最新(变频器原理以及功能应用))

一．变频器的发展和主要相关技术
c. 矢量控制
1）基本思想
(1) 对直流电动机的分析 在变频调速技术成熟之前，直
流电动机的调速特性被公认为是最 好的。究其原因，是因为它具有两 个十分重要的特点:
(a) 磁场特点 它的主磁场和电枢磁场在空
间是互相垂直的，如图(a)所示; (b) 电路特点 它的励磁电路和电枢电路是互相独立的，如图(b)所示。 在调节转速时，只调节其中一个电路的 参数。
d) 能进行四象限运行。
第二节： 变频器的主要构成及其工作原理
二．变频器的主要构成及其工作原理
1. 变频器的分类
按变频的原理，变频器分为交－交变频器和交－直－交变频器。
二．变频器的主要构成及其工作原理
1. 变频器的分类
① 交一交变频器
它是将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源．其主要 优点是没有中间环节，变换效率高。但其连续可调的频率范围较窄，一般在额
(变频器原理以及功能应用 ))
提纲
一． 变频器的发展和主要相关技术 二． 变频器的主要构成及其工作原理 三． 变频器各种功能和应用
一．变频器的发展和主要相关技术
a. V/F控制及U/f=C的
其特点是控制电路结构简单、成本较低，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，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最 大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调 速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转 矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而 性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。
[电源输入—整流桥—启动电阻（直流电感）—母线电容—制动单元
（制动电阻）]—逆变桥—电源输出。
直流 电感
制动 电阻
整流 桥
输入 交流 电源
启动 电阻
母线 电容
制动 单元
逆变 桥
交流 输出
二．变频器的主要构成及其工作原理
2. 交一直一交电压型变频器的主回路构成（以下都简称为变频器）
主要器件 整流桥：西门康 SEMKRON (SKKD162/16 100A/SKD) 、三社 SanRex （DFA ）、IXYS（VU）、
b. 电压空间矢量(SVPWM)控制方式
它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场 轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。 经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈 估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动 态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性 能没有得到根本改善。
二．变频器的主要构成及其工作原理
1. 变频器的分类
根据直流环节的储能方式来分，交一直一交变频器又可分成电压型和电流型两种。
(1)电压型： 整流后若是靠电容来滤波称为电压型，现在使用的变频器大部分为电压型。电压源型
逆变器的中间直流环节由于采用电容储能，因此直流环节电压值不受负载影响，其主要运行特 点如下：
IRF [International Rectifier]（ 160MT KB）、德国 Powersem（psd35）等 逆变器：
IGBT：西门子[优派克]EUPEC （FS、BSM）、Fuji（2MB ） 等 IPM：三菱（PM）等 PIM一体模块：西门子[优派克] EUPEC （FS、FP、BSM）、泰科 TYCO（V23990-P89）等 单管IGBT：APT（Advanced Power Technology）APT60GF120JRD 电解电容：400V，560V，5600UF以下（包括） CPU： TMS320F2406A/7A，TMS320F2813等 光耦： 东芝的TLP3120，7840， HP的HCPL-4504等 缓冲电阻： 单管IGBT、风扇、接触器、散热器、霍尔、温度传感器等
逆变器采用PWM技术，既变压又变频；由于直流电压源的箝位作用，交流侧电压波形为矩形 波，与负载阻抗角无关，而交流侧电流波形和相位因负载阻抗角的不同而异，其波形接近正弦 波。系统响应速度快； 可多台逆变器共用一套直流电源并联运行； 同一相的上下桥臂有直通短 路的可能，这时电流的变化率和峰值都很大，需要在极短的时间内进行保护，所以保护困难； 由于整流部分采用不控整流，因此不能实现能量回馈制动。如果电动机需要向交流电源反馈能 量，因直流测电压方向不能改变，所以只能靠改变直流电流的方向来实现，这就需要给交－直 变换的整流桥再反并联一套逆变桥。
对于控制电路分解出的控制信号i*M和i*T，根据电动机的参数进行一系列的等效变换，得到三相 逆变桥的控制信号i*A、i*B和i*C，对三相逆变桥进行控制，如图所示。从而得到与直流电动机类似 的硬机械特性, 提高了低频时的带负载能力。
一．变频器的发展和主要相关技术
c. 矢量控制
3）矢量控制的主要优点 a) 低频转矩大：即使运行在1Hz(或0.5Hz)时, 也能产生足够大的转矩,且不会 产生在V/F控制方式中容易遇到的磁路饱和现象。 b) 机械特性好：在整个频率调节范围内，都具有较硬的机械特性，所有机械特 性基本上都是平行的。 c) 动态响应好：尤其是有转速反馈的矢量控制方式，其动态响应时间一般都能 小于100ms。
(2)电流型： 整流后若是靠电感来滤波称为电流型，它的中间直流环节采用大电感作储能元件，无
功功率将由大电感来缓冲。电流源型变换器大多用于大功率的风机水泵调速控制系统，采用可 控整流调压、逆变器变频方式运行。
二．变频器的主要构成及其工作原理
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2. 交一直一交电压型变频器的主回路构成（以下都简称为变频器） ：
一．变频器的发展和主要相关技术
c. 矢量控制 2）变频器的矢量控制模式
仿照直流电动机的控制特点，对于调节频率的给定信号，分解成和直流电动机具有相同特点的磁 场电流信号i*M和转矩电流信号i*T，并且假想地看作是两个旋转着的直流磁场的信号。当给定信号 改变时，也和直流电动机一样，只改变其中一个信号，从而使异步电动机的调速控制具有和直流电 动机类似的特点。
定频率的1／2以下，故主要用于容量较大的低速拖动系统中。
② 交一直一交变频器
先将频率固定的交流电整流后变成直流，再经过逆变电路，把直流电逆变
成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电逆变成交流电较易控制，因此在
频率的调节范围，以及变频后电动机特性的改善等方面，都具有明显的优势，
目前使用最多的变频器均属于交一直－交变频器。