变频器的原理组成

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1、1、什么是变频器？变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频（50Hz）电源变换为另一频 率的电能控制装置。2 变频器的组成：变频器实际上就是一个逆变器.它首先是将交流电变为直流电.然后用电子元 件对直流电进行开关 .变为交流电.一般功率较大的变频器用可控硅 .并设一个可 调频率的装置.使频率在一定范围内可调 .用来控制电机的转数.使转数在一定的 范围内可调，变频器广泛用于交流电机的调速中。变频器不仅调速平滑，范围大， 效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显。因此，交流变频调速已逐 渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛的 应用于煤炭、冶金、纺织、印染、空

2、调，烟机生产线及楼宇、供水等领域。变频 器一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。1. 整流电路整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独的一 块整流模块.2. 平波电路平波电路在整流器、整流后的直流电压中含有电源6倍频率脉动电压，此外 逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动，为了抑制电压波动采用电容和电感吸 收脉动电压（电流），一般通用变频器电源的直流部分对主电路而言有余量，故省 去电感而采用简单电容滤波平波电路。3. 控制电路现在变频调速器基本系用16位、32位单片机或DSP为控制核心，从而实现 全数字化控制。变频器是输出电压和频率可调的调速装置。提供控

3、制信号的回路称为主控制 电路，控制电路由以下电路构成：频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、 电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”。运算电路的控制信号送至“驱动电路”以及逆变器和电动机的“保护电路变频器采取的控制方式有：速度控制、转矩控制、PID控制或其它方式4 逆变电路 逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交流电 压，以所确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断。从而可以在输出 端 U、 V、 W 三相上得到相位互差 120电角度的三相交流电压3.IGBTIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）,绝缘栅双极型功率管，

4、是由 BJT（双 极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式电力电子 器件,IGBT驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上 的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。当输出3KV13.8KV电压的变频器称为高压变频器，在国外称为中压变频 器,国内称为高压, 高压主要是与低压变频器相对而言的，国内常用的电压等级为 3300V，4160V,6000V，其分类方式有三种：按输出电压方式：高高型：直接输出高压，变频器输出没有升压变压器 高低高型：中间使用低压变频器，后面升压变压器按中间环节类型电压源：中间直流环节为电容电流源：中间

5、直流环节为电感按逆变器电路结构型式三电平（中心点钳位）GTO/SGCT 电流源型逆变器功率单元电压串联结构，完美无谐波罗宾康高压变频器就是基于这种电路结 构型式。一般高压变频器拓扑结构都由三部分组成:整流电路将输入交流变为直流； 中间为直流环节，它用于滤波和能量储存；逆变电路又把直流逆变为交流，并对 输出的电压或电流和频率进行协调控制。变频器一般有五个独立的部件，即输入 滤波器，功率因数补偿，隔离变压器，变频装置和输出滤波器，由于罗宾康高压 变频器有较好的输入/输出特性，因此其主要部分仅需隔离变压器和变频器。 5罗宾康完美无谐波变频器5.1 完美无谐波变频器介绍完美无谐波变频器是罗宾康公司设计

6、制造的脉宽调制交流变频电机驱动器 系列。完美无谐波变频器系统具有如下优点品质：提供纯净的输入特性，提供高 功率因数，提供几近完美的正弦波输出。（1）纯净电源输入 完美无谐波变频器系列符合最严格的电压、电流谐波畸变标准 IEEE 519 1992 的要求，即使在输入容量不大于变频器额定容量的情况下也能满足。该变 频器系列能保护其它在线设备（如计算机、电话、电子镇流器等）免受谐波干扰， 同时能防止与其它调速装置发生串扰。纯净输入特性使您无须费时、费力地进行 谐波/谐振分析，也节省了使用谐波滤波器的费用。（2）高功率因数和几近完美的正弦波输入电流功率因数是测量为负载提供有功功率的电流成分的方法。功率

7、因数通常用百 分比表示。高功率因数变频器（如 95%）利用输入线电流向马达提供有功功率的 效果要比低功率因数变频器（如 30%）好很多。低功率因数变频器通常产生方波 电流，这会引起谐波和其它相关的谐振问题。完美无谐波系列变频器获取几近完美的正弦波输入电流使得其功率因数在 整个调速范围内，无须使用外部功率因数补偿电容即可超过 95%。这样避免了功 率因数低引起的罚款，同时改善了电压状况。另外，配电柜、断路器和变压器不 会因无功功率而引起过载。使用标准感应马达，就能在整个速度范围内保持稳定 的高功率因数，所以在低速应用场合使用完美无谐波系列变频器收益更大。（3）几近完美的正弦波输出电压 完美无谐波

8、系列变频器的设计使得变频器本身提供正弦波输出而无须使用 外部输出滤波器。这意味着变频器只产生极少的失真电压波形，其产生的马达噪 声根本感觉不到。另外，马达也不必降额使用（该变频器可应用于新的或已有的 1.0 利用率马达）。事实上，完美无谐波变频器消除了变频器引发的使电机发热 的有害谐波。同时，变频器引发的转矩脉动也被消除（即使在低速范围），因此 降低了机械设备的应力，共模电压和 dV/dt 产生的应力也减至最小。5.2 完美无谐波变频器的工作原理罗宾康6kV高压变频器拓扑结构原理图见图1,它是基于功率单元电压串联 结构，图中A, B，C即为功率单元，其原理图见图2,变频器输入三相交流电压， 可

9、任选电压等级，星形或三角连接，输出6kV7.2kV，可直接接入三相感应电机。6kY系列拓扑结构图 1 罗宾康高压变频器拓扑结构原理图1. 输入谐波和整流电路根据GB/T14549-93国家标准，对电压而言，6KV和10KV电网要求电压总谐波不超过4%,对电流而言，在基准短路容量为100MVA的条件下，对每次谐波电流的幅值分别提出了具体的要求，对 6KV 电网将各次谐波换算成百分比也为 4%左右，谐波超标会使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗, 并将导致继电 保护和自动装置的误动作，影响各种电器设备的正常工作。按照输入谐波标准并 对照各种整流电路可以得出下列结论：整流电路脉冲数至少多于 18

10、脉 冲（含 18 脉冲）才能满足输入谐波的标准。罗宾康高压变频器 6KV 输入整流电路为 36 脉冲二极管整流电路，由于这种 多重化设计形成多脉冲整流，有效消除输入谐波. 谐波量很少。输入谐波电流失 真小于 2%，输入谐波远远小于规定的标准，在不用滤波器情况下不会对电网产 生影响。2输入功率因数变频器输入功率因数主要与变频器中间直流环节 （电压源型或电流源型 ）有 关。电压源型直流环节为电容，电机需要的无功电流由电容提供，而不需要和电 网交换，变频器输入功率因数高，在整个速度范围段内基本保持不变。电流源型 直流环节为大电感，电机需要的无功电流还需与电网交换，功率因数较低，且随 着电机负载的降低

11、而降低。罗宾康高压变频器的输入功率因数大于 0.95，可改 善电网系统的质量，并提高电网输入侧的总功率因数。3输出谐波和逆变电路变频器输出波形 包括输出谐波、dv/dt、共模电压等指标，变频器输出波形 与变频器逆变器的结构密切相关。罗宾康高压变频器采用功率单元电压串联多电 平移相式PWM电压源型逆变器，对6KV输入逆变器采用13电平PWM电压源型， 图2中功率单元的逆变功率器件采用IGBT，驱动简单，成熟可靠，驱动功率小, 其他型号高压变频器逆变功率器件需要使用6500V高压IGCT或高压IGBT，驱 动较复杂，驱动功率大，备件贵且不易购买。变频器输出波形中的谐波成分会引起电机的附加发热和转矩

12、脉动，输出 dv/dt 和共模电压会影响电机的绝缘。罗宾康高压变频器输出的波形与正弦波非 常相似，而且dv/dt幅值小，约为900V,不必设置输出滤波器，变频器能直接 输出6000VAC，可以使用原有的普通旧国产异步电机。在国内大部分应用中都是6KV旧国产电机，其中很多绝缘等级都是B级，这对水泥厂交流传动技术改造也 是可行的，不需更换电机。功率单元（power cell结构图 2 功率单元结构图为确保罗宾康高压变频器工作可靠，还设置了冗余结构，具有功率单元旁路 功能的选件，即使在一个功率单元故障的情况下变频仍能满载运行，可靠性极高； 包括输入变压器和变频器在内的系统满载时，其效率可达 97%，

13、噪音小于 75db。罗宾康高压变频器具有极其灵活的通讯功能，除有标准的输入输出信号接口 外，还可通过 RS485 或标准的以太网端口，可以和个人 PC 连接，并对变频器进 行设置和控制，它也支持多种通讯协议，如PROFIBUSDP, Device Net, Modbus Plus 等6 完美无谐波系列变频器的特点及优点 完美无谐波系列高压变频器自从 94年投放市场以来，不断改进发展，最新 推出的基于Pentium处理器全数字控制系统的新一代变频器除了原有完美无谐 波系列变频器固有优点外，更增加了下列卓越性能：1. 高性能矢量控制和无速度传感器矢量控制，开环转速精度达 0.5%，起动 力矩超过

14、150%。2. 电机参数自动监测，控制系统自动优化。3. 新型功率单元旁路技术，故障单元250ms内自动旁路，支持中心点偏移式 旁路方案（专利技术），故障单元旁路后，6KV输出电压等级变频器输出电压可 维持 94%以上，保证系统无间断运行。4. 双频制动（专利技术），大幅度提高电压源型变频器的制动力矩。5内置式PLC，采用IEC1131标准编程语言，所有模拟量，数字量I/O 口可 编程，可扩展。6工业标准通信接口，并支持远程监控功能。7.基于PC机和Windows操作系统的中/英文显示图形界面，可对变频器进行 参数设定，运行控制，变量实时显示、启示，故障诊断，一台上位机可控制多台 变频器。8功

15、率质量监控功能：在线监测变频器输入电压、电流、输入有功功率、无 功功率，输入功率因数，累计用电量，输出电压、电流、功率、频率、电机转速 等。9.支持变频运行和工频运行在线同步切换。10输出频率最高可达330HZ，支持高速电机。11.支持同步电（有刷/无刷），多相电机，中心点开启式电机，允许多电机 运行。完美无谐波高压变频器采用隔离变压器和电力电子部分集成一体式设计，具 有体积小，安装方便等优点，是目前整体尺寸最小的变频器。3、电压型与电流型有什么不同？变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回 路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直

16、流回路滤波石电感。 4、为什么变频器的电压与电流成比例的改变？异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下， 如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频 率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一 定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。6、采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流 以下（根据机种不同，为125%200%）。用工频电源直接起动时，起动电流为67 倍，因此， 将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动（起动时间变长）