变频器结构与控制技术简介.ppt

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1、变频器结构与控制技术简介2008年变频器运行原理变频器的基本结构变频器的控制方式及功能变频器运行原理变频器是一种控制交流电机运转的控制器。它把固定频率（我国为50HZ）的交流电源变成频率电压可调的交流电源，从而控制电机的转速。异步电机转速公式如式所示：n=[60*f/p]*(1-s)n：电机转速（r/min）f：电源频率（HZ）p：电机磁极对数s：转差率由上式可见转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。变频器运行原理交流电机是通过内部的旋转磁场来传递能量的，为了保证交流电机能量传递的效率

2、，必须保持气隙磁通量为恒定值。如果磁通量太小，则没有充分发挥电机的能力，导致出力不足。反之，如果磁通量太大，铁心过度饱和，会导致励磁电流过大，严重时会因绕组过热而损坏电机。因此，保持气隙磁通量的值恒定不变，是变频变压的基本原则。三相异步电动机定子每相电动势的有效值为E=4.44f1N1ФME：定子每相由气隙磁通感应的电动势的方均根值（V）f1：定子频率（Hz）；N1：定子相绕组有效匝数；Фm：每极磁通量（Wb）。由上式可见，只要控制好E和f1,便可达到控制磁通Фm的目的。变频器运行原理要保持Фm不变，当频率f1从额定值f2向下调,必须同时降低E，使E1/f1=E2/f2即采用恒定的电动势频率比

3、的控制方式。然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压U1≈E，则得U1/f1=U2/f2变频器运行原理这是所谓恒压频比的控制方式，如图所示。变频器运行原理低频时，U1和E都较小，定子阻抗压降不能再忽略。这时，可以人为地把电压U1抬高一些，以便近似地补偿定子压降。带定子阻抗压降补偿的恒压频比控制特性如图上中的Ⅱ所示，无补偿的控制特性则为Ⅰ。在基频以上调速时，频率可以从f1N往上增高，但电压U1却不能超过额定电压U1N，最多只能保持U1=U1N，这将迫使磁通与频率成反比地降低，这就是近似的恒功率调速方式。变频器运行原理由上可知，根据

4、电动机的特性对定子的电压、频率同时改变，从而达到了变频调速效果。——变频器运行原理变频器的基本结构变频器由整流、滤波、逆变及控制回路组成。交流电源经整流、滤波后变成直流电源，控制回路有规则的控制逆变器的导通与截至，使之向电机输出电压和频率可变的电源。变频器的基本结构控制电路整流器滤波回路逆变器M~~变频器的基本结构主回路：给异步电动机提供调压调频的电力变换部分。主回路分三部分整流器：将工频电源变换为直流电源。滤波回路：吸收由整流器和逆变器回路产生的电压脉动，也是储能回路。逆变器：将直流功率变换为交流功率。变频器的基本结构整流器：与三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压。目前使用的整流电路有可控

5、整流桥和不可控整流桥两种，通用变频器大多采用不可控整流桥。变频器的基本结构滤波回路：整流后的得直流电压中，含有六倍电源频率的脉动电压，逆变器回路产生的脉动电流也使直流电压脉动。为了抑制这些电压波动采用电容器吸收脉动电压。作用：①将整流电压变换成直流电流。②使脉动的直流电压变得稳定或平滑。③将整流后固定的直流电压变换成可变的直流电压。变频器的基本结构逆变器：同整流器相反，逆变器的作用是在所确定的时间有规则的使用六个功率开关器件导通、截止，从而将电流功率变换所需的电压和频率的交流输出功率。最常见的结构形式是利用六个开关器件（如IGBT、GTO逆变模块）组成的三相桥式逆变电路。IGBT---绝缘栅双

6、极型晶体管。GTO---门极关断晶闸管。变频器的基本结构控制电路控制电路是整个系统的核心电路，系统所实现的各种不同的功能主要是由其控制电路决定的。控制电路将信号传递给整流器、滤波回路和逆变器，同时也接受其反馈信号。控制电路的结构和复杂程度取决于不同的变频器设计。变频器的基本结构控制电路的构成：运算回路电压/电流检测回路驱动回路速度检测回路保护回路变频器的控制方式变频器可以根据电动机的特性对供电电压、频率进行适当控制，不同的控制方式所得到的调速性能、特性以及用途是不同的。控制方式可分为V/F控制、矢量控制、直接转矩控制等。变频器的控制方式V/F控制：V/F控制是在改变功率的同时控制变频器输出电压

7、，在较宽的调速范围内，电动机的效率、功率因数不下降。V/F通用变频器主要用于风机水泵的节能的调速设备，以及调速范围要求不高场合。V/F存在问题是低速性能差，其原因是低速时一定子电阻压降所占比例增大。变频器的控制方式直接转矩控制：空间电压矢量控制：普通V/F通用变频器的SPWM（正弦脉宽调制）波控制主要着眼于使逆变器输出电压尽量接近正弦波，或者说，希望SPWM波的基波成分尽量大，谐波成分尽量小，在控