变频器原理及应用

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1、变频器原理及应用王宇鹏2012/7/19目录一、变频器的原理二、变频器的选型及应用三、施耐德变频器介绍开关或接触器变频器异步电动机转速可调0～50Hz可调一、变频器的原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。常用电力电子器件简介1)晶闸管(SCR)没有自关断能力，逆变时需要另设换流电路，造成电路结构复杂，增加变频器成本。但由于元件容量大，在1000KVA以上的大容量变频器中得到广泛的应用。2)门极可关断晶闸管(GTO）可通过门极信号控制导通和关断。它

2、是利用门极反向电流而获得自关断能力，属于全控器件，无需换流电路。已经逐步取代SCR。3)电力晶体管(GTR)是一种高反压晶体管，具有自关断能力，并有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等优点。它被广泛用于交直流电机调速、中频电源等电力变流装置中。主要用作开关，工作于高电压大电流的场合，一般为模块化。4)功率场效应管(MOSFET)根据门极电压的电场效应进行导通与关断的单极晶体管。具有自关断能力强、驱动功率小、工作速度高、无二次击穿现象、安全工作区宽等。用于小容量变频器中。5)绝缘栅双极晶体管(IGBT)集GTR和P-MOSFET的优点于一身，具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单

3、、通态电压低、能承受高电压大电流等优点。目前中小容量变频器新产品中都采用它。适于高压的为HV-IGBT。6)智能功率模块（IPM）是一种将功率开关器件及其驱动电路、保护电路等集成在同一封装内的集成模块。目前采用较多的是IGBT作为大功率开关器件的模块，器件模块内集成了电流传感器，可以检测过电流及短路电流。具有过电流保护、过载保护以及驱动电流电压不足时的保护功能。7)集成门极换流晶闸管(IGCT)是一种中压、大功率半导体开关器件。它是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT集成于一体，集GTO和IGBT的优点于一身。变频器的结构～整流部分储能环节逆变部分M控制系统交流直流直流交流主要由主

4、电路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路组成。整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波中间直流环节：中间直流储能环节，在它和电动机之间进行无功功率的交换。逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电流近似正弦变频器的结构电力变换的种类输入交流直流输出直流整流直流斩波交流交流电力控制变频、变相逆变控制电路：常由运算电路、检测电路、控制信号输入/输出电路和驱动电路组成。主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等，其控制方法可以采用模拟控制或数字控制。目前许多变频器

5、已经采用微机来进行全数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，靠软件来完成各种功能。变频器的结构通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。电机转速n公式S：转差率f1：交流电频率p：电机对数其中：通过改变交流电机的工作频率来改变电机转速的一种装置交流异步电机的机械特性公式n＝60f/p(1-s)n：电机转速f：给电机供电的交流电频率p：电机极对数s：转差率T：电机力矩N：速度n0负载1异步机机械特性负载2交流同步电机的机械特性公式n＝60f/pn：电机转速f：给电机供电的交流电频率p：电机极对数n0负载1负载2T：电

6、机力矩同步机机械特性变频器的分类1.按调制方式分(1)PAM(脉幅调制)在整流电路部分对输出电压幅值进行控制，而在逆变电路部分对输出频率进行控制的控制方式。(2)PWM(脉宽调制)保持整流得到的直流电压大小不变的条件下，在改变输出频率的同时，通过改变输出脉冲的宽度，来达到改变等效输出电压的一种方式。(2)按工作原理分V/F控制对变频器的频率和电压同时进行调节转差频率控制为V/F控制的改进方式矢量控制将交流电机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流并分别加以控制的方式直接转矩控制把转矩作为控制量，直接控制转矩，是继矢量控制变频调速技术之后的一种新型的交流变频调速技术。(3)按用途

7、分通用变频器能与普通的笼式电动机配套使用，能适应各种不同性质的负载并具有多种可供选择功能高性能专用变频器对控制要求较高的系统(电梯、风机水泵等)，大多采用矢量控制方式高频变频器高速电动机配套使用(4)按变换环节分交-交变频器把频率固定的交流电直接变换成频率和电压连续可调的交流电。无中间环节，效率高，但连续可调的频率范围窄。交-直-交变频器先把交流电变成直流电，再把交流电通过电力电子器件逆变成直流电。优势明显，目前广泛采用的方式(5)按直流环节的储能方式分电流型中间环节