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1、变频器的基本结构,各生产厂家生产的通用变频器，其主电路结构和控制电路并不完全相同，但基本的构造原理和主电路连接方式以及控制电路的基本功能都大同小异。下图所示为通用变频器结构原理示意图。主要包括三个部分：一是主电路接线端，包括接工频电网的输入端（R、S、T），接电动机的频率、电压连续可调的输出端（U、V、W）；二是控制端子，包括外部信号控制端子、变频器工作状态指示端子、变频器与微机或其他变频器的通信接口；三是操作面板，包括液晶显示屏和键盘。,变频器外观结构图,ABB公司ACS600变频器结构图,通用变频器由主电路和控制电路组成，其基本构成如下图所示。其中，给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部
2、分称为主电路，主电路包括整流器、中间直流环节（又称平波回路）和逆变器等。,通用变频器的基本构成,1）整流器。电网侧的变流器为整流器，它的作用是把工频电源变换成直流电源。三相交流电源一般需经过压敏电阻网络引入到整流桥的输入端。压敏电阻网络的作用是吸收交流电网浪涌过电压，从而避免浪涌侵入，导致过电压而损坏变频器。整流电路按其控制方式可以是直流电压源，也可以是直流电流源。电压型变频器的整流电路属于不可控整流桥直流电压源，当电源线电压为380V时，整流器件的最大反向电压一般为1000V，最大整流电流为通用变频器额定电流的2倍。,智能功率模块的安装与应用,当将IPM模块安装到散热器上时，操作时应避免安装
3、受力不均匀。推荐使用平面度在150m或更小的散热器，并避免单边应力过紧，要严格遵照如图2-62所示的推荐的螺钉安装拧转顺序操作，如果模块受力不均，会导致模块陶瓷绝缘破裂，致使模块损坏或留下潜在的故障隐患。不要将端子和螺钉拧得过紧，在模块产品数据手册中一般会提供最大转矩值，在安装过程中为了符合指定力矩值，必须使用力矩扳手。力最大限度地使基板与散热器接触以利于传热，散热器表面必须具有句皿或更小的表面光洁度，并应在传热界面使用导热硅胶。选择使用的硅胶应能在工作温度内性能稳定，并且保证在装置寿命期内性能不发生变化。,图（a）所示是两点安装型，预拧紧顺序为，最终拧紧顺序为；图（b）所示是四点安装型，预拧
4、紧顺序为，最终拧紧顺序为。,2）逆变器。负载侧的变流器为逆变器。与整流器的作用相反，逆变器是将直流功率变换为所需求频率的交流功率。逆变器最常见的结构形式是利用6个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。通过有规律地控制逆变器中主开关的导通和关断，可以得到任意频率的三相交流输出波形。,中间直流环节实际上是中间直流储能环节，另一个作用是承担对整流电路输出进行滤波，以减少电压或电流的波动。此外，由于异步电动机制动的需要，在直流中间电路中还设有制动电阻及其他辅助电路，这就是直流中间电路的作用。电压型变频器的直流中间电路的主要元器件是大容量电解电容，而电流型变频器则主要由大容量电感器组成。,控制电路常由
5、运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制，以及完成各种保护功能等。通用变频器中的制动电路是为了满足异步电动机制动的需要而设置的 ，对于大、中容量的通用变频器来说，为了节约能源，一般采用电源再生单元将上述能量回馈给供电电源。而对于小容量通用变频器来说，则通常采用制动电路，将异步电动机反馈回来的能量在制动电路上消耗掉。,变频器的分类,通用变频器按其主电路结构形式可分为交-交变频器和交-直-交变频器，如果主电路中没有直流中间环节的称为交-交变频器，有直流中间环节的称为交-直-交变频器。按其工作方式有电压型变频器和电
6、流型变频器；按其逆变器开关方式有PAM（Pulse Amplitude Modulation，脉冲振幅调制）控制方式、PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）控制方式和高频载波SPWM（Sinusoidal PWM，正弦脉宽调制）控制方式三种；按其逆变器控制方式有U/f控制方式、转差频率控制方式、矢量控制方式、矢量转矩控制方式和直接转矩控制等。,变频器的额定值和技术指标 1输入侧的额定值 中、小容量通用变频器输入侧的额定值主要指电压和相数。在我国，输入电压的额定值（指线电压）有3相380V、3相220V（主要是进口变频器）和单相220V（主要用于家用电容小容量变频器）三
7、种。此外，输入侧电源电压的频率一般规定为工频50Hz或60Hz。,2输出侧的额定值 （1）输出电压UN。由于变频器在变频的同时也要变压，所以输出电压的额定值是指输出电压中的最大值。 （2）输出电流IN。指允许长时间输出的最大电流，是用户在选择变频器时的主要依据。 （3）输出容量,（4）配用电动机容量PN。对于变频器说明书中规定的配用电动机，其容量说明如下： 1）它是根据下式估算的结果,2）说明书中的配用电动机容量仅对长期连续负载才是适合的，对于各种变动负载则不适用。 （5）过载能力。变频器的过载能力是指允许其输出电流超过额定电流的能力，大多数变频器都规定为150% IN、1min。,变频器的性
8、能指标,变频器的性能就是通常所说的功能，这类指标是可以通过各种测量仪器工具在较短时间内测量出来的，这类指标是IEC标准和国标所规定的出厂所需检验的质量指标。用户选择几项关键指标就可知道变频器的质量高低，而不是单纯看是进口还是国产，是昂贵还是便宜。以下是变频器的几项关键性能指标。,（1）在0.5Hz时能输出多大的起动转矩 比较优良的变频器在0.5Hz时能输出200%高起动转矩（在22kW以下30kW以上，能输出180%的起动转矩）。具有这一性能的变频器，可根据负载要求实现短时间平稳加减速，快速响应急变负载，及时检测出再生功率。,（2）频率指标。 变频器的频率指标包括频率范围、频率稳定精度和频率分
9、辨率。 频率范围以变频器输出的最高频率fmax和最低频率fmin标示，各种变频器的频率范围不尽相同。通常，最低工作频率约为0.11Hz，最高工作频率约为200500Hz。 频率稳定精度也称频率精度，是指在频率给定值不变的情况下，当温度、负载变化，电压波动或长时间工作后，变频器的实际输出频率与给定频率之间的最大误差与最高工作频率之比（用百分数表示）。,例如，用户给定的最高工作频率fmax120Hz，频率精度为0.01%，则最大误差为： fmax0.0001120Hz0.012Hz 通常，由数字量给定时的频率精度约比模拟量给定时的频率精度高一个数量级，前者通常能达到0.01%（-1050），后者通
10、常能达到0.5%（2510）。 频率分辨率指输出频率的最小改变量，即每相邻两挡频率之间的最小差值。,例如，当工作频率fx25Hz时，如果变频器的频率分辨率为0.01Hz，则上一挡的最小频率为： fn（250.01）Hz25.01Hz 下一挡的最大频率为： fx（250.01）Hz24.99Hz 对于数字设定式的变频器，频率分辨率取决于微机系统的性能，在整个调频范围（如0.5400Hz）内是一个常数（例如0.01Hz）。对于模拟设定式，频率的分辨率还与频率给定电位器的分辨率有关，一般可以达到最高输出频率的0.05%。,4速度调节范围控制精度和转矩控制精度 现有变频器速度控制精度能达到0.005%
11、，转矩控制精度能达3%。 5低转速时的脉动情况 低转速时的脉动情况是检验变频器好坏的一个重要标准。有的高质量变频器在1Hz时转速脉动只有1.5r/min。下图给出了在1Hz时几种转速脉冲情况的波形（最上面两种为3.7kW时的特性）。 此外，变频器的噪声及谐波干扰、发热量等都是重要的性能指标，这些指标与变频器所选用的开关器件及调制频率和控制方式有关。用IGBT和IPM制成的变频器，由于调制频率高，其噪声很小，一般情况下连人的耳朵都听不见，但其高次谐波始终存在。如果采用的控制方式较好，也可减少一些谐波量。,在1Hz时变频器输出转速的脉动情况,变频器的选择,通用变频器的选择，包括变频器类型的选择和容
12、量的选择。选择变频器规格时应注意根据要求采用合适的选择方式和计算公式，根据工程实际情况确定具体调速方案，包括逆变器与电机的对应关系、整流器与逆变器的对应关系（是否采用成组驱动）、制动部分的结构方式及配置规模、采用哪种控制方式等等,变频器的技术规范,在选用变频器时，用户通常都要查看该型号变频器的产品资料，每一个品牌的变频器都有多种规格型号供选择，一般通用变频器的技术数据分为型号及定货号、额定输入/输出参数、控制方式等，其中包括一些控制精度、控制参数、显示模式参数、保护特性参数及环境参数等五大类。这里介绍一下在实际工程应用中会涉及到的有关参数的一些知识，供选型时参考。,1容量通用变频器的容量用所适
13、用的电动机功率（kW）、输出容量（kVA）、额定输出电流（A）表示。其中最重要的是额定电流，它是指变频器连续运行时输出的最大交流电流的有效值。输出容量决定于额定输出电流与额定输出电压下的三相视在输出功率。日本产的通用变频器的额定输入电压往往是200V与220V、400V与440V共用不细分，变频器的输入电源电压常允许在一定范围内波动，因此，输出容量一般用作衡量变频器容量的一种辅助手段。但德国西门子公司的变频器对电源电压则规定得很严格。,日本的各变频器生产厂家在1993年达成了一个行业协议：变频器的型号规格中均标以所适用的电动机最大功率数（kW）。例如，富士公司的FRN30G11S-4表示产品型
14、号为FRENIC5000，标准适配电动机容量为30kW，系列名称为G11S，电源电压为400V。,变频器所适用的电机功率（kW）是以标准的2或4极电机为对象，在变频器的输出额定电流以内可以传动的电机功率。,380V、160W以下单台电动机与变频器间容量的 匹配关系参考表,2输入、输出参数额定输入参数包括电源输入相数、电压、频率、允许电压频率波动范围、瞬时低电压允许值（相当于标准适配电动机85%负载下的试验值）、额定输入电流和需要的电源容量。额定输出参数包括通用变频器的额定输出电压（不能输出比电源电压高的电压）、额定输出电流（在驱动低阻抗的高频电动机等场合，允许输出电流可能比额定值小）、额定过载
15、电流倍数、额定输出频率等。变频器的最高输出频率因型号的不同而差别很大，通常有50Hz/60Hz、120Hz、240Hz、400Hz或更高，通用变频器中大容量的大都属于50/60Hz这一类，而最高输出频率超过工频的变频器多为小容量。,关于输出频率的调节范围同样因通用变频器型号的不同而不同，较常见的有0.5400Hz。400Hz以上属中频。 输出频率的精度通常给出两种指标：模拟设定（如最高频率的0.2%）和数字设定（如最高频率的0.01%）。输出频率的设定分辨率通常给出三种指标：模拟设定（如最高频率的1/3000，例如60Hz时为0.02Hz等）、数字设定（如小于99.99Hz时为0.01Hz，大
16、于100.0Hz时为0.1Hz等）和串行通信接口链接设定（如最高频率的1/20000，小于60Hz时为0.003Hz，120Hz时为0.006Hz等）。,控制参数,选用变频器时可根据控制参数及其说明选择所需要的参数，并核对与自己的需要是否相符，有些参数可能用不上，可以不予考虑。 频率上下限。通常预设的频率上限值和下限值 跳越频率控制。通常设定跳越点的个数、跳越频率设定范围等，主要用于避免机械共振。 瞬时过载能力。根据主回路半导体器件的过载能力，通用变频器的电流瞬时过载能力常常设计成150%额定电流、1min，或120%额定电流、1min。与标准异步电动机（过载能力通常为200%左右）相比较，变频器的过载能力较小。,变频器类型的选择,变频器类型选择的基本原则是根据负载的要求进行选择。选择方法如下：,
