变频调速技术及其应用

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1、讲授者：王孝俭水利与建筑工程学院变频调速技术及其应用变频调速技术及其应用多年来，国家经贸委一直会同国家有关部多年来，国家经贸委一直会同国家有关部门致力于变频调速技术的开发及推广应用，在门致力于变频调速技术的开发及推广应用，在技术开发、技术改造方面给予了重点扶持，组技术开发、技术改造方面给予了重点扶持，组织了变频调速技术的评测推荐工作，并把推广织了变频调速技术的评测推荐工作，并把推广应用变频调速技术作为风机、水泵节能技改专应用变频调速技术作为风机、水泵节能技改专项的重点投资方向，同时鼓励单位开展统贷统项的重点投资方向，同时鼓励单位开展统贷统还方式，抓开发、抓示范工程、抓推广应用。还方式，抓开发、

2、抓示范工程、抓推广应用。国家成力了风机水泵节能中心，开展信息咨询国家成力了风机水泵节能中心，开展信息咨询和培训。和培训。19951997年年3年间我国风机水泵变年间我国风机水泵变频调速技术改造投入资金频调速技术改造投入资金3.5亿元，改造总容量亿元，改造总容量达达100万万kW，可年节电，可年节电7亿亿kWh，平均投资回，平均投资回收期约收期约2年。年。 绪绪 论论 19971997年朱榕基总理在国家经贸委上报的年朱榕基总理在国家经贸委上报的“关关于风机、水泵节能改造工作情况的报告于风机、水泵节能改造工作情况的报告”上明确上明确指示指示“这件事抓得好这件事抓得好”。19981998年年1 1月

3、月1 1日实施的日实施的中华人民共和国节约能源法中华人民共和国节约能源法第第3939条，已将变条，已将变频调速列入通用节能技术加以推广。在国家经贸频调速列入通用节能技术加以推广。在国家经贸委委“九五九五”资源节能综合利用工作纲要资源节能综合利用工作纲要中，中，变频调速已被列入重点组织实施的变频调速已被列入重点组织实施的1010项资源节约项资源节约综合利用技术改造示范工程之一。综合利用技术改造示范工程之一。由国家经贸委由国家经贸委和国家计划委员会在和国家计划委员会在2001年制订了年制订了节约用电管节约用电管理办法理办法，着重推荐了变频调速技术，着重推荐了变频调速技术 . 变频器产生的最初用途是

4、速度控制，但目前在国内变频器产生的最初用途是速度控制，但目前在国内应用较多的是节能。中国是能耗大国，能源利用率很低，应用较多的是节能。中国是能耗大国，能源利用率很低，而能源储备不足。在而能源储备不足。在20032003年的中国电力消耗中，年的中国电力消耗中，60-7060-70为动力电，而在总容量为为动力电，而在总容量为5.85.8亿千瓦的电动机总容量中亿千瓦的电动机总容量中，只有不到，只有不到20002000万千瓦的电动机是带变频控制的。据分万千瓦的电动机是带变频控制的。据分析，在中国，带变动负载、具有节能潜力的电机至少有析，在中国，带变动负载、具有节能潜力的电机至少有1.81.8亿千瓦。因

5、此国家大力提倡节能措施，并着重推荐了亿千瓦。因此国家大力提倡节能措施，并着重推荐了变频调速技术。变频调速技术。研究显示，电力行业研究显示，电力行业20032003年的变频器市场规模就达年的变频器市场规模就达到到2.52.5亿元。因此，变频器的节能应用前景非常广阔亿元。因此，变频器的节能应用前景非常广阔。市场调查显示，市场调查显示，20032003年变频器在纺织与化纤行业的年变频器在纺织与化纤行业的市场规模超过了市场规模超过了1010亿元。亿元。此外，在食品、饮料、包装、造纸、机床、电梯等此外，在食品、饮料、包装、造纸、机床、电梯等行业，国内企业需要扩大生产规模，提高生产技术，因行业，国内企业需

6、要扩大生产规模，提高生产技术，因此变频器的应用前景和发展潜力都不可小视。此变频器的应用前景和发展潜力都不可小视。 一、变频调速技术的概念一、变频调速技术的概念二、变频调速技术的优点二、变频调速技术的优点三、变频调速技术的调速原理三、变频调速技术的调速原理四、变频调速器的分类四、变频调速器的分类五、变频器的主要性能指标五、变频器的主要性能指标六、变频器在各个领域的典型应用六、变频器在各个领域的典型应用 七、变频调速技术涉及的控制技术七、变频调速技术涉及的控制技术 八、变频调速技术的发展趋势八、变频调速技术的发展趋势 变频调速技术及其应用变频调速技术及其应用一、变频调速技术的概念一、变频调速技术的

7、概念1 1、什么叫变频调速技术、什么叫变频调速技术 变频调速技术是一种以改变电机供电电变频调速技术是一种以改变电机供电电源频率和电压来达到电机调速目的的技术源频率和电压来达到电机调速目的的技术 目前，无论哪种机械调速，都是通过目前，无论哪种机械调速，都是通过电机来实现的。从大范围来分，电机有直电机来实现的。从大范围来分，电机有直流电机和交流电机。过去的调速，多数用流电机和交流电机。过去的调速，多数用直流电机，由于直流机调速容易实现。但直流电机，由于直流机调速容易实现。但直流机固有的缺点：滑环和碳刷要经常拆直流机固有的缺点：滑环和碳刷要经常拆换，给人们带来太大的麻烦。换，给人们带来太大的麻烦。

8、因此有人就想，如果把可靠简单的笼因此有人就想，如果把可靠简单的笼式交流电机用来调速那该多好！因而就出式交流电机用来调速那该多好！因而就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速、液力偶合调速子串电阻调速、串极调速、液力偶合调速等交流调速方式。当然也出现了滑差电机、等交流调速方式。当然也出现了滑差电机、绕线式电机、同步电机、这些都是交流电绕线式电机、同步电机、这些都是交流电机。机。怎样实现变频调速？怎样实现变频调速？利用变频器实现变频调速。利用变频器实现变频调速。变频器采用大功率电力电子器件作为功率元件，变频器采用大功率电力电子器件作为功率元

9、件，以单片机为核心进行控制，采用以单片机为核心进行控制，采用SPWM正弦脉宽正弦脉宽调制方式，是电力电子与计算机控制相结合的机调制方式，是电力电子与计算机控制相结合的机电一体化产品电一体化产品.它将随着功率元件和计算机技术的它将随着功率元件和计算机技术的发展，结构上做到体积小，重量轻；性能上优于发展，结构上做到体积小，重量轻；性能上优于以往的变极调速、串阻调速、串极调速、滑差电以往的变极调速、串阻调速、串极调速、滑差电机调速等交流电机调速方式机调速等交流电机调速方式,并且将会逐步以这种并且将会逐步以这种崭新的调速技术取代直流电机调速崭新的调速技术取代直流电机调速.用交流异步电用交流异步电机取代

10、直流电机，将使调速系统更加简单机取代直流电机，将使调速系统更加简单 。2、什么是变频器、什么是变频器? 变频器的全称为变频变压调速器。变频器是变频器的全称为变频变压调速器。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。为另一频率的电能控制装置。3 3、变频调速是时代的产物、变频调速是时代的产物 到到2020世纪世纪8080年代，由于电力电子技术，年代，由于电力电子技术，微电子技术和信息技术的发展，才出现微电子技术和信息技术的发展，才出现了对交流机来说最好的变频调速技术，了对交流机来说最好的变频调速技术，它一出现就以其优异的

11、性能逐步取代其它一出现就以其优异的性能逐步取代其它交流电机调速方式，乃至直流电机调它交流电机调速方式，乃至直流电机调速，而成为电气传动的中枢。因而说变速，而成为电气传动的中枢。因而说变频调速是时代的产物，只有在技术高度频调速是时代的产物，只有在技术高度发展的今天，才能实现。发展的今天，才能实现。 一是它的逆变部分都基于电流很大、电压很高一是它的逆变部分都基于电流很大、电压很高的电力电子器件来完成的。什么叫逆变：就是直流的电力电子器件来完成的。什么叫逆变：就是直流变交流（变交流（DCAC）那么交流变直流就叫整流（）那么交流变直流就叫整流（ACDC）。）。双极型：双极型： SCRSCR（晶闸管）（

12、晶闸管） GTR GTR （电力晶体管）、（电力晶体管）、 GTOGTO（门极可关断晶闸管）、（门极可关断晶闸管）、 SITHSITH（静电感应晶闸（静电感应晶闸管）等。管）等。 单极型：单极型：SITSIT（静电感应晶体管）、（静电感应晶体管）、MOSFETMOSFET（功率场控晶体管）等。（功率场控晶体管）等。 复合型：复合型： IGBTIGBT（绝缘栅双极型晶体管）（绝缘栅双极型晶体管） 、 MCTMCT（MOSMOS控制晶闸管）等。控制晶闸管）等。为什么说变频调速是基于电力电子、微电为什么说变频调速是基于电力电子、微电子、信息技术发展的产物？子、信息技术发展的产物？二是它的控制部分和负

13、载状态的检测是由二是它的控制部分和负载状态的检测是由CPU（32位计算机）来完成，这是微电子器件位计算机）来完成，这是微电子器件发展的结果。以发展的结果。以32位高速微处理器为基础的数字位高速微处理器为基础的数字控制模板有足够的能力实现各种控制算法。控制模板有足够的能力实现各种控制算法。三是内置三是内置420mA接口和接口和RS485等等各种接各种接口口可以和仪表、可以和仪表、计算机、可编程序控制器、计算机、可编程序控制器、DCS相接，通过总线相接，通过总线Profibus、Interbus通讯。通讯。具有远程控制的功能，容易对系统实现自动控具有远程控制的功能，容易对系统实现自动控制。制。二、

14、变频调速技术的优点二、变频调速技术的优点1、变频调速技术的三大优点、变频调速技术的三大优点（1）具有显著的节电效果。）具有显著的节电效果。（2）具有卓越的调速性能。）具有卓越的调速性能。高速响应、低噪声、大范围、高精度平滑高速响应、低噪声、大范围、高精度平滑无级调速。无级调速。（3）在国民经济各领域的广泛适用性。）在国民经济各领域的广泛适用性。由于变频调速技术的三大优点，使变频调速由于变频调速技术的三大优点，使变频调速技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了至关重要的手段。产量和质量提供了至关重要的手段。2、变频调速器的优良性能、变频调速

15、器的优良性能 目前变频调速器已全部采用了数字化技目前变频调速器已全部采用了数字化技术术, ,并且日趋小型化、高可靠性和高精度。从并且日趋小型化、高可靠性和高精度。从应用角度看，除了具有变频调速技术的三大应用角度看，除了具有变频调速技术的三大优点外还具有如下的优良性能：优点外还具有如下的优良性能：（1 1）体积小、重量轻、占地面积小；）体积小、重量轻、占地面积小； （2 2）保护功能完善，能自诊断显示故障所）保护功能完善，能自诊断显示故障所在，维护简便；在，维护简便； （3 3）操作方便、简单；）操作方便、简单； （4 4）内设功能多，可满足不同工艺要求；）内设功能多，可满足不同工艺要求；（5）

16、具有通用的外部接口端子，可同计算）具有通用的外部接口端子，可同计算机、机、PLC联机，便于实现自动控制；联机，便于实现自动控制；（6）软起动、软停机，具有电流限定和转）软起动、软停机，具有电流限定和转差补偿控制；差补偿控制；（7）电动机直接在线起动，起动转矩大，）电动机直接在线起动，起动转矩大，起动电流小，减小对电网和设备的冲击，并具起动电流小，减小对电网和设备的冲击，并具有转矩提升功能，节省软起动装置；有转矩提升功能，节省软起动装置；（8）功率因数高，节省电容补偿装置；）功率因数高，节省电容补偿装置；（9）与鼠笼式；转子电动机结合，使调速）与鼠笼式；转子电动机结合，使调速系统维护更加简单经济

17、。系统维护更加简单经济。2、变频调速器的优良性能、变频调速器的优良性能 1、变频调速原理变频调速原理由电工学可知，三相异步电动机的转速表达由电工学可知，三相异步电动机的转速表达式如下：式如下：n=60f(1-s)/p式中：式中：f为电源频率；为电源频率；p为电机的极对数；为电机的极对数；n为电为电机的转速；机的转速；s为转差率，为转差率，s=(n0-n)/n0。电机转速的单位为转每分（电机转速的单位为转每分（r/min)（1）变极调速：）变极调速：调速是有级的，电机特制。调速是有级的，电机特制。（2）变转差率调速：）变转差率调速：设备简单，投资少，可设备简单，投资少，可平滑调速，能量损耗较大，

18、运行费用大。平滑调速，能量损耗较大，运行费用大。三、变频调速节能原理三、变频调速节能原理 （3 3）变频调速：）变频调速： 由式由式(1)(1)可知，电机转速可知，电机转速n n与电源频率与电源频率f f成成正比，只要改变频率正比，只要改变频率f f即可改变电动机的转速，即可改变电动机的转速，当频率当频率f f在在0 050Hz50Hz的范围内变化时，电动机转的范围内变化时，电动机转速可在速可在0 03000 3000 r/min变化，变化，调节范围非常宽。调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。当频率的变化幅度很小时，宏观上度

19、调节的。当频率的变化幅度很小时，宏观上认为电机转速的变化是连续的，是无级差的。认为电机转速的变化是连续的，是无级差的。2、变频调速的节能原理变频调速的节能原理水泵的节电原理就是用调速控制代替节流水泵的节电原理就是用调速控制代替节流阀控制流量，这是一个节电的有效途径。阀控制流量，这是一个节电的有效途径。 水泵消耗的轴功率为水泵消耗的轴功率为 P=QH/P=QH/ 式中：式中：为流体容重；为流体容重；为泵的效率为泵的效率. . 由此可见，轴功率与由此可见，轴功率与Q，H的乘积成正比。的乘积成正比。c为传动机构的效率，机构的效率，b为水水泵的效率。的效率。曲线曲线1为泵在转速为为泵在转速为n1时时的

20、的Q-H性能曲线；曲线性能曲线；曲线2为管路阻力特性曲线为管路阻力特性曲线;曲曲线线3为关小阀门，流量为为关小阀门，流量为Q2时的管路阻力特性曲线时的管路阻力特性曲线;曲线曲线4为泵在转速为为泵在转速为n2时时的的Q-H性能曲线性能曲线;A，B，C为水泵的工况点为水泵的工况点. 图图1变频调速器的节能原理图变频调速器的节能原理图 水泵的特性曲线如下图所示水泵的特性曲线如下图所示.因此在工况点因此在工况点A A，轴功率与，轴功率与Q Q1 1和和H H1 1的乘积面积的乘积面积AHAH1 1OQOQ1 1成正比成正比. .根据工根据工艺要求，当流量从艺要求，当流量从Q Q1 1减少到减少到Q Q

21、2 2时，时，如采用阀门调节方法相当于增加如采用阀门调节方法相当于增加管路阻力，使管路阻力特性变到管路阻力，使管路阻力特性变到曲线曲线3 3，系统由原来的工况点，系统由原来的工况点A A变变到新的工况点到新的工况点B B运行压头反而运行压头反而与增加为与增加为H H2 2，轴功率与面积，轴功率与面积BHBH2 2OQOQ2 2成正比成正比，显然减少不多显然减少不多. . 如果采用转速调节，转速由如果采用转速调节，转速由n1降到降到n2.泵在转速为泵在转速为n2时的时的Q-H性性能曲线如曲线能曲线如曲线4所示，可见在同样流量所示，可见在同样流量Q2时，压头时，压头H3大幅度降大幅度降低，功率（与

22、面积低，功率（与面积CH3OQ2成正比）明显减少，节省的功率与面成正比）明显减少，节省的功率与面积积BH2H3C成正比成正比,很显然节能效益显著很显然节能效益显著.即便考虑到因转速的降即便考虑到因转速的降低而引起效率的降低及附加控制装置的效率的低而引起效率的降低及附加控制装置的效率的影响影响等，但节电等，但节电效果仍十分明显效果仍十分明显.以以水泵为例，水泵调速运行节电的水泵为例，水泵调速运行节电的理论理论之一之一是水泵学比例律是水泵学比例律. .由水泵学比例律可知，对于同一由水泵学比例律可知，对于同一台水泵，当以不同转速运行时，水泵的流量台水泵，当以不同转速运行时，水泵的流量Q Q，扬，扬程

23、程H H，轴功率，轴功率P P与转速与转速n n有如下关系有如下关系 Q Q1 1/Q/Q2 2=n=n1 1/n/n2 2 ,(1) ,(1) H H1 1/H/H2 2=(n=(n1 1/n/n2 2) )2 2 ，(2)(2) P P1 1/P/P2 2=(n=(n1 1/n/n2 2) )3 3 .(3) .(3)流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比功率与转速的立方成正比.由此可见，当降低转速时，由此可见，当降低转速时，功率的减少量远比流量的减少量大得多功率的减少量远比流量的减少量大得多.风机也遵循风机也遵循这个

24、这个规律规律，即风量与转速成正比，风压与转速的平，即风量与转速成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比方成正比，轴功率与转速的立方成正比.因此，降低因此，降低水泵或风机的转速，就有可能使单位供水量或风量水泵或风机的转速，就有可能使单位供水量或风量的电耗减少的电耗减少. 若转速下降若转速下降 20%20%，则轴功率下降到，则轴功率下降到51.2% 51.2% ；若；若转速下降转速下降 50%50%，则轴功率下降到，则轴功率下降到12.5% 12.5% ，即使考，即使考虑调速装置本身的损耗等因素，节电也是相当可虑调速装置本身的损耗等因素，节电也是相当可观的。观的。 由式（由式（3）

25、可知，采用变频调速时，变频器消耗）可知，采用变频调速时，变频器消耗功率为功率为P变频变频=P=(Q/Qe)3Pe.(7)如果采用阀门调节，电动机消耗功率近似为如果采用阀门调节，电动机消耗功率近似为P电电=（0.4+0.6Q/Qe）Pe.(8)从式（从式（7）和式（）和式（8）可见，当流量）可见，当流量Q变为额定变为额定流量的流量的50%时，采用变频调速时消耗功率为时，采用变频调速时消耗功率为0.125Pe。采用阀门调节流量时，电动机消耗功率。采用阀门调节流量时，电动机消耗功率0.7Pe，节电率为，节电率为82.1%，节电效果是很可观的。，节电效果是很可观的。四、变频器的分类及基本构成四、变频器

26、的分类及基本构成1、变频器的分类、变频器的分类 1 1）按变换的环节分类：按变换的环节分类： （1 1）交）交- -交变频器：交变频器：把频率固定的交流电源把频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的直接变换成频率连续可调的交流电源。其主要优点是没交流电源。其主要优点是没有中间环节，故变换效率高，有中间环节，故变换效率高，但其连续可调的频率范围窄，但其连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的一般为额定频率的1/2以下，以下，故他主要用于容量较大的低故他主要用于容量较大的低速拖动系统中。速拖动系统中。 （2 2）交）交- -直直- -交变频器：交变频器：先把频率固定的交流电先把频率固定的交流电经过

27、整流成直流电，再把直经过整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电三相交流电。由于把直流电逆变成交流电的环节较容易逆变成交流电的环节较容易控制，因此在频率的调节范控制，因此在频率的调节范围，以及改善变频后电动机围，以及改善变频后电动机的特性等方面，都具有明显的特性等方面，都具有明显的优势。目前迅速地普及应的优势。目前迅速地普及应用的主要是这一种。用的主要是这一种。2 2、按直流电源性质分类、按直流电源性质分类： （1 1）电流型变频器）电流型变频器 电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，

28、缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流环节内阻较大，故称电电压接近正弦波，由于该直流环节内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。电流型变频器的特点（优流源型变频器（电流型）。电流型变频器的特点（优点）是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于点）是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。负载电流变化较大的场合。（2 2）电压型变频器）电压型变频器 电压型变频器特点是中间直流环节的储能元电压型变频器特点是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来缓冲，件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲

29、，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合电压变化较大的场合。电压型变频器的主电路结构电压型变频器的主电路结构 3.3.按电压的调制方式分类按电压的调制方式分类(1)PAM(1)PAM脉幅调制脉幅调制 ( (PulseAmplitudeModulation )电压较高时 电压较低时 变频器输出电变频器输出电压的大小是通过压的大小是通过调节直流电压幅调节直流电压幅值来实现的，在值来实现的，在中小容量变频器中小容量变频器中，这种方式几中，这种方式几近绝迹。近绝迹

30、。(2)PWM(2)PWM脉宽调制脉宽调制( (PulseWidthModulation ) 变频器输出电压的大小变频器输出电压的大小是通过调节脉冲占空是通过调节脉冲占空比来实现的比来实现的 。目前普遍应用的是占空比按正弦。目前普遍应用的是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制规律安排的正弦波脉宽调制SPWMSPWM方式。方式。电压较高时 电压较低时 4 4、变频器按其供电电压分类、变频器按其供电电压分类 （1 1）低压变频器）低压变频器 ( 110V 220V 380V ) ( 110V 220V 380V ) （2 2）中压变频器）中压变频器 ( 500V( 500V660V 1140V )

31、 660V 1140V ) （3 3）高压变频器）高压变频器 ( 3KV 3.3KV 6KV ( 3KV 3.3KV 6KV 6.6KV 10KV )6.6KV 10KV )。 变频器变频器其他分类方法：其他分类方法： 按供电电源的相数分为：单相和三相按供电电源的相数分为：单相和三相按其输出功率大小分为：小功率变频器、中功率变频按其输出功率大小分为：小功率变频器、中功率变频 器和大功率变频器；器和大功率变频器；变频器按其功能分为：恒转矩（恒功率）变频器按其功能分为：恒转矩（恒功率）通用通用型变频型变频 器、平方转矩器、平方转矩风机水泵风机水泵专用专用变频器、变频器、纺织纺织专用型专用型 变频器

32、、变频器、电梯电梯专用变频器等。专用变频器等。2、通用变频器的基本电路及其功能、通用变频器的基本电路及其功能 通用变频器的基本电路由整流部分、滤波部分、逆通用变频器的基本电路由整流部分、滤波部分、逆变部分、控制电路变部分、控制电路4个主要部分组成。个主要部分组成。通用变频器基本电路通用变频器基本电路4个主要组成部分的功能个主要组成部分的功能: 4 4控制电路，是用来产生输出逆变桥所需要的各驱动控制电路，是用来产生输出逆变桥所需要的各驱动信号，这些信号是受外部指令决定的，有频率、频率上升信号，这些信号是受外部指令决定的，有频率、频率上升下降速率、外部通断控制以及变频器内部各种各样的保护下降速率、

33、外部通断控制以及变频器内部各种各样的保护和反馈信号的综合控制等。和反馈信号的综合控制等。 2 2滤波部分，把脉动较大的交流电进行滤波变成比较滤波部分，把脉动较大的交流电进行滤波变成比较平滑的直流电。平滑的直流电。 3 3逆变部分，把直流电又转换成三相交流电，这种逆逆变部分，把直流电又转换成三相交流电，这种逆变电路一般是利用功率开关元件按照控制电路的驱动、输变电路一般是利用功率开关元件按照控制电路的驱动、输出脉冲宽度被调制的出脉冲宽度被调制的PWMPWM波，或者正弦脉宽调制波，或者正弦脉宽调制SPWMSPWM波，波，当这种波形的电压加到负载上时，由于负载电感作用，使当这种波形的电压加到负载上时，

34、由于负载电感作用，使电流连续化，变成接近正弦形波的电流波形。电流连续化，变成接近正弦形波的电流波形。 1 1整流部分，把交流电压变为直流电压整流部分，把交流电压变为直流电压。五、变频器的主要性能指标五、变频器的主要性能指标1.输入电压等级：如：输入电压等级：如：380V、660V、3300V、6000V或或10000V2.容量（或功率）：容量（或功率）：KVA或或KW如：如：30KW、55KW、300KW、200KVA3.输入电压范围：如：输入电压范围：如：320V560V、208240V、380500V+/-10%4.输入频率范围：如输入频率范围：如4763Hz、4555Hz5.整体满载效率

35、整体满载效率96.5%包括变压器包括变压器6.输入功率因数输入功率因数0.95（20%以上负载）以上负载）7.输出频率调节范围：如：输出频率调节范围：如：0400Hz，0480Hz1、主要技术指标、主要技术指标8.8.过载能力：过载能力： 额定电流的额定电流的1.251.25倍倍/60/60秒；额定电流秒；额定电流的的150%/60150%/60秒秒9.9.输出频率分辨率：输出频率分辨率：0.01Hz0.01Hz、0.02Hz0.02Hz10.10.输出频率准确度：输出频率准确度：0.05Hz0.05Hz11.11.输出电压准确度：输出电压准确度：0.5%0.5%12.12.存储温度：如：存储

36、温度：如：-40-40+70 +70 、-20-2080 80 13.13.运行温度：如：运行温度：如： 0 040 40 、0 050 50 14.14.保护等级：如：保护等级：如： IP20IP20、IP21 IP21 、IP30IP3015.15.冷却方式：风扇冷却、冷却方式：风扇冷却、xuxu水冷却水冷却16.16.模拟量输入：如：模拟量输入：如：010V010V、-10+10V-10+10V、420mA420mA17.17.模拟量输出：如：模拟量输出：如：010V010V、 420mA420mA18.18.继电器输出继电器输出1 1：如：如：30VDC2A30VDC2A，240VAV

37、0.8A240VAV0.8A19.19.继电器输出继电器输出2 2：如：如：30VDC2A30VDC2A，240VAV0.8A240VAV0.8A20.20.RS485RS485接口：有或无接口：有或无 。如：。如：D D型型/ /端子端子21.21.PIDPID闭环控制：自带闭环控制：自带PIPI或自带或自带PIDPID22.22.变频器保护：接地、短路保护，欠压、过压、过变频器保护：接地、短路保护，欠压、过压、过热、过流保护。热、过流保护。2、变频器的基本功能、变频器的基本功能 1 1、频率给定的方式与选择、频率给定的方式与选择 (1) (1) 给定方式的基本含义给定方式的基本含义 要调节

38、变频器的输出频率，必须首先向变频器提供改变要调节变频器的输出频率，必须首先向变频器提供改变频率的信号，这个信号，称为频率给定信号，也有称为频率指频率的信号，这个信号，称为频率给定信号，也有称为频率指令信号或频率参考信号的。所谓给定方式，就是调节变频器输令信号或频率参考信号的。所谓给定方式，就是调节变频器输出频率的具体方法出频率的具体方法, , 也就是提供给定信号的方式。也就是提供给定信号的方式。 (2) (2) 面板给定方式面板给定方式通过面板上的键盘或电位器进行频率给定通过面板上的键盘或电位器进行频率给定( (即调节频率即调节频率) )的方式，称为面板给定方式，面板给定又有两种情况如图的方式

39、，称为面板给定方式，面板给定又有两种情况如图1 1所所示示: : (a) (a) 键盘给定频率的大小通过键盘上的升键键盘给定频率的大小通过键盘上的升键(键键) )和降键和降键(q(q键键) )来进行给定。键盘给定属于数字量给定，精度较高。来进行给定。键盘给定属于数字量给定，精度较高。 (b) (b) 电位器给定部分变频器在面板上设置了电位器，如图电位器给定部分变频器在面板上设置了电位器，如图1(a)1(a)所示。频率大小也可以通过电位器来调节。电位器给定属所示。频率大小也可以通过电位器来调节。电位器给定属于模拟量给定，精度稍低。于模拟量给定，精度稍低。 (3) (3) 外部给定方式外部给定方式

40、从外接输入端子输入频率给定信号，来调节变频器输从外接输入端子输入频率给定信号，来调节变频器输出频率的大小，称为外部给定，或远控给定。主要的出频率的大小，称为外部给定，或远控给定。主要的外部给定方式有外部给定方式有: :(a) (a) 外接模拟量给定外接模拟量给定电压信号：以电压大小作为给定信号。电压信号：以电压大小作为给定信号。电流信号：电流信号：以电流大小作为给定信号。以电流大小作为给定信号。 (b)外接数字量给定外接数字量给定通过外接开关量端子输入开关信号进行给定。通过外接开关量端子输入开关信号进行给定。(c)外接脉冲给定外接脉冲给定通过外接端子输入脉冲序列进行给定。通过外接端子输入脉冲序

41、列进行给定。(d)通讯给定通讯给定由由PLC或计算机通过通讯接口进行频率给定。或计算机通过通讯接口进行频率给定。 2 2、频率的限制功能、频率的限制功能 (1)(1)上、下限频率基础概念上、下限频率基础概念 (a) (a) 生产机械对转速范围的要求生产机械对转速范围的要求 生产机械根据工艺过程的实际需要，常常要求对生产机械根据工艺过程的实际需要，常常要求对转速范围进行限制。转速范围进行限制。 (b) (b) 变频器的上、下限频率变频器的上、下限频率根据生产机械所要求的最高与最低转速，以及电根据生产机械所要求的最高与最低转速，以及电动机与生产机械之间的传动比，可以推算出相对应的频率，动机与生产机

42、械之间的传动比，可以推算出相对应的频率，分别称为上限频率分别称为上限频率( (用用f fH H表示表示) )与下限频率与下限频率( (用用f fL L表示表示) )。 (2) (2) 上限频率与最高频率的关系上限频率与最高频率的关系 上限频率小于最高频率上限频率小于最高频率 上限频率比最高频率优先上限频率比最高频率优先 这是因为，上限频率是根据生产机械的要求来决定的，这是因为，上限频率是根据生产机械的要求来决定的，所以具有优先权。所以具有优先权。 3 3、加、减速的功能设置、加、减速的功能设置 变频器中，针对电动机在升、降速过程中的特点，变频器中，针对电动机在升、降速过程中的特点，以及生产实际

43、对拖动系统的各种要求，设置了许多相关的功能，以及生产实际对拖动系统的各种要求，设置了许多相关的功能，供用户进行选择。供用户进行选择。 (1) (1) 加、减速时间加、减速时间 (a) (a) 加速时间的定义加速时间的定义 变频器的输出频率从变频器的输出频率从0Hz0Hz上升到最高频率所需要的时间。上升到最高频率所需要的时间。(b) (b) 减速时间的定义减速时间的定义 变频器的输出频率从最高频率下降到变频器的输出频率从最高频率下降到0Hz0Hz所需要的时间。所需要的时间。 (2) (2) 加、减速方式加、减速方式 (a) (a) 加速方式加速方式加速过程中，变频器的输出频率随时间上升的关系曲线

44、，加速过程中，变频器的输出频率随时间上升的关系曲线，称为加速方式。变频器设置的加速方式有称为加速方式。变频器设置的加速方式有: :线性方式线性方式变频器的输出频率随时间成正比地上升，如图变频器的输出频率随时间成正比地上升，如图6(a)6(a)所示。所示。大多数负载都可以选用线性方式。大多数负载都可以选用线性方式。 S S形方式形方式 在加速的起始和终了阶段，频率的上升较缓，加速在加速的起始和终了阶段，频率的上升较缓，加速过程呈过程呈S S形，如图形，如图6(b)6(b)所示。例如，电梯在开始起动以及转入所示。例如，电梯在开始起动以及转入等速运行时，从考虑乘客的舒适度出发，应减缓速度的变化，等速

45、运行时，从考虑乘客的舒适度出发，应减缓速度的变化，以采用以采用S S形加速方式为宜。形加速方式为宜。半半S S形方式形方式 在加速的初始阶段或终了阶段，按线性方式加速在加速的初始阶段或终了阶段，按线性方式加速; ;而而在终了阶段或初始阶段，按在终了阶段或初始阶段，按S S形方式加速，如图形方式加速，如图6(c)6(c)和和6(d)6(d)所所示。图示。图6(c)6(c)所示方式主要用于如风机一类具有较大惯性的二次所示方式主要用于如风机一类具有较大惯性的二次方律负载中，由于低速时负荷较轻，故可按线性方式加速，以方律负载中，由于低速时负荷较轻，故可按线性方式加速，以缩短加速过程缩短加速过程; ;

46、高速时负荷较重，加速过程应减缓，以减小加高速时负荷较重，加速过程应减缓，以减小加速电流速电流; ; 图图6(d)6(d)所示方式主要用于惯性较大的负载。所示方式主要用于惯性较大的负载。(b)减速方式减速方式和加速过程类似，变频器的减速方式也分线性方式、和加速过程类似，变频器的减速方式也分线性方式、S形方形方式和半式和半S形方式。形方式。线性方式线性方式变频器的输出频率随时间成正比地下降，如图变频器的输出频率随时间成正比地下降，如图7(a)所示。大所示。大多数负载都可以选用线性方式。多数负载都可以选用线性方式。形方式形方式在减速的起始和终了阶段，频率的下降较缓，减速过程呈在减速的起始和终了阶段，

47、频率的下降较缓，减速过程呈形，如图形，如图7(b)7(b)所示。所示。半半S S形方式形方式在减速的初始阶段或终了阶段，按线性方式减速在减速的初始阶段或终了阶段，按线性方式减速; ; 而而在终了阶段或初始阶段，按在终了阶段或初始阶段，按S S形方式减速，如图形方式减速，如图7(c)7(c)和和7(d)7(d)所所示。示。减速时减速时S S形方式和半形方式和半S S形方式的应用场合和加速时相同。形方式的应用场合和加速时相同。4 4、变频器的控制功能、变频器的控制功能变频器运行的控制信号也叫操作指令，如起动、停止、正变频器运行的控制信号也叫操作指令，如起动、停止、正转、反转、点动、复位等。和频率给

48、定方式类似转、反转、点动、复位等。和频率给定方式类似, , 变频器操作变频器操作指令的输入方式也有指令的输入方式也有: : (1) (1) 键盘操作键盘操作 即通过面板上的键盘输入操作指令。大多数变频器的面板即通过面板上的键盘输入操作指令。大多数变频器的面板都可以取下都可以取下, , 安置到操作方便的地方安置到操作方便的地方, , 面板和变频器之间用延面板和变频器之间用延长线相联接长线相联接, , 从而实现了距离较远的控制从而实现了距离较远的控制, , 如图如图1 1所示。所示。 (2) (2) 外接输入控制外接输入控制 操作指令通过外接输入端子从外部输入开关信号来进行控操作指令通过外接输入端

49、子从外部输入开关信号来进行控制，如图制，如图2 2所示。外部的开关信号可以在远离变频器的地方来所示。外部的开关信号可以在远离变频器的地方来进行操作，因此，不少变频器把这种控制方式称为进行操作，因此，不少变频器把这种控制方式称为“远控远控”或或“遥控遥控”操作方式。操作方式。 变频器在出厂时，设定的都是键盘操作方式，用户如需要变频器在出厂时，设定的都是键盘操作方式，用户如需要采用外接输入控制，在使用前必须通过功能预置进行选择。采用外接输入控制，在使用前必须通过功能预置进行选择。外外接接输输入入控控制制 键键盘盘操操作作 外接输入控制端接受的都是开关量信号，所有端子大体上外接输入控制端接受的都是开

50、关量信号，所有端子大体上可以分为两大类可以分为两大类: : (1) (1) 基本控制输入端基本控制输入端 如运行、停止、正转、反转、点动、复位等。这些端子的如运行、停止、正转、反转、点动、复位等。这些端子的功能是变频器在出厂时已经标定的功能是变频器在出厂时已经标定的, , 不能再更改。不能再更改。 (2) (2) 可编程控制输入端可编程控制输入端 由于变频器可能接受的控制信号多达数十种，但每个拖动由于变频器可能接受的控制信号多达数十种，但每个拖动系统同时使用的输入控制端子并不多。为了节省接线端子和减系统同时使用的输入控制端子并不多。为了节省接线端子和减小体积，变频器只提供一定数量的小体积，变频

51、器只提供一定数量的“可编程控制输入端可编程控制输入端”，也，也称为称为“多功能输入端子多功能输入端子”。其具体功能虽然在出厂时也进行了。其具体功能虽然在出厂时也进行了设置，但并不固定，用户可以根据需要进行预置。常见的可编设置，但并不固定，用户可以根据需要进行预置。常见的可编程功能如多档转速控制、多档加程功能如多档转速控制、多档加/ /减速时间控制、升速减速时间控制、升速/ /降速控降速控制等制等; ; 5 5、变频器的内置程序控制功能、变频器的内置程序控制功能 5.1 5.1 基本概念基本概念 各种变频器都具有按时间控制的程序控制功能，在一个运各种变频器都具有按时间控制的程序控制功能，在一个运

52、行周期中，可以划分为若干个程序步。各程序步的工作频率、行周期中，可以划分为若干个程序步。各程序步的工作频率、运行时间以及加、减速的快慢都由用户根据生产工艺的需要来运行时间以及加、减速的快慢都由用户根据生产工艺的需要来进行预置。进行预置。 程序步是按运行频率的不同而划分的，如图所示。程序步是按运行频率的不同而划分的，如图所示。 5.2 5.2 变频器的功能设置变频器的功能设置 程序控制的选择功能程序控制的选择功能 有效选择有效选择 即选择程序控制功能是否有效。即选择程序控制功能是否有效。 循环选择循环选择 选择在一个运行周期结束后，是否需要周而复始选择在一个运行周期结束后，是否需要周而复始地循环

53、运行，或以何种状态运行。主要的方式有地循环运行，或以何种状态运行。主要的方式有: :单循环单循环: :运行一个周期后停止运行一个周期后停止; ;连续循环连续循环: :在无停机指令的情况下，循环不止在无停机指令的情况下，循环不止; ;循环一周后以最后程序步的转速运行。循环一周后以最后程序步的转速运行。 6 6、PIDPID控制功能控制功能 PIDPID控制的基础概念控制的基础概念 1 1） 自动调节的控制过程自动调节的控制过程 所谓自动调节控制，是指在生产过程中，对于某一个或若干个所谓自动调节控制，是指在生产过程中，对于某一个或若干个物理量进行自动调节的控制。在多数情况下，常常是恒值控制，如物理

54、量进行自动调节的控制。在多数情况下，常常是恒值控制，如恒压控制、恒温控制等。以空气压缩机为例，说明如下恒压控制、恒温控制等。以空气压缩机为例，说明如下: : (1) (1) 装置构成装置构成 如图所示，电动机如图所示，电动机M M拖动空气压缩机运转，使之产生压缩空气，拖动空气压缩机运转，使之产生压缩空气，并储存于储气罐中。储气罐中的空气要求保持一定的压力并储存于储气罐中。储气罐中的空气要求保持一定的压力P PT T, , 以便以便向用户提供压力稳定的压缩空气。向用户提供压力稳定的压缩空气。(2) (2) 控制过程控制过程 图中图中PTPT是储气罐要求保持的压力是储气罐要求保持的压力, , 称为

55、目标压力。称为目标压力。当用户的用气量增加，使储气罐内的实际压力小于目当用户的用气量增加，使储气罐内的实际压力小于目标压力时，电动机应加速，以增大储气罐内的空气压标压力时，电动机应加速，以增大储气罐内的空气压力，如图力，如图(a)(a)所示所示; ;反之，当用户的用气量减少，使储反之，当用户的用气量减少，使储气罐内的实际压力大于目标压力时，电动机应减速，气罐内的实际压力大于目标压力时，电动机应减速，以减小储气罐内的空气压力，如图以减小储气罐内的空气压力，如图(b)(b)所示。所示。2.2 PID2.2 PID控制系统的含义与构成控制系统的含义与构成(1) PID(1) PID调节的含义调节的含

56、义 PIDPID调节的全称是比例、积分、微分调节，是闭环控制中一调节的全称是比例、积分、微分调节，是闭环控制中一种重要的调节手段，目的是使被控物理量迅速而准确地无限接种重要的调节手段，目的是使被控物理量迅速而准确地无限接近于控制目标。从根本上说，是使空气压缩机产生压缩空气量近于控制目标。从根本上说，是使空气压缩机产生压缩空气量( (在本系统中，取决于电动机的转速在本系统中，取决于电动机的转速n nM M) )和用户用气量之间保持和用户用气量之间保持平衡。平衡。(2) PID(2) PID调节的控制信号调节的控制信号在实行在实行PIDPID调节时，必须至少有两种控制信号调节时，必须至少有两种控制

57、信号: : a) a)目标信号目标信号通常也称为目标值或目标给定信号通常也称为目标值或目标给定信号, , 是与被控物理量的控制目是与被控物理量的控制目标标( (如图中之如图中之P PT T) )对应的信号对应的信号, , 用用X XT T表示。在图表示。在图5 5中中, X, XT T的大小由的大小由电位器电位器R RP P根据实际要求给定根据实际要求给定, , 接至变频器的给定输入端接至变频器的给定输入端VRF(VRF(当当变频器的变频器的PIDPID功能有效时功能有效时, VRF, VRF端的作用将自动地由原来的频率端的作用将自动地由原来的频率给定转变为目标值给定给定转变为目标值给定);)

58、; b) b)反馈信号反馈信号也称为当前值，是通过传感器也称为当前值，是通过传感器SPSP测得的与被控物理量的实际值。测得的与被控物理量的实际值。对应的信号，用对应的信号，用X XF F表示，接至变频器的反馈输入端表示，接至变频器的反馈输入端V VPFPF。 （3 3）PIDPID调节功能：调节功能： 将随时对将随时对X XF F与与X XT T进行比较，以判断是否已经达到预定的控进行比较，以判断是否已经达到预定的控制目标。具体地说，它将根据两者的差值制目标。具体地说，它将根据两者的差值(X(XT T-X-XF F) )，利用比例，利用比例( () )、积分、积分( () )、微分、微分( (

59、) )的手段对被控物理量进行调整，直的手段对被控物理量进行调整，直至反馈信号与目标信号基本相等至反馈信号与目标信号基本相等(X(XT TXXF F) )，达到预定的控制目，达到预定的控制目标为止。标为止。 1)1)比例增益比例增益为了使储气罐维持一定的压力，空气压缩机必须保持运行状态。为了使储气罐维持一定的压力，空气压缩机必须保持运行状态。所以，将变频器的频率给定信号及输出频率保持在一定范围内所以，将变频器的频率给定信号及输出频率保持在一定范围内是必要的。为此是必要的。为此: : 令令X X式中，式中，X XG G频率给定信号频率给定信号; ; K KP P放大倍数，也叫比例增益。放大倍数，也

60、叫比例增益。就是说，将就是说，将(X(XT TX XF F) )放大了放大了P P倍后再作为频率给定信号，倍后再作为频率给定信号， 2) 2) 积分与微分控制积分与微分控制 (a) (a) 积分控制积分控制 为了消除系统的振荡，引入了积分环节，其目的是为了消除系统的振荡，引入了积分环节，其目的是: :使给定使给定信号信号X XG G的变化与乘积的变化与乘积K KP P(X(XT T-X-XF F) )对时间的积分成正比。意思是说，对时间的积分成正比。意思是说，尽管尽管K KP P(X(XT T-X-XF F) )一下子增大一下子增大( (或减小或减小) )了许多，但了许多，但X XG G只能在

61、只能在“积分积分时间时间”内逐渐地增大内逐渐地增大( (或减小或减小) )，从而减缓了，从而减缓了X XG G的变化速度，防的变化速度，防止了振荡。积分时间越长，止了振荡。积分时间越长，X XG G的变化越慢。的变化越慢。只要偏差不消除只要偏差不消除(X XT T-X-XF F0)0)，积分就不停止，从而能有效，积分就不停止，从而能有效地消除静差，如图地消除静差，如图(a)(a)所示。所示。但积分时间但积分时间(I)(I)太长，又会发生当用气量急剧变化时，被控量太长，又会发生当用气量急剧变化时，被控量( (压力压力) )难以迅速恢复的情况。难以迅速恢复的情况。 (b) (b) 微分控制微分控制

62、 微分控制是根据偏差变化率的大小，提前给出一个相应的微分控制是根据偏差变化率的大小，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，克服了因积分时间太长而使调节动作，从而缩短了调节时间，克服了因积分时间太长而使恢复滞后的缺点，如图恢复滞后的缺点，如图(b)(b)所示。所示。1、使用变频器的目的和效益、使用变频器的目的和效益变频器在工业生产领域（电力、纺织与化纤、建变频器在工业生产领域（电力、纺织与化纤、建材、石油、化工、冶金、市政、造纸、食品饮料、烟材、石油、化工、冶金、市政、造纸、食品饮料、烟草等行业）和民用生活（中央空调、供水、水处理、草等行业）和民用生活（中央空调、供水、水处理、电梯等）

63、领域都得到了广泛的应用。变频器和异步电电梯等）领域都得到了广泛的应用。变频器和异步电动机结合起来，实现对生产机械的调速传动控制，很动机结合起来，实现对生产机械的调速传动控制，很多文献中都简单地称其为多文献中都简单地称其为变频器传动。变频器传动具变频器传动。变频器传动具有它固有的优势，应用到不同的生产机械或设备上，有它固有的优势，应用到不同的生产机械或设备上，可以体现出不同的功能，达到不同的目的，收到相应可以体现出不同的功能，达到不同的目的，收到相应的效益。的效益。六、变频器在各个领域的典型应用六、变频器在各个领域的典型应用序号序号变频器传动变频器传动的效能的效能应用领域应用领域主要相关技术主要

64、相关技术1 1节约能源节约能源泵、风机、风扇、提升机、挤泵、风机、风扇、提升机、挤压机、搅拌机、传送带、工业压机、搅拌机、传送带、工业用洗衣机。用洗衣机。为提高运行可靠性，台数控为提高运行可靠性，台数控制和调速控制并用制和调速控制并用2 2提高生产率提高生产率 提升机、起重机、机床、食品提升机、起重机、机床、食品机械、挤压机和自动仓库中所机械、挤压机和自动仓库中所需的传动需的传动运行程序或加工工艺的最佳运行程序或加工工艺的最佳速度，原有设备的增速运行。速度，原有设备的增速运行。运转可靠性的提高运转可靠性的提高3 3产品质量的产品质量的提高提高泵、风机、风扇、机床、食品泵、风机、风扇、机床、食品

65、机械、造纸机、簿膜生产线、机械、造纸机、簿膜生产线、钢板加工生产线、印制电路板钢板加工生产线、印制电路板钻孔机、高速刻纹机。钻孔机、高速刻纹机。平滑加减速、加工对象所需平滑加减速、加工对象所需最佳速度选定。高精度转矩最佳速度选定。高精度转矩控制，高精度定位停止，无控制，高精度定位停止，无转矩脉动，高速传动转矩脉动，高速传动4 4设备合理化设备合理化（少维护、（少维护、低成本、机低成本、机械标准化、械标准化、全自动化）全自动化）搬送机械、金属加工机械、纤搬送机械、金属加工机械、纤维机械、造纸生产线、簿膜生维机械、造纸生产线、簿膜生产线、钢板加工生产线、产线、钢板加工生产线、原有设备的增速运行，高

66、精原有设备的增速运行，高精度转矩控制，多台电动机联度转矩控制，多台电动机联动运行，提高运转可靠性，动运行，提高运转可靠性，传送控制。传送控制。5 5改善或适应改善或适应环境环境空调机、风扇、鼓风机、压缩空调机、风扇、鼓风机、压缩机、电梯机、电梯静音化，平滑加减速，使用静音化，平滑加减速，使用防爆电动机、安全性等技术防爆电动机、安全性等技术使用变频器的目的和应用领域举例使用变频器的目的和应用领域举例2 2、变频器典型应用举例、变频器典型应用举例 使用压力变送使用压力变送器、器、PIDPID调节器对调节器对变频器实现负反馈变频器实现负反馈后，变频器随时调后，变频器随时调节转速，使泵的输节转速，使泵

67、的输出压力稳定，省去出压力稳定，省去了水塔及附加建设了水塔及附加建设费用；推广大流程费用；推广大流程类工艺控制中，可类工艺控制中，可实现流程工艺自动实现流程工艺自动控制。控制。 （1 1）在恒压供水中应用）在恒压供水中应用变变频频控控制制装装置置水位传感器可编程时控开关可编程时控开关液位传感器液位传感器远传压力表远传压力表自动自动/ /手动手动转换控制转换控制变频器变频器(f/f(f/f) )水位显示水位显示 控制器控制器可编程控制器可编程控制器（PLCPLC）M2M4M3M1保保护护器器保保护护器器保保护护器器保保护护器器（2 2）在节水灌溉供水系统中的应用）在节水灌溉供水系统中的应用 v变

68、频恒压节水灌溉自动控制装置与水泵电机组合而成节水灌变频恒压节水灌溉自动控制装置与水泵电机组合而成节水灌溉供水系统。溉供水系统。v一些节水灌溉基地设计有喷灌、微喷灌、滴灌等多种灌溉方一些节水灌溉基地设计有喷灌、微喷灌、滴灌等多种灌溉方式，不同的灌溉方式所需的工作压力不同。为使同一供水管式，不同的灌溉方式所需的工作压力不同。为使同一供水管网能为不同灌溉方式提供不同的工作压力，变频恒压节水灌网能为不同灌溉方式提供不同的工作压力，变频恒压节水灌溉自动控制装置内设置了多段压力设定转换电路。它可对一溉自动控制装置内设置了多段压力设定转换电路。它可对一台或多台三相水泵电机进行自动控制。台或多台三相水泵电机进

69、行自动控制。由远转压力表检测供由远转压力表检测供水管网实际压力，管网实际压力与设定压力经过比较后输出水管网实际压力，管网实际压力与设定压力经过比较后输出偏差信号。由偏差信号控制调整变频器输出的电流频率，改偏差信号。由偏差信号控制调整变频器输出的电流频率，改变水泵转速，使管网压力不断向设定压力趋近。这个闭合控变水泵转速，使管网压力不断向设定压力趋近。这个闭合控制系统，通过不断检测、不断调整的反复过程实现管网压力制系统，通过不断检测、不断调整的反复过程实现管网压力恒定。恒定。 可编程时控开关可编程时控开关液位传感器液位传感器压力传感器压力传感器自动自动/ /手动手动转换控制转换控制变频器变频器(f

70、/f(f/f) )水位显示水位显示 控制器控制器可编程控制器可编程控制器（PLCPLC）M2M4M3M1保保护护器器保保护护器器保保护护器器保保护护器器压力设定压力设定转换电路转换电路（3 3）风机、水泵类流量调节）风机、水泵类流量调节 用变频器后避免了阀门用变频器后避免了阀门( (风机风机) )等阻力器造成等阻力器造成的能耗，可实现最大幅度节能。使用调节器后的能耗，可实现最大幅度节能。使用调节器后可实现流量稳定输出，易实现流量自动控制可实现流量稳定输出，易实现流量自动控制。（4 4）在卷料机上应用）在卷料机上应用 使用变频器可根据卷料张紧情况方便地调使用变频器可根据卷料张紧情况方便地调节各电

71、机的转速，实现卷料过程全自动化，使节各电机的转速，实现卷料过程全自动化，使产品质量提高。产品质量提高。 （5 5）通风系统自控应用）通风系统自控应用 利用温度传感器反馈室内温度，作用于变频器风利用温度传感器反馈室内温度，作用于变频器风扇电机，使室内温度维持正常值，通风恒温，舒适，扇电机，使室内温度维持正常值，通风恒温，舒适，省电，低噪音。省电，低噪音。 （6 6）电梯上的应用）电梯上的应用 运用运用PLCPLC控制变频器输出频率及相序，可方便地控制变频器输出频率及相序，可方便地使电梯上、下，及按使电梯上、下，及按S S型曲线运行，没有冲击；电梯型曲线运行，没有冲击；电梯的舒适性提高；电梯运行速

72、度提高。的舒适性提高；电梯运行速度提高。 （7 7）机床主轴调速）机床主轴调速 对要求主轴调速的机床用变频器可达到无级调对要求主轴调速的机床用变频器可达到无级调速，速度可高于电网频率决定的同步速度；适用速，速度可高于电网频率决定的同步速度；适用于低速时转矩不大的机床，但当低速转矩大时，于低速时转矩不大的机床，但当低速转矩大时，需要机械变速器以便改变转矩；无级调速平稳，需要机械变速器以便改变转矩；无级调速平稳，精度高，设置简单。精度高，设置简单。 七、变频调速中的关键控制技术七、变频调速中的关键控制技术 交流变频调速技术在上一世纪得到了迅速发展。这与一些关键性技术的突破性进展有关，它们是交流电动

73、机的矢量控制技术、直接转矩控制技术、PWM技术，以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术、自整定技术等。 1、矢量控制、矢量控制 矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 ( (励磁电流励磁电流)

74、 ) 和产生转矩的电流分量和产生转矩的电流分量 ( (转矩电流转矩电流) ) 分别加以控制，分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。方式等。2 2、直接转矩控制、直接转矩控制 直接转矩控制也称之为直接转矩控制也称之为“直接自控制直接自控制”，这种，这

75、种“直接自控制直接自控制”的思想是以转矩为中心来进行磁链、转的思想是以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制。和矢量控制不同，直接转矩控制不采矩的综合控制。和矢量控制不同，直接转矩控制不采用解耦的方式，从而在算法上不存在旋转坐标变换，用解耦的方式，从而在算法上不存在旋转坐标变换，简单地通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空间简单地通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。 与矢量控制方式比较，直接转矩控制磁场定向所用的是定子磁链，它

76、采用离散的电压状态和六边形磁链轨迹或近似圆形磁链轨迹的概念。只要知道定子电阻就可以把它观测出来。而矢量控制磁场定向所用的是转子磁链，观测转子磁链需要知道电动机转子电阻和电感。因此直接转矩控制大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。直接转矩控制强调的是转矩的直接控制与效果。与矢量控制方法不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量，对转矩的直接控制或直接控制转矩，既直接又简化。 与矢量控制方式比较，直接转矩控制大大减少了与矢量控制方式比较，直接转矩控制大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化的影响。直接矢量控制技术中控制性能易受参数变化的影响。直

77、接转矩控制强调的是转矩的直接控制与效果。与矢量控转矩控制强调的是转矩的直接控制与效果。与矢量控制方法不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接制方法不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量，对转矩的直控制转矩，而是把转矩直接作为被控量，对转矩的直接控制或直接控制转矩，既直接又简化，接控制或直接控制转矩，既直接又简化，具有广阔的具有广阔的发展和应用前景。发展和应用前景。 3 3、PWMPWM控制技术控制技术 PWMPWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。控制技术一直是变频技术的核心技术之一。 PWMPWM控制技术就是以采样控制理论为理论基础，对半导控制技术就是

78、以采样控制理论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。小，也可改变输出频率。 由于由于PWMPWM可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点，可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点，由此在交流传动乃至其它能量变换系统中得到广泛应由此在交流传

79、动乃至其它能量变换系统中得到广泛应用。用。 PWMPWM控制技术大致可以分为三类，正弦控制技术大致可以分为三类，正弦PWMPWM（包括电压，电流或磁通的正弦为目标的各（包括电压，电流或磁通的正弦为目标的各种种PWMPWM方案，多重方案，多重PWMPWM也应归于此类），也应归于此类），优化优化PWMPWM及随机及随机PWMPWM。正弦。正弦PWMPWM已为人们所熟知，而旨在已为人们所熟知，而旨在改善输出电压、电流波形，降低电源系统谐波改善输出电压、电流波形，降低电源系统谐波的多重的多重PWMPWM技术在大功率变频器中有其独特的优技术在大功率变频器中有其独特的优势（如势（如ABBABBACS100

80、0ACS1000系列和美国系列和美国ROBICONROBICON公司公司的完美无谐波系列等）；而优化的完美无谐波系列等）；而优化PWMPWM所追求的则所追求的则是实现电流谐波畸变率（是实现电流谐波畸变率（THDTHD）最小，电压利用）最小，电压利用率最高，效率最优，及转矩脉动最小以及其它率最高，效率最优，及转矩脉动最小以及其它特定优化目标。特定优化目标。 4 4、数字化控制技术、数字化控制技术控制技术的数字化是变频技术的核心技术之控制技术的数字化是变频技术的核心技术之一，一，变频器数字化是一个重要的发展方向。变频装置变频器数字化是一个重要的发展方向。变频装置采用采用3232位高速位高速DSPD

81、SP（Digital Signal ProcessorDigital Signal Processor数字数字信号处理器信号处理器) )和和ASICASIC（Application Specific ICApplication Specific IC专专用集成电路）可以实现比较快速、复杂的运算和高精用集成电路）可以实现比较快速、复杂的运算和高精度的控制，可以得到良好的电流波形使变频器的噪音度的控制，可以得到良好的电流波形使变频器的噪音大幅度降低。由于应用微电子技术和大幅度降低。由于应用微电子技术和ASICASIC技术，变频技术，变频装置的元器件数量得以大幅度减少，从而使变频装置装置的元器件数量

82、得以大幅度减少，从而使变频装置的可靠性大幅度提高，同容量变频装置的体积趋于小的可靠性大幅度提高，同容量变频装置的体积趋于小型化。变频装置数字化辅助以液晶显示器等来实现更型化。变频装置数字化辅助以液晶显示器等来实现更加完善的控制性能。目前市场上的变频装置已全面实加完善的控制性能。目前市场上的变频装置已全面实现数字化控制。随着现数字化控制。随着CPUCPU处理速度的提高运算速度和控处理速度的提高运算速度和控制高精度也会不断提高。制高精度也会不断提高。自整定技术在变频调速系统中的应用日益广泛，自整定技术在变频调速系统中的应用日益广泛，它可以根据速度和负载的变化自动调整控制系统的参它可以根据速度和负载

83、的变化自动调整控制系统的参数，使得系统具有快速的动态响应。自整定技术分为数，使得系统具有快速的动态响应。自整定技术分为离线式和在线式两种。离线式自整定的研究成果已经离线式和在线式两种。离线式自整定的研究成果已经在相当多的产品中应用，它是在运行系统程序之前通在相当多的产品中应用，它是在运行系统程序之前通过运行一段自整定程序，辨识相关数据，并修改系统过运行一段自整定程序，辨识相关数据，并修改系统程序的相关参数，以期获得良好的系统控制性能。在程序的相关参数，以期获得良好的系统控制性能。在线式自整定可以实时修改控制器的参数，因而可以获线式自整定可以实时修改控制器的参数，因而可以获得最佳控制性能。另外，

84、改进控制技术，提高系统鲁得最佳控制性能。另外，改进控制技术，提高系统鲁棒性也和自整定技术紧密相联系。棒性也和自整定技术紧密相联系。5 5、自整定技术、自整定技术 单一的控制方式有着各自的优缺点，并没有单一的控制方式有着各自的优缺点，并没有“万万能能”的控制方式，在有些控制场合，需要将一些控制的控制方式，在有些控制场合，需要将一些控制方式结合起来，例如将学习控制与神经网络控制相结方式结合起来，例如将学习控制与神经网络控制相结合，自适应控制与模糊控制相结合，直接转矩控制与合，自适应控制与模糊控制相结合，直接转矩控制与神经网络控制相结合，或者称之为神经网络控制相结合，或者称之为“混合控制混合控制”，

85、这，这样取长补短，控制效果将会更好。从最初采用模拟电样取长补短，控制效果将会更好。从最初采用模拟电路完成三角调制波和参考止弦波比较，产生正弦脉宽路完成三角调制波和参考止弦波比较，产生正弦脉宽调制调制SPWMSPWM信号以控制功率器件的开关开始，到目前采信号以控制功率器件的开关开始，到目前采用全数字化方案，完成优化的实时在线的用全数字化方案，完成优化的实时在线的PWMPWM信号输出，信号输出，可以说直到目前为止，可以说直到目前为止，PWMPWM在各种应用场合仍占主导地在各种应用场合仍占主导地位位, ,并一直是人们研究的热点。并一直是人们研究的热点。交流变频调速技术是多种控制方式的结合交流变频调速

86、技术是多种控制方式的结合八、变频器技术发展趋势八、变频器技术发展趋势 交流变频调速技术是强弱电结合、机电一交流变频调速技术是强弱电结合、机电一体化的综合技术，既要处理巨大电能的转换体化的综合技术，既要处理巨大电能的转换（整流、逆变（整流、逆变),),由要处理信息的收集、变换和由要处理信息的收集、变换和传输，因此它的共性技术必定分为功率和控制传输，因此它的共性技术必定分为功率和控制两大部分，前者要解决与高压大电流有关的技两大部分，前者要解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题，术问题和新型电力电子器件的应用技术问题，后者要解决（基于现代控制理论的控制策略和后者要解决（基于现

87、代控制理论的控制策略和智能控制策略的）硬、软件开发问题（在目前智能控制策略的）硬、软件开发问题（在目前状况下主要是全数字控制技术），状况下主要是全数字控制技术），交流变频调交流变频调速技术其主要发展方向有如下几项速技术其主要发展方向有如下几项 ： 1 1、实现高水平的控制、实现高水平的控制 基于电动机和机械模型的控制策略基于电动机和机械模型的控制策略，有矢，有矢量控制、磁场控制、直接传矩控制和机械扭振量控制、磁场控制、直接传矩控制和机械扭振补偿等；补偿等；基于现代理论的控制策略基于现代理论的控制策略，有滑模变，有滑模变结构技术、模型参考自适应技术、采用微分几结构技术、模型参考自适应技术、采用微

88、分几何理论的非线性解耦、鲁棒观察器，在某种指何理论的非线性解耦、鲁棒观察器，在某种指标意义下的最优控制技术和逆奈奎斯特阵列设标意义下的最优控制技术和逆奈奎斯特阵列设计方法等；计方法等；基于智能控制思想的控制策略基于智能控制思想的控制策略，有，有模糊控制、神经元网络、专家系统和各种各样模糊控制、神经元网络、专家系统和各种各样的自优化、自诊断技术等。的自优化、自诊断技术等。 2 2、开发清洁电能的逆变器、开发清洁电能的逆变器 所谓清洁电能逆变器是指逆变器的功率所谓清洁电能逆变器是指逆变器的功率因数为因数为1 1，网侧和负载侧有尽可能低的谐波分，网侧和负载侧有尽可能低的谐波分量，以减少对电网的公害和

89、电动机的转矩脉量，以减少对电网的公害和电动机的转矩脉动。对中小容量逆变器，提高开关频率的动。对中小容量逆变器，提高开关频率的PWMPWM控制是有效的。对大容量逆变器，在常规的控制是有效的。对大容量逆变器，在常规的开关频率下，可改变电路结构和控制方式，开关频率下，可改变电路结构和控制方式，实现清洁电能的变换。实现清洁电能的变换。 3 3、缩小装置的尺寸、缩小装置的尺寸 紧凑型逆变器要求功率和控制元件具有高紧凑型逆变器要求功率和控制元件具有高的集成度，其中包括智能化的功率模块、紧凑的集成度，其中包括智能化的功率模块、紧凑型的光耦合器、高频率的开关电源，以及采用型的光耦合器、高频率的开关电源，以及采

90、用新型电工材料制造的小体积变压器、电抗器和新型电工材料制造的小体积变压器、电抗器和电容器。功率器件冷却方式的改变（如水冷、电容器。功率器件冷却方式的改变（如水冷、蒸发冷却和热管）对缩小装置的尺寸也很有效。蒸发冷却和热管）对缩小装置的尺寸也很有效。 4 4、高速度的数字控制、高速度的数字控制 以以3232位高速微处理器为基础的数字控制模位高速微处理器为基础的数字控制模板有足够的能力实现各种控制算法，板有足够的能力实现各种控制算法，WindowsWindows操操作系统的引入使得可自由设计，图形编程的控作系统的引入使得可自由设计，图形编程的控制技术也有很大的发展。制技术也有很大的发展。 5 5、模拟与计算机辅助设计（、模拟与计算机辅助设计（CADCAD）技术）技术 电机模拟器、负载模拟器以及各种电机模拟器、负载模拟器以及各种CADCAD软件软件的引入对变频器的设计和测试提供了强有力的的引入对变频器的设计和测试提供了强有力的支持。支持。 谢谢同学们！谢谢同学们！