電力電子與變頻技術應用PPT完整全套教學課件

《電力電子與變頻技術概況》

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項目1項目1.電力電子與變頻技術概況項目2.常用電力電子器件與電路項目3.通用變頻器結構與原理項目4.變頻器的控制與參數(shù)設置項目5.變頻器及外圍設備的選擇項目6.變頻器的安裝調(diào)試及故障處理項目7.變頻器工程應用實例項目1電力電子與變頻技術概況【教學目標】知識目標：1.熟悉交流異步電動機調(diào)速的基本方法2.了解變頻器的作用與變頻調(diào)速的優(yōu)點3.了解電力電子與變頻技術的發(fā)展歷程4.了解變頻調(diào)速部分典型應用實例技能目標：

1.能正確使用三相異步電動機

2.會合理調(diào)節(jié)三相異步電動機的轉(zhuǎn)速任務1.1交流異步電動機調(diào)速的基本方法1.1.1交流異步電動機的旋轉(zhuǎn)原理1.交流異步電動機的定子繞組中通入三相（或兩相）交流電，氣隙中便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速也稱為同步轉(zhuǎn)速。2.轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間有轉(zhuǎn)速差，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線，從而產(chǎn)生感應電動勢，由于轉(zhuǎn)子回路閉合而形成轉(zhuǎn)子電流。轉(zhuǎn)差率表示：

3.旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生電磁力，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向與磁場旋轉(zhuǎn)方向相同，三相繞組中任意兩相對換，旋轉(zhuǎn)磁場就反向，從而使電機反轉(zhuǎn)。任務1.1交流異步電動機調(diào)速的基本方法1.1.2交流異步電動機的運行狀態(tài)1.電動機狀態(tài)

（0<n<n1,0<s<1）電機從電網(wǎng)吸收電功率，經(jīng)過氣隙的耦合作用從軸上輸出機械功率。2.發(fā)電機狀態(tài)

（n>n1

，s<0）E1=U1+IR0

3.電磁制動狀態(tài)(n<0,s>1)轉(zhuǎn)子逆著磁場方向旋轉(zhuǎn)，此時電機既從電網(wǎng)吸收電功率又從軸上吸收機械功率，它們都消耗在電機內(nèi)部變成損耗。1.轉(zhuǎn)子感應電動勢和電流變化頻率為f22.電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比3.電磁轉(zhuǎn)矩與磁通、轉(zhuǎn)子有功電流成正比任務1.1交流異步電動機調(diào)速的基本方法基本概念：

三相異步電動機剛起動時，由于轉(zhuǎn)子感應電流的頻率很高，所以功率因素很低，雖然起動電流很大，但起動轉(zhuǎn)矩并不大。1.改變磁極對數(shù)p（變極調(diào)速）任務1.1交流異步電動機調(diào)速的基本方法

有級調(diào)速、且級差很大、級數(shù)有限，因而只適用于不需平滑調(diào)速的場合，如生產(chǎn)機械高、低速的粗調(diào)等。1.1.3交流異步電動機的調(diào)速方法2.改變轉(zhuǎn)差率s（變轉(zhuǎn)差率調(diào)速）

以改變轉(zhuǎn)差率為目的調(diào)速方法主要有：定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、串極調(diào)速等（1）定子調(diào)壓調(diào)速任務1.1交流異步電動機調(diào)速的基本方法由于電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，所以隨電壓的降低，轉(zhuǎn)矩很小，一般不能拖動恒轉(zhuǎn)矩負載；同時轉(zhuǎn)差功率損耗較大，功率因素低，電流大，效率低。

一般適合于風機泵類特性的負載，鼓風機就是利用定子電壓調(diào)速的方法進行調(diào)速的1.改變轉(zhuǎn)差率s（降壓調(diào)速）調(diào)壓調(diào)速的優(yōu)點：調(diào)速平滑，采用閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)速時，機械特性較硬，調(diào)速范圍較寬，所以在風機控制中現(xiàn)在還有廣泛應用。任務1.1交流異步電動機調(diào)速的基本方法任務1.1交流異步電動機調(diào)速的基本方法（2）改變轉(zhuǎn)差率（轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速）

其機械特性較軟，轉(zhuǎn)速隨負載的波動較大，調(diào)速范圍受到一定限制，且低速時轉(zhuǎn)差功率損耗較大，效率低。只適用于繞線式異步電動機

轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速只在一些調(diào)速要求不高的場合采用，如塔式起重機的吊鉤控制調(diào)速等。任務1.1交流異步電動機調(diào)速的基本方法（3）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速（滑差調(diào)速）

電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速的優(yōu)點是：控制簡單，運行可靠，能平滑調(diào)速，采用閉環(huán)控制后可擴大調(diào)速范圍，運用于通風類或恒轉(zhuǎn)矩類負載；其缺點是低速時損耗大，效率低。

在轉(zhuǎn)子回路中引入了一個與轉(zhuǎn)子繞組感應電動勢頻率相同的可控的附加電動勢任務1.1交流異步電動機調(diào)速的基本方法（4）串級調(diào)速串極調(diào)速具有機械特性比較硬、調(diào)速平滑、損耗小、效率高等優(yōu)點，便于向大容量發(fā)展，但它也存在著功率因素較低的缺點，同時串極調(diào)速的控制設備比較復雜，成本比較高。調(diào)速特性與直流電動機調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速十分相似，并可與直流調(diào)速相媲美。任務1.1交流異步電動機調(diào)速的基本方法3.改變頻率f（變頻調(diào)速）任務1.1交流異步電動機調(diào)速的基本方法3.改變頻率f（變頻調(diào)速）基頻以下調(diào)節(jié)基頻以上調(diào)節(jié)

為了保持電動機的帶負載能力，應保持氣隙主磁通Φ不變，這就要求降低供電頻率的同時降低感應電動勢，保持E1/f1=常數(shù)，即保持電動勢與頻率之比為常數(shù)進行控制，這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。如果不計定子阻抗壓降，則U1≈E1=4.44f1N1ΦwKy任務1.1交流異步電動機調(diào)速的基本方法3.改變頻率f（變頻調(diào)速）

由于E1難于直接檢測和直接控制，可以近似地保持定子電壓U1和頻率f1的比值為常數(shù)，即認為E1≈U1，保持U1/f1=常數(shù)。這就是恒壓頻比控制方式，是近似的恒磁通控制變頻的同時為什么電壓也要跟著改變？任務1.2變頻調(diào)速的優(yōu)點與發(fā)展概況1.2.1變頻調(diào)速的優(yōu)點

交流異步電動機傳統(tǒng)調(diào)速方法的控制比較簡單，但由于轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差、傳動速度不協(xié)調(diào)等原因，造成產(chǎn)品報廢率高，且調(diào)速范圍小、能耗高，以前交流調(diào)速只在低檔次的生產(chǎn)機械中采用。直流調(diào)速的性能比較好，高檔次的機械一般采用直流調(diào)速。但直流電動機結構復雜、對工作環(huán)境要求較高；直流電機碳刷易磨損、碳刷架易打火而引起電機燒壞；換向器經(jīng)過長時間磨檫后，銅片會越來越薄，最后導致打火擊穿。到目前，直流電動機故障率高、保養(yǎng)難度大的問題，還沒有從根本上解決，而且直流調(diào)速系統(tǒng)體積大、耗電量大，不能在易燃易爆場合使用。

隨著電力電子技術的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速技術日益成熟，使交流變頻調(diào)速正逐步取代直流調(diào)速。采用變頻調(diào)速不但可以提高生產(chǎn)機械的控制精度、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，而且變頻調(diào)速系統(tǒng)還具有優(yōu)良的控制性能和顯著的節(jié)能效果。任務1.2變頻調(diào)速的優(yōu)點與發(fā)展概況1.2.2變頻器的作用任務1.2變頻調(diào)速的優(yōu)點與發(fā)展概況交流調(diào)速與控制技術是目前發(fā)展最為迅速的技術之一，這是與電力電子器件制造技術、變流技術、控制技術、微型計算機和大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展密切相關的，也就是說，每當新一代的電力電子器件出現(xiàn)時，體積更小、功率更大的新型通用變頻器就會產(chǎn)生。1.2.3變頻技術的發(fā)展概況

目前應用最多的電力電子功率器件主要有GTO、GTR、IGBT以及智能模塊IPM(IntelligentPowerModule)。其中IGBT的開關頻率可達到幾十KHz，而且還具有低損耗，開關速度快、電壓高，容量大，體積小，驅(qū)動功率小等特點。80年代后期，MCS-51等單片機推出后，由于其較高的集成度和性能，具備了一定的信息處理能力和數(shù)據(jù)運算速度，同時內(nèi)部硬件資源也比較豐富，開始作為通用控制器應用于交流調(diào)速系統(tǒng)。操作室0～20mA～回轉(zhuǎn)窯噴火槍RSTUVW加料口減速箱FUIt應用舉例1.水泥廠回轉(zhuǎn)窯主驅(qū)動變頻調(diào)速

應用舉例2.水泵節(jié)能恒壓供水圖10—1

供水系統(tǒng)示意圖壓力變送器生活小區(qū)應用舉例3.中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)工藝圖盤管盤管風扇溫度變送器TP4~20mA冷凍機組水泵電動機UVWIIGNDV+VI1RSTUFRP應用舉例3.中央空調(diào)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)水泵電動機制冷機組冷卻塔溫度變送器冷卻風扇UVWRSTGNDIIV+VI1RP4~20mAQQQUF應用舉例4.中央空調(diào)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)水泵電動機制冷機組冷卻塔溫度變送器冷卻風扇UVWRSTGNDIIV+VI1RP4~20mAQQQUFST張力控制器直流電源電動機紙卷+-RPUVWRSTGNDVI1V+GNDIIUFFV4~20mA應用舉例5.卷繞機械恒張力控制示意圖UF1UF2UF3UF4UFUF5UF6PLC計算機四臺拉矯機變頻器結晶器變頻器連鑄鋼錠切斷機噴水系統(tǒng)冷卻水鋼水澆鑄鋼包鋼錠連鑄示意圖結晶器輸送輥道變頻器液壓系統(tǒng)例6：ThankYou!

《常用電力電子器件與電路》

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項目2項目2常用電力電子器件與電路【教學目標】知識目標：1.熟悉電力二極管、普通晶閘管的結構和特性2.了解晶閘管的派生器件3.熟悉電力MOS場效應晶體管的結構、特性4.熟悉絕緣柵雙極晶體管的結構、特性5.熟悉常用變流與觸發(fā)電路技能目標：1.能正確鑒別常用電力電子器件的好壞2.能正確測試SCR、MOSFET、GTR、IGBT的特性和參數(shù)3.能正確使用MOSFET、GTR、IGBT驅(qū)動與保護電路4.能熟練應用整流與逆變電路任務2.1熟悉電流控制型電力電子器件2.1.1不可控器件——電力二極管電力二極管的基本結構和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣，以半導體PN結為基礎，由一個面積較大的PN結和兩端引線以及封裝組成的，從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝。正向：門檻電壓約0.7伏反向：電阻無窮大注意：SCR的極限能力任務2.1熟悉電流控制型電力電子器件2.1.2半控型器件——晶閘管晶閘管（Thyristor）又稱晶體閘流管或可控硅整流器（SCR）外形有螺栓型和平板型兩種封裝；引出陽極A、陰極K和門極（控制端）G三個聯(lián)接端。對于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便；平板型封裝的晶閘管可由兩個散熱器將其夾在中間。任務2.1熟悉電流控制型電力電子器件

（1）晶閘管的觸發(fā)電流從門極G流入，從陰極K流出，往往是通過觸發(fā)電路在門極和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產(chǎn)生的，所以晶閘管是一種電流控制型器件。（2）陰極是晶閘管主電路與控制電路的公共端，主電路的電流只能從陽極A流向陰極K，只有當UAK為正而且大于1伏左右時才能導通；2.1.2半控型器件——晶閘管任務2.1熟悉電流控制型電力電子器件

（3）當UAK

﹥1V時，若IG=0，晶閘管也是不導通的，只有很小的正向漏電流流過；而一旦在G、K兩端施加一定的觸發(fā)信號（UGK﹥0.7V）,晶閘管就能保持導通狀態(tài)，此時晶閘管本身的壓降很小，在1V左右。（4）晶閘管在導通狀態(tài)下，IG就失去了控制作用，所以晶閘管又是一種半控器件。（5）導通期間，如果門極電流為零，并且陽極電流降至接近于零的某一數(shù)值IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)。IH稱為維持電流，一般的晶閘管為10mA左右，在實際應用中為了使晶閘管可靠關斷，一般要求UAK≦0V。2.1.2半控型器件——晶閘管

（5）導通期間，陽極電流降至接近于零的某一數(shù)值IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)。IH稱為維持電流，一般的晶閘管為10mA左右，在實際應用中為了使晶閘管可靠關斷，一般要求UAK≦0V2.1.2半控型器件——晶閘管主要參數(shù)：任務2.1熟悉電流控制型電力電子器件（1）額定電壓（2）額定電流1)通態(tài)平均電流IT(AV)

（額定電流）晶閘管在環(huán)境溫度為40oC和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結溫不超過額定值所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。使用時應按實際電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來選取晶閘管，應留一定的裕量，一般取1.5-2倍。2)維持電流IH使晶閘管維持導通所必需的最小電流，IH一般為十幾毫安，與結溫有關，結溫越高，則IH越小。3)擎住電流IL4)浪涌電流ITSM（3）動態(tài)參數(shù)任務2.1熟悉電流控制型電力電子器件（2）雙向晶閘管可認為是一對反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成，有兩個主電極T1和T2，一個門極G，正反兩方向均可觸發(fā)導通，在交流調(diào)壓電路、固態(tài)繼電器和交流電機調(diào)速等領域應用較多，以雙向晶閘管調(diào)光電路為例。雙向晶閘管通常用在交流電路中，因此不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。2.1.3晶閘管的派生器件（1）

快速晶閘管

其管芯結構和制造工藝進行了改進，開關時間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改善，普通晶閘管關斷時間數(shù)百微秒，而快速晶閘管可達數(shù)十微秒，高頻晶閘管10μs左右。任務2.1熟悉電流控制型電力電子器件（3）逆導晶閘管（4）光控晶閘管（5）門極可關斷晶閘管（6）電力晶體管電力晶體管（GiantTransistor—GTR，直譯為巨型晶體管），是一種耐高電壓、大電流的雙極結型晶體管（BipolarJunctionTransistor—BJT），英文有時候也稱為PowerBJT，在電力電子技術的范圍內(nèi)，GTR與BJT這兩個名稱等效。任務2.2熟悉電壓控制型電力電子器件

電力場效應晶體管分為結型和絕緣柵型（類似小功率FET），但通常主要指絕緣柵型中的MOS型，簡稱電力MOSFET（PowerMOSFET）。結型電力場效應晶體管一般稱作為靜電感應晶體管（SIT），其特點是：用柵極電壓來控制漏極電流；驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率?。婚_關速度快，工作頻率高；熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR；電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。2.2.1全控型器件——電力場效應晶體管任務2.2熟悉電壓控制型電力電子器件（1）截止狀態(tài)在漏極D與源極S之間加正向電壓，柵極G與源極S間的電壓若為零，漏源極之間無電流流過。（2）導電狀態(tài)當UGS大于UT（開啟電壓或閾值電壓）時，漏極和源極導電。2.2.1全控型器件——電力場效應晶體管電力MOSFET一般工作在開關狀態(tài)，在實際應用中，為了保證可靠地截止與導通，應避開放大區(qū)，關斷狀態(tài)要求UGS小于或等于零；導通狀態(tài)一般要求UGS大于10V但不能超過20V。MOSFET漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時寄生二極管導通。（2）動態(tài)特性任務2.2熟悉電壓控制型電力電子器件2.2.1全控型器件——電力場效應晶體管開通過程：關斷過程：（3）電力MOSFET的主要參數(shù)：

漏極電壓UDS——電力MOSFET電壓定額；

漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM——電力MOSFET電流定額；

柵源電壓UGS——柵源之間的絕緣層很薄，UGS>20V將導致絕緣層擊穿；極間電容CGS、CGD和CDS。開通時間ton—開通延遲時間與上升時間之和關斷時間toff—關斷延遲時間和下降時間之和任務2.2熟悉電壓控制型電力電子器件GTR和GTO的特點是：雙極型，電流驅(qū)動，通流能力很強，開關速度較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復雜。MOSFET的優(yōu)點是：單極型，電壓驅(qū)動，開關速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小而且驅(qū)動電路簡單。

絕緣柵雙極晶體管（IGBT或IGT）是由GTR和MOSFET復合而成，它結合了二者的優(yōu)點，所以具有良好的特性2.2.2全控型器件——絕緣柵雙極晶體管IGBT是一種三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極E任務2.2熟悉電壓控制型電力電子器件IGBT的驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同，場控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定，當uGE大于開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導通；當柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關斷。2.2.2全控型器件——絕緣柵雙極晶體管IGBT具有很強的通流能力IGBT的開關速度低于電力MOSFETIGBT的主要參數(shù)：（1）

最大集射極間電壓UCES—-由內(nèi)部PNP晶體管的擊穿電壓確定；（2）

最大集電極電流—-包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP；（3）最大集電極功耗PCM—-正常工作溫度下允許的最大功耗。IGBT的主要特點：（1）

開關速度高，開關損耗小，在電壓1000V以上時，開關損耗只有GTR的1/10，與電力MOSFET相當；（2）

相同電壓和電流定額時，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力；（3）通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域；（4）

輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似；（5）與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進一步提高，同時保持開關頻率高的特點。任務2.2熟悉電壓控制型電力電子器件2.2.2全控型器件——絕緣柵雙極晶體管任務2.3熟悉可控整流電路2.3.1單相半波可控整流電路1.帶電阻負載的工作情況變壓器T起變換電壓和隔離的作用

電阻負載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度，用α表示，也稱觸發(fā)角或控制角。導通角：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導通角，用θ表示。任務2.3熟悉可控整流電路直流輸出電壓平均值為：直流回路的平均電流為：回路中的電流有效值為：流過晶閘管的電流波形系數(shù)：電流波形系數(shù)是電流有效值與平均值之間換算的系數(shù)，在單波整流電路中，

當α=0時Kf為1.57,隨著α的增大，Kf也將增大盡管是電阻負載，電源的功率因素也不為1，這是單相半波電路的缺陷。任務2.3熟悉可控整流電路2.帶電感性負載的工作情況

電感性負載的特點：電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不能發(fā)生突變。

當電壓從正過零到負這一段，由于SCR還是處于導通狀態(tài)，負載便出現(xiàn)了負電壓。任務2.3熟悉可控整流電路

為了避免負載出現(xiàn)負電壓而使平均電壓Ud太小，必須在整流電路的負載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管2.帶電感性負載的工作情況

當u2過零變負時，續(xù)流二極管VDR導通，ud為零。此時為負的u2通過VDR向VT施加反壓使其關斷，L儲存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流。續(xù)流期間ud為0，ud中不再出現(xiàn)負的部分。任務2.3熟悉可控整流電路2.3.2單相橋式可控整流電路1.單相橋式半控整流電路

為了對每個導電回路進行控制，單相橋式半控整流電路只需2個晶閘管就可以了，另2個晶閘管可以用二極管代替，從而簡化了整個電路

將晶閘管全部換成電力二極管，即成為單相不可控整流電路，不可控整流電路的工作原理相當于半控整流電路當觸發(fā)角α=0°時的情況，半控電路與全控電路在電阻負載時的工作情況相同任務2.3熟悉可控整流電路2.單相橋式全控整流電路由于晶閘管是交替工作的，所以流過每個晶閘管的平均電流IdT為負載平均電流的二分之一，即變壓器輸出電流有效值：當α為0o時，I=1.11Id流過每個晶閘管的電流有效值：將二極管都換成晶閘管負載平均電壓：負載平均電流：任務2.3熟悉可控整流電路

帶電感性負載的工作情況:2.單相橋式全控整流電路帶反電動勢負載時的工作情況:帶反電動勢負載串平波電抗器任務2.3熟悉可控整流電路2.3.3單結晶體管觸發(fā)電路

單結晶體管的外形圖，可以看出，它的外形與普通三極管相似，具有三個電極，但不是三極管，而是具有三個電極的二極管，管內(nèi)只有一個PN結，所以稱之為單結晶體管。三個電極中，一個是發(fā)射極，兩個是基極單結晶體管（簡稱UJT）又稱基極二極管任務2.3熟悉可控整流電路2.3.3單結晶體管觸發(fā)電路（1）當Ve＜ηUbb時(η為單結晶體管的分壓比、Ubb為電源電壓)，發(fā)射結處于反向偏置，管子截止。（2）當Ve≥ηUbb+VD,VD為二極管正向壓降（約為0.7伏），PN結正向?qū)?，Ie顯著增加，Rb1阻值迅速減小，ue相應下降，這種電壓隨電流增加反而下降的特性，稱為負阻特性。管子由截止區(qū)進入負阻區(qū)的臨界P稱為峰點，與其對應的發(fā)射極電壓和電流，分別稱為峰點電壓Vp和峰點電流Ip。Ip是正向漏電流，它是使單結晶體管導通所需的最小電流，顯然Vp=ηUbb。（3）隨著發(fā)射極電流Ie不斷上升，Ve不斷下降，降到V點后，Ve不再繼續(xù)下降，這點V稱為谷點，與其對應的發(fā)射極電壓和電流，稱為谷點電壓，Vv和谷點電流Iv。（4）過了V點后，發(fā)射極與第一基極間半導體內(nèi)的載流子達到了飽和狀態(tài)，顯然Vv是維持單結晶體管導通的最小發(fā)射極電壓，如果ue＜Vv，管子重新截止。任務2.3熟悉可控整流電路2.3.3單結晶體管觸發(fā)電路

單結晶體管張弛震蕩電路（蜂鳴器）典型應用實例：任務2.3熟悉可控整流電路

單相橋式半控整流電路一般由單結晶體管電路來觸發(fā)，單結晶體管觸發(fā)電路的特點是：觸發(fā)電路簡單，但導通角θ的移相范圍較小。2.3.3單結晶體管觸發(fā)電路任務2.3熟悉可控整流電路2.3.4三相可控整流電路1、三相半波可控整流電路變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)，三個晶閘管分別接a、b、c三相電源，其陰極連接在一起——共陰極接法。α=0°時，對應相電壓300α≤30°時，負載電流連續(xù)，各晶閘管每周期導通1200，Ud=1.17U2cosa，其中U2為變壓器二次相電壓有效值，當α=0時，Ud最大，其值為Ud=1.17U2

α>30°時，負載電流斷續(xù)，晶閘管導通角減小。任務2.3熟悉可控整流電路

由于晶閘管是交替工作的，所以流過每個晶閘管的平均電流IdT為負載平均電流的三分之一。

流過晶閘管的電流有效值，當α=0°時為：IT=0.588Id晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值，即：

2.3.4三相可控整流電路1.三相半波可控整流電路任務2.3熟悉可控整流電路2.3.4三相可控整流電路

三相橋式可控整流電路由陰極連接在一起的3個晶閘管（VT1，VT3，VT5）和陽極連接在一起的3個晶閘管（VT4，VT6，VT2）組成。若將圖中的晶閘管換成電力二極管，即成為不可控整流電路，不可控整流電路的工作原理相當于可控整流電路當觸發(fā)角α=0°時的情況。2.三相橋式全控整流電路任務2.3熟悉可控整流電路時段IIIIIIIVVVI共陰極組中導通的二極管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導通的二極管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓UdUa-Ub=UabUa-Uc=UacUb-Uc=UbcUb-Ua=UbaUc-Ua=UcaUc-Ub=Ucb

①每個時刻都有2個功率管同時導通，形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各有1個功率管導通，且不能為同相器。②按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序?qū)?，相位依次?0°。共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120°，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120°同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180°。圖2.35三相橋式整流電路帶電阻負載時的波形2.3.4三相可控整流電路2.三相橋式全控整流電路

三相橋式整流電路的輸出電壓為三相半波時的兩倍：Ud=2.34U2cosa

其中U2為變壓器二次相電壓有效值變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值與三相半波阻感負載時相同為:

晶閘管的額定電流為：IT(AV)=IT/1.57=0.368Id任務2.3熟悉可控整流電路2.3.4三相可控整流電路2.三相橋式全控整流電路任務2.3熟悉可控整流電路2.3.5鋸齒波觸發(fā)電路任務2.3熟悉可控整流電路2.3.5鋸齒波集成觸發(fā)電路任務2.4熟悉斬波電路

直流斬波電路一般是指將固定的直流電變成可調(diào)直流電電流連續(xù)時，負載電壓平均值

A=ton/T—稱為導通占空比，簡稱占空比或?qū)ū葦夭娐酚腥N控制方式（a）脈沖寬度調(diào)制（PWM）或脈沖調(diào)寬型—保持T不變，調(diào)節(jié)ton，應用最多；（b）頻率調(diào)制或調(diào)頻型—保持每個周期內(nèi)ton不變，改變T的大小；（c）混合型—ton和T都可調(diào)，使占空比改變。任務2.4熟悉斬波電路當需要直流電動機進行正反轉(zhuǎn)、即可電動又可制動控制的場合，可采用橋式可逆斬波電路。(1)使V4保持通時，通過PWM方式控制V1，經(jīng)過VD1續(xù)流，可使電動機工作于第1象限，此時電源向電動機提供正電壓，即工作在正向電動狀態(tài)。若EM大于E，通過VD2與VD3回饋電能，工作于正向再生制動狀態(tài)；EM通過V2與VD3回路，可工作于正向能耗制動狀態(tài)。(2)使V2保持通時，通過PWM方式控制V3，經(jīng)過VD3續(xù)流，可使電動機工作于第3象限，此時電源向電動機提供負電壓，即工作在反向電動狀態(tài)。若EM大于E，通過VD4與VD1回饋電能，工作于反向再生制動狀態(tài)；EM通過V4與VD1回路，可工作于反向能耗制動狀態(tài)。2.可逆斬波電路任務2.5熟悉逆變電路

把直流電變換成交流電稱為逆變，當交流側(cè)接在電網(wǎng)上，即交流側(cè)接有電源時，稱為有源逆變；當交流側(cè)直接和負載連接時，稱為無源逆變1.單相電流型逆變電路2.單相電壓型逆變電路任務2.5熟悉逆變電路3.三相電壓型逆變電路

三個單相逆變電路可組合成一個三相逆變電路，應用最廣的是橋式逆變電路4.無換向器電動機任務2.5熟悉逆變電路（無刷電機）ThankYou!

《通用變頻器結構與原理》

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項目3項目3通用變頻器結構與原理【教學目標】知識目標：1.熟悉變頻器的主體結構框圖2.熟悉通用變頻器的主電路3.了解變頻器主電路和控制電路的基本工作原理4.了解變頻器的控制方式和分類技能目標：1.能用正確的方法拆裝變頻器2.能正確地對變頻器進行接線3.能識讀變頻器的電路圖4.能分析變頻器出現(xiàn)故障的原因3.1變頻器的類別和結構

主開關器件采用IGBT時，開關頻率可達20kHz以上，輸出波形已經(jīng)非常接近正弦波，因而又稱之為正弦脈寬調(diào)制(SPWM)逆變器。由于把直流電逆變成交流電的環(huán)節(jié)較易控制，因此，改善變頻后，電動機的特性等方面都具有明顯的優(yōu)勢，有利于擴大變頻器的頻率調(diào)節(jié)范圍。

目前迅速普及應用的主要是這種變頻器1.根據(jù)變頻器主開關器件變頻器IGBT變頻器SCR變頻器BJT變頻器GTO變頻器3.1.1變頻器的分類2.根據(jù)變流環(huán)節(jié)不同分類：

3.1變頻器的類別和結構3.1.1變頻器的分類（1）交-直-交變頻器工頻交流電源（三相或兩相）通過整流器變換成直流，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流電源，又稱間接式變壓變頻器?？烧{(diào)節(jié)頻率范圍較寬,低壓變頻器通常采用這種方式（2）交-交變頻器把頻率固定的交流直接變換成頻率和大小連續(xù)可調(diào)的交流電源，又稱直接式變壓變頻器。沒有中間環(huán)節(jié)，變頻效率高，但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄，一般為額定頻率的1/2以下，主要用于低速大容量的調(diào)速系統(tǒng)。3.1變頻器的類別和結構3.1.1變頻器的分類3.根據(jù)直流電路的儲能環(huán)節(jié)（濾波方式）分類：（1）電壓源型變頻器在交-直-交變頻器裝置中，當中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時，直流電壓波形比較平直，中、小容量變頻器以電壓型變頻器為主。電壓源型變頻器電路在負載能量反饋到中間直流電路時，將導致電容電壓升高，稱為泵升電壓，如果能量無法反饋回交流電源，泵升電壓會危及整個電路的安全。為解決這個問題，可采用措施有：①主電路中設置泵升電壓限制電路。②將不可控整流電路改為可控整流電路，利用可控變流器實現(xiàn)再生反饋。3.1變頻器的類別和結構3.1.1變頻器的分類（2）

電流源型變頻器

當交-直-交變頻裝置中的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時，這類變頻裝置稱為電流源型變頻器，適用于大容量變頻器。整流電路為不可控的二極管整流時，電路不能將負載側(cè)的能量反饋到電源側(cè)。為使電路具備再生反饋電力的能力，整流電路同樣可采用晶閘管可控整流電路，負載回饋能量時，可控變流器工作于有源逆變狀態(tài)，使中間直流電壓反極性，3.1變頻器的類別和結構3.1.1變頻器的分類4.按電壓等級的分類：（1）低壓變頻器(110V，220V，380V)（2）中壓變頻器(500V，660V，1140V)（3）

高壓變頻器(3KV，3.3KV，6KV，6.6KV，10KV)5.

根據(jù)電壓的調(diào)制方式分類：

（1）正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）變頻器——中、小容量的通用變頻器幾乎全都采用此類變頻器。

（2）脈幅調(diào)制（PAM）變頻器——比較少用。6.根據(jù)輸入電源的相數(shù)分類：

（1）

三進三出變頻器（2）單進三出變頻器8.按照用途分類：(1)通用變頻器——用于機械傳動調(diào)速，功能齊全、性能好、價格貴。(2)高性能專用變頻器——為具體應用而設計，使用面窄、價格低、操作簡單。(3)高壓變頻器——適用于高壓電動機。7.按照工作原理分類：（1）

V/f控制變頻器；（2）

矢量控制變頻器；(3)直接轉(zhuǎn)矩控制型變頻器3.1.2部分常用術語中英文對照變頻器：inverter

(日本常用)，AC

Drive

(歐美常用)，F(xiàn)requency

Converter

(歐州常用)

變流器converters

整流rectifying-rectification

整流器rectifier

逆變inverting-inversion

逆變器inverter

轉(zhuǎn)矩脈動torque

pulsation

脈寬調(diào)制

(PWM)

pulse

width

modulation

諧波harmonic

矢量控制(VC)

vector

control

直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)

direct

torque

control

四象限運行Four

quadrant

operation

再生(制動)

Regeneration

直流制動d.c

braking

漏電流leak

current

濾波器filter

電抗器reactor

電位器potentiometer

編碼器encoder,

PLG

(pulse

generator)

定子stator

轉(zhuǎn)子rotor

3.2變頻器的結構與原理

低壓通用變頻器的輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路類型幾乎都采用交—直—交電路，而其逆變電路一般采用正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式。不同系列變頻器的結構與原理基本相同。變頻器總體介紹：三部分構成整流電路中間環(huán)節(jié)電路逆變電路3.2普通變頻器的結構與原理

變頻器的主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上由三部分構成：3.2.1普通變頻器的主電路1.整流電路

當輸入為交流380V時，整流后的峰值電壓為537V，平均電壓為515V

某些具有大量再生能量的場合可用晶閘管變流器，由于其功率方向可逆，可以實現(xiàn)能量的回饋3.2變頻器的結構與原理3.2.1普通變頻器的主電路2.中間環(huán)節(jié)電路

中間環(huán)節(jié)電路主要包括：濾波電路、均壓電路、限流電路、泵升電壓限制電路、直流信號檢測保護電路等

3.2變頻器的結構與原理3.2.1普通變頻器的主電路（1）濾波電路

由若干個電容并聯(lián)成CF1和CF2，CF1和CF2串聯(lián)抑制電壓波動，并起到儲能作用。由電容濾波的變頻器屬于電壓型變頻器。對于較大容量的變頻器可增加電感濾波。逆變器前級為電感濾波的為電流型變頻器。3.2變頻器的結構與原理3.2.1普通變頻器的主電路

兩組電容相串聯(lián)，即可降低耐壓等級，又可提供中心點。（2）均壓電路

在CF1和CF2旁備并聯(lián)一個阻值相等的均壓電阻R1和R2

3.2變頻器的結構與原理3.2.1普通變頻器的主電路

電容阻抗具有分散性，很難做到正負電壓對稱，而大電阻的阻值精度較容易控制。（3）限流電路

串接在整流橋和濾波電容器之間，是由限流電阻RL和短路開關SL（或晶閘管）組成的并聯(lián)電路。

3.2變頻器的結構與原理3.2.1普通變頻器的主電路

剛通電瞬間，由于電容兩端電壓為零，必須限流。（4）電源指示

電源指示燈HL除了表示電源是否接通外，還有一個十分重要的功能，即在變頻繁器切斷電源后，表示濾波電容器CF上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。故在維修變頻器時，必須等HL完全熄滅后才能接觸變頻器內(nèi)部的導電部分。3.2變頻器的結構與原理3.2.1普通變頻器的主電路（5）能耗制動（泵升電壓限制）

變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動機的降速和停機，是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的。當同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，也稱為再生制動狀態(tài)，容易使直流電壓升高。當直流回路的電壓UD超過規(guī)定的限值時，VTB導通，使直流回路通過RB釋放能量，降低直流電壓。3.2變頻器的結構與原理3.2.1普通變頻器的主電路3.逆變電路3.2變頻器的結構與原理3.2.1普通變頻器的主電路

與整流電路相反，逆變主電路是將直流電源變換為所要求頻率的交流電源，由三部分組成：①逆變主電路②續(xù)流電路

③緩沖電路(1)逆變主電路

由VT1～VT6組成6個開關器件輪流導通、關斷就可以得到3相交流輸出。3.2變頻器的結構與原理3.2.1普通變頻器的主電路（2）逆變續(xù)流電路

續(xù)流電路由右圖中的VD7～VD12構成其功能是：為電動機繞組的無功電流返回直流電路時提供通路；當頻率下降（同步轉(zhuǎn)速下降時），為電動機的再生電能反饋至直流電路提供通路；為電路的寄生電感在逆變過程中釋放能量提供通路。3.2變頻器的結構與原理（3）逆變緩沖電路由（R01～R06、C01～C06、VD01～VD06）構成

逆變管在關斷和導通的瞬間，其電壓和電流的變化率是很大的，有可能使逆變管受到損害。因此，每個逆變管旁還應接入緩沖電路，以減緩電壓和電流的變化率。3.2變頻器的結構與原理3.2.1變頻器的主電路（4）逆變電路的SPWM控制方式

把正弦半波N等分，看成N個相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等。把這N個脈沖序列用同樣數(shù)量的、等幅、不等寬、中點重合、面積（沖量）相等、寬度按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖來代替單相逆變電路的SPWM控制規(guī)律：單極性控制方式雙極性控制方式（4）逆變電路的SPWM控制方式3.2.1變頻器的主電路（4）逆變電路的SPWM控制方式單極性控制方式：在ur和uc的交點時刻控制IGBT的通斷。ur正半周，V1保持通，V2保持斷當ur>uc時使V4通，V3斷，uo=Ud，當ur<uc時使V4斷，V3通，uo=0。Ur負半周，V2保持通，V1保持斷當ur>uc時使V3通，V4斷，uo=-Ud，當ur<uc時使V3斷，V4通，uo=0。3.2.1變頻器的主電路雙極性SPWM控制方式：在ur半個周期內(nèi)，三角波載波有正有負，所得PWM波也有正有負。在ur一周期內(nèi)，輸出PWM波只有±Ud兩種電平，仍在調(diào)制信號ur和載波信號uc的交點控制器件通斷，ur正負半周，對各開關器件的控制規(guī)律相同。3.2.1變頻器的主電路（4）逆變電路的SPWM控制方式

當ur>uc時，給V1和V4導通信號，給V2和V3關斷信號，如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和VD4通，uo=Ud

當ur<uc時，給V2和V3導通信號，給V1和V4關斷信號，如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和VD3通，uo=-Ud。uc為三相SPWM控制公用信號，三相的調(diào)制信號urU、urV和urW依次相差120°。3.2.1變頻器的主電路（5）三相橋式逆變電路的SPWM控制以U相為例分析其控制規(guī)律：

當urU>uc時，給V1導通信號，給V4關斷信號，uUN′=Ud/2，當urU<uc時，給V4導通信號，給V1關斷信號，uUN′=-Ud/2；當給V1(V4)加導通信號時，可能是V1(V4)導通，也可能是VD1(VD4)導通。uUN′、uVN′和uWN′的SPWM波形只有±Ud/2兩種電平，uUV波形可由uUN′-uVN′得出，當1和6通時，uUV=Ud，當3和4通時，uUV=－Ud，當1和3或4和6通時，uUV=0。（5）三相橋式逆變電路的SPWM控制3.2.1變頻器的主電路

輸出線電壓SPWM波由±Ud和0三種電平構成，負載相電壓PWM波由(±2/3)Ud、(±1/3)Ud和0共5種電平組成。

同一相上下兩臂的驅(qū)動信號互補，為防止上下臂直通造成短路，留一小段上下臂都施加關斷信號的死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短主要由器件關斷時間決定。死區(qū)時間會給輸出PWM波帶來影響，使其稍稍偏離正弦波。3.2.1變頻器的主電路（5）三相橋式逆變電路的SPWM控制3.2.2高壓變頻器的主電路1.高壓變頻器需要解決的主要問題①串并聯(lián)器件的靜態(tài)和動態(tài)均壓電路會導致系統(tǒng)復雜，損耗增加，效率下降；②輸出只有2個電平，電壓波動大，產(chǎn)生較大的諧波和過高的電壓變化率du/dt；③開關器件的串并聯(lián)在技術上的不確定因素會使逆變器的可靠性明顯下降；④雙電平逆變器實現(xiàn)高壓輸出，存在著輸出電壓波動大的問題。（1）如果將變頻器的SPWM逆變主電路，單純依靠開關器件的串并聯(lián)來實現(xiàn)，會出現(xiàn)這樣的問題：（2）采用高-低-高方式：存在中間低壓環(huán)節(jié)電流大、效率低、占地面積大等缺點（3）將多個低壓大容量逆變器通過變壓器采用多重化技術獲得高壓大功率，輸出電壓波形可以接近正弦波，但是也存在著效率低、動態(tài)性能不高和占地面積大等缺點。

希望高壓逆變器在實現(xiàn)直接高壓變換的同時，又能使輸出電壓波形接近正弦波，這就是高壓變頻器需要解決的主要問題。3.2.2高壓變頻器的主電路1.高壓變頻器需要解決的主要問題

三相二極管鉗位三電平逆變器主電路

3.2.2高壓變頻器的主電路2.多電平電壓源型逆變器

在高電壓、大容量變頻系統(tǒng)中，為了減少開關損耗和每個開關承受的電壓，進而改善輸出電壓波形，減少轉(zhuǎn)矩脈動，多采用增加直流側(cè)電平的方法3.2.2高壓變頻器的主電路2.多電平電壓源型逆變器

當VTl、VT2導通和VT3、VT4關斷時，逆變器U相輸出電壓為+E/23.2.2高壓變頻器的主電路2.多電平電壓源型逆變器

線電壓則有五個電平即±E/2、±E和0，

電平的增加可使輸出電壓波形接近正弦波。3.2.2高壓變頻器的主電路2.多電平電壓源型逆變器（五電平）3.2.2高壓變頻器的主電路電容鉗位式五電平逆變器開關狀態(tài)

五電平逆變器相、線電壓波形2.多電平電壓源型逆變器（五電平）3.2.3變頻器的控制電路單片機---產(chǎn)生SPWM信號驅(qū)動電路---SPWM信號進行放大信號檢測保護電路---變頻器的電壓、電流、溫度等的保護CPU---大量運算存儲電路、顯示電路、隔離電路等控制電路3.2.3變頻器的控制電路分立元件組成的驅(qū)動電路集成化的驅(qū)動電路按照驅(qū)動電路元件的組成劃分1.驅(qū)動電路

M57962L型IGBT集成驅(qū)動器分立元件驅(qū)動電路驅(qū)動電路的作用是根據(jù)控制單元的指令對IGBT進行驅(qū)動3.2.3變頻器的控制電路2.變頻器的控制方式恒壓頻比控制具有恒定磁通功能的v/f通用變頻器矢量控制通用變頻器直接轉(zhuǎn)矩控制控制方式（2）變頻器的控制方式

（1）恒壓頻比控制

對變頻器的電壓和頻率的比率進行控制，使該比率保持恒定，即恒壓頻比控制

適用于生產(chǎn)機械對調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能要求不高的場合

普通控制型v/f通用變頻器是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制方式，無速度傳感器，控制電路簡單，采用通用標準異步電動機，通用性強，性價比高。缺點有以下幾點：①不能恰當?shù)卣{(diào)整電動機轉(zhuǎn)矩，不能補償適應轉(zhuǎn)矩的變化。②無法準確地控制電動機的實際轉(zhuǎn)速。③轉(zhuǎn)速極低時，由于轉(zhuǎn)矩不足而無法克服較大的靜摩擦力。

主要用于風機水泵的節(jié)能的調(diào)速設備，以及調(diào)速范圍要求不高場合。（2）變頻器的控制方式

（1）

恒壓頻比控制（2）變頻器的控制方式（2）具有恒定磁通功能的v/f通用變頻器恒定磁通的控制方法仍然屬于v/f控制方式。在普通控制型V/F通用變頻器基礎上增加了恒磁通功能。如何實現(xiàn)恒磁通功能？

增加磁通檢測器，將測得的磁通信號與速度設定值轉(zhuǎn)換后的磁通信號比較，用比較結果控制PWM驅(qū)動，改善了普通控制型V/F通用變頻器的缺點。

增加磁通檢測器太麻煩，用的不多。（2）變頻器的控制方式

三相交流二相交流矢量控制的基本思路定子三相坐標系RST(ABC)定子兩相坐標系αβ三相-兩相變換矢量回轉(zhuǎn)直流異步電動機經(jīng)過坐標變換可以等效成直流電動機（3）矢量控制通用變頻器從整體上看，輸入為A、B、C三相電壓，輸出轉(zhuǎn)速為ω的一臺異步電動機。從內(nèi)部看，經(jīng)過3/2變換和VR同步旋轉(zhuǎn)變換，變成一臺由im1和it1輸入、ω輸出的直流電動機是等效兩相交流電流與直流電動機磁通軸的瞬時夾角。（2）變頻器的控制方式（3）矢量控制通用變頻器

模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過相應的坐標反變換，就可以控制異步電動機。

給定和反饋信號經(jīng)過類似于直流調(diào)速系統(tǒng)所用的控制器，產(chǎn)生勵磁電流的給定信號im1和電樞電流的給定信號it1*，經(jīng)過反旋轉(zhuǎn)變換VR-1得到ia1*和iβ1*，再經(jīng)過2/3變換得到iA*、iB*和iC*。把這三個電流控制信號和由控制器直接得到的頻率控制信號ω1，加到帶電流控制器的變頻器上，就可以輸出異步電動機調(diào)速所需的三相變頻電流。（2）變頻器的控制方式（3）矢量控制通用變頻器（2）變頻器的控制方式（3）矢量控制通用變頻器

由于進行坐標變換的是電流(磁動勢)的空間矢量，所以通過坐標變換實現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫矢量控制系統(tǒng)

一般的矢量控制系統(tǒng)均需速度傳感器，速度傳感器是整個傳動系統(tǒng)中最不可靠的環(huán)節(jié)，安裝也很麻煩。許多新系列的變頻器設置了“無速度反饋矢量控制”功能。對于一些在動態(tài)性能方面無嚴格要求的場合，速度反饋可以不用。（2）變頻器的控制方式

利用空間電壓矢量PWM(SVPWM)通過通過對磁鏈位置的檢測和轉(zhuǎn)矩的的大小設定直接控制、確定逆變器的開關狀態(tài)來實現(xiàn)的。（4）直接轉(zhuǎn)矩控制

控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應迅速，限制在一拍以內(nèi)，而且轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)無超調(diào)現(xiàn)象，是一種具有高靜態(tài)、動態(tài)性能的交流調(diào)速方法ThankYou!

《變頻器的控制與參數(shù)設置》

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項目4項目4變頻器的控制與參數(shù)設置【教學目標】知識目標：1.熟悉變頻器主要參數(shù)的涵義2.熟悉變頻器的控制模式3.熟練掌握變頻器的多段速控制方法4.熟練掌握變頻器的PID調(diào)節(jié)方法技能目標：1.能用正確的方法根據(jù)要求設置變頻器的參數(shù)2.能根據(jù)控制要求用變頻器實現(xiàn)多段速控制3.能根據(jù)控制要求用變頻器實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)4.能分析變頻器在起動、運行、停止過程中出現(xiàn)故障的原因4.1變頻器頻率給定方法頻率給定的方式面板給定方式

外部給定方式鍵盤上的升鍵(↑鍵)和降鍵(↓鍵)面板上電位器調(diào)節(jié)

外接模擬量給定外接數(shù)字量給定外接脈沖給定通訊給定4.1.1頻率給定的方式給定方式：調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的具體方法,也就是提供給定信號的方式。

輔助給定1.面板給定和外接給定——2.數(shù)字量給定與模擬量給定——3.電壓信號與電流信號——優(yōu)先選擇面板給定優(yōu)先選擇數(shù)字量給定

優(yōu)先選擇電流信號4.1變頻器頻率給定方法4.1.2頻率給定方法選擇的一般原則

變頻器采用哪一種給定方式,須通過功能預置來事先決定，以三菱FR-E700系列變頻器為例，可通過參數(shù)Pr.79來進行設置。1.頻率指令的保持功能

保持功能無效—重啟時須重新加速保持功能有效---運行頻率自動上升到停機前的工作頻率2.點動頻率功能

3.頻率給定異常時的處理功能

(a)給定信號丟失(b)給定信號小于最低頻率時的處理功能選擇如何處理？4.1變頻器頻率給定方法4.1.3頻率給定的其它功能

各類機械在調(diào)試過程中經(jīng)常使用的操作方式，因為主要用于調(diào)試，故所需頻率較低，一般也不需要調(diào)節(jié)。4.2

頻率給定線的設定方法1.頻率給定線的定義

由模擬量進行頻率給定時，變頻器的給定信號G與對應的給定頻率f之間的關系曲線U＝f(G)或I＝f(G)，稱為頻率給定線。

2.基本頻率給定線

4.2.1基本頻率給定線

在給定信號X從0增大至最大值Xmax的過程中，給定頻率f線性地從0增大到最大頻率fmax的頻率給定線稱為基本頻率給定線。4.2

頻率給定線的設定方法

2.基本頻率給定線

（1)

以電壓大小作為給定信號的稱電壓信號，其范圍有（0～5V）或（0～10V）電壓給定方法比較容易，用一個電位器即可調(diào)節(jié)，但是穩(wěn)定性較差。（2）以電流大小作為給定信號的稱電流信號，其范圍一般為4～20mA，也有0～20mA的。

其“零”信號為4mA，是為了提高抗干擾能力，同時也為了方便檢查是否正常。4.2頻率給定線的設定方法4.2.2頻率給定線的調(diào)整

實際要求的頻率給定線往往與基本頻率給定線并不一致，所以需要對頻率給定線進行適當?shù)恼{(diào)整，使之符合生產(chǎn)實際的需要。1.調(diào)整頻率給定線的起點或終點

頻率給定線的起點（偏置頻率）——

當給定信號為最小值（0%）時對應的頻率。

頻率給定線的終點（頻率增益）——

當給定信號為最大值（100%）時所對應的頻率。起點與終點設置4.2頻率給定線的設定方法4.2.2頻率給定線的調(diào)整

2.任意設定兩點，兩點決定了一條直線任意兩點設定

參數(shù)Pr.902，Pr.903（電流控制時為：Pr.904，Pr.905），這四個參數(shù)是特別的，要同時輸入頻率和所對應的給定信號百分比，可用于任意兩點的設置。

參數(shù)Pr.125（Pr.126）與變頻器的其它參數(shù)一樣，只能輸入頻率的大?。ɑ蛟鲆妫?，對應的給定信號默認為100%

4.2頻率給定線的設定方法4.2.3上限頻率和下限頻率

為了防止因傳感器故障或變頻器輸入信號干擾而使生產(chǎn)機械出現(xiàn)過高或過低的轉(zhuǎn)速,有必要設置上、下限頻率。上限頻率與最高頻率之間，必有fH≤fmax下限頻率fL表示最小運行頻率上限頻率，由參數(shù)Pr.1=0～120Hz設定下限頻率，由參數(shù)Pr.2=0～120Hz設定上限頻率必須大于下限頻率4.3變頻器常用的控制功能

4.3.1電動機的正、反轉(zhuǎn)控制

變頻控制電路中，電動機的正反轉(zhuǎn)是通過改變SPWM波形的相序來實現(xiàn)的，不需要切換主電路，所以沒有火花，具體控制方法主要有兩種。1.輸入端控制方式STF端子與公共端SD相連接時為正轉(zhuǎn)運行；STR端子與公共端SD相連接時為反轉(zhuǎn)運行；若兩者都與公共端相連則為無效2.模擬量給定控制

(1)雙極性給定信號控制

(2)單極性給定信號控制

死區(qū)、有效0

當變頻器有兩個或多個模擬量給定信號同時從不同的端子輸入時，其中必有一個為主給定信號，其他為輔助給定信號。大多數(shù)變頻器的輔助給定信號都是疊加到主給定信號(相加或相減)上去的。4.3變頻器常用的控制功能

4.3.2輔助給定控制功能

每臺機器又都有一個固有振蕩頻率，它取決于機械的結構。如果生產(chǎn)機械運行在某一轉(zhuǎn)速下時，所引起的振動頻率和機械的固有振蕩頻率相吻合的話，則機械的振動將因發(fā)生諧振而變得十分強烈(也稱為機械共振)，并可能導致機械損壞的嚴重后果。三菱變頻器最多可設置三段，參數(shù)為Pr.31～Pr.364.3變頻器常用的控制功能

4.3.3設置回避頻率

2.設置回避頻率的方法（1）設置回避頻率區(qū)間（2）設置回避頻率的中心和寬度1.起動頻率

4.3變頻器常用的控制功能

4.3.4變頻起動控制

對于靜摩擦系數(shù)較大的負載，為了易于起動，起動時需有一點沖擊力。為此，可根據(jù)需要預置起動頻率fs(Pr.13=0～60Hz)，使電動機在該頻率下“直接起動”2.起動前的直流制動可以保證電動機在完全停轉(zhuǎn)的狀態(tài)下開始起動，防止起動過電流。1.升速時間Pr.74.3變頻器常用的控制功能

4.3.5變頻器的升、降速控制

從提高生產(chǎn)力的角度出發(fā)，升速時間越短越好。但升速時間越短，頻率上升越快，越容易出現(xiàn)起動過電流。2.降速時間Pr.84.3變頻器常用的控制功能

4.3.5變頻器的升、降速控制

電動機在降速過程中，電機處于發(fā)電狀態(tài)，其電能通過逆變電路，反饋到直流電路，將產(chǎn)生泵升電壓，使直流電壓升高。

從提高生產(chǎn)力的角度出發(fā)，降速時間應越短越好。但降速時間越短，頻率下降越快，直流電壓越容易超過上限值。3.升、降速方式Pr.294.3變頻器常用的控制功能

4.3.5變頻器的升、降速控制

（1）線性方式(Pr.29=0)頻率與時間呈直線性關系，多數(shù)負載可預置線性方式。（2）S型A(Pr.29=1)在開始階段和結束階段，升降速比較緩慢，具有緩和升降速過程的沖擊振動作用。這種起動方式，可有效的防止運輸貨物的倒塌。（3）S型B(Pr.29=2)在兩個頻率f1，f2間提供一個S型升降速曲線，且稍有停頓，在加減速過程中，使人或貨物有一個反應過程。線性方式

為了防止出現(xiàn)生產(chǎn)機械的“爬行”和“溜坡”現(xiàn)象，有必要加入直流制動。

Pr.10是直流制動時的動作頻率;

Pr.11是直流制動時的動作時間（作用時間）;

Pr.12是直流制動時的電壓（轉(zhuǎn)矩）。

通過這三個參數(shù)的設定，可以提高停止的準確度，使之符合負載的運行要求。4.3變頻器常用的控制功能

4.3.6直流制動控制

使用多段速控制功能時，必須進行兩步預置：

1.通過預置確定哪幾個輸入端子為多擋轉(zhuǎn)速輸入端子--

Pr.180～Pr.182

2.預置與各擋轉(zhuǎn)速對應的工作頻率（即進行頻率給定）--

Pr.4～Pr.6，Pr.24～Pr.27，設置1～7擋轉(zhuǎn)速頻率；Pr.232～Pr.239，設置8～15擋轉(zhuǎn)速頻率4.3變頻器常用的控制功能

4.3.7多段速控制功能

PID控制屬于閉環(huán)控制，是使控制系統(tǒng)的被控量在各種情況下，都能夠迅速而準確地無限接近控制目標的一種手段。具體地說，是隨時將傳感器測量的實際信號（稱為反饋信號）與被控量的目標信號相比較，以判斷是否已經(jīng)達到預定的控制目標。

4.3變頻器常用的控制功能

4.3.8PID調(diào)節(jié)功能

1.基本概念(1)比例增益環(huán)節(jié)(P)KP

過大，則XG=KP(XT-XF)一下子增大或減小了許多，很容易使變頻器輸出頻率發(fā)生超調(diào)，又容易引起被控量的振蕩(b)所示。1.基本概念4.3變頻器常用的控制功能

4.3.8PID調(diào)節(jié)功能

（2）積分環(huán)節(jié)(I)

積分環(huán)節(jié)既能防止振蕩，也能有效地消除靜差。但積分時間太長，又會產(chǎn)生當目標信號急劇變化時，被控量難以迅速恢復的情況。4.3變頻器常用的控制功能

4.3.8PID調(diào)節(jié)功能

1.基本概念

微分環(huán)節(jié)可根據(jù)偏差的變化趨勢，提前給出較大的調(diào)節(jié)動作，從而縮短調(diào)節(jié)時間，克服了因積分時間太長而使恢復滯后的缺點。（3）微分環(huán)節(jié)(D)(1)PID動作選擇

在自動控制系統(tǒng)中，電動機的轉(zhuǎn)速與被控量的變化趨勢相反，稱為負反饋；或正邏輯。反之為負邏輯。PID動作選擇(Pr.128)有三種功能：“O”-PID功能無效“1”-PID正邏輯（負反饋、負作用）“2”-PID反邏輯（正反饋、正作用）4.3變頻器常用的控制功能

4.3.8PID調(diào)節(jié)功能

2.PID調(diào)節(jié)功能預置4.10.2PID調(diào)節(jié)功能預置PID功能有效時：①變頻器的輸出頻率（fx）只根據(jù)反饋信號(XF)和目標信號（XT）比較的結果進行調(diào)整，故頻率的大小與被控量之間并無對應關系。②變頻器的加、減速的過程將完全取決于P、I、D數(shù)據(jù)所決定的動態(tài)響應過程，而原來預置的“加速時間”和“減速時間”將不再起作用。③變頻器的輸出頻率（fx）始終處于調(diào)整狀態(tài)，因此顯示的頻率常不穩(wěn)定。4.3.8PID調(diào)節(jié)功能

(2)目標值的給定①鍵盤給定法②電位器給定法③變量目標值給定法4.3變頻器常用的控制功能

4.3.8PID調(diào)節(jié)功能

2.PID調(diào)節(jié)功能預置電位器給定變量目標值給定例：某壓力變送器SP的量程為0-1MPa，輸出電流為4-20mA，若用戶希望水壓穩(wěn)定在0.6MPa，則目標值就是60%。此時的目標輸入電壓(0-5V給定時)為3V，穩(wěn)定運行時對應的反饋電流為13.6mA。要求不高的控制系統(tǒng)中，微分功能D可以不用

當系統(tǒng)運行時，被控量上升或下降后難以恢復，說明反應太慢，應加大比例增益KP，直至比較滿意為止；在增大KP后，雖然反應快了，但容易在目標值附近波動，說明系統(tǒng)有振蕩，應加大積分時間，直至基本不振蕩為止。三菱變頻器的PID參數(shù)設置及范圍如下：比例增益KP:（Pr.129=0.1%～1000%，9999即無效），出廠設置為100%；積分時間Ti:（Pr.130=0.1～3600s，9999即無效），出廠設置為1S；微分時間Td：（Pr.134=0.01～lO.OOs，9999即無效），出廠設置為0.01S；

4.3變頻器常用的控制功能

4.3.8PID調(diào)節(jié)功能

2.PID調(diào)節(jié)參數(shù)設定ThankYou!

《變頻器及外圍設備的選擇》

——PPT

項目5項目5變頻器及外圍設備的選擇【教學目標】知識目標：1.熟悉常用生產(chǎn)機械的負載類型2.掌握變頻器類型及容量的選擇方法3.熟悉變頻器電路的抗干擾措施4.熟悉變頻器所需的外圍設備及用途技能目標：1.能根據(jù)生產(chǎn)機械的性質(zhì)要求合理選擇變頻器類型2.能根據(jù)生產(chǎn)機械的拖動要求正確地選擇變頻器的容量3.能根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場抗干擾要求合理地選擇變頻器的外圍設備5.1變頻器的選擇方法5.1.1變頻器類型的選擇

1、生產(chǎn)機械的負載特性

變頻器的正確選擇對于控制系統(tǒng)的正常運行是非常關鍵的，選擇變頻器時必須要充分了解變頻器所驅(qū)動的負載特性。人們在實踐中常將生產(chǎn)機械分為三種類型：恒轉(zhuǎn)矩負載、恒功率負載和通風性負載。2、變頻器類型的選擇（1）風機、泵類負載，TL∝n2。，低速下負載轉(zhuǎn)矩較小，通?？梢赃x擇普通功能型，即普通V/f控制型變頻器。（2）恒轉(zhuǎn)矩類負載，例如起重機的提升機構等，則有兩種情況：①采用普通功能型變頻器實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，這種方案常采用加大電動機和變頻器容量的辦法，以提高低速轉(zhuǎn)矩。②采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩負載的恒速運行，這種方案是比較理想的。（3）軋鋼、造紙、塑料薄膜加工線這一類對動態(tài)性能要求較高的機械，原來多采用直流調(diào)速傳動方式，目前采用矢量控制高性能型通用變頻器是一種很好的方案。5.1變頻器的選擇方法

5.1.2變頻器容量的選擇1.連續(xù)恒載運轉(zhuǎn)時所需的變頻器容量(kVA)的計算2.一臺變頻器帶動多臺電動機并聯(lián)運行，即成組傳動時變頻器容量的計算3.大慣性負載啟動時變頻器容量的計算5.1.3選擇變頻器需注意事項

1.選擇變頻器時應以實際電機的電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機的額定功率只能作為參考。2.變頻器若要長電纜運行時，此時應該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應放大一、二檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。

3.當變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺電機時，一定要考慮變頻器到電動機的電纜的長度總和在變頻器的容許范圍內(nèi)。如果超過規(guī)定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為V/F控制方式，并且變頻器無法實現(xiàn)電動機的過流、過載保護，此時需在每臺電動機側(cè)加熔斷器來實現(xiàn)保護。4.對于一些特殊的應用場合，如高環(huán)境溫度、高開關頻率、高海拔高度等，此時會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。

5.2變頻器外圍設備的選擇

5.2.1變頻器電路的防干擾措施1.防止外界對變頻器的干擾2.防止逆變器對外產(chǎn)生的干擾外界對變頻器的干擾主要來自于電源進線為了抑制逆變器對外產(chǎn)生的干擾，可采取以下辦法：(1)盡量使逆變器本身少發(fā)出于擾信號；(2）提高被干擾對象的抗干擾能力，采用隔離措施；(3)使變頻器傳送到被干擾對象的干擾信號減弱。對于變頻器用戶來說，唯一可行的是第三種方法5.2變頻器外圍設備的選擇①保證變頻器驅(qū)動系統(tǒng)能夠正常工作；