變頻器工作原理ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-02 18:07 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 變頻器 交－交變頻器直接將電網(wǎng)頻率和電壓都固定的交流電源變換成頻率和電壓都連續(xù)可調(diào)的交流電源。主要優(yōu)點是沒有中間環(huán)節(jié)，變換效率高。缺點是連續(xù)可調(diào)的頻率范圍比較窄，且只能在電網(wǎng)的固定頻率以下變化。一般為電網(wǎng)固定頻率的，主要用于電力牽引等容量較大的低速拖動系統(tǒng)中。 交 —直 —交變頻器 先把頻率固定的交流電整流成直流電，再把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電。在這類裝置中，一般用不可控整流，則輸入功率因數(shù)不變；用 PWM逆變，則輸出諧波可以減小。 PWM逆變器需要全控式電力電子器件，其輸出 諧波減小的程度取決于 PWM的開關(guān)頻率，而開關(guān)頻率則受器件開關(guān)時間的限制。 交 —直 —交變頻器頻率調(diào)節(jié)范圍寬，變換的環(huán)節(jié)容易實現(xiàn)，目前廣泛采用。通用變頻器一般都采用交 —直 —交方式。 按直流環(huán)節(jié)的儲能方式分類 電壓源型變頻器 在交 —直 —交變壓變頻裝置中，當(dāng)中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時，直流電壓波形比較平直，在理想情況下是 —個內(nèi)阻抗為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，這類變頻裝置叫做電壓源型變頻器，如圖 （ a）所示。 R S T U V W （ b） 電流源型變頻器 R S T U V W （ a） 電壓源型變頻器 C 圖 電壓源型變頻器與電流源型變頻器 電流源型變頻器 ? 當(dāng)交 —直 —交變壓變頻裝置的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時，直流電流波形比較平直，因而電源內(nèi)阻抗很大，對負(fù)載來說基本上是一個電流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，這類變頻裝置叫做電流源型變頻器，如圖 （ b）所示。 ? 有的交一交變壓變頻裝置用電抗器將輸出電流強(qiáng)制變成矩形波或階梯波，具有電流源的性質(zhì)，它也是電流源型變頻器。 ? 注意幾點：從主電路上看，電壓源型變頻器和電流源型變頻器的區(qū)別僅在于中間直流環(huán)節(jié)濾波器的形式不同，但是這樣一來，卻造成兩類變頻器在性能上相當(dāng)大的差異，主要表現(xiàn)如下： (1) 無功能量的緩沖 對于變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)來說，變頻器的負(fù)載是異步電機(jī)，屬于感性負(fù)載，在中間直流環(huán)節(jié)與電機(jī)之間，除了有功功率的傳送外，還存在無功功率的交換。逆變器中的電力電子開關(guān)器件無法儲能，無功能量只能靠直流環(huán)節(jié)中作為濾波器的儲能元件來緩沖，使它不致影響到交流電網(wǎng)。因此也可以說，兩類變頻器的主要區(qū)別在于用什么儲能元件 (電容器或電抗器 )來緩沖無功能量。 (2) 回饋制動 如果把不可控整流器改為可控整流器，雖然電力電子器件具有單向?qū)щ娦?，電流不能反向，而可控整流器的輸出電壓是可以迅速反向的，因此電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)容易實現(xiàn)回饋制動，從而便于四象限運行，適用于需要制動和經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的機(jī)械。與此相反，采用電壓源型變頻器的調(diào)速系統(tǒng)要實現(xiàn)回調(diào)制動和四象限運行卻比較困難，因為其中間直流環(huán)節(jié)有大電容鉗制著電壓，使之不能迅速反向，而電流也不能反向，所以在原裝置上無法實現(xiàn)回饋制動。必須制動時，只好采用在直流環(huán)節(jié)中并聯(lián)電阻的能耗制動，或與可控整流器反并聯(lián)設(shè)置另一組反向整流器，工作在有源逆變狀態(tài)，以通過反向的制動電流，而維持電壓極性不變，實現(xiàn)回饋制動。這樣，設(shè)備就復(fù)雜了。 (3) 調(diào)速時的動態(tài)響應(yīng) 由于交 —直 —交電流源型變壓變頻裝置的直流電壓可以迅速改變，所以由它供電的調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)比較快，而電壓源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)就慢得多。 (4) 適用范圍 由于濾波電容上的電壓不能發(fā)生突變，所以電壓源型變頻器的電壓控制響應(yīng)慢，適用于作為多臺電機(jī)同步運行時的供電電源但不要求快速加減速的場合。 電流源型變頻器則相反，由于濾波電感上的電流不能發(fā)生突變，所以電流源型變頻器對負(fù)載變化的反應(yīng)遲緩，不適用于多電機(jī)傳動，而更適合于一臺變頻器給一臺電機(jī)供電的單電機(jī)傳動，但可以滿足快速起動、制動和可逆運行的要求。 按控制方式分類 U/f控制變頻器 U/f控制變頻器的方法是在改變頻率的同時控制變頻器的輸出電壓，通過使 U/f（電壓和頻率的比）保持一定或按一定的規(guī)律變化而得到所需要的轉(zhuǎn)矩特性。采用 U/f控制的變頻器結(jié)構(gòu)簡單、成本低，多用于要求精度不是太高的通用變頻器。 轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器 轉(zhuǎn)差頻率控制方式是對 U/f控制的一種改進(jìn)。這種控制需要由安裝在電動機(jī)上的速度傳感器檢測出電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度閉環(huán)。速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率，而變頻器的輸出頻率則有電動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速與所需轉(zhuǎn)差頻率之和決定。由于通過控制轉(zhuǎn)差頻率來控制轉(zhuǎn)矩和電流，與 U/f控制相比，其加減速特性和限制過電流的能力得到提高。 矢量控制變頻器 ? 矢量控制是一種高性能異步電動機(jī)控制方式，它的基本思路是將電動機(jī)的定子電流分為產(chǎn)生磁場的電流分量（勵磁電流）和與其垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流），并分別加以控制。由于在這種控制方式中必須同時控制異步電動機(jī)定子電流的幅值和相位，即定子電流的矢量，因此這種控制方式被成為矢量控制方式。 直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器 ? 直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制不同，它不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控矢量來控制。其特點為轉(zhuǎn)矩控制是控制定子磁鏈，并能實現(xiàn)無傳感器測速。 按功能分類 恒轉(zhuǎn)矩變頻器 變頻器的控制對象具有恒轉(zhuǎn)矩特性，在轉(zhuǎn)速精度及動態(tài)性能方面要求一般不高。當(dāng)用變頻器進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，必
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