第3章变频技术的基本类型52p

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1、变频技术的基本类型1整流技术 :通过晶体二极管组成的不可控或者晶闸管组 成的可控整流器，将工频交流电变换成频率为零的直流电 ，称为整流技术。 2直流斩波技术:通过改变电力半导体器件的通断时间， 也就是脉冲频率（定宽变频），或者改变脉冲的宽度（定 频调宽）达到调节直流平均电压的目的。 3逆变技术:在变频技术中，逆变器是利用半导体器件的 开关特性，将直流电变换成不同频率的交流电。 4交-交变频技术:通过控制电力半导体器件的导通与关 断时间，将工频交流电变换成频率连续可调的交流电。 5交-直-交变频技术:先将交流电经过整流器变换成直流 电，再将直流电逆变成频率可调的交流电。变频器发展趋势 l1智能化

2、 l2专业化 l3模块化 l4环保化 变频器功能与应用 l1节能 l2自动控制 l3 . 提高产品质量PWM变频调速控制技术l脉宽调制技术（Pulse Width Modulation PWM）是变频器的控制技术之一。各种 逆变电路多采用PWM技术，这种技术也 是自动控制中常用的技术手段之一。 PWM控制方式，就是对逆变电路开关器 件的通断进行控制，使输出端得到一系列 幅值相等而宽度不同的方波脉冲。通过控 制这些方波脉冲的宽度和占空比来调节平 均电压。l 目前，较普遍的变频调速系统是恒幅脉宽调制（PWM）变 频电路。三相或单相交流电压经整流器整流滤波后得到直流 电压，将这个恒定的直流电压输入逆

3、变器，调节逆变器的脉 冲宽度和输出频率来实现调压调频的双重任务。 l 在频率一定时如果可调宽度增加则电压平均值增加。也就是 增大了占空比 l 如图3-1所示为单相逆变电路，其实质是直流斩波器，电路 以IGBT为逆变管。通过控制逆变管VT1、VT4和VT2、VT3 的交替导通和关断时间，达到控制逆变电器的输出波形与频 率的目的。图3-2所示为单相逆变器输出波形，由图3-2可以 看出逆变管VT1，VT4在基波频率的正半周多次重复（图中 画出7次导通关断）导通与关断，而逆变管VT2、VT3在负半 周内也同样导通和关断同样次数，如果使逆变管导通的时间 间隔象正弦函数一样变化，逐渐增大，再逐渐减小；而等

4、幅 不等宽的脉冲电压面积，接近于所对应正弦波电压面积，则 逆变器的输出电压将很接近基波电压，高次谐波电压将大为 减小。若采用高速开关器件和计算机控制，使逆变器的输出 脉冲次数增多，逆变器输出电压则更为理想，因此PWM型 逆变电路广泛用于交流异步电动机变频调速。SPWM调制技术lPWM方法源于无线电中的载波调制技术 。在交流异步电动机变频调速中，通常采 用正弦波脉冲宽度调制（Sinusoidal PWM）方法，简称SPWM。在PWM中， 如果脉冲宽度和占空比的大小，按正弦规 律分布，则为正弦波脉宽调制（SPWM） 。从脉宽调制的极性来看，有单极性调制 和双极性调制两种方法。单极性调制原理l三角波

5、单极性调制SPWM原理如图3-3所示。 以正弦波USi 作为参考调制信号,用三角波Uti 作为载波信号。如果正弦波信号和三角信号都 是正极性信号，称为单极性SPWM调制。图3- 3中，在比较器A的“+”端输入正弦波参考调制 信号电压USi，在A的“-” 端输入三角波载频信 号电压Uti。当 USi Uti时，电压比较器A输出 高电平。当USi90（即Uc作为控制条件。按 常规取=30 时，Ud2=0.866*1.35Un2,而 UC=1.35Un1,为使Ud2Uc，必须Un2 Un1，因此， 升压变压器必不可少。若Un1=UN，则Un2 UN l 制动时：UC升高到大于2Un1（电容上直流脉动

6、电压 最大值），桥1截止，这时将NGP投入，可以产生逆 变电流，将能量回馈到电网。只要控制或就可以控 制SCR的工作状态，只有当Ud2Uc才进入逆变状态 。否则不产生逆变电流。可以理解为一种等待回馈状 态。直流制动l变频器向异步电动机通入直流电时,即逆变器中有3 个桥臂短时间内连续导通,不再换相,电机便处于能耗 制动状态.此时变频器输出频率为0.电动机定子磁场 不再旋转,转动转子切割这个静止磁场,产生制动转矩 ,旋转系统存储的动能转换为电能消耗于转子回路. l作用:1.准确停车. l2.制止在起动前电动机由于外因引起的不规则转动. 比如风机负载,停车状态时,电机可能由于风筒中风压 的作用自由旋

7、转,有时反转,就可以利用直流制动使其 静止,保证电机从0速度启动. l通用变频器中,对直流制动功能的控制,主要通过设定 DC制动起始频率fDB,制动电流IDB制动时间TDB实 现, fDB不能太高,因为fDB太高,异步电机电流频率和 幅值都很高,转子铁损很大,导电机发热,但制动转矩 却并不大.V/F控制型通用变频器l 1.普通控制型V/F通用变频器:是转速开环控制,无需 速度传感器,控制电路比较简单,电机选择通用标准 异步电动机,通用性强性价比高,目前使用较多.其缺 点: l 不能恰当地调整电机转矩,不能补偿适应转矩的变 化.普通控制型V/F通用变频器的SPWM注重的是如 何使逆变器的输出电压

8、尽量接近正弦波,较少考虑 如何针对不同类型电机的特性, 不能保证E/F不变, 因此不能保证磁通不变,定子电阻压降随着负载变 化,当负载重时压降大,V/F的值可能补偿不足,使电 机的机械特性和负载特性没有稳定的运行交点;负 载轻时,可能产生过补偿,磁路饱和.两种情况都可能 引起变频器过流跳闸.l为了适应不同的电动机和不同的生产机械,转 矩提升常有两种方法: l在存储器中存入多种U/F函数的不同曲线图 形,由用户根据需要人为地选择最佳曲线. l根据定子电流的大小自动补偿定子电压. 利用选定的曲线,很难恰当地调整电动机的转 矩. 由于定子电流不完全与转子电流成正比,所以 根据定子电流调节变频器电压的

9、方法,并不反 映负载转矩.因此定子电压也不能根据负载转 矩的改变而恰当的改变电磁转矩.l无法准确的控制电机的实际转速:由于普通控 制型V/F通用变频器是转速开环控制,由电机 的机械特性可知,设定值的定子频率对应的是 理想空载转速,而电机的实际转速是由转差率 决定,所以V/F方式存在的稳态误差不能控制. 无法准确控制电机的实际转速. l转速较低时,由于转矩不中而无法克服较大的 静摩擦力.高功能型U/F控制通用变频器l上述缺点,都是由于变频器没有转矩控制功能 引起的,为了提高静态稳定性,加大调速范围, 改善起动性能,并避免不必要的过流跳闸,人 们采取一系列措施,实现转矩控制功能. l所谓高功能型,

10、是指具有转矩控制功能(不用 速度传感器)的U/F控制方式通用变频器. l这种控制方式,可使极低速下的转矩过载能力 达到或超过150%;频率调节范围达1:30;电机 静态特性的硬度高于在工频电网上运行的自 然特性硬度.具有挖土机特性和”无跳闸”能力. l这种变频器甚至可以代替某些闭环控制,实现 闭环控制的开环化.转矩控制功能 l这种控制方式除需要定子电流传感器外,不再 需任何传感器,通用性强,适合于各种型号异步 电机. l控制电路包括1.转矩控制和2.对逆变器进行 PWM控制两部分. lPWM控制保证输出正弦波形,且具有足够响应 速度. l转矩控制部分包括有功无功检测器,磁通补偿 器,转差补偿器

11、,电流限制控制器. l磁通补偿器,转差补偿器,电流限制控制器的作 用是根据定子电流的有功分量和无功分量计 算变频器频率参考值和电压参考值,以保证转 子磁场恒定,并在负载出现冲击时,适当的补偿 异步电机转子磁通.1.转矩控制l通用变频器驱动不同类型的异步电动机时,根 据电动机的特性压频比进行恰当的调整十分 困难,一旦电压不足,则不能产生与负载成正 比的电磁转矩,出现过载则可能出现跳闸,因 此无论多大的负载转矩都必须使电机产生的 转矩随负载转矩变化.转矩控制部分利用磁通 补偿器和转差补偿器调整变频器频率参考值 和电压参考值,保证了磁通恒定. l如果电动机转矩增大到最大允许值以上,电动 机将失步,变

12、频器也会跳闸,因此要设置抑制 过电流的电流限制器,保证转矩或电流不超出 允许值,实现挖土机特性.变频器控制方式综述l变频器中常用的控制方式可分为:非智能和智 能控制方式. l非智能控制方式有:V/F控制,转差率控制,矢量 控制,直接转矩控制等. lV/F控制:是为了得到理想的转矩-速度特性, 基于在 变电源频率进行调速的同时,保证电 动机的磁通不变的思想而提出的,通用型变频 器基本上都采用这种方式.结构简单,但由于 是开环控制,不能达到较高的控制性能.在低 频时,必须进行转矩补偿,以改变低频转矩特 性.l转差率控制:是一种直接控制转矩的控制方式, 是在V/F的基础上按照异步电机的实际转速对 应

13、的电源频率,并根据希望得到的转矩来调节 变频顺的输出频率,使电机具有对应的输出转 矩.这种方式在控制系统中需安装速度传感器, 有时还加有电流反馈,对频率和电流时行控制, 是一种闭环控制,可以使变频器具有良好的稳 定性,对急速的加减速和负载变动有良好的响 应特性. l矢量控制:是通过矢量坐标电路控制电机定子 电流的大小和相位,以达到对电动机在3个坐标 系中的励磁电流和转矩电流进行控制,进而达 到控制电机转矩的目的.l直接转矩控制:是利用空间矢量坐标概念,在 定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控 制电动机的磁链和转矩,通过检测定子电阻来 达到观测定子磁链的目的,因此省去了矢量控 制等复杂的变换计算,系统直观,简洁,计算速 度和精度都比矢量控制方式有所提高,即使在 开环的状态下,也能输出100%额定转矩. l智能控制方式:主要有神经网络控制,模糊控 制,专家系统,学习控制等.