1、u 變頻器的發(fā)展變頻器的發(fā)展u 變頻器的主要構(gòu)成及其工作原理變頻器的主要構(gòu)成及其工作原理u 變頻器應(yīng)用變頻器應(yīng)用電氣傳動(dòng)系統(tǒng)概述電氣傳動(dòng)系統(tǒng)概述 以交流（直流）電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)我們稱之交流（直流）電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，也稱交流（直流）電氣拖動(dòng)系統(tǒng)。 大致構(gòu)成大致構(gòu)成 中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)交流電源輸入終端機(jī)械交流電機(jī)直流調(diào)速裝置直流輸出皮帶輪、齒輪箱等直流電機(jī)交流調(diào)速裝置交流輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)變頻器變頻器的工作原理變頻器的工作原理 我們知道，交流電動(dòng)機(jī)的異步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位： n60 f(1s)/p (1) 其中 n異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； f異步電動(dòng)機(jī)的頻率； s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； p電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。 由公式(1

2、)可知，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電機(jī)的極對(duì)數(shù)有關(guān)系，因而交流電動(dòng)機(jī)的直接調(diào)速方式主要有變極調(diào)速(調(diào)整P)、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速或串級(jí)調(diào)速或內(nèi)反饋電機(jī)(調(diào)整s)和變頻調(diào)速(調(diào)整f)等。 而我們現(xiàn)在運(yùn)用最廣泛的就是變頻調(diào)速，由轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。 交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位： n60 f/p 故也可以用變頻調(diào)速。 變頻器的發(fā)展史變頻器的發(fā)展史變頻器控制方式的發(fā)展變頻器控制方式的發(fā)展V/F控制空間矢量調(diào)

3、制矢量變換控制變結(jié)構(gòu)控制直接轉(zhuǎn)矩控制人工智能控制l變頻技術(shù)在以下幾個(gè)方面得到發(fā)展變頻技術(shù)在以下幾個(gè)方面得到發(fā)展：1、網(wǎng)絡(luò)智能化2、專門化和一體化3、環(huán)保無(wú)公害4、適應(yīng)新能源V/F控制及控制及U/f=C的的 其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻

4、和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。 電壓空間矢量電壓空間矢量(SVPWM)控制方式控制方式 它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過(guò)反饋估算消除低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。 3）矢量控制的主要優(yōu)點(diǎn)）矢量控制的主要優(yōu)點(diǎn)a)低頻轉(zhuǎn)矩大：即使運(yùn)行在1Hz(或0.5Hz)時(shí), 也能產(chǎn)

5、生足夠大的轉(zhuǎn)矩,且不會(huì)產(chǎn)生在V/F控制方式中容易遇到的磁路飽和現(xiàn)象。 b)機(jī)械特性好：在整個(gè)頻率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，都具有較硬的機(jī)械特性，所有機(jī)械特性基本上都是平行的。c)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好：尤其是有轉(zhuǎn)速反饋的矢量控制方式，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間一般都能小于100ms。d)能進(jìn)行四象限運(yùn)行。c.矢量控制矢量控制變頻器的分類變頻器的分類 按變頻的原理，變頻器分為交交變頻器和交直交變頻器。2.交一直一交電壓型變頻器的主回路構(gòu)成交一直一交電壓型變頻器的主回路構(gòu)成（以下都簡(jiǎn)稱為變頻器） ： 電源輸入整流橋啟動(dòng)電阻（直流電感）母線電容制動(dòng)單元（制動(dòng)電阻）逆變橋電源輸出。整流橋啟動(dòng)電阻輸入交流電源母線電容逆變橋交流輸出制動(dòng)單元直

6、流電感制動(dòng)電阻變頻器的控制回路構(gòu)成：變頻器的控制回路構(gòu)成： 電源板（防雷電路、開關(guān)電源電路、模塊驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路、信號(hào)采集電路等）控制板（客戶命令采集、各種信號(hào)處理并進(jìn)行整機(jī)控制等）接口板鍵盤板。變頻器主回路驅(qū)動(dòng)板控制板鍵盤接口板硬件軟件硬件軟件軟件軟件軟件軟件參數(shù)檢測(cè)控制算法故障處理控制功能通訊按鍵處理自檢LCD 顯示故障處理鍵盤通訊接口通訊LED 顯示變頻器各電路的工作原理和作用變頻器各電路的工作原理和作用整流電路：整流電路：大都是由大功率二極管構(gòu)成的全波整流電路，主要是將單相或三 相交流轉(zhuǎn)化為直流；它們將380V的交流電整流成直流，平均直流電壓可用下式表示：UD =1.35 UL=1.35

7、380513V。中間電路：中間電路：主要包括緩沖電路、濾波電路、制動(dòng)電路組成。濾波電路主要是由無(wú)感電容和電解電容、均壓電阻等，大功率變頻器我們常常要求客戶加直流電抗器，這些都是為了消除直流中的高次諧波、提高功率因素；緩沖電路作用緩解在上電瞬間對(duì)電解電容的沖擊；制動(dòng)電路的作用是在電機(jī)減速或停機(jī)時(shí)將電機(jī)反饋回來(lái)的電能消耗掉，從而起到快速減速、保護(hù)電機(jī)和變頻器的作用。逆變電路：逆變電路：由六個(gè)IGBT和它反向并聯(lián)的六個(gè)續(xù)流二極管組成的三相全橋逆變電路組成。這六個(gè)續(xù)流二極管的功能有以下三點(diǎn)：a,由于電動(dòng)機(jī)是一種感性負(fù)載，工作時(shí)其無(wú)功電流返回直流電源需要它們提供通路；b,降速時(shí)電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，

8、它們?yōu)樵偕娏魈峁┓祷刂绷鞯耐?；c,逆變時(shí)它們快速高頻率地交替切換，同一橋臂的兩管交替地工作在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，在切換的過(guò)程中，也需要給線路的分布電感提供釋放能量的通路。一一 我國(guó)變頻器的應(yīng)用我國(guó)變頻器的應(yīng)用 變頻器主要用于交流電動(dòng)機(jī)（異步電機(jī)或同步電機(jī)）轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認(rèn)的交流電動(dòng)機(jī)最理想、最有前途的調(diào)速方案，除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。自上世紀(jì)80年代被引進(jìn)中國(guó)以來(lái)，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來(lái)越重要的自動(dòng)化設(shè)備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。1、變頻器與節(jié)能 變頻器產(chǎn)生的最初用途是速度控制，但目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多

9、的是節(jié)能。中國(guó)是能耗大國(guó)，能源利用率很低，而能源儲(chǔ)備不足。在2003年的中國(guó)電力消耗中，6070為動(dòng)力電，而在總?cè)萘繛?8億千瓦的電動(dòng)機(jī)總?cè)萘恐?，只有不?000萬(wàn)千瓦的電動(dòng)機(jī)是帶變頻控制的。據(jù)分析，在中國(guó)，帶變動(dòng)負(fù)載、具有節(jié)能潛力的電機(jī)至少有18億千瓦。因此國(guó)家大力提倡節(jié)能措施，并著重推薦了變頻調(diào)速技術(shù)。 應(yīng)用變頻調(diào)速，可以大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。以風(fēng)機(jī)水泵為例，根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果非?？捎^。與此類似，許多變動(dòng)負(fù)載電機(jī)一般按最大需求來(lái)生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的容量，故

10、設(shè)計(jì)裕量偏大。而在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行的時(shí)間所占比例卻非常高。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運(yùn)行時(shí)的工作效率。因此，變動(dòng)負(fù)載的節(jié)能潛力巨大。 作為節(jié)能目的，變頻器廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。以電力行業(yè)為例，由于中國(guó)大面積缺電，電力投資將持續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)，國(guó)家電改方案對(duì)電廠的成本控制提出了要求，降低內(nèi)部電耗成為電廠關(guān)注焦點(diǎn)，因此變頻器在電力行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，尤其是高壓變頻器和大功率變頻器。2、變頻器與工藝控制（速度控制） 目前，中國(guó)的設(shè)備控制水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還比較低，制造工藝和效率都不高，因此提高設(shè)備控制水平至關(guān)重要。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，在許多需要精確速度控制的應(yīng)用中，變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率的顯著作用。3、變頻家電 除了工業(yè)相關(guān)行業(yè)，在普通家庭中，節(jié)約電費(fèi)、提高家電性能、保護(hù)環(huán)境等受到越來(lái)越多的關(guān)注，變頻家電成為變頻器的另一個(gè)廣闊市