交—直—交电压型SPWM变频调速

4、电压型的主要特点是什么？ 交—直—交变频装置按直流部分贮能方式的不同分为： (1) 电压型 贮能元件为滤波电容C，如图1-2a所示。其工作特点是电压基本不变。
L
＋ C
(a)
(b)
图1-2 电压型和电流型
(2) 电流型 贮能元件为电抗器l，如图1-2b所示。其工作特点是电流基本不变。
5、SPWM代表什么？ SPWM的全称是Sine Pulse Width Modulation，意思是正弦脉冲宽度调制。这是实现改变频率的同时也改
15、什么是外接设定？ 在实际工作中，变频器常被安置在控制柜内或挂在墙壁上，而工作人员则通常在机械旁边进行操作。这 时，就需要在机械旁边另设一个设定频率的装置，称为外接设定装置。 所有的变频器都为用户提供专用于外接设定的接线端。
16、变频器对外接设定信号有些有什么规定？ 外接设定信号通常有三种。图2-1是日本富士FRN-G7型变频器的接线图，今说明如下：
题解
3、交—直—交是什么意思？ 变频装置有两大类：一类是由工业频率直接转接成可变频率的，称为“交—交变频”。另一类就是“交— 直—交变频”，意思是：先把工业频率的交流整流成直流，再把直流“逆变”成频率可变的交流，如图1-1所 示。
50Hz
整
流
3~
0~100Hz
逆
UD
变
M
交
直
交
图1-1 交—直—交的电路结构
大体上说，有以下几种原因： (1) 若干台电动机进行联动控制时，由于各电机的特性的工况均有差异，须通过调整输出频率线使各传 动单元的步调趋于一致。故也称为联动比率调整。 (2) 外接担忧压或电流设定信号不规范。如变频器要求的电压设定信号是0~+10V，而外接的电压设定信 号只有0~+9.5V。通过调整，可使输出频率的调节范围仍为0~fmax。
二、频率的指标、调节和设定
频率指标
11、变频器的频率调节范围如何？ 通用型变频调速器的最高输出频率一般不高于400Hz；最低输出频率不低于0.1Hz。各种变频器的调频范 围各不相同。 我国工业用的普通电动机，最高工作频率不宜超过100Hz(详见后述)。
12、什么是频率精度？ 频率精度是指变频器的实际输出频率与设定频率之间的误差大小，也叫频率准确度或频率稳定度。 通常，当频率为数字量设定时，精度高些(误差小些)，而在模拟设定时，精度高些(误差小些)，而在模拟 量设定时，精度低些(误差大些)。
输出频率线的调整
17、什么是“输出频率线”？ “输出频率线”是指变频器的输出频率与给定信号间的关系线。如图2-2，横坐标是给定信号Fs，通常用百 分数表示；纵坐标是输出频率fx。图中曲线为基本频率线，其特点是：当Fs=0时，fx=0；当Fs=100%时， fx=fmax。
fx
fmax
0
100%
Fs
图2-2 输出频率线
22、什么是输出频率线的两点设定法？
有的变频器(如日本三木VCD系列)通过设定两点(P1点和P2点)坐标的方法来设定输出频率线。如图2-6， P1点的坐标是(P1)和(F-P1)；P2点的 坐标是(P2)和(F-P2)。
fx P2
(F-P2)
P1 (F-P1)
图2-6 两点设定法
频率范围的设定
0
(P1)
变电压的一种调制方式。 变压变频的基本方式有两种： (1) 在改变频率的同时也改变幅值，称为脉幅调制，简写为PAM，如图1-3a所示。
u
u
Um U 'm
t
t
T' T
(a )
T
T
(b )
图1-3 脉幅调制和脉宽调制
(2) 在改变频率时，脉冲的幅值不变，而通过改变脉冲的占空比来改变其平均电压，称为脉宽调制，简
图1-8与1-9
8、变频调速器的主电路是怎样构成的？
(a)
(b)
交—直—交电压型变频调速器主电路的基本
结构如图1-10。图中，DR是三相整流。RA是限流电阻，限制变频器刚合上电源时，对滤波电容C的充电电 流。当C充电到一定程序后，晶闸管VT导通，RA将不再起限流作用。功率晶体管V1~V6组成三相逆变桥，将 直流电逆变成三相交流电后供电给电动机M。二极管V01~V06的作用是：在逆变过程中，当晶体管的e极电位 高于c集电位时提供续流回路；在电动机降速过程中提供能量反馈(再生)回路。RB是电动机在再生制动过程中 的耗能电阻，VB在电动机降速过程中导通，提供耗能回路。如RB阻值太大，可在接线端P和DB之间接入外接
制动电阻。
vT
DB
P
RA
v1
+
RB
DR C
VB
v2
v01 v3 v02
v4
v03 v5 v04
v6
v05 v06
M
图1-10 主电路的结构
变频器的额定数据
9、变频调速器有哪些额定数据？ 变频调速器主要的额定数据如下： (1) 最高输入电压Umax为了适应电网电压的波动，Umax通常规定为额定工作电压的1.15倍。 (2) 最大输出电流Imax这是最重要的一个数据，也是选择变频器容量时的最主要依据。 (3) 最大输出容量Smax必须注意的是：说明书中给出的容量是按最大工作电压算出的，实际应用时，应 根据工作电压进行修正。
19、频率增益设定的内容是什么？ 频率增益设定的内容是：当设定信号Fs“调满”(100%)时，设定其对应的输出频率相对于最大频率的百分 数，如图2-3。图中，曲线①为基本频率线，其频率增益为100%；曲线②是200%；曲线③是50%。
fx
200%
100%
fmax ②
① ③
50%
0
50%
100%
Fs
图1-5 逆变原理
先令K1|K4闭合，K2、K3断开。则电流的路径如实线空心箭头所示，C、D间的电压为C“+”、D“-”。再 令K1、K4断开，K2、K3闭合，则电流的路径如虚线实心箭头所示，C、D间的电压为C“-”、D“+”。
如使上述两种状态不停地交替工作，则负载M上所得到的便是交流电压了。 用六个开关器件，使它们按三相间互差三分之一周期的规律交替工作，就可将直流电“逆变”成三相交流 电了，如图1-6。
n1——电动机的同步转速，r/min S——电动机的转差率 而同步转速则主要取决于频率 n1=60f/p………………(1-2) 式中：f——频率，Hz p——磁极对数 所以说，交流电动机从诞生之日起，就已经知道改变频率可以调节转速了。但当时，还不具备改变频率 的手段。 闸流管的问世，使变频调速的梦想出现了能够实现的希望。但那设备的庞大与昂贵，使它无法进入实用 的阶段。 直到20世纪的60年代，随着晶闸管的出现及其应用技术的迅速发展，变频调速开始进入实用的阶段。但 由于许多技术问题解决得还不够完善，调速系统的性能指标难以和直流电机相匹敌，因而未能达到推广应用 的阶段。 70年代末期以来，一方面，矢量控制理论的提出和实施，使变频调速系统的性能指标达到了与直流电机 调速系统十分接近的地步；另一方面，电力电子器件的飞速发展，也使SPWM调制技术日臻完善，变频调速 器的体积越做越小，价格也达到了用户能够接受的程度。变频调速这才进入了普及应用的阶段。
图2-3 频率增益
20、什么是偏置频率？ 对应于设定信号为0时的输出频率称为偏置 频率fB，它可以一定范围内进行设定，如图24。图中，曲线①是基本频率线；曲线②是正偏 置的情形；曲线③是负偏置。
通过设定频率增益和偏置频率，变频器的输出频率线就可以任意地进行调整了。
fx
②
fB
①100%
Fs
图2-4 偏置频率
(P2)
Fs
23、怎样设定基本频率？
使电动机运行在基本工作状态下的频率叫基本频率，一般按电动机的额定频率设定。例如，对于国产的
通用型电动机，基本频率设定为50Hz。
24、如何设定最大频率？ 最大频率即最大允许的极限频率。它根据驱动系统的允许最高转速来设定。
25、上限频率和下限频率是根据什么设定的？ 根据驱动系统的工作状况来设定。它可以是保护性设定，即：变频器的输出频率不得超过所设定的范 围；也可以用作程序性设定，即：根据程序的需要，或上升至上限频率，或下降至下限频率。 图2-4中，fmax是最大频率，fHL是上限频率；fLL是下限频率。
10、说明书中的“配用电动机容量”能不能作为选择变频器容量的依据？ 如电动机驱动的是连续恒定负载(如风机)，则可以。但对于连续变动负载、继续负载和短时负载来说， 则只能作参考，而不能作依据。这是因为，在这些负载中，决定电动机容量的主要因素是发热问题。只要温 升不超过允许范围，短时间的过载(在过载能力范围内)对电动机来说是正常。例如，一台3.7kW的电动机，在 实际工作中，其输出功率有时可达4.0kW或4.5kW。而变频调速器的过载能力则十分有限。在大多数情况下， 变频器的容量应放大一档。
13
12
1
C1 V1
4~20mA 0～10V
图2-1 变频器的外接设定 (1) 外接电位器设定 电位器的阻值和瓦数各变频器的说明书中均有明确规定。 (2) 外接电压信号设定 各种变频器对外接电压信号的范围也各不相同，通常有：0~+10、0~+5、0~±10、 0~±5V等。 (3) 外接电流信号 所有变频器对外接电流信号的规定是统一的，都是4~20mA。 为了加强抗干扰能力，所有的外接设定信号线都应采用屏蔽线。
联系我们 收藏本站 员工登录 企业邮箱
交—直—交电压型SPWM变频调速 应用技术100问
(一) 变频调速的基本概念 概述
1、变频调速技术是怎样发展起来的？ 变频可以调速这个概念，可以说是交流电动机“与生俱来”的。同步电动机不消说，即使是异步电动机， 其转速也是取决于同步转速(即旋转磁场的转速)的 n=n1(1-S)………………(1-1) 式中：n——电动机的转速，m/min
2、变频调速为什么常缩写成VVVF？ VVVF的全称是Variable Voltage Variable Frequency，意思是“变压变频”。 原来，在交流异步电动机内，外加的电源电压主要和绕组的反电势相平衡，而绕组的反电势则与电流的 频率和每极下的磁通量有关： U≈E=4.44 W1fφ=Kefφ………………(1-3) 可见，磁通量的大小与电压和频率的比值有关： φ≈U/Kef=Ke'·U/f………………(1-4)
14、怎样调节和设定变频器的输出频率？ 主要有以下三种方式： (1) 旋钮设定 通过旋动面板上的旋钮(调节面板内侧的电位器)来进行调节和设定。属于模拟量设定方 式。 (2) 按键设定 利用键盘上的A键(或△键)和V键(或▽键)进行调节和设定。属于数字设定方式。 (3) 程序设定 在编制驱动系统的工作程序中进行设定。也属数字量设定方式。
写为PWM，如图1-3所示。
SPWM的特点是：脉冲序列中的脉冲宽度和脉冲间的间隔宽度是按正弦规律安排的，如图1-4。
T/2
T/2
图1-4 SPWM的波形变频器的主电器
6、直流是怎样“逆变”成交流的？ 如图1-5，K1~K4是开关器件，M是负载，A、B间通以直流电压UD。
A
k1
k3
UD
C
M
D
k2
k4
B
M
图1-6 三相逆变电器 7、常用的开关器件有哪些？ 目前，在中、小型变频调速器中用得最多的是功率晶体管，为了提高放大倍数，常做成达林顿管，如图 1-7a所示，一般电路图中仍画成单管，如图1-7b所示，代表符号是CTR或BTR。
(a)
(b)
图1-7 功力晶体管
容量较大的变频调速器中则常用可关断晶闸管，其代表符号是GTO，图形符号如图1-8所示。 已经进入实用阶段的最新器件有：绝缘栅双极晶体管，代号IGBT，图形符号如图1-9所示。正在开发并 已经取得成果的新品种还有不少，不再一一赘述。
21、怎样进行输出频率线的函数设定？ 如图2-5，输出频率线的函数式是：Y=AX+B。式中X即设定信号Fs；Y即输出频率fx。 有的变频器(如日本明电VT200S系列)无偏置频率的设定，面只须设定函数中的A值和B值，即设定了输 出频率线。
fx Y
Y=AX+B B
X
0
100%
Fs
图2-5 输出频率线和函数式
13、“频率分辨率”的含义是什么？ 频率分辨率指的是：变频器输出的相邻两“挡”频率之间的最小差值。 例如，日本富士FVR-G7S型变频器的数字量设定时的频率分辨率为0.002Hz。则，对于40Hz来说，比它 高一“挡”的最小频率为40.002Hz；而比它低一“挡”的最大频率为39.998Hz。
工作频率的调整和设定
式中：U——电源相电压 E1——每相定子绕组的反电势 W1——每相定子绕组的匝数 φ——每个磁极下的磁通量 Ke、Ke'——常数
式(1-4)表明：当频率下降时，如果电压不变，则磁通量将增加，引起电机铁心的饱和。这当然是不允许
的。因此，为了保持电机内的磁通量基本不变，在改变频率的同时，也必须改变电压。