变频器的原理与应用

变频器的原理与应用

希望森兰科技股份有限公司

一.变频器的原理与组成(一)概述:1.定义：转换电能并能改变频率的电能转换装置。

2.交流调速技术发展的概况与趋势：交流电机：结构简单，价低，动态响应好、维护方便，但调速困难。 直流传动的薄弱环节：换向器的存在；单机容量受限12000kW~14000kW、 最高电压1000多伏、最高转速3000r/min。 交流调速飞速技术发展的原因： 电力电子器件制造技术；电力电子电路的变换技术；PWM技术，矢量控制 技术，直接转矩控制技术；微机和大规模集成电路基础的数字控制技术。

(二)发展趋势与动向:IGBT的应用:载波频率可达16KHz,抑制噪声和机械共震,电机电流在低

速时波形接近正弦,减少转矩脉动;电压驱动,简化了电路;网侧变流器的PWM控制;矢量控制变频器技术的通用化,无速度传感器矢量控制系统代表另一新 技术动向.

无速度传感器矢量控制的速度观测模型,建模方法大体上有: 动态速度估计器；模型参考自适应方法；基于PI调节器法;自适应转速观测器法；转子 齿谐波法；滑模观测法等.

感应电机是一多变量,强耦合及时变参数系统,围绕它有若干研究课题:电机参数模型的离散化;电机参数的自测定;电机定子电流的控制;电机参 数的辩识;电机状态估计;系统稳定性分析.

l 主控一体化

日本三菱公司将功率芯片和控制电路集成在一快芯片上的

DIPIPM (即双列直插式封装)的研制已经完成并推向市场。一种使逆变功 率和控制电路达到一体化，智能化和高性能化的 HVIC (高耐压 IC ) SOC (System on Chip)的概念已被用户接受，首先满足了家电市场低成本、小 型化、高可靠性和易使用等的要求。因此叶以展望，随着功率做大，此产品 在市场上极具竞争力。

2 小型化 用日本富士(FUJI)电机的三添胜先生的话说，变频器的小型化就是向发热挑战。这就是说变频器的小型化除了出自支撑部件的实装技术 和系统设计的大规模集成化，功率器件发热的改善和冷却技术的发展已成为

小型化的重要原因。 ABB公司将小型变频器定型为 Comp- ACTM 他向全球发布的全新概念是，小功率变频器应当象接触器、软起动器等电器元件一样 使用简单，安装方便，安全可靠。

3 低电磁噪音化 今后的变频器都要求在抗干扰和抑制高次谐波方面符合EMC

国际标准 , 主要做法是在变频器输入侧加交流电抗器或有源功率因数校正 (Active Power Factor Correction. APFC)电路，改善输入电流波形降低 电网谐波以及逆变桥采取电流过零的开关技术。而控制电源用的开关电源将 推崇半谐振方式，这种开关控制方式在30-50M时的噪声可降低15-20

dB。 4 专用化 通用变频器中出现专用型家族是近年来的事。其目的是更好 发挥变频器的独特功能并尽可能地方便用户。如用于起重机负载的 ARB

ACC系列，用于交流电梯的 Siemens MICO340系列和FUJI FRN5000G11UD系列，其他还有用于恒压供水、机械主轴传动、电源再生、纺织、机车牵引 等专用系列。

5 系统化 作为发展趋势，通用变频器从模拟式、数字式、智能化、多功能向集中型发展。最近，日本安川由机提出了以变频器，伺服装置，控制器 及通讯装置为中心的”D&M&C” 概念，并制定了相应的标准。目的是为用

户提供最佳的系统。因此可以预见在今后.变频器的高速响应器件和高性能控制将是基本条件。

若希望把转矩误差控制在3%以内,需要对磁通变化作修正(补偿励磁电抗 引起的饱和及定子铁损的变化);若希望把转矩误差控制在1%以内,需要对定 子和转子的铁损进行补偿.

矩阵式变频器、直接驱动技术(高精度：电机和负载间刚性耦合，高速和高加速度、高动态响应、高机械刚度和可靠性、低噪声和零保养，部件 减少可降低噪声，磨损部件只有旋转或直线轴承，做到永久性润滑和无序维

修的一次性装配，可实现零保养。

(三)交流电机的调速方法:调压调速,电磁调速,绕线式电机转子串电阻调速,串级调速,变极调速,变频 调速等

(四)变频器的构成:主回路(整流器、中间直流环节、逆变器)

控制回路保护回路

(五)变频器的分类: 1.按直流电源性质分: 电流型

(1)电流型 Id趋于平稳;四象限运行 (2)电压型 Ed趋于平稳;不选择负载的通用性(3)电流源供电时交流电机工作特性:

a,电机起动转矩小;b.能够稳定运行范围窄,在大部分的转速 范围内是电机运行不稳定区. 原因:恒流源供电时,定子磁势是恒定的.空载时,全部定子磁势 用于励磁,气隙中产生很强的磁场,铁心高度饱和.负载增加时,转 子减速而转差率增大,转子电流增加.由于转子电流的去磁作用,

气隙合成磁场减小,磁场变弱,先退出饱和,磁场变化缓慢,而未随 转子电流的增加磁场很快变弱,导致端电压急剧下降,单位转子电 流产生的转矩减小,导致转子电流进一步增大,形成恶性循环,使 转矩很快下降到较小数值.实际上,电流源不是真正的恒流源,等效为电压源驱动下的恒 流源. 2.按输出电压的调节方式分类: (1)PAM方式

由戴维南定理，开路电势和 等效内阻：E th I1X mR1 I1 I1 Im xm X1 X2 I2 R2/S

Xg X m X 2由此求出I2:I2 ( I1X m R2 2 ) (X m X 2 ) 2 S

图6 异步电机在恒流源供电时的 等值电路

电磁转矩：np np 2 R2 Pm T pm 3I 2 1 1 1 S 2 3n p I1 X2 m

R2 2 2 f1[( ) (X m X 2 ) 2 ] S

(1)

由(1)式画出其转矩-转速 特性如图7。并求出最大转矩和 临界转差率：2 2 n p I1 Xm

T

电压源供电转矩转-速特性

Tmax Smxa

4 f1 (x m x 2 )R2 Xm X2

电流源供电转矩转-速特性

n

电压源供电的情况下，最大 转矩出现在 Smxa R 2 (X1 X2 ) 的

图7-电流源供电机转矩-转速特性

地方。由于 X m X1,所以在恒流源供电时，最大转矩出现在转差率小得多的地方。电机转矩-转速特性成尖峰状，起动转矩很小，稳定 运行的范围很窄。

脉幅调节,改变直流电压幅值的调压方式. 相控整流器;直流斩波器. (2)PWM方式: 整流器为二极管,变频器的输出电压由逆变器按PWM方式完成. SPWM--输出电压平均值为正弦波的PWM方式.

3.按控制方式:(1)V/F控制 逆变器的控制脉冲发生器同时受控于f和v,而v与f 的关系由v/f决定.

开环控制,无PG控制电路简单,通用性强,经济性好,用于速度 精度要求不十分严格或负载变动较小的场合.(2)转差频率控制 转差补偿的闭环控制方式,可达到直流双

闭环的水平.

(3).矢量控制: 基于电机动态模型的控制方式,既控制量的大小,又控制方向. 要求动态性能较高的场合使用. 4.按主电路使用的器件 IGBT GTR GTO SCR IGCT MOSFET IPM 5.按使用的电压

高压变频器(2—10KV)

低压变频器(380V 660V)

二.PWM技术

1.定义:利用半导体器件的开通和关断,把直流电压变成一 定形状的电压脉冲序列,以实现变频,变压及控制和消除谐波为 目标的一门技术. 2.数学分析:f (t ) a 0 (an cos n t bn sin n t )n 1

(1)

a0 an bn

1 2 1 2 1 2

t 0 2

t0 t 0 2

f (t )d t f (t )d t f (t )d t

f(t)

t

t0 t 0 2

t0

f(t)为奇函数,由付立叶级数的性质:f(t)=-f(t),则a0=a0=0

bn

1 2

t 0 2

t0

f (t ) sin n td t …… 此处隐藏：2286字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……