變頻技術教案(短訓班)課件

1、變頻技術教案變頻技術教案 -羅恒年羅恒年 直流電動機調速系統(tǒng)具有良好的啟動、制動性能及在直流電動機調速系統(tǒng)具有良好的啟動、制動性能及在大范圍內大范圍內平滑調速的優(yōu)點。因此過去很長一段時間內，在平滑調速的優(yōu)點。因此過去很長一段時間內，在需要進行調速控制的拖動系統(tǒng)中一直占主導地位。但直流需要進行調速控制的拖動系統(tǒng)中一直占主導地位。但直流電動機采用機械換向器換向，電動機采用機械換向器換向，它在單機容量、最高電壓、它在單機容量、最高電壓、最大轉速等方面受到限制，而且維護、維修復雜最大轉速等方面受到限制，而且維護、維修復雜。2020世紀世紀7070年代以來。隨著年代以來。隨著交流電動機調速控制理論交流電

2、動機調速控制理論、電力電子技電力電子技術術、以、以微處理器為核心的全數(shù)字化控制微處理器為核心的全數(shù)字化控制等關鍵技術的發(fā)展，等關鍵技術的發(fā)展，交流電動機變頻調速技術逐步成熟。目前，變頻調速技術交流電動機變頻調速技術逐步成熟。目前，變頻調速技術的應用幾乎已經擴展到了工業(yè)生產的所有領域，并且在空的應用幾乎已經擴展到了工業(yè)生產的所有領域，并且在空調、洗衣機、電冰箱等家電產品中也得到了廣泛的應用。調、洗衣機、電冰箱等家電產品中也得到了廣泛的應用。 變頻調速系統(tǒng)的核心是變頻器，變頻器的構成及工作變頻調速系統(tǒng)的核心是變頻器，變頻器的構成及工作原理較復雜，本課程僅對變頻器的構成、原理、實際操作原理較復雜，本

3、課程僅對變頻器的構成、原理、實際操作等作一簡單介紹。等作一簡單介紹。 我們知道，三相交流異步電動機的轉速公式為：我們知道，三相交流異步電動機的轉速公式為：n=（1s）60f1/p式中式中 f1電動機電源的頻率（電動機電源的頻率（Hz） p電動機定子繞組的磁極對數(shù)電動機定子繞組的磁極對數(shù) s轉差率轉差率 可見，在轉差率可見，在轉差率s變化不大的情況下，可以認為，調變化不大的情況下，可以認為，調節(jié)電動機定子電源頻率節(jié)電動機定子電源頻率f1，電動機的轉速，電動機的轉速n隨之成正比變隨之成正比變化。若均勻改變電動機電源的頻率化。若均勻改變電動機電源的頻率f1，則可以平滑地改變，則可以平滑地改變電動機的

4、轉速。電動機的轉速。 一、變頻調速的基本原理一、變頻調速的基本原理二、電源的分類二、電源的分類 直流電：電壓恒定且極性不變化直流電：電壓恒定且極性不變化電源電源 單相交流電單相交流電 交流電：電壓的極性周期性地變化交流電：電壓的極性周期性地變化 三相交流電三相交流電頻率：交流電每秒鐘極性改變的次數(shù)頻率：交流電每秒鐘極性改變的次數(shù) 三、整流和逆變三、整流和逆變 1 1 、整流：交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程?；貞泦?、整流：交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程。回憶單 相橋式整流電路的工作原理。相橋式整流電路的工作原理。2 、逆變：直流電變?yōu)榻涣麟姷倪^程。逆變：直流電變?yōu)榻涣麟姷倪^程。 逆變器是變頻器的核心部件逆變器是

5、變頻器的核心部件 3 、逆變的原理性電路逆變的原理性電路 控制控制S1和和S2的動作，負荷上的電壓的動作，負荷上的電壓eL為矩形為矩形波的交流電壓。該交流電壓的頻率取決于開關波的交流電壓。該交流電壓的頻率取決于開關的切換速度。的切換速度。 用一種控制可關斷的晶閘管（用一種控制可關斷的晶閘管（GTO）代替上圖中的開）代替上圖中的開關構成逆變器電路。關構成逆變器電路?？申P斷晶閘管（可關斷晶閘管（GTO)是指得用正的門極脈沖觸發(fā)導通，是指得用正的門極脈沖觸發(fā)導通，用負的門極觸發(fā)脈沖關斷陽極電流，恢復其阻斷狀態(tài)的用負的門極觸發(fā)脈沖關斷陽極電流，恢復其阻斷狀態(tài)的元件。元件。 工作原理：工作原理：1）VS

6、1、VS2控制極控制極G加正的脈沖，加正的脈沖，VS1、 VS2導通。導通。 2）VS3、VS4控制極控制極G加正的脈沖，加正的脈沖，VS3、 VS4導通。導通。 由于由于GTO的電流只能從的電流只能從AK單方向流過，增加反并聯(lián)單方向流過，增加反并聯(lián) 二極管實現(xiàn)開關功能。二極管實現(xiàn)開關功能。 四、變頻器的組成四、變頻器的組成 構成圖（圖構成圖（圖16a）；電路組成（圖）；電路組成（圖16b） 整流器整流器 主回路主回路 濾波器濾波器變頻器變頻器 逆變器逆變器 控制回路控制回路 單片機單片機 驅動電路驅動電路 光電隔離電路光電隔離電路五、變頻器的發(fā)展五、變頻器的發(fā)展1 1、新型電力電子器件的應用

7、，使變頻器的容量和電壓、新型電力電子器件的應用，使變頻器的容量和電壓 等級不斷擴大和提高；等級不斷擴大和提高；2 2、微處理器位數(shù)的的增加使變頻器的功能從單一的變、微處理器位數(shù)的的增加使變頻器的功能從單一的變 頻調速功能發(fā)展為含有邏輯和智能控制的變頻器；頻調速功能發(fā)展為含有邏輯和智能控制的變頻器；3 3、應用矢量控制和轉矩直接控制使變頻器不僅能實現(xiàn)、應用矢量控制和轉矩直接控制使變頻器不僅能實現(xiàn) 寬調速，還可以進行伺服控制（寬調速，還可以進行伺服控制（具有內置的可編程、具有內置的可編程、 參數(shù)辨識及通信等功能參數(shù)辨識及通信等功能）。）。課堂作業(yè)：課堂作業(yè)：1、某一交流電極性改變、某一交流電極性改

8、變100次耗時次耗時2秒鐘，則該交流電秒鐘，則該交流電的頻率為（的頻率為（ D ）。）。（A）100HZ （B）2HZ （C）200HZ （D）50HZ2、由（直流）變?yōu)椋ń涣?、由（直流）變?yōu)椋ń涣?）的過程稱為逆變）的過程稱為逆變 。3、變頻器的核心部件是（逆變器、變頻器的核心部件是（逆變器 ）。）。4、變頻器的主回路由（、變頻器的主回路由（ 整流電路整流電路）、（）、（ 控制電路控制電路）和）和 （逆變電路（逆變電路 ）組成。）組成。 一、按變換頻率的方法分一、按變換頻率的方法分二、按主電路工作方式分二、按主電路工作方式分三、按變頻器調壓方式不同分三、按變頻器調壓方式不同分四、按工作原理分

9、類四、按工作原理分類五、按照用途分類五、按照用途分類一、按變換頻率的方法分一、按變換頻率的方法分 1、交直交變頻器、交直交變頻器 又稱間接變頻器（中間直流環(huán)節(jié)的變頻裝置）。又稱間接變頻器（中間直流環(huán)節(jié)的變頻裝置）。工作原理：先將工頻交流電通過整流器變成直工作原理：先將工頻交流電通過整流器變成直 流電，再經過逆變器將直流電變成流電，再經過逆變器將直流電變成 可控頻率的交流電。可控頻率的交流電。構成環(huán)節(jié)：構成環(huán)節(jié)： 整流 逆變ACDCAC 50HZ恒壓恒頻 CVCF中間直流環(huán)節(jié)變壓變頻VVVF2 2、交交變頻器、交交變頻器 又稱直接變頻器。又稱直接變頻器。工作原理：只用一個變換環(huán)節(jié)就可以把恒壓恒工

10、作原理：只用一個變換環(huán)節(jié)就可以把恒壓恒 頻的交流電源變換成頻的交流電源變換成VVVF電源。常電源。常 用的交交變頻器輸出的每一相都是用的交交變頻器輸出的每一相都是 一個兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)的可一個兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)的可 逆線路，逆線路，正反向的兩組按一定周期相互正反向的兩組按一定周期相互 切換切換，在負載上就獲得交變的輸出電，在負載上就獲得交變的輸出電 壓，壓，輸出電壓的幅值取決于兩組整流輸出電壓的幅值取決于兩組整流 裝置的控制角，輸出電壓的頻率取決于裝置的控制角，輸出電壓的頻率取決于 兩組整流裝置的切換頻率。兩組整流裝置的切換頻率。 電路原理圖：電路原理圖： 二、按主電路工作方式分

11、二、按主電路工作方式分 1 1 、電壓型變頻器、電壓型變頻器 經整流電路產生的直流電壓通過電容進行濾經整流電路產生的直流電壓通過電容進行濾波后再送入逆變器的方式。輸出電壓是矩形波或波后再送入逆變器的方式。輸出電壓是矩形波或階梯波。階梯波。適用于不要求正反轉或快速加減速的通適用于不要求正反轉或快速加減速的通用變頻器中。用變頻器中。 結構圖：結構圖： 因電容器兩端的電壓不能突變，輸出電壓波因電容器兩端的電壓不能突變，輸出電壓波形較平直。形較平直。逆變器+-UdCd2 2、電流型變頻器、電流型變頻器 經整流電路產生的直流電壓通過大電感濾波經整流電路產生的直流電壓通過大電感濾波后再送入逆變器的方式。輸

12、出交流電流是矩形波。后再送入逆變器的方式。輸出交流電流是矩形波。適用于頻繁可逆運轉的變頻器和大容量變頻器。適用于頻繁可逆運轉的變頻器和大容量變頻器。結構圖：結構圖： 因流過電感器的電流不能突變故輸出電流波因流過電感器的電流不能突變故輸出電流波形較平直。形較平直。逆變器+-UdLdid三、按變頻器調壓方式不同分三、按變頻器調壓方式不同分1 1、PAMPAM（脈沖幅度調制）（脈沖幅度調制）變頻器變頻器 是一種改變電壓源的電壓是一種改變電壓源的電壓U Ud d或電流源的電流或電流源的電流I Id d的幅值進行輸出控制的方式。的幅值進行輸出控制的方式。 在改變輸出頻率的同時，通過改變輸出脈沖的幅度，在

13、改變輸出頻率的同時，通過改變輸出脈沖的幅度，達到改變輸出電壓有效值的目的達到改變輸出電壓有效值的目的。 2 2、PWM PWM （脈沖寬度調制）（脈沖寬度調制）變頻器變頻器 是在變頻器輸出波形的一個周期內產生多個是在變頻器輸出波形的一個周期內產生多個等幅不等寬的脈沖。等幅不等寬的脈沖。 在改變輸出頻率的同時，通過改變輸出脈沖的寬度，在改變輸出頻率的同時，通過改變輸出脈沖的寬度，達到改變等效輸出的一種方法。保持脈沖個數(shù)不變而改變達到改變等效輸出的一種方法。保持脈沖個數(shù)不變而改變脈沖寬度，均可改變半周內輸出電壓的平均值，從而達到脈沖寬度，均可改變半周內輸出電壓的平均值，從而達到改變輸出電壓有效值的

14、目的改變輸出電壓有效值的目的。 四、按工作原理分類四、按工作原理分類1 1、U/fU/f控制變頻器控制變頻器 對變頻器輸出電壓和頻率同時進行控制，通過保持對變頻器輸出電壓和頻率同時進行控制，通過保持U/fU/f恒定使電動機獲得所需的轉矩特性。成本低，多用恒定使電動機獲得所需的轉矩特性。成本低，多用于精度要求不太高的通用變頻器。于精度要求不太高的通用變頻器。2 2、SFSF控制變頻器（控制變頻器（轉差頻率控制變頻器轉差頻率控制變頻器 ） 轉差頻率控制方式是對轉差頻率控制方式是對U/f控制的一種改進，這種控控制的一種改進，這種控制方式需要由安裝在電動機上的速度傳感器檢測出電動制方式需要由安裝在電動

15、機上的速度傳感器檢測出電動機機的轉速，構成速度閉環(huán)，速度調節(jié)器的輸出為轉差頻率，的轉速，構成速度閉環(huán)，速度調節(jié)器的輸出為轉差頻率，而變頻器的輸出頻率則由電動機的實際轉速與所需轉差而變頻器的輸出頻率則由電動機的實際轉速與所需轉差頻率之和決定。由于通過控制轉差頻率來控制轉矩和電頻率之和決定。由于通過控制轉差頻率來控制轉矩和電流，與流，與U/f控制相比其加減速特性和限制過流的能力得到控制相比其加減速特性和限制過流的能力得到提高。提高。 3 3、VCVC控制變頻器（矢量控制變頻器控制變頻器（矢量控制變頻器 ） 矢量控制是一種高性能異步電動機控制方式，它的矢量控制是一種高性能異步電動機控制方式，它的基本

16、思路是：將異步電動機的定子電流分為產生磁場電基本思路是：將異步電動機的定子電流分為產生磁場電流的分量（礪磁電流）和與其垂直的產生轉矩的電流分流的分量（礪磁電流）和與其垂直的產生轉矩的電流分量（轉矩電流），并分別加以控制。由于在這種控制方量（轉矩電流），并分別加以控制。由于在這種控制方式中必須同時控制異步電動機定子電流的幅值和相位，式中必須同時控制異步電動機定子電流的幅值和相位，即定子電流的矢量，因此這種控制方式被稱為矢量控制即定子電流的矢量，因此這種控制方式被稱為矢量控制方式。方式。 轉差頻率控制和矢量控制的原理較復雜，本書不作轉差頻率控制和矢量控制的原理較復雜，本書不作 進一步的討論。進一步

17、的討論。 五、按用途分類五、按用途分類1、通用變頻器通用變頻器 所謂通用變頻器，是指能與普通的籠型異步電動機所謂通用變頻器，是指能與普通的籠型異步電動機配套使用，能適應各種不同性質的負載并具有多種可供配套使用，能適應各種不同性質的負載并具有多種可供選擇功能的變頻器。選擇功能的變頻器。 2 2、高性能專用變頻器、高性能專用變頻器 高性能專用變頻器主要應用于對電動機的控制要求高性能專用變頻器主要應用于對電動機的控制要求較高的系統(tǒng)，與通用變頻器相比，高性能專用變頻器大較高的系統(tǒng)，與通用變頻器相比，高性能專用變頻器大多數(shù)采用矢量控制方式，驅動對象是變頻器廠家指定的多數(shù)采用矢量控制方式，驅動對象是變頻器

18、廠家指定的專用電動機。專用電動機。 3 3、高頻變頻器、高頻變頻器 在精加工和高性能機械中，常常要用到高速電動機，在精加工和高性能機械中，常常要用到高速電動機，為了滿足這些高速電動機的驅動要求，出現(xiàn)了采用為了滿足這些高速電動機的驅動要求，出現(xiàn)了采用PAMPAM（脈沖幅值調制，是一種在整流電路部分對輸出電壓的（脈沖幅值調制，是一種在整流電路部分對輸出電壓的幅值進行控制，而在逆變電路部分對輸出頻率進行控制幅值進行控制，而在逆變電路部分對輸出頻率進行控制的控制方式）控制方式的高頻變頻器，其輸出頻率可達的控制方式）控制方式的高頻變頻器，其輸出頻率可達到到3kHz3kHz。4 4、高壓變頻器、高壓變頻器

19、 一般是大容量的變頻器，最高功率可達一般是大容量的變頻器，最高功率可達5000KW5000KW。課堂作業(yè)：課堂作業(yè)：1、變頻器按變換頻率的方法分為（、變頻器按變換頻率的方法分為（ ）和（）和（ ）。）。2、變頻器按主電路工作方式分（、變頻器按主電路工作方式分（ ）和（）和（ ）。）。3、電壓型變頻器適用于頻繁可逆運轉的變頻器和大容量、電壓型變頻器適用于頻繁可逆運轉的變頻器和大容量 變頻器。（變頻器。（ ）4、由公式、由公式n=（1s）60f1/p，調節(jié)電動機定子電源頻率，調節(jié)電動機定子電源頻率f1， 電動機的轉速電動機的轉速n隨之成正比變化，頻率隨之成正比變化，頻率f1改變的同時，改變的同時，

20、 對電動機的結構產生什么影響？如何改善？對電動機的結構產生什么影響？如何改善？5、以下變頻器中，屬于輸出波形在一個周期內產生多個、以下變頻器中，屬于輸出波形在一個周期內產生多個 等幅不等寬脈沖的是（等幅不等寬脈沖的是（ ） 。 （A）PAM變頻器變頻器 （B）PWM變頻器變頻器 6、在整流電路部分對輸出電壓的幅值進行控制，而在逆在整流電路部分對輸出電壓的幅值進行控制，而在逆 變電路部分對輸出頻率進行控制的是（變電路部分對輸出頻率進行控制的是（ ）。）。 （A）脈沖寬度調制）脈沖寬度調制 （B）脈沖幅度調制）脈沖幅度調制7 7、變頻器按工作原理可分哪幾種？、變頻器按工作原理可分哪幾種？一、概述一

21、、概述 變頻器分四個主要部分，簡化結構圖如下所示變頻器分四個主要部分，簡化結構圖如下所示 ： 整流器整流器 中間電路中間電路 逆變器逆變器 M 控控 制制 電電 路路 （1）整流器）整流器 將交流電壓變?yōu)槊}動的電壓將交流電壓變?yōu)槊}動的電壓 可控可控 不可控不可控（2 2）中間電路）中間電路 三種類型：三種類型：將整流電壓變換成直流電流（電流型）將整流電壓變換成直流電流（電流型） 使脈動的直流電壓變得穩(wěn)定或平滑（電壓型）使脈動的直流電壓變得穩(wěn)定或平滑（電壓型）將整流后固定的直流電壓變換成可變的直流電壓將整流后固定的直流電壓變換成可變的直流電壓（3）逆變器）逆變器 產生可變電壓、頻率的變頻交流電產

22、生可變電壓、頻率的變頻交流電（4）控制電路）控制電路 將信號傳遞給整流器、中間電路和逆變器，同時將信號傳遞給整流器、中間電路和逆變器，同時也接受其反饋信號。也接受其反饋信號。二、不可控整流器二、不可控整流器 由二極管整流電路構成，主要用于由二極管整流電路構成，主要用于PWM變頻器，變頻器，電路圖如下：電路圖如下： 特點：輸出電壓的幅值無法控制特點：輸出電壓的幅值無法控制 三、三、可控整流器可控整流器晶閘管整流器晶閘管整流器特點：輸出電壓的幅值可以控制特點：輸出電壓的幅值可以控制 單向型單向型晶閘管整流器：電流只能朝一個方向流動，用晶閘管整流器：電流只能朝一個方向流動，用 于電壓型變頻器于電壓型

23、變頻器 可逆型晶閘管整流器：電流方向既可以正向又可以反可逆型晶閘管整流器：電流方向既可以正向又可以反 （反并聯(lián)）（反并聯(lián)） 向，用于電流型變頻器向，用于電流型變頻器1、以下不屬于變頻器主要組成部分的是（、以下不屬于變頻器主要組成部分的是（ ） A、振蕩電路、振蕩電路 B、整流器、整流器 C、逆變器、逆變器 D、中間電路、中間電路2、整流器的兩種基本類型是（、整流器的兩種基本類型是（ ）和（）和（ ）。）。3、以下變頻器組成部分中能產生可變電壓、頻率的變頻、以下變頻器組成部分中能產生可變電壓、頻率的變頻 交流電的是（交流電的是（ ） A、控制電路、控制電路 B、整流器、整流器 C、逆變器、逆變器

24、 D、中間電路、中間電路 交直交變頻器中的逆變器一般接成三相橋交直交變頻器中的逆變器一般接成三相橋式電路，組成交流變頻電源。由式電路，組成交流變頻電源。由電力電子開關電力電子開關（晶閘管晶閘管或其它全控器件）或其它全控器件） S1 S6組成的三相逆變器主電路如下：組成的三相逆變器主電路如下： +-UdABCS1S3S5S4S6S2O負載 1800導通型導通型 1200導通型導通型一、一、1801800 0導通型逆變器導通型逆變器1 1、同一橋臂上下兩個開關之間互相換相，每個開、同一橋臂上下兩個開關之間互相換相，每個開關在一個周期內的導通區(qū)間為關在一個周期內的導通區(qū)間為1801800 0 。2

25、2、6 6個開關的導通順序為個開關的導通順序為S S1 1 S S2 2 S S3 3 S S4 4 S S5 5 S S6 6 ，S S1 1、 S S3 3 、S S5 5間相位差間相位差1201200 0 ，S S2 2、 S S4 4 、S S6 6間相位差間相位差1201200 0 。 電路的工作原理：在一個周期內，控制各個電路的工作原理：在一個周期內，控制各個開關輪流導通和關斷，使輸出端開關輪流導通和關斷，使輸出端A、B、C獲得三獲得三相交流電壓，改變開關導通和關斷時間，則可得相交流電壓，改變開關導通和關斷時間，則可得到不同的輸出頻率。到不同的輸出頻率。3 3、畫出、畫出18018

26、00 0導通型的開關導通波形和輸出電壓波導通型的開關導通波形和輸出電壓波形。形。4 4、分析波形的形成、分析波形的形成 A A、區(qū)間、區(qū)間 B B、區(qū)間、區(qū)間 C C、區(qū)間、區(qū)間 D D、區(qū)間、區(qū)間 E E、區(qū)間、區(qū)間 F F、區(qū)間、區(qū)間由以上六點，可畫出由以上六點，可畫出u uAOAO、u uBOBO、u uCOCO為梯形波。線為梯形波。線電壓電壓u uABAB、u uBCBC、u uCACA為矩形波，幅值為為矩形波，幅值為U Ud d 。 二、二、1200導通型逆變器導通型逆變器 1、每個開關在一個周期內的導通區(qū)間為每個開關在一個周期內的導通區(qū)間為1200 ，任意時刻只有兩個開關同時導通。

27、任意時刻只有兩個開關同時導通。2 2、6 6個開關的導通順序為個開關的導通順序為S S1 1 S S2 2 S S3 3 S S4 4 S S5 5 S S6 ,6 ,時間間隔為時間間隔為600。 3 3、相電壓、相電壓u uAOAO、u uBOBO、u uCOCO為矩形波，幅值為為矩形波，幅值為U Ud d/2/2；線電壓線電壓u uABAB、u uBCBC、u uCACA為梯形波，幅值為為梯形波，幅值為U Ud d 。 三、電力電子器件概述三、電力電子器件概述 1、電力電子器件是構成變頻器的關鍵器件之一，電、電力電子器件是構成變頻器的關鍵器件之一，電子器件成為弱電控制強電的紐帶，電力電子器

28、件的發(fā)子器件成為弱電控制強電的紐帶，電力電子器件的發(fā)展促進變頻器的發(fā)展。展促進變頻器的發(fā)展。 2、電力電子器件、電力電子器件 的分類的分類 單極型：器件內部只有一種極性載單極型：器件內部只有一種極性載 流子參與導電流子參與導電 按導電的載流子分按導電的載流子分 雙極型：器件內部的電子與空穴兩雙極型：器件內部的電子與空穴兩 種極性載流子均參與導電種極性載流子均參與導電 混合型：兩者混合集成混合型：兩者混合集成 不可控器件不可控器件(如整流二極管）如整流二極管）按控制方式分按控制方式分 半控器件半控器件（如普通晶閘管、硅可控整流管）（如普通晶閘管、硅可控整流管） 全控器件全控器件 電流控制器件電流

29、控制器件(如如BJT、GTO) 場控器件場控器件 (電壓控制器件電壓控制器件) (如功率場效應管等）如功率場效應管等） 半控器件：只能控制導通不能控制關斷的器件半控器件：只能控制導通不能控制關斷的器件 全控器件：可以控制導通和關斷的器件全控器件：可以控制導通和關斷的器件四、四、PAMPAM控制和控制和PWMPWM控制的比較控制的比較1 1、在逆變器變頻的同時，改變輸入直流電壓、在逆變器變頻的同時，改變輸入直流電壓（整流部分）的大小，稱為脈沖幅度控制即（整流部分）的大小，稱為脈沖幅度控制即PAMPAM控制。（調電壓幅值）控制。（調電壓幅值）2 2、逆變器部分實現(xiàn)變頻和調壓，開關采用全控、逆變器部

30、分實現(xiàn)變頻和調壓，開關采用全控器件，按一定規(guī)律控制其導通或關斷，使輸出端器件，按一定規(guī)律控制其導通或關斷，使輸出端獲得一系列寬度不等的矩形電壓脈沖列。（調電獲得一系列寬度不等的矩形電壓脈沖列。（調電壓寬度）壓寬度）四、四、SPWM原理原理 SPWM即正弦脈寬調制，其波形是與正弦波即正弦脈寬調制，其波形是與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形。等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形。 等效原則：每一區(qū)間的面積相等。等效原則：每一區(qū)間的面積相等。 如圖如圖6-56-5，幾個等幅不等寬的矩形脈沖所組成，幾個等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波等效的波形就與正弦波等效, ,稱為稱為SPWMS

31、PWM波形波形. . 作業(yè)：作業(yè)：1、三相橋式逆變器有（、三相橋式逆變器有（ ）和（）和（ ）兩種工作）兩種工作方式。方式。2、1800導通型逆變器中每個開關在一個周期內的導通導通型逆變器中每個開關在一個周期內的導通區(qū)間為（區(qū)間為（ ）度。）度。3、1800導通型逆變器中開關導通型逆變器中開關S2、 S4 、S6間相位差間相位差（ ）度。）度。4、1200導通型逆變器輸出線電壓導通型逆變器輸出線電壓uAB、uBC、uCA為為（ ）。）。 A、梯形波、梯形波 B、矩形波、矩形波 C、階梯波、階梯波 D、正弦波、正弦波5、 1200導通型逆變器在導通型逆變器在任意時刻有三個開關同時導通。任意時刻有

32、三個開關同時導通。 （ ）6、 1800導通型逆變器導通型逆變器線電壓線電壓u uABAB、u uBCBC、u uCACA為矩形波，幅為矩形波，幅值為（值為（ ）。）。 A、 U Ud d /4 B、 U Ud d /2 C、 U Ud d D、1.732 U Ud d 7、SPWM的全稱是（的全稱是（ ）。）。 A、脈沖幅度控制、脈沖幅度控制 B、脈沖寬度控制、脈沖寬度控制 C、正弦脈寬調制、正弦脈寬調制 D、正弦波、正弦波 VVVF控制（恒控制（恒U/f控制）控制） 交流異步電動機的轉速公式交流異步電動機的轉速公式 ，改變，改變f可實現(xiàn)轉可實現(xiàn)轉速速n的改變即調頻調速，三相異步電動機每相電

33、動的改變即調頻調速，三相異步電動機每相電動勢的有效值是：勢的有效值是： mgKNfE11144. 4 U1不變不變 f1增大增大 m減少，造成鐵心未減少，造成鐵心未 沒有充分利用沒有充分利用忽略定子壓降忽略定子壓降 U1 Eg U1不變不變 (定子繞組輸入電壓定子繞組輸入電壓) f1減少減少 m增大，造成鐵心飽增大，造成鐵心飽 和，使繞組過熱損壞和，使繞組過熱損壞 mKNfU111144. 4mfC11mCfU111 由上式，要維持恒磁通（由上式，要維持恒磁通（m恒定），只要使恒定），只要使U1與與 f1成比例改變即可，即在改變頻率調速的同時，成比例改變即可，即在改變頻率調速的同時，改變改變U

34、1，使比值，使比值 恒定，稱恒恒定，稱恒 控制?？刂?。 11fUfU 從電路結構上看，通用變頻器大多采用交直交從電路結構上看，通用變頻器大多采用交直交 變頻變壓方式。變頻變壓方式。 （1 1）變頻器的主電路）變頻器的主電路 它主要由以下幾部分組成：它主要由以下幾部分組成：1 1）整流部分）整流部分 整流部分的作用是將頻率固定的三相交流電變換成整流部分的作用是將頻率固定的三相交流電變換成直流電。它包括：直流電。它包括：三相整流橋三相整流橋 由整流二極管由整流二極管VD1VD1VD6VD6構成三相橋式電路。如電構成三相橋式電路。如電源的線電壓為源的線電壓為U UL L，則整流后的平均電壓為：，則整

35、流后的平均電壓為：濾波電容器濾波電容器 CFCF的作用是濾平橋式整流后的電壓紋波，使直流電的作用是濾平橋式整流后的電壓紋波，使直流電壓保持平穩(wěn)。壓保持平穩(wěn)。 限流電阻限流電阻 在變頻器電源接通的瞬間，濾波電容在變頻器電源接通的瞬間，濾波電容CF的沖電電流的沖電電流很大，過大的沖擊電流可能會損壞三相整流橋中的二極很大，過大的沖擊電流可能會損壞三相整流橋中的二極管。為了保護二極管，在電路中串限流電阻管。為了保護二極管，在電路中串限流電阻RL，通過開，通過開關關S來控制，來控制， 從而將電容器從而將電容器CF的沖電電流限制在允許的的沖電電流限制在允許的范圍內。當范圍內。當CF充電到一定程度，開關充電

36、到一定程度，開關S接通，將接通，將RL短接短接掉。在許多新系列的變頻器中，掉。在許多新系列的變頻器中，S已由晶閘管代替。已由晶閘管代替。電源指示電源指示 HLHL除表示電源是否接通外，還有一個重要的功能，除表示電源是否接通外，還有一個重要的功能，即在變頻器切斷電源后，指示電容器即在變頻器切斷電源后，指示電容器CFCF上的電荷是否已上的電荷是否已釋放完畢。釋放完畢。 電容器電容器CF的容量較大，而切斷變頻器電源又必須在的容量較大，而切斷變頻器電源又必須在逆變電路停止工作的狀態(tài)下進行，所以逆變電路停止工作的狀態(tài)下進行，所以CF沒有快速放電沒有快速放電電路，其放電時間往往需數(shù)分鐘，而電路，其放電時間

37、往往需數(shù)分鐘，而CF上的電壓又較高，上的電壓又較高，如電荷沒有釋放完畢，會對人身安全構成威脅。故在維修如電荷沒有釋放完畢，會對人身安全構成威脅。故在維修時，必須等時，必須等HL完全熄滅后才能接觸變頻器的內部帶電部完全熄滅后才能接觸變頻器的內部帶電部分。分。2)2)逆變部分逆變部分逆變管逆變管V1V1V6V6構成三相逆變橋，這六個逆變管按一定規(guī)構成三相逆變橋，這六個逆變管按一定規(guī)律輪流導通和截止，將直流電逆變成頻率可調的三相交流律輪流導通和截止，將直流電逆變成頻率可調的三相交流電。電。續(xù)流二極管續(xù)流二極管VD7VD7VD12VD12的主要作用是在換相過程中為電的主要作用是在換相過程中為電流提供通

38、路。流提供通路。緩沖電路（緩沖電路（R01R01R06R06、VD01VD01VD06VD06、C01C01C06C06）的作用）的作用限制過高的電流和電壓，保護逆變管免遭損壞。限制過高的電流和電壓，保護逆變管免遭損壞。 3）制動電阻）制動電阻 在電動機調速過程中，當變頻器的輸出頻率下降過快在電動機調速過程中，當變頻器的輸出頻率下降過快時，電動機將處于發(fā)電制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要到回時，電動機將處于發(fā)電制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要到回饋到直流電路中，使直流電壓上升，導致變頻器本身的過饋到直流電路中，使直流電壓上升，導致變頻器本身的過電壓保護電路動作，切斷變頻器的輸出。為避免出現(xiàn)這一電壓保護電路

39、動作，切斷變頻器的輸出。為避免出現(xiàn)這一現(xiàn)象，必須將再生到直流電路的能量消耗掉，現(xiàn)象，必須將再生到直流電路的能量消耗掉，RB和和VB的的作用就是消耗這部分能量。作用就是消耗這部分能量。（2 2）變頻器的控制電路）變頻器的控制電路 為變頻器的主電路提供通斷控制信號的電路，稱為控為變頻器的主電路提供通斷控制信號的電路，稱為控制電路。其主要任務是完成對逆變器開關元件的開關控制制電路。其主要任務是完成對逆變器開關元件的開關控制和提供多種保護功能?？刂品绞接心M控制和數(shù)字控制兩和提供多種保護功能?？刂品绞接心M控制和數(shù)字控制兩種。目前已廣泛采用了以微處理器為核心的全數(shù)字控制技種。目前已廣泛采用了以微處理器

40、為核心的全數(shù)字控制技術，采用盡可能簡單的硬件電路，主要靠軟件來完成各種術，采用盡可能簡單的硬件電路，主要靠軟件來完成各種控制功能，以充分發(fā)揮微處理器計算能力強和軟件控制靈控制功能，以充分發(fā)揮微處理器計算能力強和軟件控制靈活性高的特點，完成許多模擬控制方式難以實現(xiàn)的功能。活性高的特點，完成許多模擬控制方式難以實現(xiàn)的功能。控制電路主要由以下幾部分組成：控制電路主要由以下幾部分組成：1 1）運算電路）運算電路 運算電路的主要作用是將外部的速度、轉矩等指令信運算電路的主要作用是將外部的速度、轉矩等指令信號同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定變頻號同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定變頻

41、器的輸出頻率和電壓。器的輸出頻率和電壓。2 2）信號檢測電路）信號檢測電路 將變頻器和電動機的工作狀態(tài)反饋至微處理器，并由將變頻器和電動機的工作狀態(tài)反饋至微處理器，并由微處理器按事先確定的算法進行處理后為各部分電路提供微處理器按事先確定的算法進行處理后為各部分電路提供所需的控制或保護信號。所需的控制或保護信號。3 3）驅動電路）驅動電路 驅動電路的作用是為變頻器中逆變電路的換流器件提驅動電路的作用是為變頻器中逆變電路的換流器件提供驅動信號。當逆變電路的換流器件為晶體三極管時，稱供驅動信號。當逆變電路的換流器件為晶體三極管時，稱為基極驅動電路；當逆變電路的換流器件為為基極驅動電路；當逆變電路的換

42、流器件為SCRSCR、GTOGTO或或IGBTIGBT時，稱為門極驅動電路。時，稱為門極驅動電路。 4）保護電路）保護電路 保護電路的主要作用是對檢測電路得到的各種信號進保護電路的主要作用是對檢測電路得到的各種信號進行運算處理，以判斷變頻器本身或系統(tǒng)是否出現(xiàn)異常。當行運算處理，以判斷變頻器本身或系統(tǒng)是否出現(xiàn)異常。當檢測到出現(xiàn)異常時，進行各種必要的處理，如使變頻器停檢測到出現(xiàn)異常時，進行各種必要的處理，如使變頻器停止工作或抑制電壓、電流值等。止工作或抑制電壓、電流值等。 用變頻器控制的電梯，電梯減速時，電動機處于發(fā)電用變頻器控制的電梯，電梯減速時，電動機處于發(fā)電制動狀態(tài)，產生的電能通過變頻器主回

43、路的反向續(xù)流二極制動狀態(tài)，產生的電能通過變頻器主回路的反向續(xù)流二極管整流后向濾波電容充電，當電容上的電壓增加到管整流后向濾波電容充電，當電容上的電壓增加到600V時，變頻器的電壓檢測起作用，使制動單元中的功率晶體時，變頻器的電壓檢測起作用，使制動單元中的功率晶體管導通，電能通過制動電阻消耗能量。管導通，電能通過制動電阻消耗能量。作業(yè)：作業(yè)： 1 1、變頻器的控制電路由哪幾部分組成？、變頻器的控制電路由哪幾部分組成？ 2 2、變頻器主回路中的、變頻器主回路中的電源指示燈電源指示燈HL的作用？的作用？ 3、講述、講述變頻器主回路中的制動單元由哪些元件組成，變頻器主回路中的制動單元由哪些元件組成，

44、工作原理如何？工作原理如何？一、選擇題。一、選擇題。1、以下器件中，利用正的門極脈沖觸發(fā)導通，用負的門極脈沖關斷、以下器件中，利用正的門極脈沖觸發(fā)導通，用負的門極脈沖關斷 的是（的是（ ） A、晶閘管、晶閘管 B、硅可控整流管、硅可控整流管 C、三極管、三極管 D、可關斷晶閘管、可關斷晶閘管2、1200導通型逆變器輸出線電壓導通型逆變器輸出線電壓uAB、uBC、uCA為（為（ ）。）。 A、梯形波、梯形波 B、矩形波、矩形波 C、階梯波、階梯波 D、正弦波、正弦波3、以下不屬于變頻器的控制回路的是（、以下不屬于變頻器的控制回路的是（ ）。）。 A、光電隔離電路、光電隔離電路 B、中間電路、中間

45、電路 C、驅動電路驅動電路 D、單片機、單片機4、不可控整流器主要用于、不可控整流器主要用于 變頻器。變頻器。 A、PWA B、PWM C、PAM D、PAW5、變頻器中的不可控整流器由變頻器中的不可控整流器由 整流電路構成。整流電路構成。 A、二極管二極管 B、三極管三極管 C、晶閘管晶閘管 D、場效應管場效應管6、以下屬于場控器件的是（、以下屬于場控器件的是（ ）。）。 A、功率場效應管、功率場效應管 B、硅可控整流管、硅可控整流管 C、二極管、二極管 D、GTO7、以下變頻器的分類中，不屬于按工作原理分類的是（、以下變頻器的分類中，不屬于按工作原理分類的是（ ）。）。 A、SF控制變頻器

46、控制變頻器 B、SPWM變頻器變頻器 C、VC控制變頻器控制變頻器 D、U/f控制變頻器控制變頻器練練 習習一、變頻調速實驗裝置的組成一、變頻調速實驗裝置的組成 實驗臺實驗臺 實驗裝置面板實驗裝置面板 負載電動機組（裝有旋轉編碼器）負載電動機組（裝有旋轉編碼器） 數(shù)顯測速表數(shù)顯測速表 各種香蕉插頭導線各種香蕉插頭導線 二、變頻器的控制端子已用連接線接至面板上的二、變頻器的控制端子已用連接線接至面板上的 接線柱，可進行外部控制。接線柱，可進行外部控制。實驗指導書圖實驗指導書圖1：STF-正轉啟動正轉啟動 STR-反轉啟動反轉啟動 JOG-點動模式點動模式 SD-輸入公共端輸入公共端 SE-開路輸

47、出公共端開路輸出公共端 三、三、變頻器的接線變頻器的接線 1、電源連接、電源連接電源接線端子為電源接線端子為R、S、T，一般按端子的顏色，一般按端子的顏色連接。連接。2、電動機連接、電動機連接 電動機接線端子為電動機接線端子為U、V、W，一般按端子和，一般按端子和接線頭的顏色連接，如果旋轉方向相反，可變換接線頭的顏色連接，如果旋轉方向相反，可變換任意兩相。任意兩相。 實驗指導書圖實驗指導書圖3一、變頻器的操作面板和按鍵的操作一、變頻器的操作面板和按鍵的操作 必須熟悉它的面板顯示和鍵盤操作以及合理設置參數(shù)。必須熟悉它的面板顯示和鍵盤操作以及合理設置參數(shù)。 操作面板上半部為面板顯示器，下半部為各種

48、按鍵。操作面板上半部為面板顯示器，下半部為各種按鍵。FR-DU04CONTROL PANELHZAVMONEXTPUREVFWDMODESETREVFWDSTOP/RESET顯示顯示LED X 4（模式）鍵（模式）鍵（設置）鍵（設置）鍵（增（增/減）鍵減）鍵單位顯示單位顯示操作狀態(tài)顯示操作狀態(tài)顯示（操作指令）鍵（操作指令）鍵（停止（停止/復位）鍵復位）鍵變頻器的操作面板變頻器的操作面板表表1 1 操作面板各按鍵功能操作面板各按鍵功能【 】鍵（增減鍵）】鍵（增減鍵）按鍵按鍵說明說明【MODEMODE】鍵（模式鍵或狀態(tài)）】鍵（模式鍵或狀態(tài)）可用于選擇操作模式或設定模式可用于選擇操作模式或設定模式【

49、SETSET】鍵】鍵 （設置鍵）（設置鍵）用于確定頻率和參數(shù)的設定用于確定頻率和參數(shù)的設定用于連續(xù)性增加或降低運行頻率。按下這個鍵可改變頻率用于連續(xù)性增加或降低運行頻率。按下這個鍵可改變頻率在設定模式中按下此鍵，則可連續(xù)設定參數(shù)在設定模式中按下此鍵，則可連續(xù)設定參數(shù)【REVREV】鍵】鍵 （反轉鍵）（反轉鍵）用于給出反轉指令用于給出反轉指令【FWDFWD】鍵】鍵 （正轉鍵）（正轉鍵）用于給出正轉指令用于給出正轉指令【STOP/RESETSTOP/RESET】鍵】鍵 （停止復位鍵）（停止復位鍵）用于停止運行用于停止運行用于保護功能動作輸出停止時復位變頻器（主要用于用于保護功能動作輸出停止時復位變

50、頻器（主要用于故障時）故障時）二、五種操作模式及特征二、五種操作模式及特征 監(jiān)示模式：監(jiān)示模式：“MON”MON”燈亮燈亮，可監(jiān)示頻率、電流、，可監(jiān)示頻率、電流、 電壓、轉速等物理量電壓、轉速等物理量 頻率設定模式頻率設定模式: :顯示一個頻率數(shù)值顯示一個頻率數(shù)值, ,如如“50”50”。 參數(shù)設定模式：參數(shù)設定模式：顯示顯示“P Pr r.”.” 運行模式：運行模式：顯示顯示“OP.Nd”O(jiān)P.Nd”、 “ “PU”PU”、 “ “JOG”JOG”中任一中任一 幫助模式幫助模式: :顯示顯示“HELP”HELP”三、各種顯示模式下的不同功能三、各種顯示模式下的不同功能 1)監(jiān)示模式監(jiān)示模式

51、監(jiān)示模式下指示的操作命令監(jiān)示模式下指示的操作命令EXT指示燈亮表示外部操作；指示燈亮表示外部操作；PU指示燈亮表示指示燈亮表示PU操作；操作；EXT和和PU燈同時亮表示燈同時亮表示PU和外部操作組合方式。和外部操作組合方式。 監(jiān)視顯示在運行中也能改變監(jiān)視顯示在運行中也能改變 2)2)頻率設定模式頻率設定模式在在PUPU運行模式下設定運行頻率。運行模式下設定運行頻率。 3)3)參數(shù)設定模式參數(shù)設定模式 設置變頻器的各種參數(shù)。設置變頻器的各種參數(shù)。4)4)運行（操作）模式運行（操作）模式在在7979號參數(shù)設定后選擇各種操作模式號參數(shù)設定后選擇各種操作模式 PUPU連續(xù)連續(xù)操作操作 PUPU點動操作

52、點動操作 外部操作外部操作 5)5)幫助模式幫助模式 進行參數(shù)清除（進行參數(shù)清除（PrCLPrCL）、全部清除）、全部清除(ALLC)(ALLC)、用戶清除用戶清除(USrC)(USrC)、報警記錄、消除報警記錄、報警記錄、消除報警記錄、讀軟件版本號等。讀軟件版本號等。 四、參數(shù)表四、參數(shù)表 幾種常用的參數(shù)幾種常用的參數(shù) 參數(shù)參數(shù)號號名稱名稱設定范圍設定范圍出廠設定出廠設定1上限頻率上限頻率0120HZ120 HZ2下限頻率下限頻率0120 HZ0 HZ15點動頻率點動頻率0400 HZ5 HZ77參數(shù)寫入禁止參數(shù)寫入禁止0，1，2079操作模式選擇操作模式選擇080 注注1：參數(shù)寫入禁止選擇

53、：參數(shù)寫入禁止選擇 Pr.77設定值設定值功功 能能0在在PU模式下，僅限于停止時可寫入?yún)?shù)模式下，僅限于停止時可寫入?yún)?shù)1僅可寫入僅可寫入Pr.75，Pr.77，Pr.79等參數(shù)等參數(shù)2即使運行時也可寫入?yún)?shù)即使運行時也可寫入?yún)?shù)注注2：操作模式選擇：操作模式選擇 Pr.79設定值設定值功功 能能0PU或外部操作可切換或外部操作可切換1PU操作模式操作模式2外部操作模式外部操作模式3組合操作模式組合操作模式1 外部信號啟動外部信號啟動PU調頻調頻4組合操作模式組合操作模式2PU啟動啟動 外部調頻外部調頻五、操作項目五、操作項目1 1、通過按、通過按“MODE”MODE”鍵熟悉五種模式的轉換；

54、鍵熟悉五種模式的轉換；2 2、監(jiān)示模式下進行頻率、電流、電壓等值的監(jiān)測方法；、監(jiān)示模式下進行頻率、電流、電壓等值的監(jiān)測方法；3 3、頻率設定模式下進行電動機運行頻率的設置；、頻率設定模式下進行電動機運行頻率的設置；4 4、參數(shù)設定模式下進行變頻器參數(shù)的設置；、參數(shù)設定模式下進行變頻器參數(shù)的設置；5 5、運行模式下各種操作方式的轉換；、運行模式下各種操作方式的轉換；6 6、幫助模式下進行全部清除、參數(shù)清除和用戶清除；、幫助模式下進行全部清除、參數(shù)清除和用戶清除；7 7、SX-801SX-801型變頻調速實驗裝置的熟悉、變頻器的電源型變頻調速實驗裝置的熟悉、變頻器的電源輸入和信號輸出線路的連接；輸

55、入和信號輸出線路的連接；8 8、參數(shù)寫入禁止（、參數(shù)寫入禁止（7777號參數(shù)）的設置練習；號參數(shù)）的設置練習；9 9、測速表的使用方法，并進行測量；、測速表的使用方法，并進行測量； 課題考核及講評課題考核及講評一、由學生先自行復習所學的變頻器的按鍵操作一、由學生先自行復習所學的變頻器的按鍵操作二、測驗的內容：二、測驗的內容：1、五種模式的轉換五種模式的轉換2 2、電動機、電動機PUPU運行頻率的設置運行頻率的設置3 3、變頻器參數(shù)的設置、變頻器參數(shù)的設置4 4、操作方式的轉換、操作方式的轉換 全部清除全部清除5 5、清除操作：、清除操作： 參數(shù)清除參數(shù)清除 用戶清除用戶清除6 6、PUPU連續(xù)運行電動機，會調頻調速及監(jiān)視變頻器的連續(xù)運行電動機，會調頻調速及監(jiān)視變頻器的 輸出頻率、電流和電壓值輸出頻率、電流和電壓值7 7、PUPU點動運行電動機，會改變電動機的點動頻率點動運行電動機，會改變電動機的點動頻率8 8、用測速表測量電動機的運行轉速，并會準確讀數(shù)、用測速表測量電動機的運行轉速，并會準確讀數(shù)三、測驗總結三、測驗總結 總結測驗過程中存在的問題和指出學生錯誤的操作總結測驗過程中存在的問題和指出學生錯誤的操作方式并加