变频器的分类与特点教学课件
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单片机，属于近似的恒磁通控制方式。
• 该控制方式是普通功能型通用变频器的核心功能。
• 为保证通用变频器的性能，通常还有瞬时停电再起动 功能、变频器和电网间的自动切换功能、控制信号的 设定、调整功能，联锁信号的输入和输出功能以及对 变频器、电动机的保护功能，对故障信息的存储和显 示功能等。
3个缺点:
交-交变频器结构图
• 交-交变频器的特点为：
•
1) 因为是直接变换，没有中间环节，所
以比一般的变频器效率要高。
•
2) 由于其交流输出电压是直接由交流输
入电压波的某些部分包络所构成，因而其输出
频率比输入交流电源的频率低得多，输出波形
较好。
• 3) 由于输出上限频率不高于电网频率的 1/3～1/2，因受电网频率限制，通常输出电压 的频率较低。
（2）电压型
•
特点:中间直流环节的储能元件采用大电容，负载
的无功功率将由它来缓冲。由于大电容的作用，主电路
直流电压UD比较平稳，电动机端的电压为方波或阶梯
波。直流电源内阻比较小，相当于电压源，故称为电压 源型变频器或电压型变频器。
3. 按输出电压调节方式分类
• （1）脉冲幅值调节（PAM）
•
特点是:变频器在改变输出频率的同时，也改变了电
• 4)交-交变频电路采用的是相位控制方式， 因此其输入电流的相位总是滞后于输入电压，
需要电网提供无功功率。功率因数较低，特别 是在低速运行时更低，需要适当补偿。
2. 按直流电源的性质分类
• （1）电流型
• 优点：当电动机处于再生发电状态时，回馈到直流侧的再 生电能可以方便地回馈到交流电网，不需在主电路内附加 任何设备，只要利用网侧的不可逆变流器改变其输出电压 极性（控制角α>90°）即可。
根据输入电源的不同，分为单相桥式整流电路和三相桥式 整流电路。我国常用的小功率的变频器多数为单相220V输 入，较大功率的变频器多数为三相380V（线电压）输入。
2、中间环节——滤波电路 根据贮能元件不同，可分为电容滤波和电感滤波两种。
由于电容两端的电压不能突变，流过电感的电流不能突变， 所以用电容滤波就构成电压源型变频器，用电感滤波就构 成电流源型变频器。
压的幅值，故称为脉幅调制，常用PAM（Pulse
Amplitude Modulation）表示。
•
PAM需要同时调节两个部分：整流部分和逆变部分
PAM调制的输出电压
（2）脉冲宽度调节（PWM）
• 把每半个周期内输出电压的波形分割成若
干个脉冲波，每个脉冲的宽度为t1，每两个脉 冲间的间隔宽度为t2 ，则脉冲的占空比为
• 1. 引起变频器的过电流跳闸
• 2. U/f控制方式的静态稳定性不高
• 3.电动机的转速很低时，转矩不足
(2)转差频率控制方式
•
转差频率是施加于电动机的交流电源频
率与电动机速度的差频率。根据异步电动机稳
定数学模型可知，当频率一定时，异步电动机
的电磁转矩正比于转差率，机械特性为直线。
转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转
实际逆变电路除了基本元件三极管和续流二极管外， 还有保护半导体元件的缓冲电路，三极管也可以用门极 可关断晶闸管代替。
＋
VT1 VT3 VT5
ZA
A
三 相
Ud
B
ZB O
电
C
ZC
整流电路
VT4 VT6 VT2
－
滤波电路
逆变电路
变频器的主电路
（2）交-交变频器
• 单相输出交-交变频电路的原理框图，电路由P （正）组和N（负）组反并联的晶闸管变流电路构 成，两组变流电路接在同一个交流电源，Z为负载。
•
＝ t1
t1 t2
•
特点是，变频器在改变输出频率的同时，
也改变输出电压的脉冲占空比（幅值不变），
故称为脉宽调制，常用PWM表示。
脉宽调制的输出电压
• 在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律 来安排。
• 当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间 的间隔则最小。
• 当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔 则较大。
3、逆变电路——直－交部分
逆变电路是交－直－交变频器的核心部分，其中6 个三极管按其导通顺序分别用 VT1～VT6表示，与三极 管反向并联的二极管起续流作用。
逆变电路的输出电压为阶梯波，虽然不是正弦波， 却是彼此相差120°的交流电压，即实现了从直流电到 交流电的逆变。输出电压的频率取决于逆变器开关器件 的切换频率，达到了变频的目的。
图 SPWM的输出电压
Leabharlann Baidu
•
在图脉冲系列中，各脉冲的宽度以及相互间的
间隔宽度是由正弦波（基准波或调制波）和等腰三
角波（载波）的交点来决定主开关器件V1或V2的导
通时间而实现调压的。利用脉冲宽度的改变来得到
幅值不同的正弦基波电压。这种参考信号为正弦波、
输出电压平均值近似为正弦波的PWM方式称为正弦
PWM方式，简称SPWM控制方式。
矩和电流。
• 其实现思想是：通过检测电动机的实际转 速，根据设定频率与实际频率的差对输出频率 进行连续的调节，从而使输出频率始终满足电 动机设定转速的要求。因为其基本结构是转速 闭环控制系统，所以在调整转速的同时，对输 出转矩也进行了控制。
第二章 变频器的分类与 特点
第一章 回顾
• 变频调速的原理和控制方式 • 变频调速的机械特性 • 负载性质 • 电力电子器件
2.1 变频器的分类
按相数分
变频器
交-交 变频器
按环流情况分 按输出波形分
交-直-交 变频器
按储能方式分 按调压方式分
单相 三相 有环流 无环流 正弦波 方波 电压型 电流型 脉幅调制 脉宽调制
1.按变换环节分类
变频器的功能就是将频率、电压都固定的交流电源变成频率、电压 都连续可调的三相交流电源。按照变换环节有无直流环节可以分为交 －交变频器和交－直－交变频器。 （1）交-直-交变频器的各种结构
交－直－交变频器的主电路可以分为以下几部分：
1、整流电路——交－直部分 整流电路通常由二极管或可控硅构成的桥式电路组成。
4. 按变频控制方式分类
• U/f控制变频器
• 转差频率控制变频器 • 矢量控制变频器
(1) U/f控制方式
• U/f控制是在改变电动机电源频率的同时改变电动机电
源的电压，使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范 围内，电动机的效率、功率因数不下降。因为是控制
电压与频率之比，所以称为U/f控制。
• U/f控制又称VVVF控制方式。该类变频器大多采用16位
• 该控制方式是普通功能型通用变频器的核心功能。
• 为保证通用变频器的性能，通常还有瞬时停电再起动 功能、变频器和电网间的自动切换功能、控制信号的 设定、调整功能，联锁信号的输入和输出功能以及对 变频器、电动机的保护功能，对故障信息的存储和显 示功能等。
3个缺点:
交-交变频器结构图
• 交-交变频器的特点为：
•
1) 因为是直接变换，没有中间环节，所
以比一般的变频器效率要高。
•
2) 由于其交流输出电压是直接由交流输
入电压波的某些部分包络所构成，因而其输出
频率比输入交流电源的频率低得多，输出波形
较好。
• 3) 由于输出上限频率不高于电网频率的 1/3～1/2，因受电网频率限制，通常输出电压 的频率较低。
（2）电压型
•
特点:中间直流环节的储能元件采用大电容，负载
的无功功率将由它来缓冲。由于大电容的作用，主电路
直流电压UD比较平稳，电动机端的电压为方波或阶梯
波。直流电源内阻比较小，相当于电压源，故称为电压 源型变频器或电压型变频器。
3. 按输出电压调节方式分类
• （1）脉冲幅值调节（PAM）
•
特点是:变频器在改变输出频率的同时，也改变了电
• 4)交-交变频电路采用的是相位控制方式， 因此其输入电流的相位总是滞后于输入电压，
需要电网提供无功功率。功率因数较低，特别 是在低速运行时更低，需要适当补偿。
2. 按直流电源的性质分类
• （1）电流型
• 优点：当电动机处于再生发电状态时，回馈到直流侧的再 生电能可以方便地回馈到交流电网，不需在主电路内附加 任何设备，只要利用网侧的不可逆变流器改变其输出电压 极性（控制角α>90°）即可。
根据输入电源的不同，分为单相桥式整流电路和三相桥式 整流电路。我国常用的小功率的变频器多数为单相220V输 入，较大功率的变频器多数为三相380V（线电压）输入。
2、中间环节——滤波电路 根据贮能元件不同，可分为电容滤波和电感滤波两种。
由于电容两端的电压不能突变，流过电感的电流不能突变， 所以用电容滤波就构成电压源型变频器，用电感滤波就构 成电流源型变频器。
压的幅值，故称为脉幅调制，常用PAM（Pulse
Amplitude Modulation）表示。
•
PAM需要同时调节两个部分：整流部分和逆变部分
PAM调制的输出电压
（2）脉冲宽度调节（PWM）
• 把每半个周期内输出电压的波形分割成若
干个脉冲波，每个脉冲的宽度为t1，每两个脉 冲间的间隔宽度为t2 ，则脉冲的占空比为
• 1. 引起变频器的过电流跳闸
• 2. U/f控制方式的静态稳定性不高
• 3.电动机的转速很低时，转矩不足
(2)转差频率控制方式
•
转差频率是施加于电动机的交流电源频
率与电动机速度的差频率。根据异步电动机稳
定数学模型可知，当频率一定时，异步电动机
的电磁转矩正比于转差率，机械特性为直线。
转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转
实际逆变电路除了基本元件三极管和续流二极管外， 还有保护半导体元件的缓冲电路，三极管也可以用门极 可关断晶闸管代替。
＋
VT1 VT3 VT5
ZA
A
三 相
Ud
B
ZB O
电
C
ZC
整流电路
VT4 VT6 VT2
－
滤波电路
逆变电路
变频器的主电路
（2）交-交变频器
• 单相输出交-交变频电路的原理框图，电路由P （正）组和N（负）组反并联的晶闸管变流电路构 成，两组变流电路接在同一个交流电源，Z为负载。
•
＝ t1
t1 t2
•
特点是，变频器在改变输出频率的同时，
也改变输出电压的脉冲占空比（幅值不变），
故称为脉宽调制，常用PWM表示。
脉宽调制的输出电压
• 在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律 来安排。
• 当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间 的间隔则最小。
• 当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔 则较大。
3、逆变电路——直－交部分
逆变电路是交－直－交变频器的核心部分，其中6 个三极管按其导通顺序分别用 VT1～VT6表示，与三极 管反向并联的二极管起续流作用。
逆变电路的输出电压为阶梯波，虽然不是正弦波， 却是彼此相差120°的交流电压，即实现了从直流电到 交流电的逆变。输出电压的频率取决于逆变器开关器件 的切换频率，达到了变频的目的。
图 SPWM的输出电压
Leabharlann Baidu
•
在图脉冲系列中，各脉冲的宽度以及相互间的
间隔宽度是由正弦波（基准波或调制波）和等腰三
角波（载波）的交点来决定主开关器件V1或V2的导
通时间而实现调压的。利用脉冲宽度的改变来得到
幅值不同的正弦基波电压。这种参考信号为正弦波、
输出电压平均值近似为正弦波的PWM方式称为正弦
PWM方式，简称SPWM控制方式。
矩和电流。
• 其实现思想是：通过检测电动机的实际转 速，根据设定频率与实际频率的差对输出频率 进行连续的调节，从而使输出频率始终满足电 动机设定转速的要求。因为其基本结构是转速 闭环控制系统，所以在调整转速的同时，对输 出转矩也进行了控制。
第二章 变频器的分类与 特点
第一章 回顾
• 变频调速的原理和控制方式 • 变频调速的机械特性 • 负载性质 • 电力电子器件
2.1 变频器的分类
按相数分
变频器
交-交 变频器
按环流情况分 按输出波形分
交-直-交 变频器
按储能方式分 按调压方式分
单相 三相 有环流 无环流 正弦波 方波 电压型 电流型 脉幅调制 脉宽调制
1.按变换环节分类
变频器的功能就是将频率、电压都固定的交流电源变成频率、电压 都连续可调的三相交流电源。按照变换环节有无直流环节可以分为交 －交变频器和交－直－交变频器。 （1）交-直-交变频器的各种结构
交－直－交变频器的主电路可以分为以下几部分：
1、整流电路——交－直部分 整流电路通常由二极管或可控硅构成的桥式电路组成。
4. 按变频控制方式分类
• U/f控制变频器
• 转差频率控制变频器 • 矢量控制变频器
(1) U/f控制方式
• U/f控制是在改变电动机电源频率的同时改变电动机电
源的电压，使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范 围内，电动机的效率、功率因数不下降。因为是控制
电压与频率之比，所以称为U/f控制。
• U/f控制又称VVVF控制方式。该类变频器大多采用16位