交流变频调速基本知识课件.ppt

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1、1 三相异步电动机的调速方法 2 变压变频调速装置的类型与特点 3 中小容量通用变频器 4 变频调速系统的控制 5 变频器的选择 2 交流变频调速基本知识交流变频调速基本知识 1.1.三相异步电动机结构及工作原理三相异步电动机结构及工作原理三相感应三相感应电动机电动机定子定子气隙气隙转子转子机座机座端盖端盖转子铁心转子铁心轴轴转子绕组转子绕组定子铁心定子铁心定子绕组定子绕组鼠笼型鼠笼型绕线型绕线型机座机座机座机座端盖端盖端盖端盖风扇风扇风扇风扇接线盒接线盒接线盒接线盒定子绕组定子绕组定子绕组定子绕组鼠笼转子鼠笼转子鼠笼转子鼠笼转子端环端环端环端环散热筋散热筋散热筋散热筋轴轴轴轴轴承轴承轴承轴承

2、图图图图 三相感应电机的结构图三相感应电机的结构图三相感应电机的结构图三相感应电机的结构图图图图图1.2 1.2 三相感应电机的结构图三相感应电机的结构图三相感应电机的结构图三相感应电机的结构图n 旋转磁场旋转磁场旋转磁场的转速（同步速）旋转磁场的转速（同步速）电网频率电网频率电机的极对数电机的极对数转差转差定义为：定义为：即转子与旋转磁场之间存在相对运动，是感应电动机即转子与旋转磁场之间存在相对运动，是感应电动机稳定运行的必要条件。稳定运行的必要条件。转差率转差率定义为：定义为：其大小反映了电机的转速，即其大小反映了电机的转速，即n 转差率转差率根据三相异步电动机的转速公式为 调节三相异步电

3、动机的转速有三种方案。1）转差率调速 2）改变电动机的极对数 3）变频调速2.1 三相异步电动机的调速方法任务任务1 1 三相异步电动机的调速方法三相异步电动机的调速方法 n异步电动机的异步电动机的调速原理调速原理变频变频变频变频 (他控式、自控式）他控式、自控式）他控式、自控式）他控式、自控式）变极变极变极变极调压调压调压调压串电阻串电阻串电阻串电阻串级串级串级串级电磁转差离合器电磁转差离合器电磁转差离合器电磁转差离合器耗能型有级调速设备费用高三相异步电动机的调速方式 2.1.1 转差率调速1.三相异步电动机的降定子电压调速 图2-1 异步电动机降压调速机械特性2.1.1 2.1.1 转差率

4、调速转差率调速2.绕线式异步电动机转子回路串电阻调速 图2-2 串电阻调速的机械特性2.1.2 变极调速 因为异步电动机磁极对数只能成倍改变，因此变极调速是有级调速而不是平滑无级调速。改变磁极对数有两种方法，一种是在定子上装两套各具有不同级数的独立绕组，另一种是在一个绕组上用改变绕组的连接来改变磁极对数。变极调速中，当定子绕组的连接方式改变的同时，还需要改变定子绕组的相序；即倒换定子电流的相序，以保证变极调速前后电动机的转向不变，即要求磁通旋转方向不变。2.1.3 变频调速 在进行电动机调速时，常须考虑的一个重要因素就是：希望保持电动机中每极磁通量为额定值不变。如果磁通太弱，没有充分利用电动机

5、的铁心，是一种浪费，如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电动机。三相异步电动机运行时，忽略定子阻抗压降时，定子每相电压为开关或接触器开关或接触器 变频器变频器异步电动机异步电动机 转速可调转速可调2.1.3 变频调速 由上式知只要控制好由上式知只要控制好E1E1和和(或或U1U1和和)，便可达到控制磁通的目的，对，便可达到控制磁通的目的，对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。1.1.基频以下变频调速基频以下变频调速 为了防止磁路的饱和，当降低定子电源频率为了防止磁路的饱和，当降低定

6、子电源频率f1f1时，保持时，保持U1/U1/f1f1为常数，使气隙每极磁通为常数，使气隙每极磁通mm为常数，应使电压和频率按比例的配为常数，应使电压和频率按比例的配合调节。合调节。a）基频以下调速（基频以下调速（U1/f1=常数）常数）3.变频调速的特点变频调速的特点 1 1）变频调速设备（简称变频器）结构复杂，价格昂贵，容量有）变频调速设备（简称变频器）结构复杂，价格昂贵，容量有限。但随着电力电子技术的发展，变频器向着简单可靠、性能优异、限。但随着电力电子技术的发展，变频器向着简单可靠、性能优异、价格便宜、操作方便等趋势发展；价格便宜、操作方便等趋势发展；2 2）变频器具有机械特性较硬，静

7、差率小，转速稳定性好，调速）变频器具有机械特性较硬，静差率小，转速稳定性好，调速范围广（可达范围广（可达1010：1 1），平滑性高等特点；可实现无级调速；），平滑性高等特点；可实现无级调速；3 3）变频调速时，转差率）变频调速时，转差率 较小，则转差功率损耗较小，效率较较小，则转差功率损耗较小，效率较高；高；4 4）频调速时，基频下的调速为恒转矩调速方式；基频调速以上）频调速时，基频下的调速为恒转矩调速方式；基频调速以上时，近似为恒功率调速方式。时，近似为恒功率调速方式。变频器的分类有五种方式：按变流环节不同分类，按直流电路的滤变频器的分类有五种方式：按变流环节不同分类，按直流电路的滤波方式

8、分类，按电压的调制方式分类，按控制方式分类，按输入电波方式分类，按电压的调制方式分类，按控制方式分类，按输入电流的相数分类。流的相数分类。2.2.1 2.2.1 按变流环节不同分类按变流环节不同分类 从结构上看，变频器可分为间接变频器和直接变频器两类。目前从结构上看，变频器可分为间接变频器和直接变频器两类。目前应用较多的是间接变频器。应用较多的是间接变频器。1.1.交交-直直-交变频器。交变频器。任务任务2 2 变压变频调速装置的类型与特点变压变频调速装置的类型与特点图2-5 交-直-交变频装置的主要环节交交-直直-交变频装置按不同的控制方式又分三种：交变频装置按不同的控制方式又分三种：1 1

9、）用可控整流器整流改变电压、逆变器改变频率的交）用可控整流器整流改变电压、逆变器改变频率的交-直直-交变交变频器频器 在图中，调节电压与调节频率分别在两个环节上进行，通过控在图中，调节电压与调节频率分别在两个环节上进行，通过控制电路协调配合，使电压和频率在调节过程中保持压频比恒定。这制电路协调配合，使电压和频率在调节过程中保持压频比恒定。这种结构的变频器结构简单、控制方便。其缺点是由于输入环节采用种结构的变频器结构简单、控制方便。其缺点是由于输入环节采用可控整流形式，当电压和频率调得较低时，功率因数较小，输出谐可控整流形式，当电压和频率调得较低时，功率因数较小，输出谐波较大。波较大。图2-6

10、可控整流器变压、逆变器变频2）用不控整流器整流、斩波器变压、逆变器变频的交用不控整流器整流、斩波器变压、逆变器变频的交-直直-交变频器交变频器 这种电路的整流电路采用二极管不控整流，直流环节加一个斩波器，这种电路的整流电路采用二极管不控整流，直流环节加一个斩波器，用脉宽调压、逆变环节调频。恒压恒频的交流电经过整流环节转变用脉宽调压、逆变环节调频。恒压恒频的交流电经过整流环节转变为恒定的直流电压，最后经过逆变环节逆变为电压和频率都可调、为恒定的直流电压，最后经过逆变环节逆变为电压和频率都可调、压频比恒定的交流电源，作为电动机的交流电源，实现交流变频调压频比恒定的交流电源，作为电动机的交流电源，实

11、现交流变频调速。从电路结构上看多了一个直流斩波环节，但输入侧采用不控整速。从电路结构上看多了一个直流斩波环节，但输入侧采用不控整流控制方式，使输入功率因数提高了。但输出仍存在谐波较大的问流控制方式，使输入功率因数提高了。但输出仍存在谐波较大的问题。题。3 3）用不控整流器整流、）用不控整流器整流、PWMPWM逆变器同时变压变频的交逆变器同时变压变频的交-直直-交变频器交变频器 用不控整流，可使功率因数提高，用用不控整流，可使功率因数提高，用SPWMSPWM逆变，可使谐波分量减少，逆变，可使谐波分量减少，由于采用可控关断的全控式器件，开关频率大大提高，输出波形几由于采用可控关断的全控式器件，开关

12、频率大大提高，输出波形几乎为非常逼真的正弦波。这种交乎为非常逼真的正弦波。这种交-直直-交变频装置已成为当前最有发交变频装置已成为当前最有发展前途的一种。展前途的一种。2.2.交交-交变频器交变频器 2.2.交交-交变频器交变频器 交交-交交变变频频器器虽虽然然在在结结构构上上只只有有一一个个变变换换环环节节，但但所所用用的的元元器器件件数数量量多多，总总设设备备较较为为庞庞大大，最最高高输输出出频频率率不不超超过过电电网网频频率率的的1/31/21/31/2，交交-交交变变频频器器一一般般只只用用于于低低转转速速、大大容容量量的的调调速速系系统统，例例如如轧轧钢钢机机、球球磨机、水泥回转窑等

13、。磨机、水泥回转窑等。图2-11 正弦波交-交变频器的输出电压波形 3.3.交交-直直-交变频器与交交变频器与交-交变频器主要特点比较交变频器主要特点比较 类别 比较项目交-直-交变频器交-交变频器换能形式换能形式两次换能，效率略低两次换能，效率略低一次换能，效率较高一次换能，效率较高换流方式换流方式强迫换流或负载谐波换流强迫换流或负载谐波换流电源电压换流电源电压换流装置元器件数量装置元器件数量元器件数量较少元器件数量较少元器件数量较多元器件数量较多调频范围调频范围频率调节范围宽频率调节范围宽一般情况下，输出最高频率为电一般情况下，输出最高频率为电网频率的网频率的1/31/2电网功率因数电网功

14、率因数用可控整流调压时，功率因数在低压时较低；用可控整流调压时，功率因数在低压时较低；用斩波器或用斩波器或PWM方式调压时，功率因数方式调压时，功率因数高高较低较低适用场合适用场合可用于各种电力拖动装置、稳频稳压电源和不可用于各种电力拖动装置、稳频稳压电源和不停电电源停电电源特别适用于低速大功率拖动特别适用于低速大功率拖动 逆逆变变器器输输出出侧侧的的负负载载为为交交流流电电动动机机时时，在在负负载载和和交交流流电电源源之之间间将将有有无无功功功功率率的的交交换换，在在直直流流环环节节可可加加电电容容或或电电感感储储能能元元件件用用于于缓缓冲冲无无功功功功率率。按按照照直直流流电电路路的的滤滤

15、波波方方式式不不同同，变变频频器器分分成成电电压压型型变变频频器器和和电电流流型型变变频频器器两两大类。大类。1.1.电压型变频器电压型变频器 当采用大电容滤波时，直流电压波形比较平直，相当采用大电容滤波时，直流电压波形比较平直，相当于一个理想情况下的内阻为零的恒压源，输出交流电当于一个理想情况下的内阻为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波。对负载电动机而言，变频器是一压是矩形波或阶梯波。对负载电动机而言，变频器是一个交流电源，可以驱动多台电动机并联运行。个交流电源，可以驱动多台电动机并联运行。2.2.2 2.2.2 按直流电路的滤波方式分类按直流电路的滤波方式分类2.2.2 2.2.2

16、按直流电路的滤波方式分类按直流电路的滤波方式分类1.1.电压型变频器电压型变频器 在电压型变频器中，由于能量回馈给直流中间电路的电容，并使直在电压型变频器中，由于能量回馈给直流中间电路的电容，并使直流电压上升，应有专用的放电电路，以防止换流器件因电压过高而流电压上升，应有专用的放电电路，以防止换流器件因电压过高而被破坏。被破坏。2.2.电流型变频器电流型变频器 电流型变频器的优点是，当电动机处于再生发电状态时，回馈电流型变频器的优点是，当电动机处于再生发电状态时，回馈到直流侧的再生电能可以方便地回馈到交流电网，不需要在主电路到直流侧的再生电能可以方便地回馈到交流电网，不需要在主电路内附加任何设

17、备。这种电流型变频器可用于频繁急加减速的大容量内附加任何设备。这种电流型变频器可用于频繁急加减速的大容量电动机的传动。电动机的传动。图图2-13 电流型变频器电流型变频器3.3.电压型、电流型交电压型、电流型交-直直-交变频器主要特点比较交变频器主要特点比较 类别比较项目电压型电流型直流回路滤波环节直流回路滤波环节（无功功率缓冲环节）（无功功率缓冲环节）电容器电容器电抗器电抗器输出电压波形输出电压波形矩形波矩形波决定于负载，对异步电动机负载决定于负载，对异步电动机负载近似为正弦波近似为正弦波输出电流波形输出电流波形决定于负载的功率因数，有较大的谐决定于负载的功率因数，有较大的谐波分量波分量矩形

18、波矩形波输出阻抗输出阻抗小小大大回馈制动回馈制动须在电源侧设置反并联逆变器须在电源侧设置反并联逆变器方便，主电路不需附加设备方便，主电路不需附加设备调速动态响应调速动态响应较慢较慢快快对晶闸管的要求对晶闸管的要求关断时间要短，对耐压要求一般较低关断时间要短，对耐压要求一般较低耐压高，对关断时间无特殊要求耐压高，对关断时间无特殊要求适用范围适用范围多电动机拖动，稳频稳压电源多电动机拖动，稳频稳压电源单电动机拖动，可逆拖动单电动机拖动，可逆拖动在在变变频频调调速速过过程程中中，为为保保证证电电动动机机主主磁磁通通恒恒定定，需需要要同同时时调调节节逆逆变变器器的的输输出出电电压压和和频频率率。对对输

19、输出出电电压压的的调调节节主主要要有有两两种种方方式式：一一种种是是脉脉冲冲幅幅值值调调制制方方式式（Pulse Pulse Amplitude Amplitude ModulationModulation），简简称称PAMPAM方方式式；另另一一种种为为脉脉冲冲宽宽度度调调制制方方式式（Pulse Pulse Width Width ModulationModulation），简简称称PWMPWM方方式。式。1.1.脉冲幅值调制方式（脉冲幅值调制方式（PAMPAM）这种调制方式是通过改变直流电压的幅值来实现调压的。在变这种调制方式是通过改变直流电压的幅值来实现调压的。在变频器中，逆变器只负责

20、调节输出频率，而输出电压的调节是由直流频器中，逆变器只负责调节输出频率，而输出电压的调节是由直流斩波器通过调节直流电压来实现的斩波器通过调节直流电压来实现的 。2.2.3 按电压的调制方式分类按电压的调制方式分类2.2.脉冲宽度调制方式（脉冲宽度调制方式（PWMPWM）通用变频器中，采用正弦脉冲宽度调试方式调压是一种最常用的方通用变频器中，采用正弦脉冲宽度调试方式调压是一种最常用的方案，这种方式简称案，这种方式简称SPWMSPWM（Sinusoidal Pulse Width ModulationSinusoidal Pulse Width Modulation）图2-15 SPWM变频器主电

21、路原理图图2-16 PWM调制原理 以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波并用频率和期望波相同的正弦波为载波并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波，当调制波与载波相交时，作为调制波，当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波，如图等宽的矩形波，如图2-162-16。按照波形面积相等的原则，每一个按照

22、波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。这种调制方法称作正弦波正弦波等效。这种调制方法称作正弦波脉宽调制（脉宽调制（SPWMSPWM），这种序列的矩形波），这种序列的矩形波称作称作SPWMSPWM波。波。2 2）SPWMSPWM控制方式控制方式 如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的极性范围内变化，所得到的SPWMSPWM波也只处于一个极性的范围内，叫波也只处于一个极性

23、的范围内，叫做单极性控制方式。如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正做单极性控制方式。如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则负极性之间连续变化，则SPWMSPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式控制方式 3）变频器的三相桥式SPWM逆变电路 3 3）变变频频器器的的三三相相桥桥式式SPWMSPWM逆逆变变电电路路（1 1）调频原理）调频原理（2 2）调压原理）调压原理 4 4）SPWMSPWM交交-直直-交变频器的特点交变频器的特点 SPWMSPWM交交-直直-交变频器具有以下特点：交变频器具有以下特点：（1 1）主电路只有一个

24、可控的环节，结构简单。）主电路只有一个可控的环节，结构简单。（2 2）使用了不可控整流器，使电网功率因数与逆变）使用了不可控整流器，使电网功率因数与逆变器输出电压的大小无关，功率因数接近于器输出电压的大小无关，功率因数接近于1.1.（3 3）逆变器在调频的同时实现调压，与中间的直）逆变器在调频的同时实现调压，与中间的直流环节的元器件参数无关，加快了系统的动态响应。流环节的元器件参数无关，加快了系统的动态响应。（4 4）可获得更好的输出电压波形，能抑制或消除低）可获得更好的输出电压波形，能抑制或消除低次谐波，使负载电动机可在近似正弦波的交变电压下运次谐波，使负载电动机可在近似正弦波的交变电压下运

25、行，转矩脉动小，调速范围宽，提高了系统的性能。行，转矩脉动小，调速范围宽，提高了系统的性能。按控制方式不同变频器可分为按控制方式不同变频器可分为U/fU/f控制、转差频率控制和矢量控制三种控制、转差频率控制和矢量控制三种类型。类型。1.U/f1.U/f控制控制 U/fU/f控制变频器虽然结构比较简单，但是，由于这种变频器控制变频器虽然结构比较简单，但是，由于这种变频器用的是开环控制方式，其精度和动态特性并不是十分理想，尤是用的是开环控制方式，其精度和动态特性并不是十分理想，尤是在低速区电压调整比较困难，难以得到较大的调速范围。在低速区电压调整比较困难，难以得到较大的调速范围。2.2.转差频率控

26、制变频器转差频率控制变频器 利用速度传感器的速度闭环控制，并可在一定程度上对输出利用速度传感器的速度闭环控制，并可在一定程度上对输出转矩进行控制，所以和转矩进行控制，所以和U/fU/f控制方式相比，在负载发生较大变化时控制方式相比，在负载发生较大变化时仍能达到较高的速度精度和较好的转矩特性。但是，由于采用这仍能达到较高的速度精度和较好的转矩特性。但是，由于采用这种控制方式时需要在电动机上安装速度传感器，并需要根据电动种控制方式时需要在电动机上安装速度传感器，并需要根据电动机的特性调节转差，通常多用于厂家指定的专用电动机，通用性机的特性调节转差，通常多用于厂家指定的专用电动机，通用性较差。较差。

27、2.2.4 2.2.4 按控制方式分类按控制方式分类3.3.矢量控制变频器矢量控制变频器 矢矢量量控控制制的的基基本本思思想想是是将将异异步步电电动动机机的的定定子子电电流流分分为为产产生生磁磁场场的的电电流流分分量量（励励磁磁电电流流）和和与与其其相相垂垂直直的的产产生生转转矩矩的的电电流流分分量量（转转矩矩电电流流）并并分分别别加加以以控控制制。由由于于在在这这种种控控制制方方式式中中必必须须同同时时控控制制异异步步电电动动机机定定子子电电流流的的幅幅值值和和相相位位，即即控控制制定定子子电电流流矢矢量量，这这种种控制方式称为矢量控制方式。控制方式称为矢量控制方式。目目前前在在变变频频器器

28、中中得得到到实实际际应应用用的的矢矢量量控控制制方方式式主主要要有有基基于于转转差差频频率控制的矢量控制方式和无速度检测器的矢量控制方式两种。率控制的矢量控制方式和无速度检测器的矢量控制方式两种。4.4.各种控制方式特点各种控制方式特点 虽然虽然U/fU/f控制变频器采用的是开环控制方式，在速度控制方面控制变频器采用的是开环控制方式，在速度控制方面不能给出满意的控制性能，但是，由于这种变频器有着很高的性不能给出满意的控制性能，但是，由于这种变频器有着很高的性能价格比，在以节能为目的和对速度精度要求不太高的各种用途能价格比，在以节能为目的和对速度精度要求不太高的各种用途中得到了广泛的应用。中得到

29、了广泛的应用。与采用了开环控制方式的与采用了开环控制方式的U/fU/f控制相比，转差频率控制采用的控制相比，转差频率控制采用的是一种进行速度反馈控制的闭环控制方式，因此其动、静态性能是一种进行速度反馈控制的闭环控制方式，因此其动、静态性能都优于都优于U/fU/f控制，可以应用于对速度和精度有较高要求的各种调速控制，可以应用于对速度和精度有较高要求的各种调速系统。但是，由于采用这种控制方式的变频器的控制性能不如矢系统。但是，由于采用这种控制方式的变频器的控制性能不如矢量控制变频器，而且二者在硬件电路的复杂程度上相差不大，目量控制变频器，而且二者在硬件电路的复杂程度上相差不大，目前采用转差频率控制

30、方式的变频器已基本上被矢量控制变频器所前采用转差频率控制方式的变频器已基本上被矢量控制变频器所取代。取代。4.各种控制方式特点U/f控制转差频率控制矢量控制加减速特性加减速特性急加减速控制有限度，四急加减速控制有限度，四象限运转时在零速度附近象限运转时在零速度附近有空载时间，过电流抑制有空载时间，过电流抑制能力小能力小急加减速控制有限度（比急加减速控制有限度（比U/f控制有提高），四象限运转控制有提高），四象限运转时在零速度附近有空载时间，时在零速度附近有空载时间，过电流抑制能力中过电流抑制能力中急加减速控制无限度，急加减速控制无限度，可以进行连续四象限运可以进行连续四象限运转，过电流抑制能力

31、大转，过电流抑制能力大速速度度控控制制范围范围1：101：201：100以上以上响应响应510rad/s30100rad/s控制精度控制精度根据负载条件转差频率发根据负载条件转差频率发生变动生变动与速度检测精度、控制运算与速度检测精度、控制运算精度有关精度有关模拟模拟 最大值的最大值的0.5数字数字 最大值的最大值的0.05转矩控制转矩控制原理上不可能原理上不可能除车辆调速等外，一般不适除车辆调速等外，一般不适应应适用适用可以控制静止转矩可以控制静止转矩通用性通用性基本上不需要因电动机特基本上不需要因电动机特性差异进行调整性差异进行调整需要根据电动机特性给定转需要根据电动机特性给定转差频率差频

32、率按电动机不同的特性需按电动机不同的特性需要给定磁场电流、转矩要给定磁场电流、转矩电流、转差频率等多个电流、转差频率等多个控制量控制量控制构成控制构成最简单最简单较简单较简单稍复杂稍复杂按输入电流的相数分为三进三出变频器和单进三出变频器。按输入电流的相数分为三进三出变频器和单进三出变频器。1.1.三进三出变频器三进三出变频器 变频器的输入侧和输出侧都是三相交流电。绝大多数变频器都变频器的输入侧和输出侧都是三相交流电。绝大多数变频器都属于此类。属于此类。2.2.单进三出变频器单进三出变频器 变频器的输入侧为单相交流电，输出侧是三相交流电。家用电变频器的输入侧为单相交流电，输出侧是三相交流电。家用

33、电器里的变频器均属此类，单进三出变频器通常容量较小。器里的变频器均属此类，单进三出变频器通常容量较小。2.2.5 2.2.5 按输入电流的相数分类按输入电流的相数分类 2.3.1 2.3.1 变变频频器器的的基基本本结结构构 交交-直直-交交通通用用变变频频器器由由主主电电路路和和控控制制电电路路组组成成。主主电电路路包包括括整整流流器器、中中间间直直流流环环节节和和逆逆变变器器。控控制制电电路路由由运运算算电电路路、检检测测电电路路、控控制制信信号号的的输输入入/输输出出电电路路和和驱驱动动电路组成。电路组成。任务3 中小容量通用变频器2.3.2 2.3.2 变频器的主电路变频器的主电路 图

34、2-22 交-直-交电压型通用变频器主电路2.3.2 2.3.2 变频器的主电路变频器的主电路 1.整流电路整流电路 整流电路的主要作用是把三相（单相）交流电转变成直流电，为逆变电整流电路的主要作用是把三相（单相）交流电转变成直流电，为逆变电路提供所需的直流电源，在电压型变频器中整流电路的作用相当于一个路提供所需的直流电源，在电压型变频器中整流电路的作用相当于一个直流电源。直流电源。2.滤波及限流电路滤波及限流电路 滤波电路通常由若干个电容并联成一组，如图滤波电路通常由若干个电容并联成一组，如图2-22中中CF1和和CF2。由于。由于电解电容的电容量有较大的离散性，可能使各电容承受的电压不相等

35、，电解电容的电容量有较大的离散性，可能使各电容承受的电压不相等，为了解决电容均压问题，在电容旁各并联一个阻值相等的均压电阻。为了解决电容均压问题，在电容旁各并联一个阻值相等的均压电阻。3.直流中间电路直流中间电路 整流电路可以将电网的交流电源整流成直流电压或直流电流，但这种电整流电路可以将电网的交流电源整流成直流电压或直流电流，但这种电压和电流含有频率为电源频率六倍的电压和电流纹波，将影响直流电压压和电流含有频率为电源频率六倍的电压和电流纹波，将影响直流电压或电流的质量。为了减小这种电压或电流的波动，需要加电容器或电感或电流的质量。为了减小这种电压或电流的波动，需要加电容器或电感器作为直流中间

36、环节。器作为直流中间环节。2.3.2 2.3.2 变频器的主电路变频器的主电路 4.逆变电路逆变电路 逆逆变变电电路路是是变变频频器器最最主主要要的的部部分分之之一一，它它的的功功能能是是在在控控制制电电路路的的控控制制下下将将直直流流中中间间电电路路输输出出的的直直流流电电压压，转转换换为为电电压压频频率率均均可可调调的的交交流流电电压，实现对异步电动机的变频调速控制。压，实现对异步电动机的变频调速控制。在图在图2-22中，由开关器件中，由开关器件V1V6构成的电路称为逆变桥，由构成的电路称为逆变桥，由VD7VD12构成续流电路，续流电路的作用如下：构成续流电路，续流电路的作用如下：1）为电

37、动机绕组的无功电流返回直流电路提供通路；）为电动机绕组的无功电流返回直流电路提供通路；2）当频率下降使同步转速下降时，为电动机的再生电能反馈至直流）当频率下降使同步转速下降时，为电动机的再生电能反馈至直流电路提供通路；电路提供通路；3）为电路的寄生电感在逆变过程中释放能量提供通路。）为电路的寄生电感在逆变过程中释放能量提供通路。2.3.2 2.3.2 变频器的主电路变频器的主电路 5.能耗制动电路能耗制动电路 1）制动电路的作用）制动电路的作用目的：使电动机减速目的：使电动机减速 对对于于电电流流型型变变频频器器来来说说，当当负负载载的的异异步步电电动动机机作作为为异异步步发发电电机机工工作作

38、时时，由由于于直直流流电电路路电电压压的的极极性性将将发发生生变变化化，电电能能将将按按照照异异步步电电动动机机到到变变频频器器到到供供电电电电源源的的方方向向流流动动，可可以以通通过过适适当当控控制制直直接接将将电电能能馈馈还还给给电电源源，而不需要专门设置制动电路。而不需要专门设置制动电路。而而对对于于电电压压型型变变频频器器来来说说，上上述述回回馈馈能能量量则则主主要要经经馈馈还还二二极极管管整整流流后后送送至至直直流流中中间间电电路路，并并使使平平滑滑电电容容的的电电压压上上升升。因因此此，在在电电压压型型变变频频器器中中必必须须根根据据电电动动机机减减速速的的需需要要专专门门设设置置

39、制制动动电电路路。这这种种制制动动方方式式是是通通过过消消耗耗能能量量而而获获得得制制动动转转矩矩的的，属属于于能能耗耗制制动动，对对应应的的电电路路就就是是能能耗制动电路。耗制动电路。2.3.2 2.3.2 变频器的主电路变频器的主电路 5.能耗制动电路能耗制动电路 2）制动电路的构成）制动电路的构成3）制动电路的工作原理）制动电路的工作原理 当当检检测测到到直直流流电电压压US超超过过规规定定的的电电压压上上限限时时，功功率率管管VB导导通通，并并以以IB=US/RB放放电电电电流流进进行行放放电电；而而当当检检测测到到直直流流电电压压US达达到到事事先先设设定定的的某某一一电电压压下下限

40、限时时，则则功功率率管管关关断断，电电容容重重新新进进入入充充电电过过程程，从从而而达达到限制直流电压上升过高的目的。到限制直流电压上升过高的目的。2.3.2 2.3.2 变频器的主电路变频器的主电路6.主电路的外部接线主电路的外部接线 在做变频器主电路外部接线时，应注意以下几点：在做变频器主电路外部接线时，应注意以下几点：1）对输入侧，在电源和变频器之间，通常应接入断路器和接触器。）对输入侧，在电源和变频器之间，通常应接入断路器和接触器。断路器的作用是在安装与维修变频器时，起隔离作用。接触器主要是断路器的作用是在安装与维修变频器时，起隔离作用。接触器主要是为了便于控制，同时当变频器发生故障时

41、，能迅速切断变频器的电源。为了便于控制，同时当变频器发生故障时，能迅速切断变频器的电源。2）变频器输出侧通常直接接电动机，在变频器和电动机之间，一般）变频器输出侧通常直接接电动机，在变频器和电动机之间，一般不允许接入接触器。不允许接入接触器。3）由于变频器内具有热保护功能，所以一般情况下，可以不接热继电）由于变频器内具有热保护功能，所以一般情况下，可以不接热继电器。器。4）变频器的输出侧不允许接电容器。）变频器的输出侧不允许接电容器。2.3.3 2.3.3 控制电路控制电路 控制电路指为主电路提供控制信号，以完成电路输出调节、各种保护，控制电路指为主电路提供控制信号，以完成电路输出调节、各种保

42、护，实现输出指示的弱电电路。不同品牌的变频器控制电路差异较大，但实现输出指示的弱电电路。不同品牌的变频器控制电路差异较大，但其基本结构大致相同，主要由主控板、操作界面、控制电源等组成。其基本结构大致相同，主要由主控板、操作界面、控制电源等组成。1主控板主控板 变频器的主控板是一个高性能的微处理器，它通过变频器的主控板是一个高性能的微处理器，它通过A/D、D/A转换等转换等接口电路接收检测电路和外部接口电路送来的各种检测信号和参数设接口电路接收检测电路和外部接口电路送来的各种检测信号和参数设定值，利用事先编制好的软件进行必要的处理，并为变频器的其他部定值，利用事先编制好的软件进行必要的处理，并为

43、变频器的其他部分提供各种必要的控制信号和显示信息。其主要功能有：分提供各种必要的控制信号和显示信息。其主要功能有：1）接收来自于键盘输入的各种信号。）接收来自于键盘输入的各种信号。2）接收来自于外接控制电路输入的各种信号。）接收来自于外接控制电路输入的各种信号。2.3.3 2.3.3 控制电路控制电路1主控板主控板 3）接收内部采样信号。内部采样信号包括主电路中电压与电流的采）接收内部采样信号。内部采样信号包括主电路中电压与电流的采样信号、各部分温度的采样信号和各逆变管工作状态的采样信号。样信号、各部分温度的采样信号和各逆变管工作状态的采样信号。4）完成）完成PWM调制。将接受的各种信号进行判

44、断和综合运算，发出调制。将接受的各种信号进行判断和综合运算，发出PWM调制指令，并分配给各逆变管的驱动电路。调制指令，并分配给各逆变管的驱动电路。5）向显示板和显示屏发出各种显示信号。）向显示板和显示屏发出各种显示信号。6）当发现异常时，立即发出保护指令进行保护。）当发现异常时，立即发出保护指令进行保护。7）向外电路提供控制信号及显示信号。）向外电路提供控制信号及显示信号。2操作面板操作面板 包括键盘及显示屏等。包括键盘及显示屏等。2.3.3 2.3.3 控制电路控制电路2操作面板操作面板1)键盘：键盘：运行键、模式转换键、读出、写入键运行键、模式转换键、读出、写入键 读出、写入键、数据增减键

45、、复读出、写入键、数据增减键、复位键、数字键位键、数字键。2)显示屏：显示控制面板提供的各种显示数据，有两种类型显示屏：显示控制面板提供的各种显示数据，有两种类型 LED数码显示数码显示屏：显示无单位的数字量和简单的英文代码；屏：显示无单位的数字量和简单的英文代码；液晶显示屏：显示数字和文字。液晶显示屏：显示数字和文字。显示屏显示的数据类型包括：显示屏显示的数据类型包括：运行数据：运行时的各种输出数据。运行数据：运行时的各种输出数据。功能参数码：编程时的功能代码和数据。功能参数码：编程时的功能代码和数据。故障代码：故障状态下的故障代码。故障代码：故障状态下的故障代码。2.3.3 2.3.3 控

46、制电路控制电路3电源电源 为控制电路提供直流电源。其内部电源具有电压稳定性好，抗干扰能为控制电路提供直流电源。其内部电源具有电压稳定性好，抗干扰能力强等优点，并与主电路有很好的电气隔离。力强等优点，并与主电路有很好的电气隔离。4外部端子外部端子 主电路的端子包括输入端子（主电路的端子包括输入端子（R、S、T）和输出端子（）和输出端子（U、V、W）。）。控制电路的输入端子包括输入模拟控制端子和输入接点控制端子。模控制电路的输入端子包括输入模拟控制端子和输入接点控制端子。模拟控制端子用于接收模拟信号调节运行频率；接点控制端子用于接收拟控制端子用于接收模拟信号调节运行频率；接点控制端子用于接收开关信

47、号进行运行控制。开关信号进行运行控制。控制电路的输出端子包括输出监视端子和输出指示端子。监视端子输控制电路的输出端子包括输出监视端子和输出指示端子。监视端子输出开关信号用于报警或运行状态指示；指示端子用于输出与频率成正出开关信号用于报警或运行状态指示；指示端子用于输出与频率成正比的模拟信号，用于指示各种输出数据。比的模拟信号，用于指示各种输出数据。1.频率给定功能频率给定功能 频率给定有三种方式供用户选择：频率给定有三种方式供用户选择：1）面板给定方式。由操作面板上的键盘设置给定频率。）面板给定方式。由操作面板上的键盘设置给定频率。2）外接给定方式。通过外部的模拟量或数字输入给定端口，将外部）

48、外接给定方式。通过外部的模拟量或数字输入给定端口，将外部频率给定信号输入变频器。频率给定信号输入变频器。3）通信接口给定方式。由计算机或其他控制器通过通信接口进行给）通信接口给定方式。由计算机或其他控制器通过通信接口进行给定。定。2.3.4 2.3.4 变频器主要功能变频器主要功能2.控制方式的选择功能控制方式的选择功能1）U/f控制方式控制方式U/f控制方式有三种形式可供用户选择：控制方式有三种形式可供用户选择：（1）基本）基本U/f线。线。（2）任选）任选U/f线。线。2.3.4 2.3.4 变频器主要功能变频器主要功能2.3.4 2.3.4 变频器主要功能变频器主要功能2.控制方式的选择

49、功能控制方式的选择功能1）U/f控制方式控制方式（3）U/f线的自动调整功能。变频器可根据负载的具体情况自动调整转矩线的自动调整功能。变频器可根据负载的具体情况自动调整转矩补偿程度，自动调整的补偿程度，自动调整的U/f线是相互平行的，如图线是相互平行的，如图2-26所示。所示。2.3.4 2.3.4 变频器主要功能变频器主要功能2.控制方式的选择功能控制方式的选择功能 2）矢量控制方式）矢量控制方式（1）带速度反馈的矢量控制。这种控制方式具有很好的动态和静态性能指）带速度反馈的矢量控制。这种控制方式具有很好的动态和静态性能指标，是性能最好的控制方式。标，是性能最好的控制方式。（2）无速度反馈的

50、矢量控制。这种控制方式不需要速度反馈，适用于对系）无速度反馈的矢量控制。这种控制方式不需要速度反馈，适用于对系统的动态性能要求不太高的场合，其应用十分广泛。统的动态性能要求不太高的场合，其应用十分广泛。3与频率有关的功能设置与频率有关的功能设置 与频率有关的功能包括：极限频率、加速时间、减速时间、加速曲线、与频率有关的功能包括：极限频率、加速时间、减速时间、加速曲线、减速曲线、回避频率、段速频率、频率增益、频率偏置等。减速曲线、回避频率、段速频率、频率增益、频率偏置等。2.3.4 2.3.4 变频器主要功能变频器主要功能3与频率有关的功能设置与频率有关的功能设置 （1）最高频率）最高频率fma