通用变频器基本原理

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第6章
通用变频器的基本结构原理框图
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富士FRENIC5000G9S/P9S通用变频器的硬件结构图
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6．单相变频器 单相变频器主要用于输入为单相交流电源的三相交流 电动机的场合。所谓的单相变频器是单相进、三相出，是单相交流220V输 入，三相交流200~240V输出，与三相通用变频器的工作原理相同，电路结
构基本相同；某些小容量的变频器还可以单相、三相共用。但应注意，同
一变频器采用单相电源和三相电源时其可驱动的电动机最大容量并不相同， 这是由电源性质决定的。
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6.1.2 通用变频器的基本结构
通用变频器由主电路和控制电路组成。主电路主要包括整流电路、中 间直流电路和逆变电路三部分，其中，中间直流电路又由限流单元、滤波 器、制动电路、电源再生单元以及直流电源检测电路等组成。控制电路主 要由中央处理器(CPU)、A/D和D/A转换电路、I/O接口电路、通信接口电路、 输出信号检测电路、数字操作盘电路以及控制电源等组成。高性能矢量型 通用变频器由于采用了矢量控制方式，在进行矢量控制时需要进行大量的 运算，其运算电路中往往还有一个以数字信号处理器DSP为主的转矩计算 用CPU及相应的磁通检测和调节电路。
1． 通用变频器的主电路
(1) 整流电路 (2) 中间直流电路 (3) 逆变电路。
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图6-3 制动电路工作原理
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2． 通用变频器的控制电路
通用变频器的控制电路包括主控制电路、运算电路、信 号检测电路、控制信号的输入、输出电路、驱动电路和保护 电路等几个部分，在通用变频器中，全部控制电路装配在一
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5． 高压变频器 我们通常所称的高压变频器，国外称为中压变频器 (Medium Voltage Drive)，它是相对于输电电网的电压等级而言，对应的电 源额定电压为690V～13.8kV，在这个电压范围，我国的电压等级为1500V、 3kV、6kV、10kV，国外认为这个电压范围为中压，故习惯将这个电压范围 的电动机称为中压电动机，相应的变频器称为中压变频器。我国则没有中 压输电电网的说法，习惯将这个电压范围的电动机称为高压电动机，相应 的变频器也通常称为高压变频器。这类变频器通常采用GTO、IGBT、 IGCT等大功率电力电子器件作为逆变器件，输出频率可以达到120Hz，在 风机、水泵、矿山机械、电力设备等领域广泛应用。
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2．矢量控制型变频器 矢量控制型变频器采用矢量控制方式或直接转 矩控制方式，并充分考虑了通用变频器应用过程中可能出现的各种需要， 特殊功能还以选件的形式供用户选择，为满足应用需要，在系统软件和硬 件方面都做了相应的功能设置，其中重要的一个功能特性是零速时的起动 转矩和过载能力，通常起动转矩在150％~200％范围内，甚至更高，过载能 力可达150％以上，一般持续时间为60秒。高性能矢量控制型通用变频器广 泛应用于各类生产机械装置，如机床、塑料机械、生产线、传送带、升降 机械以及电动车辆等对调速系统性能和功能有较高要求的场合，市场价格 略高于风机、泵用变频器。
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3．专用变频器 专用变频器是为了满足某些特定应用场合的需要而设 计生产的，如用于油田抽油机、起重设备、塑料机械等的变频器。这些变 频器根据使用场合的特殊要求对变频器的某些性能进行了强化或对变频器 的结构进行了特殊设计。
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第6章 通用变频器的基本原理
6.1 通用变频器的分类与基本结构 6.2 变频调速时的机械负载特性
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6.1 通用变频器的分类与基本结构
6.1.1 通用变频器的分类
通用变频器按其主电路的结构形式有交-交变频器和交一直-交变频器两 大类。交一直-交变频器按直流环节的储能方式分为电压型变频器和电流型 变频器；按其逆变器开关方有PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制方式、 PWM(Pulse Width Modulation)控制方式和高频载波SPWM控制方式三种； 按其逆变器控制方式有U/f控制方式、转差频率控制方式、矢量控制方式和 直接转矩控制方式等；按其功能用途有风机、泵用变频器、矢量控制型变 频器、高频变频器、中频变频器、专用变频器和单相变频器等。
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4．高频变频器 一般通用变频器的最高输出频率为400Hz~650Hz，超 过1000Hz就属于目前所称的高频变频器，最高输出频率可达3000 Hz，现在 的高频变频器可控制电动机的最高转速可以达到18000r／min。高频变频器 主要用于高速电动机驱动的场合，变频器通常采用PAM控制方式，在超精 密加工机械、纺织机械和高性能专用机械领域中，常常要用到高速电动机。
块PCB电路板上，是通用变频器的核心部件之一 。
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1．风机、泵用变频器 风机、泵用变频器是一种以节能为主要目的的 通用变频器，多采用U/f控制方式，与其他类型的通用变频器相比，主要在 转矩控制性能方面是按降转矩负载特性设计，起动转矩相比其他控制方式 要小一些。这类变频器价格较低。