的50hz、60hz）以下，变频器输出电压随输出频率的增大而增大,这是为了保证电机内部磁通近似恒定，这就是变压变频(Variable Voltage Variable Frequency -- VVVF）控制的基本点。
通常额定频率对应的输出电压就是电机的额定电压。
在额定频率以内区域可以实现电机的恒转矩控制。
注意通过输出电压和频率的比值（V/f）来判断电机气隙磁通大小，近似条件是忽略定子电阻、定子漏感上的压降。
为补偿定子电阻等非理想近似的影响,在低频下常须对输出电压进行补偿，补偿的方式有多种。
变频器输出电压随输出频率变化的曲线就是V/f曲线。
关于V/f曲线的选择方法，可以结合应用选取，参见以前的文章《变频器的V/f曲线选择以及节能运行》。
变频器也可以输出频率超过电机额定频率的电压，但此时输出电压大小一般不会超过电机额定电压（如额定频率以上可保持变频器输出电压恒等于电机额定电压），因为往往逆变器达到满调制的同时输出电压也达到电机能承受的最大电压。
随着输出频率增大、输出电压不变，电机内部磁通减小，电机进入弱磁区域。
在这个区域近似为恒功率控制. 随着频率变化，电机内部磁通（可以是定子磁通、转子磁通或是气隙磁通）变化的目标就是变频器的弱磁控制规律，在更高级的控制策略（如矢量控制）中,如何确定弱磁的规律并使得磁链可控是重要的技术点.理论上变频器能够输出非常高频率（超过400Hz）的电压，这个极限取决于微处理器的内核(PWM发生单元等决定分辨率）以及功率开关器件(如IGBT)的开关特性。
但实际应用中由于弱磁扩速范围的限制,一般不会输出那么高频率，因为按普通设计的电机此时已经不能正常运行.若变频器网侧采用不控整流器,网侧电压一定,直流母线电压也就确定了，那么在固定的PWM 调制方式下，变频器能输出的最大正弦电压幅值就已经被决定了，超过该幅值的输出电压会有较大的低次谐波（对应逆变器过调制区域）。
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Half Voltage, 30 Hz PWM Waveform
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Voltage Source VFD
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Volts / Hz Ratio
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Variable Voltage Variable Frequency
F? >? B? C? &? @? A? ? ? A? @? &? C? B? >? (03*+#09+3 %037$+
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Region of continuous operation 200% Torque (Typical) Region of intermittent operation
100%
Continuous torque capability
Rectifier and Filter
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Basic VFD Operation
! Convert AC power to DC power. ! Filter DC power. ! Invert DC power to variable voltage and variable frequency AC power.
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Diode Rectifier
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Insulated Gate Bipolar Transistors
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100 % Output Voltage Field Weakening Region
Amount of Boost 60Hz Output Frequency
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Invert DC Power to Variable Voltage and Frequency AC Power
! 2 IGBT’s per output phase switch the positive and negative sides of the DC Bus utilising pulse width modulation ! IGBT’s will have a characteristic rise time depending on its generation and current rating ! Rise time is the time it takes the IGBT pulse when switched on to reach DC bus voltage level
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Load Torque Proportional To The Square of Speed
Inverter
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PWM Waveform
1.0 -1.0
Full Voltage, 60 Hz PWM Waveform
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Variable Torque Curve
A?? G? E?
/01%)2+';<=
PWM Power Diagram
Input Line
Capacitor
AC Motor Rectifier Inverter
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Variable Frequency Drives Basic VFD Theory
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Variable Torque
Affinity Laws:
! Flow is proportional to speed. (Flow1 / Flow2) = (RPM1)/(RPM2) ! Pressure is proportional to the square of the speed. (Press1 / Press2) = (RPM1)2 / (RPM2)2 ! HP is proportional to the cube of the speed. (HP1 / HP2) = (RPM1 )3/ (RPM2)3
VFD Summary
! VFD Varies the speed of an AC Motor ! Maximum output voltage = input voltage ! V/Hz ratio is controlled throughout the range up to 60 Hz. ! Torque decreases after 60Hz. ! Output wave form is Pulse Width Modulated (PWM) .
Convert AC Input Power to DC
AC input power is rectified to DC through a six pulse diode bridge DC voltage is equal to AC input voltage * 1.414 (root 2) !230 * 1.414 = 325 !460 * 1.414 = 650 !600 * 1.414 = 850 DC power is filtered and stored through a capacitor bank called the DC bus