变频器基础知识

4）IGBT功率器件的迅速发展
① IGBT由于其开关损耗低，可使载波频率大幅度 提高到20K左右。
② 使电机电流更趋于正弦波，大大减小转矩脉动和 电机内部因脉动而造成的损耗。
③ IGBT为压控器件，门极触发功率很小，使驱动 回路简单及体积小。
④ 由于开关频率高，di/dt、dv/dt、通态电阻、阻 断电流（漏电流）等内部参数差异小，容易实现 并联扩容。
培训提纲
一、变频器的基本原理 1、 异步电动机的调速原理 2、 交流电机弱磁调速的概念 3、 V/F矢量控制调速方式
二、变频器的结构形式 1 、 一般变频器的基本构成与功能 2 、变频器主回路及控制回路构成 3 、 维修注意事项
6 、维修与保养
一．变频器的基本原理
1．步电动机的调速原理
异步电机的轴转速为：
n=60×f1×(1- S)/p f1 -----定子频率 S -----异步电动机转差率
p -----磁极对数
可见，改变电动机定子侧供电电源频率，即可改变其同步转速，实现级 调速的目的。 异步电机调速时，希望尽量保持主磁通Øm不变：
1）磁通太弱，铁芯利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电 机负载能力下降。
PWM脉冲宽度调制方法（Pulse width Modulation） 利用参考电压U与载频三角波U互相比较，来决
定主功率器件的导通时间，实现调压。脉冲宽度调制 是利用相当于基波分量的信号波对三角载波进行调制 ，达到调节输出脉冲度的பைடு நூலகம்种方法。
2) V/f控制方式的缺点
① 在低频时，由于V较小，定子阻抗压降的分量 比较显著，不在能忽略。
2）磁通太强，则铁芯处于过励磁状态，励磁电流过大，限制了定子电 流流的负载分量，电机负载能力下降。
主磁通也即气隙磁通是由定子、转子合成磁势 产生的，保持磁通恒定的方法：
三相异步电动机定子每相电动势的有效值为：
E1=4.44 f1N1 Øm 〈WØbm〉一定子相绕组有效砸数 Øm—每极磁通量 适当可的见控，制Ø，m是就由可E以和使FØ共m同保决持定最的值，不对变E. 和F进行
需多种调速的 场合
简易伺服驱动，高 精度速度控制，转 矩控制
变频器外接线电路
二．变频器的结构形式
1．一般变频器的基本构成与功能
1）主回路
给异步电动机提供调频调压电源的电力变换部分 ，称为主回路。 a.整流器
把工频电源变换为直流电源,电功率的传送不可逆.
b.滤波器
在整流器整流后的直流电压中,含有脉动电压,此外, 逆变器回路产生的脉动电流也使直流电压波动.为 了抑制这些电压波动采用直流电机器和电容器吸收 脉动电压(电流).
c.逆变器
逆变器的作用是在所确定的时间里有规则地使 六个功率开关器件导通、关断,从而将直流功率变 换为所需电压和频率的交流输出功率.
d.制动单元
异步电机在再生制动区域运行时,再生能量首 先储存于储能电力电容器中,使直流电压升高.对 起重机机械系统惯量所积蓄的能量比电容器能储 存的能量大,并且需要快速制动,必须用可逆变流 器把再生能量反馈到电网侧,这样节能效果更好, 或设置制动单元,把多余再生功率消耗掉,以免直 流回路电压的上升超过限值。
（3） 再生过电压保护
采用变频器使电机快速减速时，由于再生 功率引起直流电路电压升高超过允许值时，停 止运行。
② 当转矩增大到最大值以后，特性就向下弯了。
② 最大转矩随着f的降低而减少。 尽管可以采取低频补偿措施，但通常认为V/F 控制的下限频率应不小于0.3HZ.
3)矢量控制
由于V/F控制是基于异步电动机的静态数学 模型，因此，其动态指标不高，对于轧钢、造纸 等行业，还需要高品质动态指标的控制方式。
矢量控制是根据交流电动机的动态数字模型， 利用坐标变换手段，将电机的定子电流分解成磁 场分量电流和转矩分量电流，通过对一次定子电 流的大小、频率及相位进行适当的控制，可实现 矢量分解及控制。
2．交流电动机弱磁调速的概念
1）基频以下的恒磁通变频调速
由上节分析可知，基频（电机额定频率） 以下调速时，为保证电机负载能力，应尽量保 持主磁通Øm不变，这就要求在降低供电电源 频率f的同时，也应降低感应电动势E，使E/F 等于常数，这种恒磁通控制属于恒转矩控制方 式。
由于感应电动势均力敌E1难于检测和直 接控制，且当E和F值较高时，定子漏阻抗压降 相对较小，可近似认为E/fv/f。因此，按恒定比 例控制v/f，即可以达到恒磁通目的。
控制模式 控制模式
速度检出器 速度检出器 Option 速度控制范围 启动转矩 速度控制精度 转矩控制 适用用途
5）四种控制模式的特点
v/f控制
带PG v/f控制
开环矢量控制
闭环矢量控制
电压/频率控制 （Open loop）
不要
电压/频率控制带速 度补偿
要（PG）
电流矢量不带 PG控制
不要
电流矢量带PG控制 要（PG）
不要
PG-A2， PG-D2
不要
PG-B2， PG-X2
1：40
1：40
150%/3HZ
150%/3HZ
±2%～±3%
±0.3%
不可
不可
同时驱动多台电机， 电机参数不知道，不 能做Autotuning
机械侧已安装PG
1：100
1：100
150%/1HZ
150%/0г/min
±0.2%
±0.2%
不可
可以
2）基频以上的弱磁调速
由于v受电机额定电压限制不能继续升高， 只能通过减小来获得基频以上的调速特性，这 种定子电压不变，而减小Øm的调速区段称为 弱磁调速，也叫恒功率调速。
此时随着速度的不断升高，电机输出 转矩是在逐渐减小的。
3)特性曲线
恒转矩
恒功率
3．V/f、矢量控制调速原理
1）V/f控制基本实现方法
2)控制回路
a．运算回路 将外部的转速、转矩等指令同检测回路的
电流、电压信号进 行比较运算，决定变频器 的输出电压、频率。 b. 电压/电流检测回路
检测主回路电压、电流等。
c. 驱动回路 驱动主回路功率开关器件,使之导通、关断。
d. 转速检测回路 检测速度信号送入运算回路。
3）保护回路
保护回路可分为变频器保护和异步电机的保护 a、 变频器的保护 （1） 时过电流保护 由于变频器负载侧短路等原因，流过变频器元 件的电流达到异常值时，立即停止工作。 （2） 过载保护 变频器电流超过一定值，且连继流通超过规定 时间，停止工作。