變頻器主電路介紹

1、變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)第第 2 章章變頻器主電路變頻器主電路l 變頻變壓的實現(xiàn)變頻變壓的實現(xiàn)l SPWMl 交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路l 矢量變頻控制矢量變頻控制l 變頻器的選型變頻器的選型變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻變壓的實現(xiàn)變頻變壓的實現(xiàn)一、變頻基本原理一、變頻基本原理1. 單相逆變橋原理單相逆變橋原理 a a）單相逆變橋電路）單相逆變橋電路b b）負(fù)載所得電壓波形）負(fù)載所得電壓波形變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻變壓的實現(xiàn)變頻變壓的實現(xiàn)2. 變頻方法變頻方法 a a）頻率較高）頻率較高b b）頻率較低）頻率較低 變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻變壓的實

2、現(xiàn)變頻變壓的實現(xiàn)3. 三相逆變橋三相逆變橋 a）三相逆變電路）三相逆變電路 b）輸出電壓波形）輸出電壓波形變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻變壓的實現(xiàn)變頻變壓的實現(xiàn)二、二、 交直交變頻器交直交變頻器1 . 組成框圖組成框圖 變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻變壓的實現(xiàn)變頻變壓的實現(xiàn)2. 變壓方法變壓方法 在逆變器輸入端調(diào)節(jié)整流電在逆變器輸入端調(diào)節(jié)整流電壓，稱為脈幅調(diào)制壓，稱為脈幅調(diào)制PAMPAM，逆變器，逆變器只調(diào)節(jié)頻率。只調(diào)節(jié)頻率。 可控整流，通過對觸發(fā)脈沖的可控整流，通過對觸發(fā)脈沖的相位控制獲得可調(diào)直流電壓。但電相位控制獲得可調(diào)直流電壓。但電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低，特別是低壓時更網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低

3、，特別是低壓時更為嚴(yán)重。為嚴(yán)重。 不可控整流器整流，在直流不可控整流器整流，在直流環(huán)節(jié)增加斬波器以實現(xiàn)調(diào)壓，電環(huán)節(jié)增加斬波器以實現(xiàn)調(diào)壓，電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)得到改善。網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)得到改善。變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)SPWM一、變壓又變頻的方法一、變壓又變頻的方法1. 交交直直交交a）電路框圖）電路框圖 b）頻率較高）頻率較高 c）頻率較低）頻率較低輸出電壓為方波，電流為正弦波輸出電壓為方波，電流為正弦波（1）電壓型脈寬調(diào)制（PWM）（2）電流型輸出電壓為正弦波，電流為方波輸出電壓為正弦波，電流為方波變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)SPWM串聯(lián)二極管式電流型變頻器主電路及電流波形串聯(lián)二極管式

4、電流型變頻器主電路及電流波形2. 電壓型正弦波脈寬調(diào)制（電壓型正弦波脈寬調(diào)制（SPWM） 變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)SPWM3. SPWM的實現(xiàn)的實現(xiàn)（1）單極性調(diào)制 a）頻率較高）頻率較高 b）頻率較低）頻率較低 采用三角波和正弦波相交獲得的采用三角波和正弦波相交獲得的PWM波形直接控制各個開關(guān)可以得到脈波形直接控制各個開關(guān)可以得到脈沖寬度和各脈沖間的占空比可變的呈正弦變化的輸出脈沖電壓電壓，能獲得理沖寬度和各脈沖間的占空比可變的呈正弦變化的輸出脈沖電壓電壓，能獲得理想的控制效果，輸出電流近似正弦波。想的控制效果，輸出電流近似正弦波。變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)SPWM（2） 雙極

5、性脈寬調(diào)制 變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)SPWM二、控制芯片二、控制芯片 DSP 電機控制專用電機控制專用CPU TI公司產(chǎn)品公司產(chǎn)品 實時控制，快速處理數(shù)據(jù)實時控制，快速處理數(shù)據(jù) 同一機器周期同時處理多條指令同一機器周期同時處理多條指令 CPLD 大規(guī)?？删幊踢壿嬯嚵写笠?guī)?？删幊踢壿嬯嚵?XILINX產(chǎn)品產(chǎn)品 系統(tǒng)邏輯構(gòu)成和保護電路系統(tǒng)邏輯構(gòu)成和保護電路 簡化數(shù)字邏輯簡化數(shù)字邏輯 MCU 單片機單片機 ATMEL公公司產(chǎn)品司產(chǎn)品 顯示與鍵盤顯示與鍵盤 控制線路板控制線路板變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)SPWM三、功率器件三、功率器件電機控制算法電機控制算法功率器件功率器件V/F控制控制

6、SCRGTR矢量控制矢量控制IGBT計算機技術(shù)計算機技術(shù)單片機單片機DSP IGBT大容量大容量 IPM 更高速率和容量更高速率和容量如，矩陣式變頻器如，矩陣式變頻器大功率傳大功率傳動使用變動使用變頻器，體頻器，體積大，價積大，價格高格高未來發(fā)展方向未來發(fā)展方向完美無諧波，完美無諧波，PWM技術(shù)技術(shù)SPWM技術(shù)技術(shù)PWM優(yōu)化優(yōu)化新一代開關(guān)技術(shù)新一代開關(guān)技術(shù)無速度矢量控制無速度矢量控制電流矢量電流矢量V/F70年代年代80年代年代60年代年代90年代年代高速高速DSP專用芯片專用芯片2000年代年代超靜音變頻器開始流行超靜音變頻器開始流行解決了解決了GTR噪聲問題噪聲問題變頻器性能大幅提升變頻器

7、性能大幅提升大批量使用，取代直流大批量使用，取代直流算法優(yōu)化算法優(yōu)化 更大容量更大容量 更高開關(guān)頻率更高開關(guān)頻率PWM技術(shù)技術(shù)空間電壓矢量空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)變頻器體變頻器體積縮小，積縮小，開始在中開始在中小功率電小功率電機上使用機上使用變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)SPWM）逆變電路）逆變電路 ）電壓波形）電壓波形 ）電流波形）電流波形串聯(lián)二極管式電流型變頻器主電路串聯(lián)二極管式電流型變頻器主電路1. 晶閘管（晶閘管（SCR）變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)SPWM）逆變電路）逆變電路 ）電壓波形）電壓波形 ）電流波形）電流波形2. GTRGTR模塊（單橋）模塊（單橋）變頻器及應(yīng)用技

8、術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)SPWM）逆變電路）逆變電路 ）電壓波形）電壓波形 ）電流波形）電流波形3. IGBT單管單管IGBT單橋單橋IGBT模塊模塊全橋全橋IGBT模塊模塊變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)SPWM變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)SPWM5. IGBT的驅(qū)動模塊的驅(qū)動模塊C2C1EXB 850教材教材P39 圖圖1-38IGBT驅(qū)動電路過流保護過熱保護欠壓保護 IPM （智能功率模塊）（智能功率模塊）PIM（功率集成模塊）（功率集成模塊） 6. IPM模塊和模塊和PIM模塊模塊變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)SPWM變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路

9、主電路組成主電路組成變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路 1）整流電路的功能是把交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源。三相線電壓為）整流電路的功能是把交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源。三相線電壓為380V時，時，整流后峰值為電壓整流后峰值為電壓537V，平均電壓為，平均電壓為515V，最高不能超過，最高不能超過760V，整流器件一般，整流器件一般采用整流二極管或模塊。采用整流二極管或模塊。 2）整流橋與濾波電容之間，有）整流橋與濾波電容之間，有Rs為充電（限流）電阻，當(dāng)變頻器剛拉入電為充電（限流）電阻，當(dāng)變頻器剛拉入電源的瞬間，將有一個很大的沖擊電流經(jīng)整流橋流向濾波電容，使整流橋可能因

10、此源的瞬間，將有一個很大的沖擊電流經(jīng)整流橋流向濾波電容，使整流橋可能因此而受到損壞。如果電容量很大，不會使電源電壓瞬間下降而形成對電網(wǎng)的干擾；而受到損壞。如果電容量很大，不會使電源電壓瞬間下降而形成對電網(wǎng)的干擾；Ks為短路開關(guān)或晶閘管組成的并聯(lián)電路，充電電阻如長期接在電路內(nèi)，會影響直為短路開關(guān)或晶閘管組成的并聯(lián)電路，充電電阻如長期接在電路內(nèi)，會影響直流母線電壓流母線電壓UD和變頻器輸出電壓的大小。所以，當(dāng)和變頻器輸出電壓的大小。所以，當(dāng)UD增大到一定程度時，增大到一定程度時， Ks 接接通把通把Rs 切出電路。切出電路。 Ks 有用晶閘管也有用繼電器觸點構(gòu)成。有用晶閘管也有用繼電器觸點構(gòu)成。

11、3）C1和和C2應(yīng)是并聯(lián)、串聯(lián)的電容器組，由于應(yīng)是并聯(lián)、串聯(lián)的電容器組，由于C1和和C2的電容量不能完全相等的電容量不能完全相等（承受電壓較高一側(cè)電容器組容易損壞），因此并聯(lián)一個阻值相等的均壓電阻（承受電壓較高一側(cè)電容器組容易損壞），因此并聯(lián)一個阻值相等的均壓電阻R1和和R2，使得，使得 UD1 、UD2 電壓相等。電壓相等。整流與濾波整流與濾波變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路 1）在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動機的降速和停機，是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的。）在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動機的降速和停機，是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的。在頻率剛減小的瞬間，電動機的同步轉(zhuǎn)速隨之下降

12、，而由于轉(zhuǎn)子慣性的原因，電在頻率剛減小的瞬間，電動機的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于轉(zhuǎn)子慣性的原因，電動機的轉(zhuǎn)速未變，當(dāng)同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的方向相反動機的轉(zhuǎn)速未變，當(dāng)同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的方向相反了，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變180，使電動機處于發(fā)電狀態(tài)，也稱為再生制動狀，使電動機處于發(fā)電狀態(tài)，也稱為再生制動狀態(tài)。態(tài)。 2）電動機再生的電能經(jīng)續(xù)流二極管（）電動機再生的電能經(jīng)續(xù)流二極管（D1D6）全波整流后反饋到直流電路）全波整流后反饋到直流電路中，由于直流電路的電能無法回輸給電網(wǎng)，只能由中，由于直流電路的電能無法回輸給電網(wǎng)，只能由C

13、1和和C2吸收，使直流電壓升高。吸收，使直流電壓升高。過高的直流電壓將使變流器件受到損害。因此，直流電壓超過一定值時，就要提過高的直流電壓將使變流器件受到損害。因此，直流電壓超過一定值時，就要提供一條放電回路。供一條放電回路。 3）能耗電路由制動電阻）能耗電路由制動電阻RB和制動單元和制動單元VB構(gòu)成。當(dāng)直流回路電壓構(gòu)成。當(dāng)直流回路電壓UD超過規(guī)定超過規(guī)定值時，值時，VB導(dǎo)通，使直流電壓通過導(dǎo)通，使直流電壓通過RB釋放能量，降低直流電壓。而當(dāng)釋放能量，降低直流電壓。而當(dāng)UD在正常范在正常范圍內(nèi)時圍內(nèi)時VB截止，以避免不必要的能量損失。截止，以避免不必要的能量損失。制動電路制動電路變頻器及應(yīng)用技

14、術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路 1）逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交）逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓，根據(jù)確定的時間相應(yīng)功率開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷，從而可以在輸出端流電壓，根據(jù)確定的時間相應(yīng)功率開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷，從而可以在輸出端U、V、W三相上得到相位互相差三相上得到相位互相差120的三相交流電壓。的三相交流電壓。 2）逆變電路由開關(guān)器件）逆變電路由開關(guān)器件V1V6構(gòu)成，目前大部分使用構(gòu)成，目前大部分使用IGBT管，最新技管，最新技術(shù)是智能功率模塊術(shù)是智能功率模塊IPM。 3）續(xù)流電路由）續(xù)流電路由D1D

15、6組成。作用是為電動機繞組的無功電流提供返回通組成。作用是為電動機繞組的無功電流提供返回通道；為再生電能反饋提供通道；為寄生電感在逆變過程中釋放能量提供通道。道；為再生電能反饋提供通道；為寄生電感在逆變過程中釋放能量提供通道。 4）緩沖電路。逆變管在截止和導(dǎo)通的瞬間，其電壓和電流的變化率是很）緩沖電路。逆變管在截止和導(dǎo)通的瞬間，其電壓和電流的變化率是很大的，有可能使逆變管受到損傷。因此每個逆變管旁還應(yīng)接入緩沖電路，以減大的，有可能使逆變管受到損傷。因此每個逆變管旁還應(yīng)接入緩沖電路，以減緩電壓和電流的變化率。緩電壓和電流的變化率。逆變電路逆變電路變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)交交直直交變頻器主

16、電路交變頻器主電路一、整流與濾波電路一、整流與濾波電路1濾波電容要均壓濾波電容要均壓整流橋整流橋變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路2充電過程要限流充電過程要限流 合上電源時的充電過程合上電源時的充電過程a）直接充電）直接充電b）加入限流電阻）加入限流電阻變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路3直流電源指示為安全直流電源指示為安全直流電路的電源指示直流電路的電源指示 變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路二、逆變電路二、逆變電路 1逆變電路的結(jié)構(gòu)與輸出電壓逆變電路的結(jié)構(gòu)與輸出電壓變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及

17、應(yīng)用技術(shù)交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路2. 功率管旁反并聯(lián)二極管功率管旁反并聯(lián)二極管電動機狀態(tài)時電動機狀態(tài)時的電流路徑的電流路徑發(fā)電機狀態(tài)時的電流路徑發(fā)電機狀態(tài)時的電流路徑變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路3. 緩沖電路緩沖電路 緩沖電路的主要作用是減小緩沖電路的主要作用是減小IGBT從飽和轉(zhuǎn)從飽和轉(zhuǎn)為截止時，為截止時，C-E之間的電壓變化率。當(dāng)之間的電壓變化率。當(dāng)VI1從飽從飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)時，和狀態(tài)轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)時，C-E間的電壓將有接近間的電壓將有接近于于0迅速上升為直流電壓（迅速上升為直流電壓（513V），過高的電），過高的電壓變化將使壓變化將

18、使IGBT損壞。損壞。 1）電容）電容C1的作用。當(dāng)?shù)淖饔?。?dāng)VI1從飽和轉(zhuǎn)為截止從飽和轉(zhuǎn)為截止時，時，C-E間電壓間電壓UCE的上升速率減緩。的上升速率減緩。 2）電阻）電阻R1的作用。當(dāng)?shù)淖饔?。?dāng)VI1從截止轉(zhuǎn)為飽和從截止轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，C1放電，放電，RI可以減小放電電流。可以減小放電電流。 3）二極管）二極管VD1額作用?？朔~作用?？朔1影響影響C1減減緩電壓變化率的作用。緩電壓變化率的作用。變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路4. 逆變橋輸出的禁忌逆變橋輸出的禁忌（1）主電路的輸入、輸出不允許接錯 a）電源接至輸出側(cè)）電源接至輸出側(cè)b）接錯

19、的后果）接錯的后果變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路（2）輸出側(cè)不能接電容器 適用于小功率（5.5KW)適用于中大功率（適用于中大功率（5.5kW以上）以上）變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路220V鍵盤控制板5. 主電路主電路220V/380V鍵盤控制板適用于小功率（適用于小功率（5.5kW）變頻器內(nèi)部組成變頻器內(nèi)部組成控制線路板控制線路板逆變器輸出三相電源逆變器輸出三相電源（U、V、W）線棒）線棒電網(wǎng)三相電源（電網(wǎng)三相電源（R、S、T）接線端子）接線端子U、V、W及接及接地等接線端子地等接線端子電流傳感器電流傳感器大功率晶

20、大功率晶體管模塊體管模塊整流元件整流元件變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路 正弦波脈寬調(diào)制（正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）著眼于對電壓進行控制，使輸出電壓盡可能等效成正弦波。實際上，對電）著眼于對電壓進行控制，使輸出電壓盡可能等效成正弦波。實際上，對電動機電流的控制更為重要，電流跟蹤型動機電流的控制更為重要，電流跟蹤型PWM直接控制輸出電流，使之跟蹤正弦給定電流的變化。直接控制輸出電流，使之跟蹤正弦給定電流的變化。1. 電流跟蹤型電流跟蹤型PWM（滯環(huán)電流跟蹤）（滯環(huán)電流跟蹤） 在電流跟蹤型在電流跟蹤型PWM方法中，將方法中，將電流波形作為指令信號，將實際電電流波

21、形作為指令信號，將實際電流作為反饋信號，通過兩者的瞬時流作為反饋信號，通過兩者的瞬時值比較來決定逆變電路相關(guān)功率開值比較來決定逆變電路相關(guān)功率開關(guān)器件的通斷，使實際的輸出跟蹤關(guān)器件的通斷，使實際的輸出跟蹤指令信號的變化。指令信號的變化。 以以U相為例，逆變電路相為例，逆變電路U相上橋相上橋VT1導(dǎo)通、下橋?qū)ā⑾聵騐T4關(guān)斷關(guān)斷時，電流上升。當(dāng)實際電流上升到滯環(huán)上限時，時，電流上升。當(dāng)實際電流上升到滯環(huán)上限時，U相下橋相下橋VT4導(dǎo)通、上橋?qū)ā⑸蠘騐T1關(guān)斷，電流開始衰減；當(dāng)電流達(dá)到滯環(huán)關(guān)斷，電流開始衰減；當(dāng)電流達(dá)到滯環(huán)下限時，下限時，VT4關(guān)斷，關(guān)斷，VT1又導(dǎo)通，以次類推。以這樣的方式又

22、導(dǎo)通，以次類推。以這樣的方式獲得的獲得的PWM使使VT1和和VT4通斷，實際電流在所設(shè)定的上下誤通斷，實際電流在所設(shè)定的上下誤差范圍（滯環(huán)寬度）內(nèi)變化，以跟蹤指令電流。差范圍（滯環(huán)寬度）內(nèi)變化，以跟蹤指令電流。滯環(huán)寬度（滯環(huán)寬度（HB）212CCRRRVM3邏輯邏輯控制控制R1R2i*iVT1VT4UdU電流電流檢測檢測電流電流指令指令電流反饋電流反饋VccVT3VT2VT5VT6滯環(huán)比較器滯環(huán)比較器滯環(huán)上限滯環(huán)上限滯環(huán)下限滯環(huán)下限變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)SPWM四、四、PWM的其他方式的其他方式2. 空間矢量空間矢量PWM（SVPWM） 空間矢量空間矢量PWM（SVPWM，Space

23、-Vector PWM）是一種先進的、計算機高度介入的）是一種先進的、計算機高度介入的PWM方法，也是方法，也是交流電動機變頻驅(qū)動交流電動機變頻驅(qū)動PWM最好的方法。最好的方法。 SPWM著眼于使輸出電壓盡可能等效于正弦波，而電流跟蹤型著眼于使輸出電壓盡可能等效于正弦波，而電流跟蹤型PWM直接控制輸出電流，使之跟蹤正直接控制輸出電流，使之跟蹤正弦給定電流。弦給定電流。SVPWM則是以形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場為控制目的，使三相對稱正弦電流在電動機定、轉(zhuǎn)子氣隙則是以形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場為控制目的，使三相對稱正弦電流在電動機定、轉(zhuǎn)子氣隙中形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩。中形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)

24、矩。 在在SPWM和電流跟蹤型和電流跟蹤型PWM控控制中，因為一個周期內(nèi)逆變器的工制中，因為一個周期內(nèi)逆變器的工作狀態(tài)只切換作狀態(tài)只切換6次，因此，生成的驅(qū)次，因此，生成的驅(qū)動電源在電動機中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場動電源在電動機中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場為正六邊形的磁鏈軌跡，由此產(chǎn)生為正六邊形的磁鏈軌跡，由此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩肯定是脈動的。的轉(zhuǎn)矩肯定是脈動的。 在在SVPWM中，逆變器的一個工作周期被劃分成了中，逆變器的一個工作周期被劃分成了、和和六個扇區(qū)，每個扇區(qū)插入新的電壓矢量六個扇區(qū)，每個扇區(qū)插入新的電壓矢量（圖中所示為（圖中所示為4個電壓矢量），以獲得逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場。個電壓矢量），以獲得逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場。

25、這樣，就必須在這樣，就必須在逆變器每隔逆變器每隔60 狀態(tài)狀態(tài)切換之間附加功率開切換之間附加功率開關(guān)器件通斷次數(shù)，從關(guān)器件通斷次數(shù)，從而獲得期望的而獲得期望的PWM波形。波形。 在在SVPWM中，中，因為涉及到矢量變換因為涉及到矢量變換等復(fù)雜的計算，必須等復(fù)雜的計算，必須借助借助DSP（數(shù)字信號（數(shù)字信號處理器）來完成。處理器）來完成。變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)SPWM一、矢量控制基本概念一、矢量控制基本概念 矢量控制理論上世紀(jì)矢量控制理論上世紀(jì)70年代西門子公司工程師年代西門子公司工程師F.Blaschke首先提首先提出，用來解決交流電動機控制問題。出，用來解決交流電動機控制問題。 磁

26、場定向原理：分別對異步電動機的磁場定向原理：分別對異步電動機的勵磁電流勵磁電流和和轉(zhuǎn)矩電流轉(zhuǎn)矩電流進行控進行控制，從而達(dá)到控制異步電動機轉(zhuǎn)距的目的。制，從而達(dá)到控制異步電動機轉(zhuǎn)距的目的。 利用利用“等效等效”的概念，將異步電動機的的概念，將異步電動機的定子電流矢量定子電流矢量分解為分解為產(chǎn)生產(chǎn)生磁場的電流分量磁場的電流分量（勵磁電流）和（勵磁電流）和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）分（轉(zhuǎn)矩電流）分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅度和相位，即控制定子電流矢別加以控制，并同時控制兩分量間的幅度和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。量，所以稱這種控制方式稱

27、為矢量控制方式。變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)矢量變頻控制矢量變頻控制1. 控制策略控制策略l 不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動機相匹配，而且可以控制異不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動機相匹配，而且可以控制異步電動機的轉(zhuǎn)距。步電動機的轉(zhuǎn)距。l 異步電動機上需同軸安裝編碼器，用于轉(zhuǎn)子角位移測量和轉(zhuǎn)異步電動機上需同軸安裝編碼器，用于轉(zhuǎn)子角位移測量和轉(zhuǎn)速測量。速測量。l 矢量變頻器具有異步電動機參數(shù)自動檢測、辯識和自適應(yīng)等矢量變頻器具有異步電動機參數(shù)自動檢測、辯識和自適應(yīng)等功能。在驅(qū)動異步電動機進行正常運轉(zhuǎn)之前可以自動地對異步功能。在驅(qū)動異步電動機進行正常運轉(zhuǎn)之前可以自動地對異步電動機的參數(shù)進行辨識，并根

28、據(jù)辨識結(jié)果調(diào)整控制算法中的有電動機的參數(shù)進行辨識，并根據(jù)辨識結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而對異步電動機進行有效的矢量控制。關(guān)參數(shù)，從而對異步電動機進行有效的矢量控制。變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)矢量變頻控制矢量變頻控制2. 矢量控制的性能特點矢量控制的性能特點二、電動機參數(shù)的自動測量二、電動機參數(shù)的自動測量（1）電動機的銘牌數(shù)據(jù)）電動機的銘牌數(shù)據(jù)電壓、電流、轉(zhuǎn)速、磁極對數(shù)、效率等。電壓、電流、轉(zhuǎn)速、磁極對數(shù)、效率等。（2）電動機的繞組數(shù)據(jù)）電動機的繞組數(shù)據(jù)定子電阻、定子漏磁電抗、轉(zhuǎn)子等效電阻、轉(zhuǎn)子定子電阻、定子漏磁電抗、轉(zhuǎn)子等效電阻、轉(zhuǎn)子等效漏磁電抗、空載電流等。等效漏磁電抗、空載電流

29、等。1矢量控制需要的參數(shù)矢量控制需要的參數(shù)功能碼功能碼功能含義功能含義數(shù)據(jù)碼及含義數(shù)據(jù)碼及含義T100電動機12選擇1：電動機1；2：電動機2T101自動測量模式0：旋轉(zhuǎn)自測量；1：停止自測量T102電動機額定功率T103電動機額定電壓T104電動機額定電流T105電動機額定頻率T106電動機的磁極數(shù)T107電動機額定轉(zhuǎn)速T108自測量的脈沖數(shù)自動測量相關(guān)功能（安川自動測量相關(guān)功能（安川CIMRG7A） 變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)矢量變頻控制矢量變頻控制2自動測量的操作自動測量的操作（1）旋轉(zhuǎn)自測量（相當(dāng)于空載試驗）旋轉(zhuǎn)自測量（相當(dāng)于空載試驗） 電動機脫離負(fù)載。電動機脫離負(fù)載。 變頻器通

30、電，按下變頻器通電，按下RUN鍵，先讓電動機停止鍵，先讓電動機停止1分鐘，再讓電動機旋分鐘，再讓電動機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1分鐘（轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的一半）。分鐘（轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的一半）。 按下按下STOP鍵，中止自測量。鍵，中止自測量。（2）停止自測量（相當(dāng)于堵轉(zhuǎn)試驗）停止自測量（相當(dāng)于堵轉(zhuǎn)試驗） 電動機不脫離負(fù)載。電動機不脫離負(fù)載。 變頻器通電，按下變頻器通電，按下RUN鍵，讓電動機停止鍵，讓電動機停止1分鐘。分鐘。 按下按下STOP鍵，中止自測量。鍵，中止自測量。變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)矢量變頻控制矢量變頻控制靜止三相交流繞組靜止三相交流繞組 在三相交流繞組在三相交流繞組U、V、W中通入電流中

31、通入電流iU、iV、iW，產(chǎn)生合成磁動，產(chǎn)生合成磁動勢勢F，并以同步轉(zhuǎn)速，并以同步轉(zhuǎn)速1旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。 在兩相靜止繞組在兩相靜止繞組、中通入電流中通入電流i、i，也，也可以產(chǎn)生大小和轉(zhuǎn)速相可以產(chǎn)生大小和轉(zhuǎn)速相同的旋轉(zhuǎn)磁動勢同的旋轉(zhuǎn)磁動勢F，則，則兩相繞組與三相繞組是兩相繞組與三相繞組是等效的。從等效的。從、軸變換軸變換到到d、q軸需借助軸需借助的運的運算。算。 在以在以1旋轉(zhuǎn)的兩相繞組旋轉(zhuǎn)的兩相繞組d、q中通入直流電流中通入直流電流id、iq，則產(chǎn)，則產(chǎn)生的磁動勢生的磁動勢F與靜止三相和兩與靜止三相和兩相繞組是等效的。其中，相繞組是等效的。其中，id相相當(dāng)于直流電動機中的勵磁電流，當(dāng)于直流電動機

32、中的勵磁電流，iq相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。電流。為為軸與軸與d軸的夾角，軸的夾角，隨時間而變化，通過檢測定子隨時間而變化，通過檢測定子電壓、電流和轉(zhuǎn)速實時計算獲電壓、電流和轉(zhuǎn)速實時計算獲得。得。3. 矢量等效變換矢量等效變換WiidUViViwiUF11idiqisq1靜止兩相交流繞組靜止兩相交流繞組旋轉(zhuǎn)直流繞組旋轉(zhuǎn)直流繞組3/2變換變換VR變換變換FF變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)矢量變頻控制矢量變頻控制變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)矢量變頻控制矢量變頻控制4. 矢量控制框圖矢量控制框圖三、有速度反饋三、有速度反饋/無速度反饋矢量控制無速度反饋矢量控制變頻器

33、及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)矢量變頻控制矢量變頻控制1. 有速度反饋矢量控制有速度反饋矢量控制a）有反饋矢量控制電路圖）有反饋矢量控制電路圖b）機械特性曲線簇）機械特性曲線簇變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)矢量變頻控制矢量變頻控制功能碼功能碼功能碼名稱功能碼名稱數(shù)據(jù)碼及含義（或范圍）數(shù)據(jù)碼及含義（或范圍）Fb00編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)09999prFb01編碼器旋轉(zhuǎn)方向0正方向；1反方向Fb02編碼器斷線后處理方法0以自由制動方式停機；1切換為開環(huán)VF控制方式有反饋矢量控制的相關(guān)功能（艾默生有反饋矢量控制的相關(guān)功能（艾默生TD3000） 為了滿足高精度轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制及磁為了滿足高精度轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制及磁場定

34、向的需要，常規(guī)的方法就是在電動場定向的需要，常規(guī)的方法就是在電動機軸上安裝速度傳感器，如光電編碼器機軸上安裝速度傳感器，如光電編碼器等。所謂無速度傳感器矢量控制是指取等。所謂無速度傳感器矢量控制是指取消調(diào)速系統(tǒng)中的速度檢測裝置，通過間消調(diào)速系統(tǒng)中的速度檢測裝置，通過間接計算的方法求出電動機運行的實際轉(zhuǎn)接計算的方法求出電動機運行的實際轉(zhuǎn)速值作為轉(zhuǎn)速反饋信號。速值作為轉(zhuǎn)速反饋信號。nUVW電流傳感器電流傳感器電壓傳感器電壓傳感器iU 、iV 、iWuU 、uV 、uWM3 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速速推算器推算器變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)矢量變頻控制矢量變頻控制2. 有速度反饋矢量控制有速度反饋矢量控制a）無

35、反饋矢量控制示意圖）無反饋矢量控制示意圖 b）機械特性曲線簇）機械特性曲線簇4、矢量變頻調(diào)速的適用范圍、矢量變頻調(diào)速的適用范圍a a）帶多臺電動機）帶多臺電動機b b）容量差兩檔以上）容量差兩檔以上c c）8 8極以上極以上d d）特殊電機）特殊電機不宜采用的場合不宜采用的場合 （1）矢量控制只能用于一臺變頻器控制一臺電動機的情況下。）矢量控制只能用于一臺變頻器控制一臺電動機的情況下。（2）電動機容量和變頻器要求的配用電動機容量之間，最多只能相差一個檔次。）電動機容量和變頻器要求的配用電動機容量之間，最多只能相差一個檔次。（3）磁極數(shù)一般以、極為宜。）磁極數(shù)一般以、極為宜。（4）特殊電動機不能

36、使用矢量控制功能。）特殊電動機不能使用矢量控制功能。 變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)矢量變頻控制矢量變頻控制四、直接轉(zhuǎn)矩控制四、直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制DTC（Direct Torque Control）是繼矢量控制）是繼矢量控制VC之后發(fā)展起來的另一種高動態(tài)性能的交流電動機變壓變頻調(diào)之后發(fā)展起來的另一種高動態(tài)性能的交流電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，于速系統(tǒng)，于1985年由德國年由德國M.Depnbrock首先提出來。直接轉(zhuǎn)矩控首先提出來。直接轉(zhuǎn)矩控制是因為利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電動機的電磁轉(zhuǎn)矩而得名。直接制是因為利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電動機的電磁轉(zhuǎn)矩而得名。直接轉(zhuǎn)矩控制是建立在定子靜止

37、兩相坐標(biāo)基礎(chǔ)上的，采用定子磁場定轉(zhuǎn)矩控制是建立在定子靜止兩相坐標(biāo)基礎(chǔ)上的，采用定子磁場定向方法，這與矢量控制不同，矢量控制采用轉(zhuǎn)子磁場定向方法。向方法，這與矢量控制不同，矢量控制采用轉(zhuǎn)子磁場定向方法。直接轉(zhuǎn)矩控制在低速時轉(zhuǎn)矩有脈動現(xiàn)象，且調(diào)速范圍不夠?qū)?。直接轉(zhuǎn)矩控制在低速時轉(zhuǎn)矩有脈動現(xiàn)象，且調(diào)速范圍不夠?qū)?。變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)矢量變頻控制矢量變頻控制變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器的選型變頻器的選型一、變頻器容量的選擇一、變頻器容量的選擇1電動機與變頻器額定電流的比較電動機與變頻器額定電流的比較 電動機容量（電動機容量（W）22. .030. .037. .045. .055

38、. .075. .0 電動機額定電流電動機額定電流 IMN（A）2242. .256. .970. .483. .9102. .7140. .12442. .556. .969. .884. .2102. .5139. .72644. .659. .572. .085. .4104. .9142. .42847. .663. .078. .293. .2112. .1152. .8 變頻器額定電流變頻器額定電流康沃康沃45. .060. .075. .091. .0112. .0150. .0森蘭森蘭45. .060. .075. .091. .0115. .0150. .0英威騰英威騰45.

39、 .060. .075. .090. .0110. .0150. .0安邦信安邦信61. .090. .0150. .0艾默生艾默生45. .060. .075. .090. .0110. .0152. .0三菱三菱43. .057. .071. .086. .0110. .0富士富士45. .060. .075. .091. .0112. .0150. .0安川安川G752. .065. .080. .097. .0128. .0165. .0ABB80055. .072. .086. .0103. .0141. .0166. .0瓦薩瓦薩CX48. .060. .075. .090. .0

40、110. .0150. .0丹佛士丹佛士44. .061. .073. .090. .0106. .0147. .0變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器的選型變頻器的選型2變頻器的額定電流與載波的關(guān)系變頻器的額定電流與載波的關(guān)系 載波頻率載波頻率/kHz46810121416額定電流額定電流/A62.058.955.849.643.437.231.0百分?jǐn)?shù)（百分?jǐn)?shù)（%）100959080706050西門子西門子440系列變頻器不同載波頻率時的額定電流（系列變頻器不同載波頻率時的額定電流（22kW） 載波頻率越高，電動機的電磁噪音越低，但電流降低，輸出轉(zhuǎn)矩減小，變頻器升載波頻率越高，電動機的電

41、磁噪音越低，但電流降低，輸出轉(zhuǎn)矩減小，變頻器升溫。建議，變頻器容量溫。建議，變頻器容量7.5kW，載波頻率不大于，載波頻率不大于7kHz，大功率不大于，大功率不大于6kHz。變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器的選型變頻器的選型1變頻器容量和電動機負(fù)載的關(guān)系變頻器容量和電動機負(fù)載的關(guān)系a）電動機發(fā)熱，變頻器跳閘）電動機發(fā)熱，變頻器跳閘 b）電動機不發(fā)熱，變頻器不跳閘）電動機不發(fā)熱，變頻器不跳閘（1）變頻器的容量與電動機的運行電流無關(guān)。）變頻器的容量與電動機的運行電流無關(guān)。（2）加大變頻器的容量，可防止過電流跳閘。）加大變頻器的容量，可防止過電流跳閘。 二、負(fù)載工況與變頻器容量的關(guān)系二、負(fù)載工

42、況與變頻器容量的關(guān)系 變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器的選型變頻器的選型a）連續(xù)不變負(fù)載）連續(xù)不變負(fù)載b）連續(xù)變動負(fù)載）連續(xù)變動負(fù)載 c）斷續(xù)負(fù)載）斷續(xù)負(fù)載2. 負(fù)載工況及溫升負(fù)載工況及溫升變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器的選型變頻器的選型3一臺變頻器帶多臺電動機一臺變頻器帶多臺電動機 （1） 多臺電動機同時起動和運行IN1. 051.1IMN 變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器的選型變頻器的選型（2）多臺電動機分別起動、制動2ST1MNN) 1 . 105. 1 (KIKII K1安全系數(shù)。后起動電動機都從停止?fàn)顟B(tài)安全系數(shù)。后起動電動機都從停止?fàn)顟B(tài) 起動時，起動時，K1=1.

43、2；后起動電動機有可能從自由；后起動電動機有可能從自由制動狀態(tài)下重新起動時，制動狀態(tài)下重新起動時，K1=1.52；K2變頻器的過載能力，變頻器的過載能力，K2=1.5；IST電動機起動電流，為額定電流的電動機起動電流，為額定電流的57倍。倍。變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器的選型變頻器的選型 變頻器類別變頻器類別常見型號舉例常見型號舉例主要特點主要特點 通用變頻器通用變頻器 普通型普通型 康沃：康沃：CVFG1、G2森蘭：森蘭：SB40、SB61安邦信：安邦信：AMBG7英威騰：英威騰：INVTG9時代：時代：TVF2000只有只有VF控制方式，故：控制方式，故：機械特性略機械特性略“軟

44、軟”；調(diào)速范圍較?。徽{(diào)速范圍較??；輕載時磁路容易飽和。輕載時磁路容易飽和。 高性能型高性能型康沃：康沃：CVFV1森蘭：森蘭：SB80英威騰：英威騰：CHV臺達(dá)：臺達(dá)：VFDA、B艾默生：艾默生：VT3000富士：富士：5000G11S安川：安川：CIMRG7ABB：ACS800AB：Power Flex 700瓦薩：瓦薩：VACONNX丹佛士：丹佛士：VLT5000西門子：西門子：440具有矢量控制功能，故：具有矢量控制功能，故：機械特性機械特性“硬硬”；調(diào)速范圍大；調(diào)速范圍大；不存在磁路飽和問題。不存在磁路飽和問題。如有轉(zhuǎn)速反饋，則：如有轉(zhuǎn)速反饋，則：機械特性很機械特性很“硬硬”；動態(tài)響應(yīng)

45、能力強；動態(tài)響應(yīng)能力強；調(diào)速范圍很大；調(diào)速范圍很大；可進行四象限運行?？蛇M行四象限運行。 專用變頻器專用變頻器風(fēng)機水泵用風(fēng)機水泵用康沃、富士、安川等：康沃、富士、安川等：P系列系列森蘭：森蘭：SB12三菱：三菱：FRA140艾默生：艾默生：TD2100西門子：西門子：430只有只有VF控制方式，但增加了控制方式，但增加了節(jié)能功能；節(jié)能功能；工頻的切換功能；工頻的切換功能；睡眠和喚醒功能等。睡眠和喚醒功能等。 起重機械用起重機械用三菱：三菱：FR241EABB：ACC600 電梯用電梯用艾默生：艾默生：TD3100安川：安川：VS676GL5 注塑機用注塑機用康沃：康沃：CVFZSZC英威騰：英威騰：INVTZS5ZS7 張力控制用張力控制用艾默生：艾默生：TD3300三墾：三墾：SAMCOvm05常見變頻器的類別及應(yīng)用特點常見變頻器的類別及應(yīng)用特點變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器及應(yīng)用技術(shù)變頻器的選型變頻器的選型使用通用變頻器的行業(yè)和設(shè)備使用通用變頻器的行業(yè)和設(shè)備使用矢量變頻器的行業(yè)和設(shè)備使用矢量變頻器的行業(yè)和設(shè)備