交流变频调速系统-PPT课件
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正弦波型交-交变频器适合于低频大功率的电气传动系统， 最高输出频率是输入频率的1/3或1/2。
2、恒压频比控制（U1/ω1=恒值）
因Eg是电机内部参数，恒Eg/ω1控制难以实现，工程上常用 恒压频比控制（U1/ω1=恒值）。其机械特性见下图所示。
Biblioteka Baidu
在恒压频比条件下变频时， n
机械特性基本上平行移动，
而 Temax 随 ω1 降 低 而 减 小 。 n0 N
低频时，Temax将限制调速系 n01
第五章 交流变频调速系统
第一节 变频调速的基本控制方式和机械特性简介 第二节 变频调速系统无逆变电路 第三节 晶闸管变频调速系统 第四节 正弦波脉宽调制的变频调速系统
第一节 变频调速的基本控制方式和机械特性简介 一、变频调速的基本控制方式
由电机学知 Eg4.44f1N1KN1m
Te CmmI2/ cos2
大，如π/2→0→π/2如
右图（a）所示。
t
（a）整流状态波形
控制角由小变大再 变小，如 π/2→π→π/2如右图 （b）所示。
t
（b）逆变状态波形
图5-10 正弦型交-交变频器的输出电压波形
（1）输出正弦波形的获得方法
常用的方法是余弦交点法，该方法的原则是：触发角的变 化和切换应使得整流输出电压的瞬时值与理想正弦电压的 瞬时值误差最小。
即：气隙磁通感应电势与频率之比为常数
（2）因感应电势难以直接控制，忽略定子压降，认为定子 相电压U1≈Eg， 则U1/f1=常数。这就是恒压频比的变频控制 方式。
恒压频比控制在低频时，由于U1和Eg都较小，定子阻抗 压降所占的份量比较显著，不能忽略。这时，可人为地把 电压U1抬高一些，以便近似地补偿定子压降。
图5-7
调压调频 (d)
间接变压变频装置的不同结构形式
（二）直接（交-交）变压变频装置
交-交变频器的主要构成环节如图5-8所示。交-交变频器没 有明显的中间滤波环节，交流电被直接变成频率和电压可 调的交流电，故又称为直接变频器。
~50Hz
AC CVCF
AC 交-交变压变频
VVVF
图5-8 交交变频器的主要构成环节
U1 U 1N
b a
0
f1N f1
2、基频以上的变频控图制5 - 0方恒 式压 频 比 控 制 特 性
在基频以上时，频率可从f1N往上增高，但电压U1却不能 增加得比额定电压U1N大，一般保持U1=U1N，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。
m4.44U f11N N1KN1 f1f1N
下图是异步电机变频调速控制特性。在基频以下，属于
“恒转矩调速”；而在基频以上，基本属于“恒功率调
速”。
U1 Φm 恒转矩调速
恒功率调速制
U 1N Φ mn U1
Φm
0
f1N
f1
图 5-1 鼠 笼 式 异 步 电 动 机
二、变频调速的机械特性简介
1.恒Eg/ω1控制（Eg/ω1=恒值）
当 Eg/ω1 为 恒 值 时 ， Temax恒定不变，随着频 率 的 降 低 ， 恒 Eg/ω1 控 制的机械特性是一组形 状与恒压恒频机械特性 相同，且平行下移的特 性。见右图所示。
统的带负载能力。需采用定 子阻抗电压补偿以增强带负
n02
载能力。右图中虚线特性就 n03
1N 1N 11 12 13
11
12
13
补偿定子压降后的特性
是采用提高定子电压后的特 性。
0 Te
图 5-3 恒 压 频 比 控 制 变 频
调速时的机械特性
3.基频以上变频调速时的机械特性
脉冲宽度调制型 (PWM) 电流型
交-直-交变频器 电压型
正弦波 方波
二、静止型常规变频器及特点
（一）间接（交-直-交）变压变频装置
交-直-交变频器的主要构成环节如图（a）所示。它先把交 流电转换为直流电，经中间直流环节后再把直流电逆变成 变频变压的交流电，又称为间接变频器。按不同的控制方 式，间接变频器有图5-7中b、c、d三种情况。
三、交-交变频电路
（一）单相交-交变频电路 1、方波型交-交变频器
主电路如图5-9（a）所示，图中负载由正组与反组晶闸管整 流电路轮流供电，α角不变时，输出为矩形交流电压，如图 5-9（b）所示。改变正反组切换频率可以调节输出交流电的 频率，而改变α的大小即可调节矩形波的幅度。
正组 +
~50Hz
-
AC
~50Hz
整流
恒压恒频 （CVCF）
DC 中间直流环节
(a)
AC 逆变
变压变频 （VVVF）
AC
可控
~50Hz
整流
调压
DC (b)
AC 逆变
（VVVF） 调频
AC ~50Hz
不控 DC 整流
DC 斩波器
AC 逆变
调压 (c)
VVVF 调频
AC 不控
DC
~50Hz
整流
AC PWM 逆变
（VVVF）
在基频f1e以上变频时，电压U1=U1e不变。其机械特性 见下图所示。
可见，当频率ω1提高 n
时 ， 同 步 转 速 n0 随 之 提 高，最大转矩减小，机
n0c
械特性上移；转速降落 n0b
随频率的提高而增大， n0a
特性斜率稍变大，其它 n0N 形状基本相似。如右图
所示。
0
1c
1b
1N 1a 1b 1c
- 反组
负 载 U0
~50Hz +
U0 正组通
反组通
t
（a）电路原理图
（b）方波形平均输出电压波形
图5-9 单相交-交变频器的主电路及输出电压波形
2、正弦波交-交变频器 正弦波型交-交变频器的主电路与方波型的主电路相同，
但可以输出平均值按正弦规律变化的电压。
输出电压
输出电压平均值
控制角α由大到小再变
1a
恒功率调速
1N
Te 图5-4 基频以上变频调速
第二节 变频调速系统中的无源逆变电路
一、变频器的分类 对交流电机实现变频调速的变频电源装置叫变频器，其功能 是将电网提供的恒压恒频交流电变换为变压变频交流电，变 频伴随变压。 变频器的基本分类如下：
变频器
交-交变频器
单相 按相数分 三相 按输出波形分
如果忽略定子上的电阻压降，则有
U 1 R 1 I 1 E g E g 4 .4f1 N 4 1 K N 1m
m4.4f4 E 1N g1K N 14.4f4 U 1N 11K N 1
1、基频以下的变频控制方式
基频以下常采用恒磁通变频控制方式。
（1）若要保持Φm不变，则当频率f1从额定值f1e向下调节 时，须同时降低Eg，使Eg/f1=常数。
2、恒压频比控制（U1/ω1=恒值）
因Eg是电机内部参数，恒Eg/ω1控制难以实现，工程上常用 恒压频比控制（U1/ω1=恒值）。其机械特性见下图所示。
Biblioteka Baidu
在恒压频比条件下变频时， n
机械特性基本上平行移动，
而 Temax 随 ω1 降 低 而 减 小 。 n0 N
低频时，Temax将限制调速系 n01
第五章 交流变频调速系统
第一节 变频调速的基本控制方式和机械特性简介 第二节 变频调速系统无逆变电路 第三节 晶闸管变频调速系统 第四节 正弦波脉宽调制的变频调速系统
第一节 变频调速的基本控制方式和机械特性简介 一、变频调速的基本控制方式
由电机学知 Eg4.44f1N1KN1m
Te CmmI2/ cos2
大，如π/2→0→π/2如
右图（a）所示。
t
（a）整流状态波形
控制角由小变大再 变小，如 π/2→π→π/2如右图 （b）所示。
t
（b）逆变状态波形
图5-10 正弦型交-交变频器的输出电压波形
（1）输出正弦波形的获得方法
常用的方法是余弦交点法，该方法的原则是：触发角的变 化和切换应使得整流输出电压的瞬时值与理想正弦电压的 瞬时值误差最小。
即：气隙磁通感应电势与频率之比为常数
（2）因感应电势难以直接控制，忽略定子压降，认为定子 相电压U1≈Eg， 则U1/f1=常数。这就是恒压频比的变频控制 方式。
恒压频比控制在低频时，由于U1和Eg都较小，定子阻抗 压降所占的份量比较显著，不能忽略。这时，可人为地把 电压U1抬高一些，以便近似地补偿定子压降。
图5-7
调压调频 (d)
间接变压变频装置的不同结构形式
（二）直接（交-交）变压变频装置
交-交变频器的主要构成环节如图5-8所示。交-交变频器没 有明显的中间滤波环节，交流电被直接变成频率和电压可 调的交流电，故又称为直接变频器。
~50Hz
AC CVCF
AC 交-交变压变频
VVVF
图5-8 交交变频器的主要构成环节
U1 U 1N
b a
0
f1N f1
2、基频以上的变频控图制5 - 0方恒 式压 频 比 控 制 特 性
在基频以上时，频率可从f1N往上增高，但电压U1却不能 增加得比额定电压U1N大，一般保持U1=U1N，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。
m4.44U f11N N1KN1 f1f1N
下图是异步电机变频调速控制特性。在基频以下，属于
“恒转矩调速”；而在基频以上，基本属于“恒功率调
速”。
U1 Φm 恒转矩调速
恒功率调速制
U 1N Φ mn U1
Φm
0
f1N
f1
图 5-1 鼠 笼 式 异 步 电 动 机
二、变频调速的机械特性简介
1.恒Eg/ω1控制（Eg/ω1=恒值）
当 Eg/ω1 为 恒 值 时 ， Temax恒定不变，随着频 率 的 降 低 ， 恒 Eg/ω1 控 制的机械特性是一组形 状与恒压恒频机械特性 相同，且平行下移的特 性。见右图所示。
统的带负载能力。需采用定 子阻抗电压补偿以增强带负
n02
载能力。右图中虚线特性就 n03
1N 1N 11 12 13
11
12
13
补偿定子压降后的特性
是采用提高定子电压后的特 性。
0 Te
图 5-3 恒 压 频 比 控 制 变 频
调速时的机械特性
3.基频以上变频调速时的机械特性
脉冲宽度调制型 (PWM) 电流型
交-直-交变频器 电压型
正弦波 方波
二、静止型常规变频器及特点
（一）间接（交-直-交）变压变频装置
交-直-交变频器的主要构成环节如图（a）所示。它先把交 流电转换为直流电，经中间直流环节后再把直流电逆变成 变频变压的交流电，又称为间接变频器。按不同的控制方 式，间接变频器有图5-7中b、c、d三种情况。
三、交-交变频电路
（一）单相交-交变频电路 1、方波型交-交变频器
主电路如图5-9（a）所示，图中负载由正组与反组晶闸管整 流电路轮流供电，α角不变时，输出为矩形交流电压，如图 5-9（b）所示。改变正反组切换频率可以调节输出交流电的 频率，而改变α的大小即可调节矩形波的幅度。
正组 +
~50Hz
-
AC
~50Hz
整流
恒压恒频 （CVCF）
DC 中间直流环节
(a)
AC 逆变
变压变频 （VVVF）
AC
可控
~50Hz
整流
调压
DC (b)
AC 逆变
（VVVF） 调频
AC ~50Hz
不控 DC 整流
DC 斩波器
AC 逆变
调压 (c)
VVVF 调频
AC 不控
DC
~50Hz
整流
AC PWM 逆变
（VVVF）
在基频f1e以上变频时，电压U1=U1e不变。其机械特性 见下图所示。
可见，当频率ω1提高 n
时 ， 同 步 转 速 n0 随 之 提 高，最大转矩减小，机
n0c
械特性上移；转速降落 n0b
随频率的提高而增大， n0a
特性斜率稍变大，其它 n0N 形状基本相似。如右图
所示。
0
1c
1b
1N 1a 1b 1c
- 反组
负 载 U0
~50Hz +
U0 正组通
反组通
t
（a）电路原理图
（b）方波形平均输出电压波形
图5-9 单相交-交变频器的主电路及输出电压波形
2、正弦波交-交变频器 正弦波型交-交变频器的主电路与方波型的主电路相同，
但可以输出平均值按正弦规律变化的电压。
输出电压
输出电压平均值
控制角α由大到小再变
1a
恒功率调速
1N
Te 图5-4 基频以上变频调速
第二节 变频调速系统中的无源逆变电路
一、变频器的分类 对交流电机实现变频调速的变频电源装置叫变频器，其功能 是将电网提供的恒压恒频交流电变换为变压变频交流电，变 频伴随变压。 变频器的基本分类如下：
变频器
交-交变频器
单相 按相数分 三相 按输出波形分
如果忽略定子上的电阻压降，则有
U 1 R 1 I 1 E g E g 4 .4f1 N 4 1 K N 1m
m4.4f4 E 1N g1K N 14.4f4 U 1N 11K N 1
1、基频以下的变频控制方式
基频以下常采用恒磁通变频控制方式。
（1）若要保持Φm不变，则当频率f1从额定值f1e向下调节 时，须同时降低Eg，使Eg/f1=常数。