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1、第二章第二章 变频器的分类与变频器的分类与特点特点第一章 回忆变频调速的原理和控制方式变频调速的机械特性负载性质电力电子器件2.1 变频器的分类变频器的分类变频器交-交变频器单相交-直-交变频器有环流按输出波形分按储能方式分按调压方式分电压型按相数分按环流情况分脉幅调制脉宽调制三相无环流正弦波方波电流型 变频器的功能就是将频率、电压都固定的交流电源变成频率、电压变频器的功能就是将频率、电压都固定的交流电源变成频率、电压都连续可调的三相交流电源。按照变换环节有无直流环节可以分为交都连续可调的三相交流电源。按照变换环节有无直流环节可以分为交交变频器和交直交变频器。交变频器和交直交变频器。 1交交-
2、直直-交变频器的各种结构交变频器的各种结构 1.按变换环节分类按变换环节分类交直交变频器的主电路可以分为以下几局部：交直交变频器的主电路可以分为以下几局部：1、整流电路、整流电路交直局部交直局部 整流电路通常由二极管或可控硅构成的桥式电整流电路通常由二极管或可控硅构成的桥式电路组成。根据输入电源的不同，分为单相桥式整路组成。根据输入电源的不同，分为单相桥式整流电路和三相桥式整流电路。我国常用的小功率流电路和三相桥式整流电路。我国常用的小功率的变频器多数为单相的变频器多数为单相220V输入，较大功率的变频输入，较大功率的变频器多数为三相器多数为三相380V线电压输入。线电压输入。2、中间环节、中
3、间环节滤波电路滤波电路 根据贮能元件不同，可分为电容滤波和电感滤波根据贮能元件不同，可分为电容滤波和电感滤波两种。由于电容两端的电压不能突变，流过电感两种。由于电容两端的电压不能突变，流过电感的电流不能突变，所以用电容滤波就构成电压源的电流不能突变，所以用电容滤波就构成电压源型变频器，用电感滤波就构成电流源型变频器。型变频器，用电感滤波就构成电流源型变频器。3、逆变电路、逆变电路直交局部直交局部 逆变电路是交直交变频器的核心局部，其中逆变电路是交直交变频器的核心局部，其中6个个三极管按其导通顺序分别用三极管按其导通顺序分别用 VT1VT6表示，与三极管表示，与三极管反向并联的二极管起续流作用。
4、反向并联的二极管起续流作用。 逆变电路的输出电压为阶梯波，虽然不是正弦波，逆变电路的输出电压为阶梯波，虽然不是正弦波，却是彼此相差却是彼此相差120的交流电压，即实现了从直流电到交的交流电压，即实现了从直流电到交流电的逆变。输出电压的频率取决于逆变器开关器件的流电的逆变。输出电压的频率取决于逆变器开关器件的切换频率，到达了变频的目的。切换频率，到达了变频的目的。 实际逆变电路除了根本元件三极管和续流二极管外，实际逆变电路除了根本元件三极管和续流二极管外，还有保护半导体元件的缓冲电路，三极管也可以用门极还有保护半导体元件的缓冲电路，三极管也可以用门极可关断晶闸管代替。可关断晶闸管代替。 VT1V
5、T3VT5VT2VT4VT6OCAB整流电路 滤波电路 逆变电路 变频器的主电路UdZA 三相电ZBZC2交交-交变频器交变频器单相输出交单相输出交- -交变频电路的原理框图，电路由交变频电路的原理框图，电路由P P正组和正组和N N负组反并联的晶闸管变流电路构成，负组反并联的晶闸管变流电路构成，两组变流电路接在同一个交流电源，两组变流电路接在同一个交流电源，Z Z为负载。为负载。交-交变频器结构图交交-交变频器的特点为：交变频器的特点为： 1) 因为是直接变换，没有中间环节，所以因为是直接变换，没有中间环节，所以比一般的变频器效率要高。比一般的变频器效率要高。 2) 由于其交流输出电压是直接
6、由交流输入由于其交流输出电压是直接由交流输入电压波的某些局部包络所构成，因而其输出频电压波的某些局部包络所构成，因而其输出频率比输入交流电源的频率低得多，输出波形较率比输入交流电源的频率低得多，输出波形较好。好。 3) 由于输出上限频率不高于电网频率的由于输出上限频率不高于电网频率的1/31/2，因受电网频率限制，通常输出电压，因受电网频率限制，通常输出电压的频率较低。的频率较低。 4)交交-交变频电路采用的是相位控制方式，交变频电路采用的是相位控制方式，因此其输入电流的相位总是滞后于输入电压，因此其输入电流的相位总是滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。功率因数较低，特别需要电网提供无功功率
7、。功率因数较低，特别是在低速运行时更低，需要适当补偿。是在低速运行时更低，需要适当补偿。 2. 按直流电源的性质分类按直流电源的性质分类 1电流型电流型 优优点点：当当电电动动机机处处于于再再生生发发电电状状态态时时，回回馈馈到到直直流流侧侧的的再再生生电电能能可可以以方方便便地地回回馈馈到到交交流流电电网网，不不需需在在主主电电路路内内附附加加任任何何设设备备，只只要要利利用用网网侧侧的的不不可可逆逆变变流流器器改改变变其其输输出出电电压压极性控制角极性控制角90即可。即可。2电压型电压型 特点特点:中间直流环节的储能元件采用大电容，负载中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它
8、来缓冲。由于大电容的作用，主电路的无功功率将由它来缓冲。由于大电容的作用，主电路直流电压直流电压UD比较平稳，电动机端的电压为方波或阶梯波。比较平稳，电动机端的电压为方波或阶梯波。直流电源内阻比较小，相当于电压源，故称为电压源型直流电源内阻比较小，相当于电压源，故称为电压源型变频器或电压型变频器。变频器或电压型变频器。3. 3. 按输出电压调节方式分类按输出电压调节方式分类1脉冲幅值调节脉冲幅值调节PAM 特点是特点是:变频器在改变输出频率的同时，也改变了电变频器在改变输出频率的同时，也改变了电压的幅值，故称为脉幅调制，常用压的幅值，故称为脉幅调制，常用PAMPulse Amplitude M
9、odulation表示。表示。 PAM需要同时调节两个局部：整流局部和逆变局部需要同时调节两个局部：整流局部和逆变局部 PAM调制的输出电压 2 2脉冲宽度调节脉冲宽度调节PWMPWM 把每半个周期内输出电压的波形分割成假设干个脉冲波，每个脉冲的宽度为t1，每两个脉冲间的间隔宽度为t2 ，那么脉冲的占空比为 特点是，变频器在改变输出频率的同时，也改变输出电压的脉冲占空比幅值不变，故称为脉宽调制，常用PWM表示。 脉宽调制的输出电压 在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的当正弦值
10、为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔那么最小。间隔那么最小。当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔那当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔那么较大。么较大。图 SPWM的输出电压 在图脉冲系列中，各脉冲的宽度以及相互间的间隔宽度是由正弦波基准波或调制波和等腰三角波载波的交点来决定主开关器件V1或V2的导通时间而实现调压的。利用脉冲宽度的改变来得到幅值不同的正弦基波电压。这种参考信号为正弦波、输出电压平均值近似为正弦波的PWM方式称为正弦PWM方式，简称SPWM控制方式。4. 按变频控制方式分类 U/f控制变频器转差频率控制变频器矢量控制变频器(1) U/f控制方式U U
11、/ /f f控控制制是是在在改改变变电电动动机机电电源源频频率率的的同同时时改改变变电电动动机机电电源源的的电电压压，使使电电动动机机磁磁通通保保持持一一定定，在在较较宽宽的的调调速速范范围围内内，电电动动机机的的效效率率、功功率率因因数数不不下下降降。因因为为是是控控制制电压与频率之比，所以称为电压与频率之比，所以称为U U/ /f f控制。控制。U U/ /f f控制又称控制又称VVVFVVVF控制方式。该类变频器大多采用控制方式。该类变频器大多采用1616位位单片机，属于近似的恒磁通控制方式。单片机，属于近似的恒磁通控制方式。该控制方式是普通功能型通用变频器的核心功能。该控制方式是普通功
12、能型通用变频器的核心功能。为保证通用变频器的性能，通常还有瞬时停电再起动为保证通用变频器的性能，通常还有瞬时停电再起动功能、变频器和电网间的自动切换功能、控制信号的功能、变频器和电网间的自动切换功能、控制信号的设定、调整功能，联锁信号的输入和输出功能以及对设定、调整功能，联锁信号的输入和输出功能以及对变频器、电动机的保护功能，对故障信息的存储和显变频器、电动机的保护功能，对故障信息的存储和显示功能等。示功能等。3个缺点: 1. 引起变频器的过电流跳闸 2. U/f控制方式的静态稳定性不高 3.电动机的转速很低时，转矩缺乏 (2)转差频率控制方式 转差频率是施加于电动机的交流电源频率与电动机速度
13、的差频率。根据异步电动机稳定数学模型可知，当频率一定时，异步电动机的电磁转矩正比于转差率，机械特性为直线。转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转矩和电流。 其实现思想是：通过检测电动机的实际转速，根据设定频率与实际频率的差对输出频率进行连续的调节，从而使输出频率始终满足电动机设定转速的要求。因为其根本结构是转速闭环控制系统，所以在调整转速的同时，对输出转矩也进行了控制。 (3) 矢量控制方式 矢矢量量控控制制是是通通过过控控制制变变频频器器输输出出电电流流的的大大小小、频频率率及及相相位位，用用以以维维持持电电动动机机内内部部的的磁磁通通为设定值，产生所需的转矩。为设定值，产生所需的转矩。
14、根根据据交交流流电电动动机机的的动动态态数数学学模模型型、利利用用坐坐标标变变换换的的手手段段，将将交交流流电电动动机机的的定定子子电电流流分分解解成成励励磁磁分分量量电电流流和和转转矩矩分分量量电电流流，并并分分别别加加以以控控制制，从从而而控控制制了了电电动动机机的的转转矩矩，即即模模仿仿自自然然解解耦耦的的直直流流电电动动机机的的控控制制方方式式，对对电电动动机机的的磁磁场场和和转转矩矩分分别别进进行行控控制制，以以获获得得类类似似于于直直流流调调速系统的动态性能速系统的动态性能。 矢量控制方式是一种高性能的异步电动机的控制方式，不仅使控制系统的动态响应快、低频时电磁转矩大，而且控制灵活，矢量控制变频器的调速性能可以完全到达直流调速的调速精度和过度过程快速性要求。5. 按用途分类1通用变频器 它适用于对调速性能没有严格要求的场合，随着变频技术的进一步开展，通用变频器开展为以节能运行为主要目的的风机、泵类等平方转矩负载使用的平方转矩变频器和以普通恒转矩机械为主要控制对象的恒转矩变频器。2专用变频器 某个方面的性能指标极高，因而可以实现高控制要求，但相对价格较高。专用变频器又分为高性能专用变频器、高频变频器和高压变频器。 作业：1、从不同角度给变频器进行分类？ 下节课见!
