变频技术的基本类型.ppt

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1、变频技术的基本类型变频技术的基本类型1 1整流技术整流技术整流技术整流技术:通过晶体二极管组成的不可控或者晶闸管通过晶体二极管组成的不可控或者晶闸管组成的可控整流器，将工频交流电变换成频率为零的直流组成的可控整流器，将工频交流电变换成频率为零的直流电，称为整流技术。电，称为整流技术。2 2直流斩波技术直流斩波技术直流斩波技术直流斩波技术:通过改变电力半导体器件的通断时间，通过改变电力半导体器件的通断时间，也就是脉冲频率（定宽变频），或者改变脉冲的宽度（定也就是脉冲频率（定宽变频），或者改变脉冲的宽度（定频调宽）达到调节直流平均电压的目的。频调宽）达到调节直流平均电压的目的。3 3逆变技术逆变技

2、术逆变技术逆变技术:在变频技术中，逆变器是利用半导体器件的在变频技术中，逆变器是利用半导体器件的开关特性，将直流电变换成不同频率的交流电。开关特性，将直流电变换成不同频率的交流电。4 4交交交交-交变频技术交变频技术交变频技术交变频技术:通过控制电力半导体器件的导通与关通过控制电力半导体器件的导通与关断时间，将工频交流电变换成频率连续可调的交流电。断时间，将工频交流电变换成频率连续可调的交流电。5 5交交交交-直直直直-交变频技术交变频技术交变频技术交变频技术:先将交流电经过整流器变换成直流先将交流电经过整流器变换成直流电，再将直流电逆变成频率可调的交流电。电，再将直流电逆变成频率可调的交流电

3、。变频器发展趋势 1智能化智能化2专业化专业化3模块化模块化4环保化环保化变频器功能与应用 1节能节能2自动控制自动控制3.提高产品质量提高产品质量PWM变频调速控制技术变频调速控制技术脉宽调制技术（Pulse Width Modulation PWM）是变频器的控制技术之一。各种逆变电路多采用PWM技术，这种技术也是自动控制中常用的技术手段之一。PWM控制方式，就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不同的方波脉冲。通过控制这些方波脉冲的宽度和占空比来调节平均电压。目前，较普遍的变频调速系统是恒幅脉宽调制（目前，较普遍的变频调速系统是恒幅脉宽调制（PWMPWM）

4、变频）变频电路。三相或单相交流电压经整流器整流滤波后得到直流电压，电路。三相或单相交流电压经整流器整流滤波后得到直流电压，将这个恒定的直流电压输入逆变器，调节逆变器的脉冲宽度和将这个恒定的直流电压输入逆变器，调节逆变器的脉冲宽度和输出频率来实现调压调频的双重任务。输出频率来实现调压调频的双重任务。在频率一定时如果可调宽度增加则电压平均值增加。也就是增在频率一定时如果可调宽度增加则电压平均值增加。也就是增大了占空比大了占空比如图如图3-13-1所示为单相逆变电路，其实质是直流斩波器，电路以所示为单相逆变电路，其实质是直流斩波器，电路以IGBTIGBT为逆变管。通过控制逆变管为逆变管。通过控制逆变

5、管VT1VT1、VT4VT4和和VT2VT2、VT3VT3的交的交替导通和关断时间，达到控制逆变电器的输出波形与频率的目替导通和关断时间，达到控制逆变电器的输出波形与频率的目的。图的。图3-23-2所示为单相逆变器输出波形，由图所示为单相逆变器输出波形，由图3-23-2可以看出逆变可以看出逆变管管VT1VT1，VT4VT4在基波频率的正半周多次重复（图中画出在基波频率的正半周多次重复（图中画出7 7次导次导通关断）导通与关断，而逆变管通关断）导通与关断，而逆变管VT2VT2、VT3VT3在负半周内也同样在负半周内也同样导通和关断同样次数，如果使逆变管导通的时间间隔象正弦函导通和关断同样次数，如

6、果使逆变管导通的时间间隔象正弦函数一样变化，逐渐增大，再逐渐减小；而数一样变化，逐渐增大，再逐渐减小；而等幅不等宽的脉冲电等幅不等宽的脉冲电压面积，接近于所对应正弦波电压面积，则逆变器的输出电压压面积，接近于所对应正弦波电压面积，则逆变器的输出电压将很接近基波电压将很接近基波电压，高次谐波电压将大为减小。若采用高速开，高次谐波电压将大为减小。若采用高速开关器件和计算机控制，使逆变器的输出脉冲次数增多，逆变器关器件和计算机控制，使逆变器的输出脉冲次数增多，逆变器输出电压则更为理想，因此输出电压则更为理想，因此PWMPWM型逆变电路广泛用于交流异型逆变电路广泛用于交流异步电动机变频调速。步电动机变

7、频调速。SPWM调制技术调制技术PWM方法源于无线电中的载波调制技术。在交流异步电动机变频调速中，通常采用正弦波脉冲宽度调制（Sinusoidal PWM）方法，简称SPWM。在PWM中，如果脉冲宽度和占空比的大小，按正弦规律分布，则为正弦波脉宽调制（SPWM）。从脉宽调制的极性来看，有单极性调制和双极性调制两种方法。单极性调制原理单极性调制原理三角波单极性调制SPWM原理如图3-3所示。以正弦波USi 作为参考调制信号,用三角波Uti 作为载波信号。如果正弦波信号和三角信号都是正极性信号，称为单极性SPWM调制。图3-3中，在比较器A的“+”端输入正弦波参考调制信号电压USi，在A的“-”端

8、输入三角波载频信号电压Uti。当 USi Uti时，电压比较器A输出高电平。当USi9090（即即 90 UcUd2Uc作为控制条件。按常规作为控制条件。按常规取取=30=30 时，时，Ud2=0.866*1.35Un2,Ud2=0.866*1.35Un2,而而UC=1.35Un1,UC=1.35Un1,为为使使Ud2UcUd2Uc，必须，必须Un2 Un1Un2 Un1，因此，升压变压器必不可，因此，升压变压器必不可少。若少。若Un1=UNUn1=UN，则，则Un2 UNUn2 UN制动时：制动时：UCUC升高到大于升高到大于2Un12Un1（电容上直流脉动电压（电容上直流脉动电压最大值），

9、桥最大值），桥1 1截止，这时将截止，这时将NGPNGP投入，可以产生逆变投入，可以产生逆变电流，将能量回馈到电网。只要控制电流，将能量回馈到电网。只要控制 或或 就可以控制就可以控制SCRSCR的工作状态，只有当的工作状态，只有当Ud2UcUd2Uc才进入逆变状态。否才进入逆变状态。否则不产生逆变电流。可以理解为一种等待回馈状态。则不产生逆变电流。可以理解为一种等待回馈状态。直流制动变频器向异步电动机通入直流电时,即逆变器中有3个桥臂短时间内连续导通,不再换相,电机便处于能耗制动状态.此时变频器输出频率为0.电动机定子磁场不再旋转,转动转子切割这个静止磁场,产生制动转矩,旋转系统存储的动能转

10、换为电能消耗于转子回路.作用:1.准确停车.2.制止在起动前电动机由于外因引起的不规则转动.比如风机负载,停车状态时,电机可能由于风筒中风压的作用自由旋转,有时反转,就可以利用直流制动使其静止,保证电机从0速度启动.通用变频器中,对直流制动功能的控制,主要通过设定DC制动起始频率fDB,制动电流IDB制动时间TDB实现,fDB不能太高,因为fDB太高,异步电机电流频率和幅值都很高,转子铁损很大,导电机发热,但制动转矩却并不大.V/F控制型通用变频器1.1.普通控制型普通控制型V/FV/F通用变频器通用变频器:是转速开环控制是转速开环控制,无需无需速度传感器速度传感器,控制电路比较简单控制电路比

11、较简单,电机选择通用标准电机选择通用标准异步电动机异步电动机,通用性强性价比高通用性强性价比高,目前使用较多目前使用较多.其其缺点缺点:不能恰当地调整电机转矩不能恰当地调整电机转矩,不能补偿适应转矩的变不能补偿适应转矩的变化化.普通控制型普通控制型V/FV/F通用变频器的通用变频器的SPWMSPWM注重的是如注重的是如何使逆变器的输出电压尽量接近正弦波何使逆变器的输出电压尽量接近正弦波,较少考虑较少考虑如何针对不同类型电机的特性如何针对不同类型电机的特性,不能保证不能保证E/FE/F不变不变,因此不能保证磁通不变因此不能保证磁通不变,定子电阻压降随着负载变定子电阻压降随着负载变化化,当负载重时

12、压降大当负载重时压降大,V/FV/F的值可能补偿不足的值可能补偿不足,使电使电机的机械特性和负载特性没有稳定的运行交点机的机械特性和负载特性没有稳定的运行交点;负负载轻时载轻时,可能产生过补偿可能产生过补偿,磁路饱和磁路饱和.两种情况都可两种情况都可能引起变频器过流跳闸能引起变频器过流跳闸.为了适应不同的电动机和不同的生产机械,转矩提升常有两种方法:A.在存储器中存入多种U/F函数的不同曲线图形,由用户根据需要人为地选择最佳曲线.B.根据定子电流的大小自动补偿定子电压.利用选定的曲线,很难恰当地调整电动机的转矩.由于定子电流不完全与转子电流成正比,所以根据定子电流调节变频器电压的方法,并不反映

13、负载转矩.因此定子电压也不能根据负载转矩的改变而恰当的改变电磁转矩.无法准确的控制电机的实际转速:由于普通控制型V/F通用变频器是转速开环控制,由电机的机械特性可知,设定值的定子频率对应的是理想空载转速,而电机的实际转速是由转差率决定,所以V/F方式存在的稳态误差不能控制.无法准确控制电机的实际转速.转速较低时,由于转矩不中而无法克服较大的静摩擦力.高功能型U/F控制通用变频器上述缺点,都是由于变频器没有转矩控制功能引起的,为了提高静态稳定性,加大调速范围,改善起动性能,并避免不必要的过流跳闸,人们采取一系列措施,实现转矩控制功能.所谓高功能型,是指具有转矩控制功能(不用速度传感器)的U/F控

14、制方式通用变频器.这种控制方式,可使极低速下的转矩过载能力达到或超过150%;频率调节范围达1:30;电机静态特性的硬度高于在工频电网上运行的自然特性硬度.具有挖土机特性和”无跳闸”能力.这种变频器甚至可以代替某些闭环控制,实现闭环控制的开环化.转矩控制功能这种控制方式除需要定子电流传感器外,不再需任何传感器,通用性强,适合于各种型号异步电机.控制电路包括1.转矩控制和2.对逆变器进行PWM控制两部分.PWM控制保证输出正弦波形,且具有足够响应速度.转矩控制部分包括有功无功检测器,磁通补偿器,转差补偿器,电流限制控制器.磁通补偿器,转差补偿器,电流限制控制器的作用是根据定子电流的有功分量和无功

15、分量计算变频器频率参考值和电压参考值,以保证转子磁场恒定,并在负载出现冲击时,适当的补偿异步电机转子磁通.1.转矩控制通用变频器驱动不同类型的异步电动机时,根据电动机的特性压频比进行恰当的调整十分困难,一旦电压不足,则不能产生与负载成正比的电磁转矩,出现过载则可能出现跳闸,因此无论多大的负载转矩都必须使电机产生的转矩随负载转矩变化.转矩控制部分利用磁通补偿器和转差补偿器调整变频器频率参考值和电压参考值,保证了磁通恒定.如果电动机转矩增大到最大允许值以上,电动机将失步,变频器也会跳闸,因此要设置抑制过电流的电流限制器,保证转矩或电流不超出允许值,实现挖土机特性.变频器控制方式综述变频器中常用的控

16、制方式可分为:非智能和智能控制方式.非智能控制方式有:V/F控制,转差率控制,矢量控制,直接转矩控制等.1.V/F控制:是为了得到理想的转矩-速度特性,基于在 变电源频率进行调速的同时,保证电动机的磁通不变的思想而提出的,通用型变频器基本上都采用这种方式.结构简单,但由于是开环控制,不能达到较高的控制性能.在低频时,必须进行转矩补偿,以改变低频转矩特性.2.转差率控制:是一种直接控制转矩的控制方式,是在V/F的基础上按照异步电机的实际转速对应的电源频率,并根据希望得到的转矩来调节变频顺的输出频率,使电机具有对应的输出转矩.这种方式在控制系统中需安装速度传感器,有时还加有电流反馈,对频率和电流时行控制,是一种闭环控制,可以使变频器具有良好的稳定性,对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性.3.矢量控制:是通过矢量坐标电路控制电机定子电流的大小和相位,以达到对电动机在3个坐标系中的励磁电流和转矩电流进行控制,进而达到控制电机转矩的目的.4.直接转矩控制:是利用空间矢量坐标概念,在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩,通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的,因此省去了矢量控制等复杂的变换计算,系统直观,简洁,计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高,即使在开环的状态下,也能输出100%额定转矩.智能控制方式:主要有神经网络控制,模糊控制,专家系统,学习控制等.