变频器的原理与应用

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1、变频器的原理与应用(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：直流传动的薄弱环节：换向器的存在；单机容量受限。交流电机：结构简单，价低，维护方便，但调速困难。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。一.变频器的原理与组成(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

2、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.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.(二)发展趋势与动向: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

3、）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（SystemonChip）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。因此展望未来，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

4、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（ActivePowerFactorCorrection．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15－20dB。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

5、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ARBACC系列，用于交流电梯的SiemensMICO340系列和FUJIFRN5000G11UD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

6、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(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:9整流器逆变器中间直流环节控制电路保护电路(三)交流电机的调速方法(四)变频器的构成:(五)变频器的分类:1.按直流电源性质分:(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:(五)变频器的

7、分类: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

8、电压的调节方式分类:(1)PAM方式图6异步电机在恒流源供电时的等值电路由戴维南定理，开路电势和等效内阻：由此求出I2:电磁转矩：（1）电压源供电转矩转-速特性电流源供电转矩转-速特性图7-电流源供电机转矩-转速特性由（1）式画出其转矩-转速特性如