变频器原理11-15.docx

变频器是实现电机控制的常用的工业设备，主要是通过改变电机的电源输出的电压大小和频率，用来实现交流电机的电力控制。利用变频器，可以实现被控制的交流电机变频调速、提高功率因素、过电流过电压保护、过载保护等，从而更好的控制整个电机的运作和运行，提高电能的利用率和整个系统的工作效率。现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。分类1、按变换环节分类：1）交-交变频器交-交变频器又称直接变频装置，它只有一个变换环节就可以把恒压恒频的交流电源变换成变压变频的交流电源。其主要优点是没有中间环节，变换效率高，但其连续可调的频率范围较窄，输出频率一般只有额定频率的1/2以下，电网功率因素较低，主要应用于低速大功率的拖动系统。2）交-直-交变频器交-直-交变频器主要由整流电路、中间直流环节和逆变电路组成，工作原理是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，是目前广泛应用的通用变频器。2、按照主电路工作方式分类：1）电压型变频器电压型变频器的中间直流环节采用电容器滤波，直流电压波形比较平直，使施加于负载上的电压值基本上不受负载的影响，类似于电压源，动态响应较慢，制动时需在电源侧设置反并联逆变器才能实现能量回馈，可适应多电机拖动。主要优点是运行几乎不受负载的功率因素或换流的影响，缺点是当负载出现短路或在变频器运行状态下投入负载，都易出现过电流，必须在极短的时间内施加保护措施。2）电流型变频器电流型变频器的中间直流环节采用电感器滤波，直流电流波形比较平直，使施加于负载上的电流基本不受负载的影响，类似于电流源，动态响应快，可直接实现回馈制动，适宜一台逆变器对一台电机供电的单机运行方式。优点是具有四象限运行能力，能很方便的实现电机的制动功能，缺点是需要对逆变桥进行强迫换流，装置结构复杂，调整较为困难。电压型变频器主电路结构电流型变频器主电路结构3、按照开关方式分类：1）PAM控制变频器PAM即脉冲幅度调制，通过调节输出脉冲的幅度来进行输出控制，在调节过程中，整流器部分负责调节电压或电流，逆变器部分负责调频。2）PWM控制变频器PWM即脉冲宽度调制，通过调节输出脉冲的宽度来进行输出控制，逆变器部分需要同时进行调压和调频。目前，普遍应用的是脉宽按正弦规律变化的正弦脉宽调制方式，即SPWM方式。高载频PWM控制变频器高载频PWM原理与PWM相同，输出的载波频率高，可以降低电机运行噪声，用于低噪变频场合。开关频率高，电磁幅射增大，输出电压下降，开关元件耗损大。4、按照控制方式分类1）V/f控制变频器v/f控制是通过保持v/f比值恒定，使得电动机的主磁通不变，在基频以下实现恒转矩调速，基频以上实现恒功率调速，它是一种转速开环控制，无需速度传感器，控制电路简单，多应用于风机、水泵节能。2）转差频率控制变频器一种速度闭环的变频器，通过设定转速和实际转速的差值，作一定规则的运行，得到对应的变频器输出频率与电压，在电机受到负载转矩变化干扰，引起转速变化时，变频器的输出频率与电压对应做出调整，使电机转速恒定。3）矢量控制变频器矢量控制变频器主要是为了提高变频调速的动态性能。模仿自然解耦的直流电动机的控制方式，对异步电动机的磁场和转矩分别进行控制，以获得类似于直流调速系统的动态性能。主要特点是控制精度高、动态响应快、控制灵活，一般应用在工作环境恶劣、要求高速响应和高精度的电力拖动系统。4）直接转矩控制变频器直接转矩控制变频器是一种新型的变频器。它省掉了复杂的矢量变换与电动机数学模型的简化处理。该系统的转矩响应迅速，无超调，是一种具有高静态和动态性能的交流调速方法。按照用途，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。二、工作原理变频器通常分为4部分：整流电路、滤波电路（中间电路）、逆变电路、控制电路等。整流电路：与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压。滤波电路（中间电路）：有以下三种作用：a. 使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变器使用。b. 通过开关电源为各个控制线路供电。c. 可以配置滤波或制动装置以提高变频器性能。逆变电路：将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。控制电路：将信号传送给整流器、中间电路和逆变器，同时也接收来自这些部分的信号。其主要组成部分是：输出驱动电路、操作控制电路。主要功能是：a. 利用信号来开关逆变器的半导体器件。b. 提供操作变频器的各种控制信号。c. 监视变频器的工作状态，提供保护功能。交-直-交电压型变频器是通用变频器的主要形式。以此为例来说明变频器基本的工作原理。电压型交-直-交变频器的主电路图整流电路整流电路由VD1～VD6组成三相不可控