變頻器的分類與特點(diǎn)教學(xué)課件

1、第二章 變頻器的分類與特點(diǎn)第一章 回憶變頻調(diào)速的原理和控制方式變頻調(diào)速的機(jī)械特性負(fù)載性質(zhì)電力電子器件2.1 變頻器的分類變頻器交-交變頻器單相交-直-交變頻器有環(huán)流按輸出波形分按儲(chǔ)能方式分按調(diào)壓方式分電壓型按相數(shù)分按環(huán)流情況分脈幅調(diào)制脈寬調(diào)制三相無(wú)環(huán)流正弦波方波電流型 變頻器的功能就是將頻率、電壓都固定的交流電源變成頻率、電壓都連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。按照變換環(huán)節(jié)有無(wú)直流環(huán)節(jié)可以分為交交變頻器和交直交變頻器。 1交-直-交變頻器的各種結(jié)構(gòu) 1.按變換環(huán)節(jié)分類交直交變頻器的主電路可以分為以下幾局部：1、整流電路交直局部 整流電路通常由二極管或可控硅構(gòu)成的橋式電路組成。根據(jù)輸入電源的不同，分為單相

2、橋式整流電路和三相橋式整流電路。我國(guó)常用的小功率的變頻器多數(shù)為單相220V輸入，較大功率的變頻器多數(shù)為三相380V線電壓輸入。2、中間環(huán)節(jié)濾波電路 根據(jù)貯能元件不同，可分為電容濾波和電感濾波兩種。由于電容兩端的電壓不能突變，流過電感的電流不能突變，所以用電容濾波就構(gòu)成電壓源型變頻器，用電感濾波就構(gòu)成電流源型變頻器。3、逆變電路直交局部 逆變電路是交直交變頻器的核心局部，其中6個(gè)三極管按其導(dǎo)通順序分別用 VT1VT6表示，與三極管反向并聯(lián)的二極管起續(xù)流作用。 逆變電路的輸出電壓為階梯波，雖然不是正弦波，卻是彼此相差120的交流電壓，即實(shí)現(xiàn)了從直流電到交流電的逆變。輸出電壓的頻率取決于逆變器開關(guān)器

3、件的切換頻率，到達(dá)了變頻的目的。 實(shí)際逆變電路除了根本元件三極管和續(xù)流二極管外，還有保護(hù)半導(dǎo)體元件的緩沖電路，三極管也可以用門極可關(guān)斷晶閘管代替。 VT1VT3VT5VT2VT4VT6OCAB整流電路 濾波電路 逆變電路 變頻器的主電路UdZA 三相電ZBZC2交-交變頻器單相輸出交-交變頻電路的原理框圖，電路由P正組和N負(fù)組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，兩組變流電路接在同一個(gè)交流電源，Z為負(fù)載。交-交變頻器結(jié)構(gòu)圖交-交變頻器的特點(diǎn)為： 1) 因?yàn)槭侵苯幼儞Q，沒有中間環(huán)節(jié)，所以比一般的變頻器效率要高。 2) 由于其交流輸出電壓是直接由交流輸入電壓波的某些局部包絡(luò)所構(gòu)成，因而其輸出頻率比輸入交流電

4、源的頻率低得多，輸出波形較好。 3) 由于輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/31/2，因受電網(wǎng)頻率限制，通常輸出電壓的頻率較低。 4)交-交變頻電路采用的是相位控制方式，因此其輸入電流的相位總是滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無(wú)功功率。功率因數(shù)較低，特別是在低速運(yùn)行時(shí)更低，需要適當(dāng)補(bǔ)償。 2. 按直流電源的性質(zhì)分類 1電流型 優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，回饋到直流側(cè)的再生電能可以方便地回饋到交流電網(wǎng)，不需在主電路內(nèi)附加任何設(shè)備，只要利用網(wǎng)側(cè)的不可逆變流器改變其輸出電壓極性控制角90即可。2電壓型 特點(diǎn):中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件采用大電容，負(fù)載的無(wú)功功率將由它來(lái)緩沖。由于大電容的作用，主電路直流電

5、壓UD比較平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)端的電壓為方波或階梯波。直流電源內(nèi)阻比較小，相當(dāng)于電壓源，故稱為電壓源型變頻器或電壓型變頻器。3. 按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類1脈沖幅值調(diào)節(jié)PAM 特點(diǎn)是:變頻器在改變輸出頻率的同時(shí)，也改變了電壓的幅值，故稱為脈幅調(diào)制，常用PAMPulse Amplitude Modulation表示。 PAM需要同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)局部：整流局部和逆變局部 PAM調(diào)制的輸出電壓 2脈沖寬度調(diào)節(jié)PWM 把每半個(gè)周期內(nèi)輸出電壓的波形分割成假設(shè)干個(gè)脈沖波，每個(gè)脈沖的寬度為t1，每?jī)蓚€(gè)脈沖間的間隔寬度為t2 ，那么脈沖的占空比為 特點(diǎn)是，變頻器在改變輸出頻率的同時(shí)，也改變輸出電壓的脈沖占空比幅值不變，故稱

6、為脈寬調(diào)制，常用PWM表示。 脈寬調(diào)制的輸出電壓 在進(jìn)行脈寬調(diào)制時(shí)，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來(lái)安排。當(dāng)正弦值為最大值時(shí)，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔那么最小。當(dāng)正弦值較小時(shí)，脈沖的寬度也小，而脈沖間的間隔那么較大。圖 SPWM的輸出電壓 在圖脈沖系列中，各脈沖的寬度以及相互間的間隔寬度是由正弦波基準(zhǔn)波或調(diào)制波和等腰三角波載波的交點(diǎn)來(lái)決定主開關(guān)器件V1或V2的導(dǎo)通時(shí)間而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的。利用脈沖寬度的改變來(lái)得到幅值不同的正弦基波電壓。這種參考信號(hào)為正弦波、輸出電壓平均值近似為正弦波的PWM方式稱為正弦PWM方式，簡(jiǎn)稱SPWM控制方式。4. 按變頻控制方式分類 U/f控制變頻器轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器

7、矢量控制變頻器(1) U/f控制方式U/f控制是在改變電動(dòng)機(jī)電源頻率的同時(shí)改變電動(dòng)機(jī)電源的電壓，使電動(dòng)機(jī)磁通保持一定，在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)不下降。因?yàn)槭强刂齐妷号c頻率之比，所以稱為U/f控制。U/f控制又稱VVVF控制方式。該類變頻器大多采用16位單片機(jī)，屬于近似的恒磁通控制方式。該控制方式是普通功能型通用變頻器的核心功能。為保證通用變頻器的性能，通常還有瞬時(shí)停電再起動(dòng)功能、變頻器和電網(wǎng)間的自動(dòng)切換功能、控制信號(hào)的設(shè)定、調(diào)整功能，聯(lián)鎖信號(hào)的輸入和輸出功能以及對(duì)變頻器、電動(dòng)機(jī)的保護(hù)功能，對(duì)故障信息的存儲(chǔ)和顯示功能等。3個(gè)缺點(diǎn): 1. 引起變頻器的過電流跳閘 2. U/f控制

8、方式的靜態(tài)穩(wěn)定性不高 3.電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速很低時(shí)，轉(zhuǎn)矩缺乏 (2)轉(zhuǎn)差頻率控制方式 轉(zhuǎn)差頻率是施加于電動(dòng)機(jī)的交流電源頻率與電動(dòng)機(jī)速度的差頻率。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定數(shù)學(xué)模型可知，當(dāng)頻率一定時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)差率，機(jī)械特性為直線。轉(zhuǎn)差頻率控制就是通過控制轉(zhuǎn)差頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)矩和電流。 其實(shí)現(xiàn)思想是：通過檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，根據(jù)設(shè)定頻率與實(shí)際頻率的差對(duì)輸出頻率進(jìn)行連續(xù)的調(diào)節(jié)，從而使輸出頻率始終滿足電動(dòng)機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速的要求。因?yàn)槠涓窘Y(jié)構(gòu)是轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)，所以在調(diào)整轉(zhuǎn)速的同時(shí)，對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩也進(jìn)行了控制。 (3) 矢量控制方式 矢量控制是通過控制變頻器輸出電流的大小、頻率及相位，用以維持電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磁通為設(shè)定值，產(chǎn)生所需的轉(zhuǎn)矩。 根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型、利用坐標(biāo)變換的手段，將交流電動(dòng)機(jī)的定子電流分解成勵(lì)磁分量電流和轉(zhuǎn)矩分量電流，并分別加以控制，從而控制了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，即模仿自然解耦的直流電動(dòng)機(jī)的控制方式，對(duì)電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩分別進(jìn)行控制，以獲得類似于直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 矢量控制方式是一種高性能的異步電動(dòng)機(jī)的控制方式，不僅使控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、低頻時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩大，而且控制靈活，矢量控制變頻器的調(diào)速性能可以完全到達(dá)直流調(diào)速的調(diào)速精度和過度過程快速性要求。5. 按用途分類1通用變頻器 它適用于對(duì)調(diào)速性能沒有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合，隨著變頻技術(shù)的進(jìn)一步開展，通用變頻器開展為以節(jié)能運(yùn)行為主要目