廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)校教案

課程名稱(chēng)：變頻器應(yīng)用技術(shù)

授課專(zhuān)業(yè)：電氣自動(dòng)化技術(shù)

授課班級(jí)：

授課學(xué)時(shí)：60

授課教師：

教研室主任簽字：

系主任簽字：

廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)校教案首頁(yè)

課程名稱(chēng)變頻器應(yīng)用技術(shù)班級(jí)

計(jì)劃課時(shí)2周次1

授課方法講授教具尺

§緒論、§1基礎(chǔ)知識(shí)

教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)目的1.掌握課程性質(zhì)、內(nèi)容

2.復(fù)習(xí)并引伸三相異步電動(dòng)機(jī)的相關(guān)知識(shí)

1.三相異步電動(dòng)機(jī)在變頻的同時(shí)須變壓的原因

重點(diǎn)、難點(diǎn)

2.變頻調(diào)速的說(shuō)明

復(fù)習(xí)提問(wèn)1.三相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)速；

2.三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線(xiàn)及其特殊點(diǎn)；

3.三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)

作業(yè)習(xí)題：1-5、1-6、1-9

小結(jié)：1.介紹變頻器、其發(fā)展歷程、應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)；

2.課程內(nèi)容、特點(diǎn)及學(xué)習(xí)的要求。

課后小結(jié)

3.復(fù)習(xí)三相異步電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)

4.變頻調(diào)速的說(shuō)明

緒論

一、概述

1.與其他專(zhuān)業(yè)課程的關(guān)系：

“變頻器應(yīng)用”是“數(shù)學(xué)”、“物理”、“電工基礎(chǔ)”、“電子技術(shù)”、“電力電子技術(shù)”、“電

力拖動(dòng)”等課程的后續(xù)課程，同時(shí)又與“交直流調(diào)速系統(tǒng)”、“PLC控制技術(shù)”等專(zhuān)業(yè)課

程有著橫向聯(lián)系。

2.概述：

變頻器是由計(jì)算機(jī)控制電力電子新件、將工頻交流電變?yōu)轭l率和電壓可調(diào)的三相交流電

的電氣設(shè)備，用以驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。

二、變頻器的發(fā)展歷程

1.直流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)：

2.交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)：

3.變頻器的誕生和發(fā)展：微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展

三、我國(guó)變頻器的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.起步較晚

2.目前，進(jìn)入“黃金時(shí)期”

3.變頻調(diào)速的效果

4.變頻器的應(yīng)用，目前不足十分之一，原因；奠定學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

四、變頻器的發(fā)展趨勢(shì)

1.向?qū)Ｓ眯头较虬l(fā)展

2.向人性化方向發(fā)展

3.易用性不斷提高

4.功率結(jié)構(gòu)模塊化

5.智能化

6.減小諧波影響

五、課程的性質(zhì)和任務(wù)

“變頻器應(yīng)用”是一門(mén)應(yīng)用性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程，課程的主要任務(wù)是使學(xué)生深入掌握變頻器

應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。

六、課程特點(diǎn)及學(xué)習(xí)的要求

1.涉及面廣變頻器是高科技的產(chǎn)品，技術(shù)含量高。

2.實(shí)踐性強(qiáng)側(cè)重變頻器的應(yīng)用。

3.無(wú)重點(diǎn)一又都是重點(diǎn)與應(yīng)用有關(guān)的任何知識(shí)都是重點(diǎn)，細(xì)小的疏忽也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重問(wèn)題

4.學(xué)習(xí)中要處理好以下幾個(gè)關(guān)系：

(1)理論分析的基礎(chǔ)性、連貫性與實(shí)用性

(2)與其他專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)的關(guān)系：一方面他為我用，另一方面我為他用。

(3)具體的應(yīng)用方法與一般的應(yīng)用能力——前者是學(xué)習(xí)的形式，后者是學(xué)習(xí)的目的。

5.要求與考核標(biāo)準(zhǔn)

(1)課堂要求

(2)作業(yè)要求

(3)成績(jī)?cè)u(píng)定

a、作業(yè)、測(cè)驗(yàn)成績(jī)

b、紀(jì)律成績(jī)

c、印象成績(jī)

d、期末試卷成績(jī)

第一章基礎(chǔ)知識(shí)

第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)

在變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)中，使用的電動(dòng)機(jī)大多數(shù)是三相異步電動(dòng)機(jī)。為了說(shuō)明變頻器的功

能和應(yīng)用，有必要先了解三相異步電動(dòng)機(jī)的相關(guān)知識(shí)。

一、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)差率

(1)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速〃1)

ni=60/i/p

式中：小---旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，又稱(chēng)為同步轉(zhuǎn)速，單位為r/min；

力——電源的頻率，單位為Hz；

P-旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)。

色的旋轉(zhuǎn)方向由電源的相序決定：若電源為順相序，同步轉(zhuǎn)速“為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向，

當(dāng)將三相電源的任意兩相對(duì)調(diào)(即電源為逆相序)，m則為逆時(shí)針?lè)较颉?/p>

(2)轉(zhuǎn)差率s

根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分轉(zhuǎn)子「籠型變頻調(diào)速中采用

Y

、線(xiàn)繞型變頻調(diào)速中可以用，但較少采用

①轉(zhuǎn)速差a〃即△〃=n-n

式中：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速--n

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速--

②轉(zhuǎn)差率s即s=(?-?)/n\

s是分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)。起動(dòng)瞬間，〃=0,s=1；額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，

s很小，約為0.02?0.06；空載運(yùn)行時(shí)，〃略小于s弋0。

(3)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速〃M=(1-5)60/I/P

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速〃與電源頻率力、磁極對(duì)數(shù)0、轉(zhuǎn)差率s有關(guān)。三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式有：

變頻(力)調(diào)速、變極(0)調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率(s)調(diào)速。

2.三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁特性

(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)笈6=4.44K.NJ.0.

式中：氏——定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值

K,——定子繞組的繞組系數(shù)，K,<1

N,——定子每相繞組的匝數(shù)

/1——定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率，即電源的頻率

6——主磁通

可見(jiàn)：

將△〃忽略，則后七〃8力6

(2)?//(=常數(shù)

異步電動(dòng)機(jī)是根據(jù)其工作在額定電壓、額定頻率以及額定磁通下進(jìn)行設(shè)計(jì)的,其磁通口

選在了鐵芯磁化曲線(xiàn)的接近飽和處。我的大小關(guān)系到電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，并與電動(dòng)機(jī)的工

作電流成正比。如力下降，〃不變，則6上升。因?yàn)槲乙言O(shè)計(jì)在接近飽和處，盤(pán)上升即

進(jìn)入磁化曲線(xiàn)的飽和區(qū)，引起工作電流大幅度增加，使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱損壞。如力上升，〃不變,

則叱下降，將使工作電流下降。由于電流的下降，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不足。為了保持電動(dòng)

機(jī)的口不變，即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩不變，在力變化的同時(shí)，〃必須同時(shí)變化，使〃與力的比值

保持恒定,即保力=常數(shù)

變頻器在工作時(shí)，有時(shí)力調(diào)的很低，同時(shí)〃也很低。此時(shí)定子繞組上的電壓降△〃在電

壓〃中所占的比例不能忽略。由于△〃所占比例增加，將使定子電流減小，從而使我減小，

這將引起低速時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩減小。此時(shí)，可提高〃來(lái)補(bǔ)償△〃的影響，使得￡/力不變，即

口不變，這種控制方法稱(chēng)為電壓補(bǔ)償，也稱(chēng)為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。

二、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩7與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系，稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，即〃=/(力如

圖所示

下面討論曲線(xiàn)上幾個(gè)特殊的轉(zhuǎn)矩：￡、￡、R

三、三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

1.變極調(diào)速

三相異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速是有級(jí)調(diào)速，通過(guò)改變磁極對(duì)數(shù)”可以得到2:1調(diào)速、3:2

調(diào)速、4:3調(diào)速及三速電機(jī)等，調(diào)速的級(jí)數(shù)很少。由于磁極對(duì)數(shù)。取決于定子繞組的結(jié)構(gòu)，

而且籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)能自動(dòng)地保持與定子極數(shù)相等，所以此調(diào)速只適用于特制的籠型異步電

動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。

2.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

變轉(zhuǎn)差調(diào)速?般適用于線(xiàn)繞型異步電動(dòng)機(jī)或滑差電動(dòng)機(jī)。具體的實(shí)現(xiàn)方法很多，比如：

轉(zhuǎn)子串電阻的串級(jí)調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等等。隨著s的增大，電動(dòng)機(jī)的機(jī)

械特性變軟，效率降低。

3.變頻率調(diào)速

變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬，調(diào)速平滑性好，調(diào)速前后的不改變機(jī)械特性硬度，調(diào)速的動(dòng)態(tài)特

性好等特點(diǎn)。根據(jù)電動(dòng)機(jī)理論，當(dāng)力較高時(shí)，忽略定子繞組電阻，最大電磁轉(zhuǎn)矩

,)2、臨界轉(zhuǎn)差率$.8〃力、對(duì)應(yīng)臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速差△〃=$.%=見(jiàn)60人0為常數(shù)、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

&84/力3；當(dāng)力較低時(shí)，定子繞組電阻的影響不可忽略，最大電磁轉(zhuǎn)矩為隨著頻率的減小

而減小、轉(zhuǎn)速差△〃仍為常數(shù)、&隨著頻率減小而減小。按照上述分析，可以大致了解變

頻調(diào)速的機(jī)械特性，如圖所示。F面分兩種情況進(jìn)行說(shuō)明。⑴基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速

調(diào)速時(shí)，通常以電動(dòng)機(jī)的額定頻率為基本頻率，即基頻。在基頻以下調(diào)速時(shí)，須保持“/

力恒定即保持主磁通我恒定。由于6難以直接控制，力較高時(shí)，保持4/力恒定，即可近

似地保持主磁通介恒定。由于T產(chǎn)(?//1)2,保持〃/力恒定時(shí)，恒定，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)

載的能力不變：而且此過(guò)程中，轉(zhuǎn)速差△〃基本不變，所以調(diào)速后的機(jī)械特性曲線(xiàn)平行地移

動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

當(dāng)力較低時(shí)，若仍由〃/力恒定來(lái)代替“/力恒定，會(huì)帶來(lái)較大的誤差，A和心隨著頻率

的減小而減小，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)載的能力變小。此時(shí)，若仍由勿力恒定來(lái)代替笈/力恒定，可

采用電壓補(bǔ)償方法，即適當(dāng)提高電壓幾目的是補(bǔ)償定子阻抗壓降，近似保持6/力恒定，

提高電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)載的能力，其機(jī)械特性曲線(xiàn)如圖虛線(xiàn)所示。

⑵基頻以上的弱磁變頻調(diào)速

由于電動(dòng)機(jī)不能超過(guò)額定電壓運(yùn)行，所以頻率由額定值向上升高時(shí)，定子電壓不可能隨

之升高，只能保持在額定值不變。這樣必然會(huì)使必隨著力的升高而下降，類(lèi)似于直流電動(dòng)

機(jī)的弱磁調(diào)速。

由于T產(chǎn)(?//.)。保持〃恒定時(shí)，八隨著力的升高而下降，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)載的能力

變?。浑S著人的升高，丸下降，電磁轉(zhuǎn)矩7下降，而轉(zhuǎn)速上升，屬于近似恒功率調(diào)速。

第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)

從提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的角度看，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間、制動(dòng)時(shí)間越短越好。但是由于三相異步

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和制動(dòng)的具體特點(diǎn)，起動(dòng)時(shí)間、制動(dòng)時(shí)間又不能太短。

一、起動(dòng)

1.要求：r有不太大的起動(dòng)電流但是直接起動(dòng)時(shí)情況恰恰相反

\足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩很小

2.低頻起動(dòng)：在變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)中，變頻器用降低頻率力(從而也降低了?)的方法來(lái)

起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。啟動(dòng)過(guò)程如下圖。

優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)速差△〃被限制在一定的范圍，起動(dòng)電流也將被限制在一定的范圍內(nèi)，而且動(dòng)

電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀態(tài)是指電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n方向相反的狀態(tài)。三相異步電動(dòng)機(jī)的制

動(dòng)方式有宜流制動(dòng)、回饋制動(dòng)和反接制動(dòng)，通常反接制動(dòng)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用很少，下面

介紹前兩種制動(dòng)方式。

1.直流制動(dòng)

(1)原理電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，切斷電動(dòng)機(jī)的三相電源，在定子繞組中通入直流電，產(chǎn)生一恒

定磁場(chǎng)。由于轉(zhuǎn)子在機(jī)械慣性作用下仍按原方向旋轉(zhuǎn)，它切割恒定磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，用左

手定則可判斷感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受力方向，從而可判斷電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速方向相反,

為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

(2)直流制動(dòng)過(guò)程由電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的A點(diǎn)平跳至曲線(xiàn)②的B點(diǎn)，在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩

共同作用下沿著曲線(xiàn)②減速，直到〃=0,直流制動(dòng)結(jié)束。

(3)實(shí)質(zhì)將轉(zhuǎn)子中儲(chǔ)存的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，并消耗在轉(zhuǎn)子電阻上。

(a)直流制動(dòng)的原理(b)直流制動(dòng)的機(jī)械特性曲線(xiàn)

①為原電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)機(jī)械特性曲線(xiàn)

②為直流制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)機(jī)械特性曲線(xiàn)

2.回饋制動(dòng)

(1)原理由于某些原因，當(dāng)〃>加時(shí)，則轉(zhuǎn)子切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向和電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)(〃<%)

正好相反,轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流的方向也相反，電磁轉(zhuǎn)矩T也就和〃反向，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

(2)實(shí)質(zhì)將軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，回饋給電源。

(3)下面分析兩種不同的回饋制動(dòng)情況：

①起重機(jī)下放重物時(shí)由于重力作用，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速〃沿曲線(xiàn)①增加，當(dāng)力功時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩

7為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，直到田％=2工作點(diǎn)由A點(diǎn)移至B點(diǎn)，重物以勻速下放。

②變頻調(diào)速時(shí)力降低瞬間，山于機(jī)械慣性，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速〃來(lái)不及變化，工作點(diǎn)由A點(diǎn)平跳

至C點(diǎn)，于是得到制動(dòng)轉(zhuǎn)矩￡,使電動(dòng)機(jī)沿著曲線(xiàn)②減速。

曲線(xiàn)①第象限為電動(dòng)機(jī)電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

曲線(xiàn)①第二象限起重機(jī)下放重物時(shí)電動(dòng)機(jī)處于回饋制動(dòng)狀態(tài)

曲線(xiàn)②第二象限頻率降低時(shí)電動(dòng)機(jī)處于回饋制動(dòng)狀態(tài)

廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)校教案首頁(yè)

課程名稱(chēng)變頻器應(yīng)用技術(shù)班級(jí)

計(jì)劃課時(shí)2周次1

授課方法講授教具尺

基礎(chǔ)知識(shí)

教學(xué)內(nèi)容§1

.復(fù)習(xí)電力電子器件、原理

教學(xué)目的1PWM

2.掌握逆變電路的變壓變頻原理

3.掌握變頻器各組成部分及其功能

4.了解變頻器分類(lèi)

重點(diǎn)、難點(diǎn)

1.逆變電路的變壓變頻原理

2.制動(dòng)的原理

復(fù)習(xí)提問(wèn)

1.三相異步電動(dòng)機(jī)在變頻的同時(shí)須變壓的原因

作業(yè)

習(xí)題：1-15、1-16、1-17

1.常見(jiàn)IGBT等電力電子器件結(jié)構(gòu)和特性的介紹

2.SP枷逆變電路的變壓變頻原理

課后小結(jié)

3.變頻器的組成、分類(lèi)

第三節(jié)電力電子器件簡(jiǎn)介

在定性分析變頻電路時(shí).，可將電力電子器件作為理想開(kāi)關(guān)來(lái)對(duì)待，其理想伏安特性曲

一、晶閘管（SCR）

1.結(jié)構(gòu)：晶閘管內(nèi)部是四層（PNPN）半導(dǎo)體器件，有三個(gè)引出極分別為陽(yáng)極A、陰極K、

門(mén)極G,其電氣圖形符號(hào)和內(nèi)部等效電路如圖所示。

（a）電氣圖形符號(hào)（b）內(nèi)部等效電路（c）伏安特性曲線(xiàn)

2.特性：SCR的陽(yáng)極伏安特性曲線(xiàn)表示其陽(yáng)極電壓和陽(yáng)極電流關(guān)系。晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通條

件是在陽(yáng)極和陰極間加正向電壓，同時(shí)在門(mén)極和陰極間也加正向電壓。當(dāng)兩者同時(shí)具備時(shí),

則有電流/從門(mén)極流入“管的基極，經(jīng)5管放大產(chǎn)生集電極電流電，無(wú)又是％管的基極

電流，再經(jīng)％管放大，其集電極電流加又流入出管的基極，如此循環(huán)產(chǎn)生強(qiáng)烈的正反饋，

使兩個(gè)晶體管快速飽和導(dǎo)通。晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極即失去控制作用。若要使晶閘管關(guān)斷,

只要陽(yáng)極電流4小于維持電流4,上述正反饋無(wú)法維持，管子自然關(guān)斷。維持電流4是保

持晶閘管導(dǎo)通的最小電流。

3.優(yōu)缺點(diǎn)：SCR屬于電流控制型元件，其控制電路復(fù)雜、龐大，工作頻率低，效率低等缺

點(diǎn)限制了它們的應(yīng)用和發(fā)展。SCR的優(yōu)勢(shì)在于電壓、電流容量較大，目前仍廣泛應(yīng)用在可控

整流和交-交變頻等變流電路中。

二、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）

1.結(jié)構(gòu)

門(mén)極可關(guān)斷晶閘管的三個(gè)引出極分別為陽(yáng)極A、陰極K、門(mén)極G,其電氣圖形符號(hào)如圖a

所示。GTO是一種多元功率集成器件，它是由十幾個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽(yáng)極的小GTO元組成。這

種結(jié)構(gòu)是為了便于實(shí)現(xiàn)門(mén)極捽制其關(guān)斷而設(shè)計(jì)的。小GTO元內(nèi)部是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，

其等效電路如圖b。

GTO的陽(yáng)極伏安特性曲線(xiàn)表示GTO陽(yáng)極電壓和陽(yáng)極電流關(guān)系。

GTO的工作原理為：當(dāng)陽(yáng)極加正向電壓，門(mén)極加一合適的正向電流時(shí)，GTO的內(nèi)部有一

強(qiáng)烈的電流正反饋過(guò)程，使GTO淺飽和導(dǎo)通；當(dāng)門(mén)極加一合適的反向電流，使GTO內(nèi)部的

電流正反饋無(wú)法維持，GTO退出淺飽和而關(guān)斷。

3.優(yōu)缺點(diǎn)：GTO屬于電流控制型元件，其驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜；GTO的關(guān)斷控制易失

敗，工作頻率不夠高，一般在lOKHz以下。它的優(yōu)勢(shì)在于電壓、電流容量較大，目前其電壓

可達(dá)到6000V、電流可達(dá)到6000A,因此GTO多應(yīng)用于大功率高壓變頻器。

三、電力晶體管（GTR）

1.結(jié)構(gòu)

單管GTR結(jié)構(gòu)與普通的雙極結(jié)型晶體管類(lèi)似，由三層半導(dǎo)體（分別引出集電極c、基極

b、發(fā)射極e）形成的兩個(gè)PN結(jié)（集電結(jié)和發(fā)射結(jié)）構(gòu)成，有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)，多采用

NPN結(jié)構(gòu)，其電氣圖形符號(hào)如圖所示。變頻器用的GTR一般是GTR模塊，它是將兩只或四只、

六只甚至七只單管GTR或達(dá)林頓式GTR的管芯封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，這樣的結(jié)構(gòu)是為了耐高壓、

大電流，開(kāi)關(guān)特性好。

GTR的伏安特性曲線(xiàn)表示GTR的基極電壓和集電極電流的關(guān)系。

3.優(yōu)缺點(diǎn)：和普通晶體管一樣，GTR也是一種電流放大器件，具有三種基本工作狀態(tài)，即

截止、放大、飽和。在變頻電路中，GTR作為開(kāi)關(guān)器件，應(yīng)在截止(關(guān))和飽和(開(kāi))兩種

狀態(tài)之間交替，不允許工作在放大狀態(tài)，否則管子的功耗將增大數(shù)百倍，使管子過(guò)熱損壞。

由于GTR的工作頻率較低，一般在5?lOKHz。它又屬于電流驅(qū)動(dòng)型器件，其驅(qū)動(dòng)功率

大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，而且GTR耐沖擊能力差，易受二次擊穿損壞。所以目前GTR的應(yīng)用一般

被絕緣柵雙極晶體管(1GBT)所替代。

四、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)

1.結(jié)構(gòu)

電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的三個(gè)引出極為：源極S、漏極D、柵極G。變頻器使用

的電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般是N溝道增強(qiáng)型，其電氣圖形符號(hào)如圖所示，

2.特性

其伏安特性曲線(xiàn)反映了輸出電壓弧和輸出電流加的關(guān)系，也稱(chēng)之為輸出特性曲線(xiàn)。

MOSFET的工作特點(diǎn)是用柵極電壓城s控制漏極電流瓶當(dāng)0<“csWMsmo(開(kāi)啟電壓)時(shí),

管子截止，無(wú)"當(dāng)加正壓，管子導(dǎo)通，"DS越大則而越大，在相同的"DS下,

越大，小越大。ite與小的關(guān)系稱(chēng)為PowerMOSFET的轉(zhuǎn)移特性，其曲線(xiàn)如圖所示.

3.優(yōu)缺點(diǎn)：MOSFET屬于電壓驅(qū)動(dòng)型器件，輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單；開(kāi)關(guān)

速度快，開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)500KHz以上。MOSFET的缺點(diǎn)是電流容量小，耐壓低。

五、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)

1.結(jié)構(gòu)

IGBT是MOSFET和GTR取長(zhǎng)補(bǔ)短相結(jié)合的產(chǎn)物，是具有柵極G、集電極C、和發(fā)射極E

的三端元器件。其等效電路和電氣圖形符號(hào)如圖所示。IGBT的控制部分與MOSFET相同：電

壓控制型，控制信號(hào)為ita,輸入阻抗高，柵極電流ic約為零，驅(qū)動(dòng)功率小；IGBT的主電路

和GTR相同：工作電流為止。

2.特性

IGBT的輸出特性曲線(xiàn)反映了輸出電壓客和輸出電流衣的關(guān)系。

IGBT工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)和GTR一樣，在阻斷狀態(tài)和飽和導(dǎo)通狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，不允許在

放大狀態(tài)停留。IGBT的工作特點(diǎn)是用柵極電壓加控制集電極電流正：當(dāng)如W七開(kāi)啟電

壓）時(shí)，IGBT截止，無(wú)加；當(dāng)a：＞優(yōu).時(shí)，ita加正壓，IGBT導(dǎo)通，其輸出電流花與驅(qū)動(dòng)

電壓強(qiáng)基本呈線(xiàn)形關(guān)系。如圖IT2b所示為IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓如：與輸出電流力的關(guān)系，此

曲線(xiàn)稱(chēng)為IGBT的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)。

3.優(yōu)缺點(diǎn)：IGBT的輸出特性好，開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高，一般可達(dá)到20KHz以上，通態(tài)

壓降比MOSFET低，輸入阻抗高，耐壓、耐流能力比MOSFET和GTR提高，最大電流可達(dá)1800A,

最高電壓可達(dá)4500V。目前，在中小容量變頻器電路中，IGBT的應(yīng)用處于絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。

六、集成門(mén)極換流晶閘管（IGCT）

IGCT是GTO的派生器件，其基本結(jié)構(gòu)在GTO的基礎(chǔ)上采取了一系列的改進(jìn)措施，比如

特殊的環(huán)狀門(mén)極、與管芯集成在一起的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路等等。這使得IGCT不僅具有與GTO相

當(dāng)?shù)娜萘浚揖哂袃?yōu)良的開(kāi)通和關(guān)斷能力。

目前，4000A,4500V及5500V的IGCT已研制成功。在大容量變頻電路中，IGCT被廣

泛應(yīng)用。

七、智能功率模塊（IPM）

IPM是將大功率開(kāi)關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、檢測(cè)電路等集成在同?個(gè)模塊內(nèi),

是電力集成電路的一種。這種功率集成電路特別適應(yīng)逆變器高頻化發(fā)展方向的需要，而且

由于高度集成化，結(jié)構(gòu)緊湊，避免了由于分布參數(shù)、保護(hù)延遲所帶來(lái)的一系列技術(shù)難題。

目前，IPM一般以IGBT為基本功率開(kāi)關(guān)元件，構(gòu)成一相或三相逆變器的專(zhuān)用功能模塊，在

中小容量變頻器中廣泛應(yīng)用。

第四節(jié)脈沖寬度調(diào)制（PWM）原理

一、脈沖寬度調(diào)制技術(shù)的概念

1.脈沖寬度調(diào)制（縮寫(xiě)為PWM）：是通過(guò)按照一定的規(guī)則和要求對(duì)一系列脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制,

來(lái)得到所需要的等效波形。

2.以變頻調(diào)速常用的電路結(jié)構(gòu)為例來(lái)說(shuō)明PWM含義：一般異步電動(dòng)機(jī)需要的是正弦交流電,

而逆變電路輸出的往往是脈沖。PWM控制的目的就是通過(guò)對(duì)逆變電路輸出脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)

制，使之與正弦波等效。這樣，雖然電動(dòng)機(jī)的輸入信號(hào)仍為脈沖，但它是與正弦波等效的調(diào)

制波，那么電動(dòng)機(jī)的輸入信號(hào)也就等效為正弦交流電了。

二、PWM技術(shù)的基本原理

1.PWM技術(shù)的理論基礎(chǔ)：采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論——面積等效控制原理

2.SPWM原理：將一個(gè)正弦半波電壓分為N等份，并把正弦曲線(xiàn)每一等份所包圍的面積都用

一個(gè)與其面積相等的等幅矩形脈沖來(lái)代替，且矩形脈沖的中點(diǎn)與相應(yīng)正弦等份的中點(diǎn)重合，

得到脈沖列，這就是PWM波。正弦波的另外半波也用同樣的辦法來(lái)等效，就可以得到與正弦

波等效的脈寬調(diào)制波，又稱(chēng)其為SPWM。SPWM波在變頻電路中被廣泛采用。

根據(jù)采樣控制理論，M值越高（即脈沖頻率越高），SPWM越接近正弦波，但脈沖頻率一

方面受變頻器中開(kāi)關(guān)器件工作頻率的限制，另一方面頻率太高，電磁干擾增大，要帶來(lái)一些

新的問(wèn)題。

3.實(shí)際應(yīng)用中SPWM波的形成：

調(diào)制方法「調(diào)制波及所希望生成的正弦波

Y

一載波S等腰三角波或鋸齒波

利用載波和調(diào)制波相的比較方式來(lái)確定脈寬和間隔。

4.按照調(diào)制脈沖的極性關(guān)系，PWM逆變電路的控制方式分「單極性控制

Y

一雙極性控制

三、單相橋式SPWM逆變電路分析。

1.單極性SPWM控制

設(shè)定載波5、調(diào)制波U,如圖所示。

⑴在心正半周，讓VT1一直保持通態(tài)，VT4保持?jǐn)鄳B(tài)。當(dāng)4>訪時(shí)，控制VT3為通態(tài)，

負(fù)載輸出電壓4=〃；當(dāng)4<3時(shí)，控制VT3為斷態(tài)，負(fù)載輸出電壓a=0,此時(shí)負(fù)載電流可

以經(jīng)過(guò)VT1與VD2續(xù)流。

⑵在4負(fù)半周，讓VT4一直保持通態(tài)，VT1保持?jǐn)鄳B(tài)。當(dāng)時(shí)，控制VT2為通態(tài)，

負(fù)載輸出電壓4=-〃；當(dāng)u,>s時(shí)，控制VT2為斷態(tài)，負(fù)載輸出電壓&=0,此時(shí)負(fù)載電流可

以經(jīng)過(guò)VT4與VD3續(xù)流。

這樣，就得到了SPWM波心，以為國(guó)的基波分量?？梢?jiàn)，在任一半個(gè)周期中，SPWM波

只能在一個(gè)方向變化，故稱(chēng)為單極性SPWM控制方式。由于改變4的幅值時(shí)，調(diào)制波的脈寬

將隨之改變，從而改變輸出電壓的大?。欢淖?的頻率時(shí)，則輸出電壓的基波頻率也隨

之改變，所以這就實(shí)現(xiàn)了既可調(diào)壓又可調(diào)頻的目的。

2.雙極性SPWM控制

設(shè)定調(diào)制波心、載波ur,載波s改為正負(fù)兩個(gè)方向變化的等腰三角波，如圖lT7a所

示。當(dāng)”>訪時(shí)，給VT1和VT3導(dǎo)通信號(hào)，而給VT2和VT4關(guān)斷信號(hào)，負(fù)載輸出電壓4=〃；

當(dāng)Ur<小時(shí)，給VT2和VT4導(dǎo)通信號(hào)，而給VT1和VT3關(guān)斷信號(hào)，負(fù)載輸出電壓4=-以。這

樣，就得到了SPWM波”。可見(jiàn)，在任一半個(gè)周期中，SPWM波在正、負(fù)兩個(gè)方向交替，故稱(chēng)

為雙性SPWM控制方式。改變”的幅值和頻率，即可達(dá)到調(diào)壓、調(diào)頻的目的。

四、變頻器的三相橋式SPWM逆變電路

由電路結(jié)構(gòu)可見(jiàn)，其控制方式為用雙極性控制。電路的開(kāi)關(guān)器件采用IGBT,負(fù)載為感

U、V、W三相載波信號(hào)公用一個(gè)三角載波Ur,三相調(diào)制信號(hào)如、蛤、如為相位依次相

差120°的正弦波。改變?nèi)嗾{(diào)制信號(hào)如、如、如的頻率，即可變頻器的輸出頻率，達(dá)到變

頻之目的。U、V、W三相的IGBT控制規(guī)律相同，現(xiàn)以U相為例來(lái)說(shuō)明電路的控制過(guò)程。當(dāng)

g>5時(shí)，給VT1導(dǎo)通信號(hào)，給VT4關(guān)斷信號(hào)，則U相相對(duì)于電源假想中點(diǎn)N'的輸出電壓

心=加2；當(dāng)融時(shí),給VT4導(dǎo)通信號(hào)，給VT1關(guān)斷信號(hào)，則U相相對(duì)于電源假想中點(diǎn)

N’的輸出電壓功『=-〃/2。VT1和VT4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終是互補(bǔ)的。當(dāng)給VT1(VT4)加導(dǎo)通信

號(hào)時(shí)，可能是VT1(VT4)導(dǎo)通，也可能是二極管VD1(VD4)續(xù)流導(dǎo)通，這要由感性負(fù)載中

原來(lái)電流的方向和大小來(lái)決定，和單相橋式PWM逆變電路雙極性控制時(shí)的情況相同。V相和

W相的控制方式和U相相同。出，、出r和Uv的波形如圖所示。線(xiàn)電壓弧的波形可由Uv

得出。若求負(fù)載的相電壓可由式函+%“)/3求得,其波形略。

2.調(diào)壓原理

變頻器的調(diào)壓和調(diào)頻是同時(shí)進(jìn)行的。當(dāng)將三相調(diào)制信號(hào)電、u”、如的頻率調(diào)低(高)

時(shí)，三個(gè)信號(hào)的幅度也相應(yīng)調(diào)小(大)，使得調(diào)制信號(hào)的勿/為常數(shù)，或按照設(shè)定的要求變

化。若調(diào)制信號(hào)的幅度變小，則變頻器的輸出脈沖寬度變窄，等效電壓變低；若調(diào)制信號(hào)的

幅度變大，則變頻器的輸出脈沖寬度變寬，等效電壓變高。

綜上所述，變頻器的調(diào)壓調(diào)頻過(guò)程是通過(guò)控制三相調(diào)制信號(hào)進(jìn)行的。

在雙極性SPWM控制方式中，理論上要求同一相上下兩個(gè)橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，但實(shí)際

上為了防止上下兩個(gè)橋臂直通而造成電源短路，通常要求先加關(guān)斷信號(hào)，再延遲△￡時(shí)間，

才給另一個(gè)施加導(dǎo)通信號(hào)。延遲時(shí)間At的長(zhǎng)短主要由功率開(kāi)關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間決定。由于

這個(gè)延時(shí)將會(huì)給輸出P棚波帶來(lái)不利影響，使其偏離正弦波，所以在保證電路可靠工作的前

提下，延遲時(shí)間要盡可能短。

第五節(jié)變頻器的組成

變頻器的組成：「主電路

Y

j控制電路

一、主電路功能：將工頻交流電變?yōu)轭l率和電壓可調(diào)的三相交流電

輸入］R輸出「U

1S1V

TW

Si

1.整流及濾波電路

功能：將工頻交流電整為直流，并濾波。

限流電阻的作用；

2.逆變電路

功能：將直流逆變?yōu)轭l率和甩壓可調(diào)的三相交流電。

SPWM原理；

3.制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元

原理

二、控制電路

1.主控制板單片機(jī)，變頻器的控制中心。

其主要功能：（1）-（7）

2.操作面板

包括鍵盤(pán)及顯示屏等。

（1）鍵盤(pán)：進(jìn)行運(yùn)行操作或程序預(yù)置；

①運(yùn)行鍵；

②模式轉(zhuǎn)換鍵；

③讀出、寫(xiě)入鍵；

④數(shù)據(jù)增減鍵；

⑤位移鍵；

⑥復(fù)位鍵；

⑦數(shù)字鍵。

(2)顯示屏：顯示控制面板提供的各種顯示數(shù)據(jù)。分為兩種：其一，LED數(shù)碼顯示屏：顯

示無(wú)單位的數(shù)字量和簡(jiǎn)單的英文代碼；其二，液晶顯示屏：顯示數(shù)字和文字。

顯示屏顯示的數(shù)據(jù)類(lèi)型：①運(yùn)行數(shù)據(jù)

<②功能參數(shù)碼

、③指示數(shù)據(jù)

3.電源

控制電路的電源由內(nèi)部電源板提供。其內(nèi)部電源具有電壓穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),

并與主電路有很好的電氣隔離。

4.外部端子「輸入端子

Y

一主電路的端子r1輸出端子

-控制電路的端子J模擬端子

I1接點(diǎn)端子

第六節(jié)變頻器的分類(lèi)

-、按變換環(huán)節(jié)分r交-直-交型

t交-交型

二、按改變變頻器的輸出電壓的方法分rPAM型

tPWM型

三、按電壓的等級(jí)分r低壓變頻器

t高壓大容量變頻器

四、按濾波方式分r電流型

t電壓型

五、按用途分,專(zhuān)用型變頻器

1通用型變頻

廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)校教案首頁(yè)

課程名稱(chēng)變頻器應(yīng)用技術(shù)班級(jí)

計(jì)劃課時(shí)2周次2

授課方法討論教具尺

§2通用變頻器功能介紹

教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)目的

掌握通用變頻器有哪些功能

重點(diǎn)、難點(diǎn)

變頻器有哪些功能

復(fù)習(xí)提問(wèn)

L變頻器主電路的功能

復(fù)習(xí)

作業(yè)

小結(jié)：1.控制變頻器輸出頻率有以下幾種方法

2.與頻率有關(guān)的功能：

3.運(yùn)行控制功能

課后小結(jié)

4.61控制方式、轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能

5.電壓自動(dòng)調(diào)整功能（AVR）

6.載波頻率設(shè)置

7.節(jié)能運(yùn)行控制功能

8.轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能

第二章通用變頻器功能介紹

變頻器是一個(gè)應(yīng)用電器，其功能是為應(yīng)用而設(shè)置的。從為什么有這些功能入手，掌握變

頻器有哪些功能，這些功能的原理或使用這些功能時(shí)的?般原則。

第一節(jié)頻率控制功能

一、控制變頻器輸出頻率有以下幾種方法：

「1.由操作面板上的功能鍵控制頻率

I2.預(yù)置操作

|3.由操作面板上的功能電位器控制頻率

14.由外端子控制頻率,（1）模擬量控制端子控制模擬量

1（2）接點(diǎn)控制端子控制數(shù)字量

二、說(shuō)明

變頻器在使用中，可由頻率控制功能的參數(shù)來(lái)指定上述哪種頻率控制方法起作用。

第二節(jié)與頻率有關(guān)的功能設(shè)置

一、極限頻率

1.最局頻率啟X

2.基本頻率

啟*、4與電壓的關(guān)系:

000電動(dòng)機(jī)在一定的場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)，其轉(zhuǎn)速應(yīng)該在一定的范圍，超出此范圍會(huì)造成事故或損失,

為了避免山于錯(cuò)誤操作造成電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超出應(yīng)用范圍，變頻器具有設(shè)置上限頻率了,和下限

頻率了的功能。

3.上限頻率加和下限頻率力

000變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)采用低頻起動(dòng)，為了保證電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)而又不過(guò)流，變頻器須設(shè)

定加速時(shí)間。電動(dòng)機(jī)減速時(shí)間與其拖動(dòng)的負(fù)載有關(guān)，有些負(fù)載對(duì)減速時(shí)間有嚴(yán)格要求（舉例）,

變頻器須設(shè)定減速時(shí)間。

二、加速時(shí)間和減速時(shí)間

1.定義

其一：變頻器輸出頻率從0上升到基本頻率不所需要的時(shí)間，稱(chēng)為加速時(shí)間；變頻器輸

出頻率從基本頻率/下降至0所需要的時(shí)間，稱(chēng)為減速時(shí)間。

其二：變頻器輸出頻率從0上升到最高頻率工，心所需要的時(shí)間，稱(chēng)為加速時(shí)間；變頻器

輸出頻率從最高頻率心*下降至0所需要的時(shí)間，稱(chēng)為減速時(shí)間。

2.變頻器的實(shí)際加減速時(shí)間與設(shè)定的加減速時(shí)間不一定相等，與變頻器的工作頻率有關(guān)。

3.加減速時(shí)間設(shè)定的原則

4.多種加減速時(shí)間設(shè)定

三、加速曲線(xiàn)和減速曲線(xiàn)

1.加速曲線(xiàn)

(1)線(xiàn)性上升方式適用于一般要求的場(chǎng)合

(2)S型上升方式適用于傳送帶、電梯等對(duì)起動(dòng)有特殊要求的場(chǎng)合。

(3)半$型上升方式正半S型上升方式適用于大轉(zhuǎn)動(dòng)慣性負(fù)載；反半S型上升方式適用

于泵類(lèi)和風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載。

2.減速曲線(xiàn)與加速曲線(xiàn)類(lèi)似

3.加速和減速曲線(xiàn)的組合根據(jù)不同的機(jī)型可分為三種情況：

(1)只能預(yù)置加減速的方式，S型和半S型曲線(xiàn)的形狀由變頻器內(nèi)定，用戶(hù)不能自由設(shè)置。

(2)變頻器可為用戶(hù)提供若干種S區(qū)供用戶(hù)選擇。(如0.2S、0.5S、1S等)

(3)用戶(hù)可以在一定的非線(xiàn)性區(qū)內(nèi)設(shè)置時(shí)間的長(zhǎng)短。

0000電動(dòng)機(jī)在變頻運(yùn)行中，由于某個(gè)頻率發(fā)生機(jī)械共振，須把這些共振頻率回避。

四、回避頻率(跳躍頻率、跳轉(zhuǎn)頻率)

三個(gè)或三個(gè)以上的回避頻率，不同機(jī)型設(shè)置回避頻率的方法有以下.幾種：

1.設(shè)定回避頻率的上端和下端頻率

2.設(shè)定回避頻率值和回避頻率的范圍

3.只設(shè)定回避頻率，而回避頻率的范圍由變頻器內(nèi)定。

輸出頻率

頻率設(shè)定值Hz

五、段速頻率設(shè)置功能

1.多段速控制功能是通用變頻器的基本功能。舉例：工業(yè)洗衣機(jī)

2.段速運(yùn)行控制必須的參數(shù)有：r段速頻率、

I段速時(shí)間

I段速開(kāi)始指令

I段速運(yùn)行模式

3.變頻器的多段速功能一般有4-16段，一般分為下面兩種情況控制：

工⑴由程序設(shè)置段速運(yùn)行；

t⑵由外端子控制段速運(yùn)行

六、頻率增益和頻率偏置功能

變頻器的輸出頻率可以由模擬控制端子進(jìn)行控制。

多臺(tái)電動(dòng)機(jī)需要比例運(yùn)行時(shí)，可以用一個(gè)模擬量控制多臺(tái)變頻器，通過(guò)調(diào)整變頻器的頻

率增益?？梢赃_(dá)到比例運(yùn)行的目的。

1.頻率增益輸出頻率與外控模擬信號(hào)的比率稱(chēng)為頻率增益。

2.頻率偏置配合頻率增益調(diào)整多臺(tái)變頻器聯(lián)動(dòng)的比例精度，也可以作為防止噪聲的措施,

頻率偏置可分為正向偏置和反向偏置。

七、載波頻率設(shè)置

1.復(fù)習(xí)脈寬調(diào)制技術(shù)，明確載波頻率可以在?定的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。

2.載波頻率過(guò)高和過(guò)低的危害：變頻器在出廠時(shí)都設(shè)置?個(gè)較佳的頻率，沒(méi)有必要時(shí)可以

不作調(diào)整。

第三節(jié)火控制與轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償控制

0000交流異步電動(dòng)機(jī)是按照額定電壓、額定電流、額定頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在任何頻率下運(yùn)

行時(shí)也不能過(guò)流，否則將引起磁飽和。

一、以控制方式變頻器的基本控制方式。如圖

u

%...............>

二、轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能

采用在以控制方式時(shí)?，變頻器利用增加輸出電壓來(lái)提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的方法，稱(chēng)為轉(zhuǎn)矩

補(bǔ)償法。其原因有二：

常用的補(bǔ)償方法有：如圖示

1.在額定電壓和基本頻率下線(xiàn)性補(bǔ)償原則

2.在額定電壓和基本頻率下分段補(bǔ)償原則

3.平方率補(bǔ)償原則

三、電壓自動(dòng)調(diào)整功能（AVR）

1.變頻器的輸出電壓隨著輸入電壓的變化而變化，而變頻器的輸出電壓將影響電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)

載的能力。

2.變頻器電壓自動(dòng)調(diào)整（AVR）的原理：

3.變頻器使用時(shí)可以根據(jù)需要設(shè)置電壓自動(dòng)調(diào)整（AVR）功能是否有效。

四、節(jié)能運(yùn)行控制功能

1.節(jié)能運(yùn)行控制功能原理：

2.變頻器預(yù)置為節(jié)能運(yùn)行時(shí)，必須滿(mǎn)足的條件：

3.不同的機(jī)型預(yù)置的方法不同：有的預(yù)置此功能有效否；有的根據(jù)需要預(yù)置搜索范圍、搜

索周期、搜索電壓增量等。

五、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能

1.為什么：

2.轉(zhuǎn)差補(bǔ)償?shù)脑恚?/p>

3.轉(zhuǎn)差補(bǔ)償?shù)脑O(shè)定范圍一般為0?1.0Hz。

第五節(jié)運(yùn)行控制與制動(dòng)功能

一、正反轉(zhuǎn)控制功能

1.交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與交流電的相序有關(guān)，正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)控制只是相對(duì)而言。

2.正反轉(zhuǎn)控制：操作面板、外端子

二、點(diǎn)動(dòng)控制（寸動(dòng)控制）

1.舉例

2.點(diǎn)動(dòng)控制

三、制動(dòng)控制

1.舉例

2.制動(dòng)控制分為起動(dòng)后發(fā)電制動(dòng)和起動(dòng)前制動(dòng)

（1）起動(dòng)后發(fā)電制動(dòng)

（2）起動(dòng)前制動(dòng)

第六節(jié)其他制動(dòng)功能

一、過(guò)載保護(hù)功能

1.對(duì)變頻器的保護(hù)功能

過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)功率、斷電、其他故障等均可進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，甚至自

動(dòng)跳閘斷電。變頻器在出現(xiàn)過(guò)載及故障時(shí)，一方面由顯示屏發(fā)出文字報(bào)警信號(hào)，一方面由接

點(diǎn)開(kāi)關(guān)輸出報(bào)警信號(hào)；當(dāng)故障排除后，要由專(zhuān)用的復(fù)位控制指令復(fù)位，變頻器方可重新工作。

2.對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)功能

（1）電子熱繼電器監(jiān)視變頻器的輸出電流

（2）應(yīng)用時(shí)可以設(shè)置功能是否有效，再設(shè)置具體參數(shù)。舉例：

二、瞬時(shí)停電再起動(dòng)功能

1.瞬時(shí)電壓降落時(shí)變頻器的保護(hù)電路動(dòng)作時(shí)，變頻器馬上停止輸出，之后有兩種選擇：其

一是停止輸出；其二是電源恢復(fù)正常后自己重新起動(dòng)。

2.此功能可以根據(jù)具體使用情況進(jìn)行預(yù)置：

（1）瞬時(shí)停電后不起動(dòng)功能

（2）瞬時(shí)停電再起動(dòng)功能根據(jù)不同的負(fù)載進(jìn)行預(yù)置

3.具體設(shè)置很重要

廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)校教案首頁(yè)

課程名稱(chēng)變頻器應(yīng)用技術(shù)班級(jí)

計(jì)劃課時(shí)2周次2

授課方法講授教具尺

矢量控制功能；變頻器外端子功能

教學(xué)內(nèi)容§2-4§2-8

.了解矢量控制原理

教學(xué)目的1

2.掌握通用變頻器矢量控制功能

3.掌握變頻器外端子功能。

重點(diǎn)、難點(diǎn)

矢量控制功能

復(fù)習(xí)提問(wèn)

通用變頻器的功能有哪些？

2-5

作業(yè)

小結(jié)：1.矢量控制功能；

變頻器外端子功能

課后小結(jié)2.

第四節(jié)矢量控制功能

矢量控制功能是變頻器的一種高性能的控制方式。其優(yōu)點(diǎn)。

一、直流調(diào)速的特點(diǎn)

1.直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)兩大部分：定子和轉(zhuǎn)子

⑴定子山主磁極、換向磁極、電刷裝置等部件組成。主磁極的結(jié)構(gòu)是鐵心上繞有勵(lì)磁

繞組。勵(lì)磁繞組的電流由勵(lì)磁回路供給，用于產(chǎn)生主磁場(chǎng)，主磁通用0表示。

⑵轉(zhuǎn)子通常稱(chēng)為電樞，由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸等部件組成。電樞繞

組的電流1A是由外接的直流電源經(jīng)電刷和換向器供給的。這種供給方式?jīng)Q定了直流電動(dòng)機(jī)

的換向是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，換向時(shí)將在電刷和換向器接觸面上產(chǎn)生火花，對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)

行帶來(lái)不利。

電樞電流h產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)，電樞磁通用?,表示。由分析可知，主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)在空

間互相“垂直”（互差n/2rad電角度）。

直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理：外接直流電源的直流電流在換向器的作用下，改變成電樞

繞組中的交變電流。在主磁極的同一極面下，繞組有效邊中的電流方向始終不變，因此電磁

轉(zhuǎn)矩方向也不變，這個(gè)轉(zhuǎn)矩使電樞按某一方向旋轉(zhuǎn)。

2.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

方法有三種：調(diào)節(jié)電樞回路電阻；/調(diào)節(jié)電樞電壓U:調(diào)節(jié)主磁通。

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的優(yōu)越性在于：勵(lì)磁回路和電樞回路是相互獨(dú)立的，都可以單獨(dú)進(jìn)

行調(diào)節(jié)。不論哪種調(diào)速方法，調(diào)速時(shí)，總是調(diào)節(jié)兩個(gè)互相垂直的磁場(chǎng)（主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)）

中的一個(gè)，而保持另一個(gè)磁場(chǎng)不變。

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的缺點(diǎn)在于電動(dòng)機(jī)本身。直流電動(dòng)機(jī)的換向是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，不

僅與電磁因素有關(guān)，還與機(jī)械強(qiáng)度，環(huán)境等因素有關(guān)。為了滿(mǎn)足換向的要求，電動(dòng)機(jī)的容量、

最高轉(zhuǎn)速受到限制，換向器和電刷裝置的事故率較高，需要定期維護(hù)和更換，維護(hù)費(fèi)用高。

二、變頻調(diào)速的矢量控制

1.提出指導(dǎo)思想

2.變頻調(diào)速的矢量控制的大概過(guò)程

3.變頻器矢量控制功能在使用中，只設(shè)置“用”或“不用”即可。

4.設(shè)置矢量控制功能時(shí)應(yīng)符合以下條件：

第八節(jié)變頻器的外端子功能

,、主電路的端子

1.交流電源的輸入端子R、S、T

2.逆變輸出端子U、V、W

3.直流電抗器和制動(dòng)電阻連接端子

4.接地端子

注意事項(xiàng)：

二、輸入控制端子

1.模擬量輸入端子

2.接點(diǎn)輸入端子獨(dú)立功能控制端子和多功能控制端子

⑴多段速控制端子

⑵空轉(zhuǎn)控制端子

⑶外部異常緊急停止端子

⑷頻率上升/下降控制端子

⑸報(bào)警復(fù)位端子

⑹PID控制取消端子

三、輸出信號(hào)控制端子模擬信號(hào)和開(kāi)關(guān)信號(hào)

1.模擬量輸出端子

2.集電極開(kāi)路輸出端子

該端子常用的指示量說(shuō)明：

3.繼電器接點(diǎn)輸出端子

4.計(jì)算機(jī)通信接口

四、運(yùn)行控制端子

正轉(zhuǎn)端子、反轉(zhuǎn)端子、點(diǎn)動(dòng)端子、停止端子

廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)校教案首頁(yè)

課程名稱(chēng)變頻器應(yīng)用技術(shù)班級(jí)

計(jì)劃課時(shí)2周次3

授課方法實(shí)驗(yàn)教具實(shí)驗(yàn)板

§3臺(tái)安變頻器基本功能及操作的基本知識(shí)

教學(xué)內(nèi)容

1.掌握臺(tái)安變頻器的基本功能；

2.掌握臺(tái)安變頻器外端子及操作面板的功能。

教學(xué)目的

3.了解基本操作

重點(diǎn)、難點(diǎn)

臺(tái)安變頻器外端子及操作面板的功能

復(fù)習(xí)提問(wèn)

通用變頻器的功能有哪些？

作業(yè)

復(fù)習(xí)所學(xué)知識(shí)

小結(jié)：1.臺(tái)安變頻器的基本功能

2.臺(tái)安變頻器外端子及操作面板的功能

課后小結(jié)

§3.1臺(tái)安變頻器基本功能及基本操作

一、變頻器的銘牌

如圖所示為實(shí)驗(yàn)電路板上變頻器的銘牌。

-

MODEL：N2-201-M

l/P；1OR3PH200^240750/60Hz4.5A

O/P：3PH0~240V0~400Hz1HP

TAIAN

.___________________________________/

變頻器的銘牌

N2系列變頻器型號(hào)的命名方法為：

N2——201----—-----M3

產(chǎn)品電源電壓馬力數(shù)外型構(gòu)造電源種類(lèi)

序號(hào)2：200V01：1馬力M：標(biāo)準(zhǔn)型空白：?jiǎn)蜗?三相共用

4：440V1：?jiǎn)蜗?：三相

N2-201-M型變頻器適用于0.75KW電動(dòng)機(jī),額定電流為4.5A,額定容量為1.7KVA,最大輸

入電壓值為（200-240）V±10%,頻率為50Hz土5%（單相或三相），最大輸出電壓為200?

240V（三相），輸出頻率范圍為0?400Hz,允許瞬間停電時(shí)間為1.0秒。

二、基本功能詳見(jiàn)下表，重點(diǎn)介紹以下功能

1.頻率控制功能

I2.運(yùn)行控制功能

I3.顯示功能

14.保護(hù)功能

項(xiàng)目N2系列

控制方式正弦波脈寬調(diào)制

頻率范圍0.1~400Hz

頻率精度數(shù)字量：0.01%模擬量0.4%

頻頻率設(shè)定量分辨度數(shù)字量：0.01%模擬量0.06Hz/60Hz

輸出頻率分辨度0.01Hz

率

由鍵盤(pán)設(shè)定：直接以▲▼鍵設(shè)定或鍵盤(pán)上旋鈕（VR）設(shè)定

控頻率設(shè)定方式

由外部信號(hào)設(shè)定：1.由模擬信號(hào)設(shè)定；2.由接點(diǎn)信號(hào)設(shè)定

制上/下限頻率0.00?400.00Hz

起動(dòng)頻率0.10~10.00Hz

基本頻率50.00?400.00Hz

三段跳躍頻率0.1?400.00Hz

載波頻率1?12KHz

般加減速控制2段加減速時(shí)間及2段S曲線(xiàn)設(shè)定

控際曲線(xiàn)可編程曲線(xiàn)1條，固定曲線(xiàn)18條

制轉(zhuǎn)矩控制可設(shè)定轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)值

節(jié)能運(yùn)行控制手動(dòng)控制

多功能模擬輸出有4種功能

般多功能輸入有16種功能，32種選擇

控多功能輸出有6種功能，12種選擇

制電壓自動(dòng)控制功能（AVR）、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能、設(shè)置減速停止或自然

停止功能、自動(dòng)復(fù)位再起動(dòng)功能、制動(dòng)頻率/電壓/時(shí)間可由參數(shù)

其他功能

個(gè)別設(shè)定功能、設(shè)置速度追蹤方式或一般方式起動(dòng)功能、“3線(xiàn)”

運(yùn)行控制功能

鍵盤(pán)控制：運(yùn)行鍵/停止鍵、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)鍵

運(yùn)行操作外端子控制：正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/停止控制、報(bào)警復(fù)位控制、點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行、

段速運(yùn)行、頻率上升/頻率下降（UP/DOWN）指令等等

運(yùn)

多功能接點(diǎn)輸出端子輸出：運(yùn)行中、頻率到達(dá)、頻率檢出、過(guò)轉(zhuǎn)

行

矩檢出等

運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)

模擬輸出端子輸出：輸出頻率、設(shè)定頻率、輸出電壓、直流電壓

故障接點(diǎn)輸出：故障發(fā)生后可設(shè)置故障接點(diǎn)是否動(dòng)作

可顯示：頻率/轉(zhuǎn)速/線(xiàn)速度/直流電壓/輸出電壓/輸出電流/變頻器

顯LED顯示器

參數(shù)/故障記錄/程序版本

示

狀態(tài)指示燈充電、運(yùn)行顯示（見(jiàn)操作面板說(shuō)明）

1.可以R232或R485控制

通訊控制2.可以作】對(duì)1控制或1對(duì)多控制

3.可以設(shè)置通訊速度、奇偶校驗(yàn)等。

過(guò)我保護(hù)電子電路保護(hù)電機(jī)及變頻器（曲線(xiàn)可設(shè)定）

振動(dòng)防止電流檢測(cè)保護(hù)

保

熔斷器保護(hù)熔斷器動(dòng)作后電動(dòng)機(jī)停止

過(guò)電壓保護(hù)200V級(jí):直流電壓＞427V；400V級(jí)：直流電壓＞854V

護(hù)

欠電壓保護(hù)200V級(jí)：直流電壓＜200V：400V級(jí)：直流電壓＜400V

瞬間停電再起動(dòng)瞬停后可以速度追蹤方式再起動(dòng)

功

失速防止加速/減速/運(yùn)行中失速防止

輸出端短路電子線(xiàn)路保護(hù)

能

接地故障電子線(xiàn)路保護(hù)

散熱片過(guò)熱保護(hù)、過(guò)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)、故障接點(diǎn)控制、反轉(zhuǎn)限制、開(kāi)機(jī)

其他功能

后直接起動(dòng)及故障復(fù)位限制、參數(shù)鎖定

使用場(chǎng)所不受陽(yáng)光直射，沒(méi)有腐蝕氣體或液體、可燃?xì)怏w、油濺、粉塵、

鐵屑、放射性物質(zhì)

環(huán)溫度-10-40℃

境濕度0?95%相對(duì)濕度（不結(jié)露）

振動(dòng)0.5G以下

三、變頻器外接端子說(shuō)明

制動(dòng)電網(wǎng)或

1.主電路端子說(shuō)明

(1)LI、L2、L3端子

變頻器的主電路電源輸入端子，它通過(guò)斷路器接到三相電源。實(shí)驗(yàn)使用的變頻器既可接

單相電源，使用LI、L2端子，又可以接三相電源，使用LI、L2、L3端子。

(2)Tl、T2、T3端子

變頻器的主