G120 變頻器技術及應用 課件 1.2 變頻器簡介

1.2變頻器簡介講授內容1.2.11.2.2變頻器的分類變頻器的產生與發(fā)展1.2.3變頻器的工作原理1.2.1變頻器的產生與發(fā)展

變頻器（Variable-frequencyDrive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電動機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。

簡單地說，變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用，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、變頻器技術的產生與發(fā)展1.2.1變頻器的產生與發(fā)展按變頻器器的控制方式來化，其發(fā)展可劃分為以下幾個階段。（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機的磁通保持一定，不會導致弱磁或磁飽和現(xiàn)象的發(fā)生。這種調速控制方式多用于風機、泵類負載。1、變頻器技術的產生與發(fā)展1.2.1變頻器的產生與發(fā)展（2）矢量控制20世紀70年代，德國人F.Blaschke提出矢量控制模型。矢量控制實現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉矩的目的。

變頻器的矢量控制主要應用在對轉矩控制有要求的場合，需要低速大轉矩輸出的場合，需要在超過額定轉速以外寬調速范圍，且要求控制特性良好的場合等等。1、變頻器技術的產生與發(fā)展1.2.1變頻器的產生與發(fā)展（3）直接轉矩控制

直接轉矩控制系統(tǒng)（DirectTorqueControl，DTC）是在20世紀80年代中期繼矢量控制技術之后發(fā)展起來的一種高性能異步電動機變頻調速系統(tǒng)，國外也稱為直接自控制（Directselfcontrol，DSC），其思想是以轉矩為中心來進行綜合控制，不僅控制轉矩，也用于磁鏈量的控制和磁鏈自控制。1.2.1變頻器的產生與發(fā)展2、我國變頻器技術的發(fā)展現(xiàn)狀

國內變頻調速技術緊跟國外變頻器技術的發(fā)展步伐，從應用領域來說，國內變頻調速技術在近些年得到了較快的發(fā)展，已涉及到電子、機械、石化、冶煉、紡織、汽車等多種行業(yè)，應用范圍已覆蓋注塑機、空壓機、空調、恒壓供水、紡織機械等多種交流電動機設備。

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

變頻器發(fā)展至今，已經有多種適合不同場合和用途的變頻器，可以從不同的角度進行分類。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整流器變成直流，然后再把直流變換成頻率和電壓可調的交流，又稱間接式變頻器，是目前廣泛應用的通用型變頻器。（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）低速交流傳動系統(tǒng)中。1.2.2變頻器的分類2、按直流電源性質分類

（1）電壓型變頻器，其特點是中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容，負載的無功功率將由它來緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內阻較小，相當于電壓源，故稱電壓型變頻器，常被選用于負載電壓變化較大的場合。

（2）電流型變頻器，其特點是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能環(huán)節(jié)，緩沖無功功率，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)點是能扼制負載電流頻繁而急劇的變化，常被選用于負載電流變化較大的場合。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、按調壓方法分類

（1）PAM變頻器是一種通過改變直流側電壓幅值進行調壓的，在變頻器中逆變器只負責調節(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調節(jié)電流進行調節(jié)。這種變頻器目前使用較小。

（2）PWM變頻器是根據正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準確計算PWM波各脈沖寬度和間隔，以此控制變頻電路中開關器件的通斷，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。7、按電壓等級分類

（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成，如圖1-14所示。

M3～

驅動電路運算電路電壓/電流檢測電路保護電路速度檢測電路速度檢測器U1、I1、f1

電源控制指令運轉指令控制電路圖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機提供調壓調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”、吸收整流和逆變時產生的電壓脈動的“濾波電路”、以及將直流電變換為交流電的“逆變電路”。另外，異步電動機需要制動時，有時要附加“制動電路”。（1）主電路AC負載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“運算電路”，主電路的“電壓/電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”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，經二極管整流后變成脈沖的直流電，直流電