學(xué)習(xí)情境變頻器的結(jié)構(gòu)原理分析

學(xué)習(xí)情境變頻器的結(jié)構(gòu)原理分析第一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)情境2：變頻器的結(jié)構(gòu)、原理分析-1

2/1/20232第二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)情境2：變頻器的結(jié)構(gòu)、原理分析

-1知識(shí)目標(biāo)：

1、了解矢量控制變頻器基本原理；

2、認(rèn)識(shí)通用變頻器在采用不同分類方法的各類型變頻器的特性；

3、掌握通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)、原理；

4、掌握通用變頻器的SPWM控制的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)勢(shì)。能力目標(biāo)：1、掌握IGBT-SPWM-VVVF交流調(diào)速系統(tǒng)組成。2、掌握SPWM、矢量調(diào)制方式下V/F曲線測(cè)定方法。第三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日2.1概述2.1.1變頻調(diào)速概述

1.前言直流調(diào)速系統(tǒng)具有較優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，因此，在過(guò)去很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域大多為直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。如今，由于全控型電力電子器件（如BJT、IGBT）的發(fā)展、SWPM專用集成芯片的開(kāi)發(fā)、交流電動(dòng)機(jī)矢量變換控制技術(shù)以及單片微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使得交流調(diào)速的性能獲得極大的提高，在許多方面已經(jīng)可以取代直流調(diào)速系統(tǒng)，特別是各類通用變頻器的出現(xiàn)，使交流調(diào)速已逐漸成為電氣傳動(dòng)中的主流。2/1/20234第四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日通用變頻器具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)行效率高、功率因數(shù)高、操作方便且便于同其他設(shè)備接口等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用越來(lái)越廣泛，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

2.目前國(guó)內(nèi)主流的變頻器目前,市場(chǎng)主流的變頻器種類有:ABB公司ACS系列、西門子公司的MICROMASTER系列和6SE70系列、富士電機(jī)公司的FRN-G9S/P9S系列、三菱電機(jī)公司的FRA540/FR-F540系列、安川公司的VS-616G5系列、三肯公司的SAMCO-I/IP系列等。2/1/20235第五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日（1）西門子圖2-1MICROMASTER4(MM4)系列（通用型變頻器）圖2-2SIMOVERTMASTERDRIVES6SE7系列（工程型變頻器）2/1/20236第六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日（2）ABB圖2-3ACS600、ACS800、ACS1000系列（3）三菱圖2-4FR-A540、FR-F540、FR-A241E、FR-F700系列2/1/20237第七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日3.交流調(diào)速傳動(dòng)概述目前人們所說(shuō)的交流調(diào)速傳動(dòng)，主要是指采用電子式電力變換器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速傳動(dòng)。除變頻以外的另一些簡(jiǎn)單的調(diào)速方案，例如變極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等，雖然仍在特定場(chǎng)合有一定的應(yīng)用，但由于其性能較差，終將會(huì)被變頻調(diào)速所取代。交流調(diào)速傳動(dòng)控制技術(shù)之所以發(fā)展得如此迅速，和如下一些關(guān)鍵性技術(shù)的突破性進(jìn)展有關(guān)，它們是電力電子器件（包括半控型和全控型器件）的制造技術(shù)、基于電力電子電路的電力變換技術(shù)、交流電動(dòng)機(jī)的矢量變換控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)、PWM（PulseWidthModulation）技術(shù)以及以微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的全數(shù)字化控制技術(shù)等。2/1/20238第八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日2.1.2通用變頻器概述

眾所周知，直流調(diào)速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。在很長(zhǎng)的一個(gè)歷史時(shí)期內(nèi)，調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域基本上被直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所壟斷。直流電動(dòng)機(jī)雖有調(diào)速性能好的優(yōu)越，但也有一些固有的難于克服的缺點(diǎn)，主要是機(jī)械式換向器帶來(lái)的弊端。1.直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)的比較2/1/20239第九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日（1）直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)維修工作量大，事故率高；容量、電壓、電流和轉(zhuǎn)速的上限值，均受到換向條件的制約，在一些大容量、特大容量的調(diào)速領(lǐng)域中無(wú)法應(yīng)用；使用環(huán)境受限，特別是在易燃易爆場(chǎng)合難于應(yīng)用。（2）交流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)容量、電壓、電流和轉(zhuǎn)速的上限，不像直流電動(dòng)機(jī)那樣受限制；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低；堅(jiān)固耐用，事故率低，容易維護(hù)。2/1/202310第十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日但交流電動(dòng)機(jī)的最大缺點(diǎn)是調(diào)速困難，簡(jiǎn)單調(diào)速方案的性能指標(biāo)不佳。隨著交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的理論問(wèn)題的突破和調(diào)速裝置（主要是變頻器）性能的完善，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能差的缺點(diǎn)已經(jīng)得到了克服。目前，交流調(diào)速系統(tǒng)的性能已經(jīng)可以和直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵，甚至可以超過(guò)直流系統(tǒng)。2/1/202311第十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

60年代中期，普通晶閘管、小功率晶體管的實(shí)用化，使交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速也進(jìn)入了實(shí)用化。采用晶閘管的同步電動(dòng)機(jī)自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)、采用電壓型或電流型晶閘管變頻器的籠型異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（包括不屬變頻方案的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)）等先后實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化，使變頻調(diào)速開(kāi)始成為交流調(diào)速的主流。2.通用變頻器的發(fā)展2/1/202312第十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日此后的20多年中，電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)以驚人的速度向前發(fā)展，變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)也隨之取得了日新月異的進(jìn)步。這種進(jìn)步，突出表現(xiàn)在：（1）變頻裝置的大容量化對(duì)一些大型生產(chǎn)機(jī)械的主傳動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)在容量等級(jí)方面已接近極限值，采用直流調(diào)速方案無(wú)論在設(shè)計(jì)和制造上都已十分困難。為了適應(yīng)大容量的高壓電動(dòng)機(jī)，采用直接高壓型PWM變頻器來(lái)控制高壓電動(dòng)機(jī)，發(fā)展較迅速。如下圖2-5所示。2/1/202313第十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D2-5GTO三電平電壓型PWM變頻器主電路2/1/202314第十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日（2）主開(kāi)關(guān)器件的自關(guān)斷化近十幾年，大功率自關(guān)斷電力電子器件的發(fā)展十分迅速，其中“門極關(guān)斷晶閘管（GTO）、雙極晶體管（BJT）/電力晶體管（GTR）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）”的發(fā)展最快，實(shí)用化的程度也最高。采用自關(guān)斷器件省去了線路復(fù)雜、體積較大的強(qiáng)迫換相電路，既可以減小裝置體積，又降低了開(kāi)關(guān)損耗提高了效率。同時(shí)，由于開(kāi)關(guān)頻率的提高，變流器可采用PWM控制，既降低諧波損耗、減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，又可以提高快速性、改善功率因數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是很多的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前變頻器中的開(kāi)關(guān)器件，容量為1500kW以下的采用IGBT；1000～7500kW的采用GTO。2/1/202315第十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日（3）變頻裝置的高性能化早期的變頻調(diào)速系統(tǒng)，基本上是采用U/F控制，無(wú)法得到快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，低速特性也不好（負(fù)載能力差）。1971年德國(guó)西門子公司發(fā)明了所謂“矢量控制”技術(shù)。一改過(guò)去傳統(tǒng)方式中僅對(duì)交流電量的量值（電壓、電流、頻率的量值）進(jìn)行控制的方法，實(shí)現(xiàn)了在控制量值的同時(shí)也控制其相位的新控制思想。使用坐標(biāo)變換的辦法，實(shí)現(xiàn)定子電流的磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦控制，可以使交流電動(dòng)機(jī)像直流電動(dòng)機(jī)一樣具有良好的調(diào)速性能。2/1/202316第十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日多年來(lái)，人們圍繞著矢量控制技術(shù)做了大量的工作，如今矢量控制這一新的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理得到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用，做到與直流調(diào)速系統(tǒng)一樣，甚至有所超過(guò)，完全可以取代直流調(diào)速系統(tǒng)。在一些軋鋼廠中，大型初軋機(jī)這類快速可逆系統(tǒng)，90年代初采用了“交-交變頻”矢量控制系統(tǒng)，到目前又開(kāi)始采用“交-直-交”電壓型變頻器的矢量控制系統(tǒng)。實(shí)踐證明，它完全可以滿足生產(chǎn)工藝的要求，達(dá)到了已往直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)。2/1/202317第十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日（4）PWM技術(shù)的應(yīng)用PWM：（PulseWidthModulation）脈寬調(diào)制技術(shù)。自關(guān)斷器件的發(fā)展為PWM技術(shù)鋪平了道路。目前幾乎所有的變頻調(diào)速裝置都采用這一技術(shù)。PWM技術(shù)用于變頻器的控制，可以改善變頻器的輸出波形，降低電動(dòng)機(jī)的諧波損耗，并減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，同時(shí)還簡(jiǎn)化了逆變器的結(jié)構(gòu)，加快了調(diào)節(jié)速度，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。PWM技術(shù)除了用于逆變器的控制，還用于整流器的控制。PWM整流器現(xiàn)已開(kāi)發(fā)成功，利用它可以實(shí)現(xiàn)輸入電流正弦和電網(wǎng)功率因數(shù)為1。人們稱PWM整流器是對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染的“綠色”交流器。2/1/202318第十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日（5）控制方式的全數(shù)字化等方面。全數(shù)字控制方式，使信息處理能力大幅度地增強(qiáng)。采用模擬控制方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制在今天都已成為現(xiàn)實(shí)。微處理機(jī)和大規(guī)模集成電路的引入，對(duì)于變頻器的通用化起到了決定性的作用。全數(shù)字控制具有如下特點(diǎn)：精度高：數(shù)字計(jì)算機(jī)的精度與字長(zhǎng)有關(guān)，變頻器中使用16位乃至32位微型機(jī)作為控制機(jī)，精度在不斷提高。穩(wěn)定性好：由于控制信息為數(shù)字量，不會(huì)隨時(shí)間發(fā)生漂移。與模擬控制不同，它一般不會(huì)隨溫度和環(huán)境條件發(fā)生變化?？煽啃愿撸何⑿陀?jì)算機(jī)采用大規(guī)模集成電路，系統(tǒng)中的硬件電路數(shù)量大為減少，相應(yīng)的故障率大大降低。2/1/202319第十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日靈活性好：系統(tǒng)中硬件向標(biāo)準(zhǔn)化、集成化方向發(fā)展，可以在盡可能少的硬件支持下，由軟件去完成復(fù)雜的控制功能。適當(dāng)?shù)匦薷能浖?，就可以改變系統(tǒng)的功能或提高其性能。存儲(chǔ)能力強(qiáng)：存儲(chǔ)容量大，存放時(shí)間幾乎不受限制，這是模擬系統(tǒng)不能比擬的。利用這一特點(diǎn)可在存儲(chǔ)器中存放大量的數(shù)據(jù)或表格，利用查表法簡(jiǎn)化計(jì)算，提高運(yùn)算速度。邏輯運(yùn)算能力強(qiáng)：容易實(shí)現(xiàn)自診斷、故障記錄、故障尋找等功能，使變頻裝置可靠性、可使用性、可維修性大大提高。2/1/202320第二十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日2.2變頻器的簡(jiǎn)單原理（U/f控制）前言：為負(fù)載提供可變交流電源的裝置叫變頻器。在交流異步電動(dòng)機(jī)的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好，調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運(yùn)行效率高。采用通用變頻器對(duì)籠型異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高并且經(jīng)濟(jì)、效益顯著，所以逐步得到推廣。2/1/202321第二十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日2.2.1交流調(diào)速的基本方案由電機(jī)學(xué)的基本公式：（式2-1）（式2-2）（式2-3）2/1/202322第二十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日可見(jiàn)，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案有：改變極對(duì)數(shù)p，改變轉(zhuǎn)速率s（即改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度）和改變電源頻率f1。交流調(diào)速的分類如下：2/1/202323第二十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日分析：變極對(duì)數(shù)調(diào)速是有級(jí)的；變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，不調(diào)同步轉(zhuǎn)速，低速時(shí)電阻能耗大、效率較低；只有串級(jí)調(diào)速情況下，轉(zhuǎn)差功率才得以利用，效率較高。變頻調(diào)速是調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，可以從高速到低速都保持很小的轉(zhuǎn)差率，效率高、調(diào)速范圍大、精度高，是交流電動(dòng)機(jī)一種比較理想的調(diào)速方案。在變頻控制方式上又可分為變壓變頻調(diào)速，矢量控制變頻調(diào)速和直接轉(zhuǎn)矩控制變壓變頻調(diào)速等幾種。2/1/202324第二十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日2.2.2異步電機(jī)變頻調(diào)速的基本控制方式（U/f控制）

為了保持電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力，應(yīng)保持氣隙主磁通Φm不變，這就要求降低供電頻率的同時(shí)降低感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，保持E1/f1=常數(shù)，即保持電動(dòng)勢(shì)與頻率之比為常數(shù)進(jìn)行控制。這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。1.基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速2/1/202325第二十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日※說(shuō)明：由異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式T=KmΦI2cosφ2（式2-4）（轉(zhuǎn)矩常數(shù)Km，轉(zhuǎn)子電流I2，轉(zhuǎn)子電路功率因素cosφ2）得T∝Φ，即“恒磁通變頻調(diào)速”屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式”。但是，E1難于直接檢測(cè)和直接控制。當(dāng)頻率較高時(shí)，E1和f1的值較高，定子的漏阻抗壓降（主要是定子電阻壓降）相對(duì)較小，如忽略不計(jì)，則可以近似地保持定子相電壓U1和頻率f1的比值為常數(shù)，即認(rèn)為U1=E1，保持U1/f1=常數(shù)即可。這就是恒壓頻比控制方式，是近似恒磁通控制。2/1/202326第二十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)頻率較低時(shí)，U1和E1都變小，定于漏阻抗壓降（主要是定子電阻壓降）不能再忽略。這種情況下，可以人為地適當(dāng)提高定子電壓以補(bǔ)償定子電阻壓降的影響，使氣隙磁通基本保持不變。近似的保持E1/f1=常數(shù)的關(guān)系。如圖2-6所示（參見(jiàn)教材P67圖2-4），其中1為U1/f1=C時(shí)的電壓、頻率關(guān)系，2為有電壓補(bǔ)償時(shí)（近似的E1/f1=C）的電壓、頻率關(guān)系。2/1/202327第二十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D2-6U1/f1關(guān)系1--U1/f1=C2—近似E1/f1=C

這是考慮由基頻開(kāi)始向上調(diào)速的情況。頻率由額定值f1N向上增大，但電壓U1；受額定電壓U1N的限制不能再升高，只能保持U1=U1N不變。必然會(huì)使主磁通隨著f1的上升而減小，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的情況，屬于近似的恒功率調(diào)速方式。2.基頻以上的弱磁變頻調(diào)速2/1/202328第二十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日（1）異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的基本控制方式（圖2-7）圖2-7異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的控制特性3．結(jié)論2/1/202329第二十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日（2）異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的機(jī)械特性（圖2-8）圖2-8異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的機(jī)械特性2/1/202330第三十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日（3）VVVF（變壓變頻）異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律同時(shí)改變其定子的電壓和頻率，即必須通過(guò)變頻裝置獲得電壓頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源，實(shí)現(xiàn)所謂的VVVF（VariableVoltageVariableFreqency）調(diào)速控制。2/1/202331第三十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日2.2.3變頻器的基本構(gòu)成

變頻器由主電路（整流器、中間直流環(huán)節(jié)（中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)）、逆變器）和控制電路組成，如圖2-9所示。圖2-9變頻器的基本構(gòu)成2/1/202332第三十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日關(guān)于變流器名稱的說(shuō)明：對(duì)于交-直-交變頻器，在不涉及能量傳遞方向的改變時(shí)，我們常簡(jiǎn)明地稱變流器I為整流器，變流器II為逆變器（見(jiàn)圖2-9），而把圖中I、II、III總起來(lái)成為變頻器（日本資料則總稱為逆變器）。實(shí)際上，對(duì)于再生能量回饋型變頻器，I、II兩個(gè)變流器均可能有兩種工作狀態(tài)：整流狀態(tài)和逆變狀態(tài)。當(dāng)討論中涉及變流器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，I、II不再簡(jiǎn)稱為“整流器”和“逆變器”，而稱為“網(wǎng)側(cè)變流器”和“負(fù)載變流器”。2/1/202333第三十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3變頻器的分類前言：變頻器總體分為“交-交變頻器”與“交-直-交變頻器”兩種，如圖2-10所示。圖2-10變頻器的結(jié)構(gòu)框圖a）交-交變頻器b）交-直-交變頻器2/1/202334第三十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日交-交變頻器在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有明顯的中間直流環(huán)節(jié)（或者叫“中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)”、或“中間濾波環(huán)節(jié)”），來(lái)自電網(wǎng)的交流電被直接變換為電壓、頻率均可調(diào)的交流電，所以稱為直接式變頻器。交-直-交變頻器有明顯的中間直流環(huán)節(jié)，工作時(shí)，首先把來(lái)自電網(wǎng)的交流電變換為直流電，經(jīng)過(guò)中間直流環(huán)節(jié)之后，再通過(guò)逆變器變換為電壓、頻率均可調(diào)的交流電，故又稱為間接式變頻器。交-直-交變頻器（間接式變頻器）可按不同角度進(jìn)行如下分類：2/1/202335第三十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.1按直流電源的性質(zhì)分類根據(jù)圖2-10交-直-交變頻器中間直流環(huán)節(jié)是電容性還是電感性，可以將其劃分為電壓（源）型或電流（源）型。當(dāng)逆變器輸出側(cè)的負(fù)載為交流電動(dòng)機(jī)時(shí)，在負(fù)載和直流電源之間將有無(wú)功功率的交換。用于緩沖無(wú)功功率的中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件可以是電容或是電感，據(jù)此，變頻器分成電壓型變頻器和電流型變頻器兩大類。2/1/202336第三十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日電流型變頻器主電路的典型構(gòu)成方式如圖2-11。其特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，無(wú)功功率將由該電感來(lái)緩沖。圖2-11電流型變頻器的主電路1.電流型變頻器2/1/202337第三十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日※“電流型變頻器”的名稱由來(lái)：由于電感的作用，直流電流Id趨于平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)的電流波形為方波或階梯波，電壓波形接近于正弦波。直流電源的內(nèi)阻較大，近似于電流源，故稱為電流源型變頻器或電流型變頻器。優(yōu)點(diǎn)：電流型變頻器的一個(gè)較突出的優(yōu)點(diǎn)是，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a>900）即可。應(yīng)用場(chǎng)合：電流型變頻器可用于頻繁急加減速的大容量電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)。在大容量風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能調(diào)速中也有應(yīng)用。2/1/202338第三十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日電壓型變頻器典型的一種主電路結(jié)構(gòu)形式如圖2-12所示。其中用于逆變器晶閘管的換相電路未畫出。變頻器的每個(gè)導(dǎo)電臂，均由一個(gè)可控開(kāi)關(guān)器件和一個(gè)不控器件（二極管）反并聯(lián)組成。晶閘管VT1～VT6稱為主開(kāi)關(guān)器件，VD1～VD6稱為回饋二極管。電路的特點(diǎn)是，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。2.電壓型變頻器2/1/202339第三十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D2-12電壓型變頻器的主電路※“電壓型變頻器”的名稱由來(lái)：由于大電容的作用，主電路直流電壓Ed比較平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)端的電壓為方波或階梯波，電流波形與負(fù)載的阻抗角有關(guān)。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。2/1/202340第四十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合：對(duì)負(fù)載電動(dòng)機(jī)而言，電壓型變頻器是一個(gè)交流電壓源，在不超過(guò)容量限度的情況下，可以驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，具有不選擇負(fù)載的通用性。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，回饋到直流側(cè)的無(wú)功能量難于回饋給交流電網(wǎng)。要實(shí)現(xiàn)這部分能量向電網(wǎng)的回饋，必須采用可逆變流器。如圖2-13所示，網(wǎng)側(cè)變流器采用兩套全控整流器反并聯(lián)。電動(dòng)時(shí)由電橋I供電，回饋時(shí)電橋II作有源逆變運(yùn)行（a＞900），將再生能量回饋給電網(wǎng)。2/1/202341第四十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D2-13再生能量回饋型電壓型變頻器2/1/202342第四十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.2按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類變頻調(diào)速時(shí)，需要同時(shí)調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓和頻率，以保證電動(dòng)機(jī)主磁通的恒定。對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)主要有兩種方式：PAM：脈沖幅值調(diào)節(jié)（PulseAmplitudeModulation）PWM：脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation）2/1/202343第四十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

脈沖幅值調(diào)節(jié)方式（PulseAmplitudeModulation），簡(jiǎn)稱PAM方式，是通過(guò)改變直流電壓的幅值進(jìn)行調(diào)壓的方式。在PAM變頻器中，逆變器只負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)輸出頻率，而輸出電壓的調(diào)節(jié)則由相控整流器或直流斬波器通過(guò)調(diào)節(jié)直流電壓Ed去實(shí)現(xiàn)。1.PAM方式2/1/202344第四十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日（1）相控整流器：可控整流器調(diào)壓、逆變器調(diào)頻。（圖2-14）圖2-14電壓型變頻器的主電路2/1/202345第四十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日（2）直流斬波器：二極管整流、斬波器調(diào)壓、逆變器調(diào)頻。（圖2-15）圖2-15采用直流斬波器的PAM方式2/1/202346第四十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

脈沖寬度調(diào)制方式（PulseWidthModulation）簡(jiǎn)稱PWM方式。最常見(jiàn)的主電路如圖2-16所示。變頻器中的整流器采用不可控的二極管整流電路。變頻器的輸出頻率和輸出電壓的調(diào)節(jié)均由逆變器按PWM方式來(lái)完成。利用參考電壓波與載頻三角波互相比較來(lái)決定主開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。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調(diào)制，簡(jiǎn)稱SPWM（SinusoidalPulseWidthModulation）方式。在通用變頻器中，采用SPWM方式調(diào)壓，是一種最常采用的方案。2.PWM方式2/1/202347第四十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D2-16PWM變頻器主電路2/1/202348第四十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

這種方式與上述的PWM方式的區(qū)別僅在于調(diào)制頻率有很大的提高。主開(kāi)關(guān)器件的工作頻率較高，普通的功率晶體管已經(jīng)不能適應(yīng)，常采用開(kāi)關(guān)頻率較高的IGBT或MOSFET。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)頻率達(dá)到10～20kHZ，可以使電動(dòng)機(jī)的噪聲大幅度降低（達(dá)到了人耳難于感知的頻段）。其主電路（IGBT作逆變器開(kāi)關(guān)器件為例）如圖2-17所示。這種采用IGBT的高載波頻率的PWM通用變頻器正在取代以BJT為開(kāi)關(guān)器件的變頻器。3.高載波頻率的PWM方式2/1/202349第四十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D2-17高載波頻率PWM變頻器（IGBT變頻器）2/1/202350第五十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3.3按控制方式分類U/f控制方式前面已經(jīng)介紹過(guò)?；l以下可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，基頻以上則可以實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。U/f方式又稱為VVVF（VariableVoltageVariableFrequency）控制方式，其簡(jiǎn)化的原理性框圖如圖2-18所示。逆變器的控制脈沖發(fā)生器同時(shí)受控于頻率指令f和電壓指令U，而f與U之間的關(guān)系是由U/f曲線發(fā)生器（U/f模式形成）決定的。這樣經(jīng)PWM控制之后，變頻器的輸出頻率f輸出電壓U之間的關(guān)系，就是U/f曲線發(fā)生器所確定的關(guān)系。1.U/f控制2/1/202351第五十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日可見(jiàn)，轉(zhuǎn)速的改變是靠改變頻率的設(shè)定值f來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電動(dòng)機(jī)在f不變條件下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化而變化，故U/f控制常用于速度精度要求不高或負(fù)載變動(dòng)較小的場(chǎng)合。U/f控制是轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制，無(wú)需速度傳感器，控制電路簡(jiǎn)單，負(fù)載可以是通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)，所以通用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性好，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式。2/1/202352第五十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D2-18U/f控制方式2/1/202353第五十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

由于U/f控制的靜態(tài)調(diào)速精度顯然較差，為提高調(diào)速精度，采用轉(zhuǎn)差頻率控制方式。根據(jù)速度傳感器的檢測(cè)，可以求出轉(zhuǎn)差頻率△f，再把它與速度設(shè)定值f相疊加，以該疊加值作為逆變器的頻率設(shè)定值f1，就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)差補(bǔ)償。這種實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償?shù)拈]環(huán)控制方式稱為轉(zhuǎn)差頻率控制方式。與U/f控制方式相比，其調(diào)速精度大為提高。但是，使用速度傳感器求取轉(zhuǎn)差頻率，要針對(duì)具體電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性調(diào)整控制參數(shù)，因而這種控制方式的通用性較差。2.轉(zhuǎn)差頻率控制2/1/202354第五十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日轉(zhuǎn)差頻率控制方式的原理圖如圖2-19所示。經(jīng)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償后定子頻率的實(shí)際設(shè)定值為f1＝f+△f，調(diào)速精度提高了。圖2-19轉(zhuǎn)差頻率控制方式a)電路結(jié)構(gòu)b)機(jī)械特性2/1/202355第五十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日上述的U/f控制方式和轉(zhuǎn)差頻率控制方式的控制思想都建立在異步電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型上。因此，動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)不高。對(duì)于軋鋼、造紙?jiān)O(shè)備等對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高的應(yīng)用，可以采用矢量控制變頻器。采用矢量控制方式的目的，主要是為了提高變頻調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能。3.矢量控制2/1/2023