G120 變頻器技術(shù)及應(yīng)用 課件 1.2 變頻器簡(jiǎn)介

1.2變頻器簡(jiǎn)介講授內(nèi)容1.2.11.2.2變頻器的分類變頻器的產(chǎn)生與發(fā)展1.2.3變頻器的工作原理1.2.1變頻器的產(chǎn)生與發(fā)展

變頻器（Variable-frequencyDrive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置。幾款常用變頻器的外形如圖1-13所示。圖1-13

幾款變頻器的外形1、變頻器技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展1.2.1變頻器的產(chǎn)生與發(fā)展按變頻器器的控制方式來(lái)化，其發(fā)展可劃分為以下幾個(gè)階段。（1）恒壓頻比控制

恒壓頻比（U/f）控制就是變頻器的輸出電壓與輸出頻率成正比例變化的控制，這樣就可以使得電動(dòng)機(jī)的磁通保持一定，不會(huì)導(dǎo)致弱磁或磁飽和現(xiàn)象的發(fā)生。這種調(diào)速控制方式多用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載。1、變頻器技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展1.2.1變頻器的產(chǎn)生與發(fā)展（2）矢量控制20世紀(jì)70年代，德國(guó)人F.Blaschke提出矢量控制模型。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過(guò)測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。

變頻器的矢量控制主要應(yīng)用在對(duì)轉(zhuǎn)矩控制有要求的場(chǎng)合，需要低速大轉(zhuǎn)矩輸出的場(chǎng)合，需要在超過(guò)額定轉(zhuǎn)速以外寬調(diào)速范圍，且要求控制特性良好的場(chǎng)合等等。1、變頻器技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展1.2.1變頻器的產(chǎn)生與發(fā)展（3）直接轉(zhuǎn)矩控制

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)（DirectTorqueControl，DTC）是在20世紀(jì)80年代中期繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的一種高性能異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，國(guó)外也稱為直接自控制（Directselfcontrol，DSC），其思想是以轉(zhuǎn)矩為中心來(lái)進(jìn)行綜合控制，不僅控制轉(zhuǎn)矩，也用于磁鏈量的控制和磁鏈自控制。1.2.1變頻器的產(chǎn)生與發(fā)展2、我國(guó)變頻器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)緊跟國(guó)外變頻器技術(shù)的發(fā)展步伐，從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)在近些年得到了較快的發(fā)展，已涉及到電子、機(jī)械、石化、冶煉、紡織、汽車等多種行業(yè)，應(yīng)用范圍已覆蓋注塑機(jī)、空壓機(jī)、空調(diào)、恒壓供水、紡織機(jī)械等多種交流電動(dòng)機(jī)設(shè)備。

目前，國(guó)內(nèi)已有200多家變頻器生產(chǎn)企業(yè)，如森蘭、信捷、匯川、英威騰等國(guó)產(chǎn)品牌，其技術(shù)水平已接近世界先進(jìn)水平，但總市場(chǎng)占有額不高，僅為10%左右。國(guó)內(nèi)變頻器以交流380V及以下的中小型變頻器為主，且大部分產(chǎn)品為低壓，而高壓大功率產(chǎn)品則更少。1.2.2變頻器的分類

變頻器發(fā)展至今，已經(jīng)有多種適合不同場(chǎng)合和用途的變頻器，可以從不同的角度進(jìn)行分類。1、按變換的環(huán)節(jié)分類（1）交-直-交變頻器，即先把工頻交流通過(guò)整流器變成直流，然后再把直流變換成頻率和電壓可調(diào)的交流，又稱間接式變頻器，是目前廣泛應(yīng)用的通用型變頻器。（2）交-交變頻器，即將工頻交流直接變換成頻率和電壓可調(diào)的交流，又稱直接式變頻器。這類型變頻器主要用于大功率（500kW以上）低速交流傳動(dòng)系統(tǒng)中。1.2.2變頻器的分類2、按直流電源性質(zhì)分類

（1）電壓型變頻器，其特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件采用大電容，負(fù)載的無(wú)功功率將由它來(lái)緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故稱電壓型變頻器，常被選用于負(fù)載電壓變化較大的場(chǎng)合。

（2）電流型變頻器，其特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，緩沖無(wú)功功率，即扼制電流的變化，使電壓接近正弦波，由于該直流內(nèi)阻較大，故稱電流源型變頻器（電流型）。電流型變頻器的優(yōu)點(diǎn)是能扼制負(fù)載電流頻繁而急劇的變化，常被選用于負(fù)載電流變化較大的場(chǎng)合。1.2.2變頻器的分類3、按照控制方式分類U/f控制（又稱VVVF控制）變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制（又稱SF控制）變頻器、矢量控制（又稱VC控制）變頻器、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器等。4、按照用途分類

通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。5、按照開關(guān)方式分類PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器等。1.2.2變頻器的分類6、按調(diào)壓方法分類

（1）PAM變頻器是一種通過(guò)改變直流側(cè)電壓幅值進(jìn)行調(diào)壓的，在變頻器中逆變器只負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)輸出頻率，而輸出電壓則由相控整流器或直流斬波器通過(guò)調(diào)節(jié)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種變頻器目前使用較小。

（2）PWM變頻器是根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWM波各脈沖寬度和間隔，以此控制變頻電路中開關(guān)器件的通斷，就可得到所需要的PWM波形。目前中小功率的變頻器幾乎都采用PWM技術(shù)。7、按電壓等級(jí)分類

（1）高壓變頻器：3kV、6kV、10kV。

（2）中壓變頻器：660V、1140V。

（3）低壓變頻器：220V、380V。1.2.3變頻器的工作原理1、變頻器的組成變頻器通常由主電路和控制電路兩部分構(gòu)成，如圖1-14所示。

M3～

驅(qū)動(dòng)電路運(yùn)算電路電壓/電流檢測(cè)電路保護(hù)電路速度檢測(cè)電路速度檢測(cè)器U1、I1、f1

電源控制指令運(yùn)轉(zhuǎn)指令控制電路圖1-14

變頻器的組成框圖整流電路濾波電路逆變電路主電路1.2.3變頻器的工作原理1、變頻器的組成給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。圖1-15給出了典型的電壓型逆變器的例子，其主電路有三部分構(gòu)成：將工頻電源變換為直流電的“整流電路”、吸收整流和逆變時(shí)產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“濾波電路”、以及將直流電變換為交流電的“逆變電路”。另外，異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)要附加“制動(dòng)電路”。（1）主電路AC負(fù)載AC電源VR0圖1-15

典型的電壓型逆變器電路1.2.3變頻器的工作原理1、變頻器的組成

給主電路提供控制信號(hào)的回路，稱為控制電路?？刂齐娐酚梢韵码娐方M成：頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓/電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”等。（2）控制電路1.2.3變頻器的工作原理2、變頻器的工作原理三相電源或單相電源接入變頻器的電源輸入端，經(jīng)二極管整流后變成脈沖的直流電，直流電