变频调速的基本原理

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1、变频调速的基本原理毛长柏二008年七月变频调速系统的核心是变频器，变频器的构成及工作原理较复杂，本课题仅对变频器的基本原理、安装及维护等作一简单介绍。一、概述1变频调速的基本原理我们知道，三相交流异步电动机的转速为；式中f1---电动机电源的频率(Hz)；p---电动机定子绕组的磁极对数；s---转差率。可见，在转差率s变化不大的情况下，可以认为，调节电动机定子电源频率时，电动机的转速大致随之成正比变化．若均匀改变电动机电源的频率，则可以平滑地改变电动机的转速。2变频器及其分类变频器是利用半导体器件的通断作用将频率固定(通常为工频50Hz)的交流电(三相或单相)变换成频率连续可调的交流电的电

2、能控制装置，其作用如下图所示。变频器的种类很多，分类方法也有多种。(1)按变换环节可分为二类1）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。其主要优点是没有中间环节，故变换效率高。但连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的l／2以下，主要适用于电力牵引等容量较大的低速拖动系统中。2)交一直一交变频器先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电逆变成交流电的环节较易控制，因此在频率的调节范围以及改善变频后电动机的特性等方面，部有明显优势，是目前广泛采用的变频方式。(2)按直流环节的储能方式分为二类1)电流型变频器直流环节的储能元

3、件是电感线圈L，如下图a所示2)电压型变频器直流环节的储能元件是电容器C，如下图b所示。(3)按工作原理LⅡ分为三类1)V/ｆ控制变频器V/ｆ仃控制的基本特点是对变频器输出的电压和频率同时进行控制，通过使V/ｆ(电压和频率的比)的值保持一定而得到所需的转矩特性。采用V/ｆ控制的变频器控制电路结构简单，成本低，多用于对精度要求不高的通用变频器．2)转差频率控制变频器转差频率控制方式是对V／f控制的一种改进，这种控制需要由安装在电动机上的速度传感器检测出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，而变频器的输出频率则由电动机的实际转速与所需转差频率之和决定。由于通过控制转差频率来摔制

4、转矩和电流，与V/ｆ控制相比其加减速特性和限制过流的能力得到提高。3)矢量控制变频器矢量控制是一种高性能异步电动机控制力式，它的基本思路是：将异步电动机的定子电流分为产生磁场电流的分量(励磁电流)和与其垂直的产生转矩的电流分量(转矩电流)，并分别加以控制。由于在这种控制方式中必须同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位，即定于电流的矢量，因此这种控制方式被称为矢量控制方式。转差频率控制和矢量控制的原理鞍复杂，本次不作进一步的讨论。(4)按用途可分为三类I)通用变频器所谓通用变频器，是指能与普通的笼型异步电动机配套使用，能适应各种不同性质的负载并具有多种可供选择功能的变频器。2)高性能专用变频器

5、高性能专用变频器主要应用于对电动机的控制要求较高的系统，与通用变频器相比，高性能专用变频器大多数采用矢量控制方式，驱动对象通常是变频器厂家指定的专用电动机。3)高频变频器在超精密加工和高性能机械中，常常要用到高速电动机，为了满足这些高速电动机的驱动要求，出现了采用PAM(脉冲幅值调制，是一种在整流电路部分对输电压的幅值进行控制，而在逆变电路部分对输山频率进行控制的控制方式)控制方式的高频变频器，其输出频率可达到3kHz。二变颛器的基本结构目前生产中广泛应用的是通用变频器，根据功率的大小，从外形上看有书本型结构(0.75～37kW)和装柜型结构(45～1500kW)两种。日本日立公司的J300

6、系列通用变频器为书本型结构，其外形和结构如下图所示。a)外型b)结构l一底座2一外壳3一控制电路接线端子4充电指示灯5一防护盖板6一前盖7螺钉8一数字操作面板9主电路接线端于lO一接线孔从电路结构上看，通用变频器大多采用交---直---交变频变压方式，其基本构成如下图所示。交---直---交变频器的基本构成(1)变频器的主电路通用变频器的主电路如下图所示．它主要由以下几部分组成；交--直一交变频器的主电路1)整流部分整流部分的作用是将频率固定的三相交流电变换成直流电。包括：①三相整流桥由整流二极管VDI～VD6构成三相桥式整流电路。如电源的线电压为UL整流后的平均电压为：②滤渡电容器CF其作

7、用是滤平桥式整流后的电压纹波，使直流电压保持平稳。③限流电阻RL和开关S在变频器电源接通的瞬间，滤波电容CF的充电电流很大，过大的冲击电流可能会损坏三相整流桥中的二极管。为了保护二极管在电路中串入限流电阻RL，从而将电容器CF的充电电流限制在允许的范围内。当CF充电到一定程度，令开关S接通，将RL短接掉。在许多新系列的变频器中。s已由晶闸管代替。④电源指示HLHL除表示电源是否接通外，还有一个重要的功能，即在