变频器论文

1.3 通用变频器的发展
60 年代中期，普通晶闸管、小功率晶体管的实用化，使交流电动机变频调 速也进入了实用化。采用晶闸管的同步电动机自控式变频调速系统、采用电压型 或电流型晶闸管变频器的笼型异步电动机调速系统（包括不属变频方案的绕线转 子异步电动机的串级调速系统）等先后实现了实用化，使变频调速开始成为交流 调速的主流
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山东化工职业学院
毕业设计（论文）任务书
发给学生 张 雪
1．设计(论文)题目：变频器的发展应用及维护基础 2．学生完成设计(论文)期限： 2012 年 5 月 30 日 3．设计(论文)课题要求： （1）所选题目应体现本专业基本训练内容，有利于巩固、深化和扩 充所学知识； （2）论文观点要正确，论述要充分，结构要合理，层次要清晰； （3）论文应能充分分析工作现实中存在的问题，并有针对性地提出 具体的解决措施，要有自己的独到见解，不能套用和抄袭他人成果； （4）论文字数应不少于 5000 字； （5）论文写作格式按山东化工职业学院机电工程系毕业设计（论文） 规定写作格式书写； （6）论文写作中要大量查阅资料，以加深对理论知识的理解，提高 解决实际工作问题的能力； （7）严格按时间控制点完成。 4．实验（上机、调研）部分要求内容：
指导教师签名： 学 生 签 名：
附注： 1、任务书应附于完成的设计（论文）中，并与设计（论文）一并提交答辩委员
会； 2、任务书须由指导教师填写。 审批意见：
系主任签名： 年月日
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摘要
近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速 发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气 传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数 字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技 术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术 进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效 率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国 内外公认为最有发展前途的调速方式。
动机，发展较迅速。 （2）主开关器件的自关断化 近十几年，大功率自关断电力电子器件的发展十分迅速，其中“门极关断晶
闸管（GTO）、双极晶体管（BJT）/电力晶体管（GTR）、绝缘栅双极型晶体管 （IGBT）”的发展最快，实用化的程度也最高。
采用自关断器件省去了线路复杂、体积较大的强迫换相电路，既可以减小装 置体积，又降低了开关损耗提高了效率。同时，由于开关频率的提高，变流器可 采用 PWM 控制，既降低谐波损耗、减小转矩脉动，又可以提高快速性、改善功 率因数。优点是很多的。据统计，目前变频器中的开关器件，容量为 1500kW 以 下的采用 IGBT；1000～7500kW 的采用 GTO。
毕 业 设 计 论 文
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山东化工职业学院
毕业设计（论文）
题 目：变频器的发展应用及维护基础
年级专业： 2009 级机电一体化技术专业二班
学生姓名： 张 雪
学 号： 200902010040
指导教师： 于 志 平 职 称： 讲师
导师单位： 山东化工职业学院机电工程系
山东化工职业学院机电工程系
论文完成时间： 2012 年 3 月 30 日
VVVF 变频器的控制相对简单,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平 滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。但是,这种控制方式在低频时, 由于输出电压较小,受定子电阻压降的影响比较显著,故造成输出最大转矩减小。
2 矩阵式交—交变频器产生的背景
矢量控制变频调速的做法是:将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流 Ia、Ib、Ic 通过三相——二相变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流 Iml、Itl, 然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变 换,实现对异步电动机的控制。
1.4、变频器的组成与分类 1、4、1 变频器的主回路
电压型变频器主电路包括：整流电路、中间直流电路、逆变电路三部分 组，交-直-交型变频器结构见附图 1
1）整流电路： VD1~VD6 组成三相不可控整流桥，220V 系列采用单相全 波整流桥电路；380V 系列采用桥式全波整流电路。
2）中间滤波电路：整流后的电压为脉动电压，必须加以滤波；滤波电容 CF 除滤波作用外，还在整流与逆变之间起去耦作用、消除干扰、提高功率因素，由 于该大电容储存能量，在断电的短时间内电容两端存在高压电，因而要在电容充 分放电后才可进行操作。
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前言
1 变频器的发展起步
变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。电力电子器件的更新促使 电力变换技术的不断发展。起初,变频技术只局限于变频不能变压。20 世纪 70 年代开始,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20 世纪 80 年代,作为变频技术核心的 PWM 模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣, 并得出诸多优化模式,如:调制波纵向分割法、同相位载波 PWM 技术、移相载波 PWM 技术、载波调制波同时移相 PWM 技术等。
通过实地调查和访谈，获得相关课题具体、翔实的第一手资料。 试验的方法和数据要真实可靠，调研的单位要有代表性，能够切实反
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映大多数企业的情况。
5．文献查阅要求： 通过查阅书籍、杂志，上网浏览等措施，切实了解当前相关课
题研究的最新成果。阅读中外文与课题有关的资料应不少于两万字。
6．发出日期： 2012 年 01 月 05 日 7．学生完成日期： 2012 年 03 月 30 日
．众所周知，变频器是由整流电路、滤波电路、逆变电路组成。 其中整流电路和逆变电路中均使用了半导体开关元件，在控制上则采 用的是 PWM 控制方式，这就决定了变频器的输入、输出电压和电流除 了基波之外，还含有许多的高次谐波成分。这些高次谐波成分将会引 起电网电压波形的畸变，产生无线电干扰电波，它们对周边的设备、 包括变频器的驱动对象--电动机带来不良的影响。所以，深入了解交 流传动与控制技术的走向，对我们的学习工作具有十分积极的意义
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破性进展有关，它们是电力电子器件（包括半控型和全控型器件）的制造技术、 基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机的矢量变换控制技术、直接转矩 控制技术、PWM（Pulse Width Modulation）技术以及以微型计算机和大规模集 成电路为基础的全数字化控制技术等。
1.2 直流电动机与交流电动机的比较
众所周知，直流调速系统具有较为优良的静、动态性能指标。在很长的一个 历史时期内，调速传动领域基本上被直流电动机调速系统所垄断。
直流电动机虽有调速性能好的优越，但也有一些固有的难于克服的缺点，主 要是机械式换向器带来的弊端。
交流电动机的优点 容量、电压、电流和转速的上限，不像直流电动机那样受限制；结构简单、 造价低；坚固耐用，事故率低，容易维护。
2、4 本章小结…………………………………………………………22
第三章 变频器的维护………………………………………………23
3.1
变频器外部引起的故
障 …………………………………………23
3.2
变频器内部引起的故
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障 …………………………………………24 3、3 本章小结…………………………………………………………24 第四章变频器过电压故障原因分析及对策…………………………25 4、1 变频器过电压的危害……………………………………………25 4、2 产生变频器过电压的原因 ……………………………………25 4、3 过电压故障处理对策 ……………………………………………28 第五章 变频器常见干扰故障分析及对策…………………………30 5、1．外界对变频器的干扰 …………………………………………31 5、2．变频器对周边设备的干扰及对策 ……………………………32 结论……………………………………………………………………36 致 谢…………………………………………………………………37 参 考 文 献……………………………………………………………38
直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机 的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机,因而省去了矢量旋 转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简 化交流电动机的数学模型。
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VVVF 变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一 种。其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流回路需要大的储能电容,再生 能量又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行。为此,矩阵式交—交变频应运而 生。
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都采用这一技术。 PWM 技术用于变频器的控制，可以改善变频器的输出波形，降低电动机的
谐波损耗，并减小转矩脉动，同时还简化了逆变器的结构，加快了调节速度，提 高了系统的动态响应性能。
PWM 技术除了用于逆变器的控制，还用于整流器的控制。PWM 整流器现 已开发成功，利用它可以实现输入电流正弦和电网功率因数为 1。人们称 PWM 整流器是对电网无污染的“绿色”交流器。
此后的 20 多年中，电力电子技术和微电子技术以惊人的速度向前发展，变 频调速传动技术也随之取得了日新月异的进步。
1.3.1 变频器的快速发展：
（1）变频装置的大容量化 对一些大型生产机械的主传动，直流电动机在容量等级方面已接近极限值，
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采用直流调速方案无论在设计和制造上都已十分困难。 为了适应大容量的高压电动机，采用直接高压型 PWM 变频器来控制高压电
1、8 本章小结…………………………………………………………20
第二章变频器工程中的选用………………………………………20
2.1
变
频
器
的
选
择 ……………………………………………………21
2
、
2
Fra Baidu bibliotek
变
频
器
的
安
装 …………………………………………………21.
2、3 工作环境的要求…………………………………………………22
关键词： 变频器 工作原理 发展前景 故障处理
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目录
前言……………………………………………………………………………………………………1
第一章 变频器的发展、组成及原理…………………………………2
1．1 变频器的概述……………………………………………………2
1.2 直流电动机与交流电动机的比较…………………………………3
1.3 通用变频器的发展…………………………………………………3
1.4、变频器的组成与分类……………………………………………5
1、5 变频器的基本分类………………………………………………7
1、6 变频器的基本原理………………………………………………10
1、7 变频器的前景展望 ……………………………………………13
（3）变频装置的高性能化 早期的变频调速系统，基本上是采用 U/F 控制，无法得到快速的转矩响应， 低速特性也不好（负载能力差）。 1971 年德国西门子公司发明了所谓“矢量控制”技术。一改过去传统方式 中仅对交流电量的量值（电压、电流、频率的量值）进行控制的方法，实现了在 控制量值的同时也控制其相位的新控制思想。使用坐标变换的办法，实现定子电 流的磁场分量和转矩分量的解耦控制，可以使交流电动机像直流电动机一样具有 良好的调速性能。 （4）PWM 技术的应用 PWM：（Pulse Width Modulation）脉宽调制技 术。 自关断器件的发展为 PWM 技术铺平了道路。目前几乎所有的变频调速装置
第一章 变频器的发展、组成及原理
1.1、变频器的概述
直流调速系统具有较优良的静、动态性能指标，因此，在过去很长时期 内，调速传动领域大多为直流电动机调速系统。
如今，由于全控型电力电子器件（如 BJT、IGBT）的发展、SWPM 专用集 成芯片的开发、交流电动机矢量变换控制技术以及单片微型计算机的应用，使得 交流调速的性能获得极大的提高，在许多方面已经可以取代直流调速系统，特别 是各类通用变频器的出现，使交流调速已逐渐成为电气传动中的主流
人们所说的交流调速传动，主要是指采用电子式电力变换器对交流电动机的 变频调速传动。除变频以外的另一些简单的调速方案，例如变极调速、定子调压 调速、转差离合器调速等，虽然仍在特定场合有一定的应用，但由于其性能较差， 终将会被变频调速所取代。
交流调速传动控制技术之所以发展得如此迅速，和如下一些关键性技术的突