交流變頻調速電機原理(編輯修改稿)
2025-07-13 23:28 本頁面
【文章內容簡介】 采用大電容濾波，直流電壓波形比較平直，使施加于負載上的電壓值基本上不受負載的影響，而基本保持恒定，類似于電壓源，因而稱之為電壓型變頻器。 電壓型變頻器逆變輸出的交流電壓為矩形波或階梯波，而電流的波形經過電動機負載濾波后接近于正弦波，但有較大的諧波分量。由于電壓型變頻器是作為電壓源向交流電動機提供交流電功率，所以主要優(yōu)點是運行幾乎不受負載的功率因素或換流的影響；缺點是當負載出現(xiàn)短路或在變頻器運行狀態(tài)下投入負載，都易出現(xiàn)過電流，必須在極短的時間內施加保護措施。電流型變頻器與電壓型變頻器在主電路結構上基本相似，所不同的是電流型變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波，見下圖，直流電流波形比較平直，使施加于負載上的電流值穩(wěn)定不變，基本不受負載的影響，其特性類似于電流源，所以稱之為電流型變頻器。 電流型變頻器逆變輸出的交流電流為矩形波或階梯波，當負載為異步電動機時，電壓波形接近于正弦波。電流型變頻器的整流部分一般采用相控整流，或直流斬波，通過改變直流電壓來控制直流電流，構成可調的直流電源，達到控制輸出的目的。電流型變頻器由于電流的可控性較好，可以限制因逆變裝置換流失敗或負載短路等引起的過電流，保護的可靠性較高，所以多用于要求頻繁加減速或四象限運行的場合。一般的交－交變頻器雖然沒有濾波電容，但供電電源的低阻抗使它具有電壓源的性質，也屬于電壓型變頻器。也有的交－交變頻器用電抗器將輸出電流強制變成矩形波或階梯波，具有電流源的性質，屬于電流型變頻器。⑶交－直－交變頻器根據(jù)VVVF調制技術不同，分為PAM和PWM兩種。PAM是把VV和VF分開完成的，稱為脈沖幅值調制（Pulse Amplitude Modulation）方式，簡稱PAM方式。PAM調制方式又有兩種：一種是調壓采用可控整流，即把交流電整流為直流電的同時進行相控整流調壓，調頻采用三相六拍逆變器，這種方式結構簡單，控制方便，但由于輸入環(huán)節(jié)采用晶閘管可控整流器，當電壓調得較低時，電網(wǎng)端功率因素較低，而輸出環(huán)節(jié)采用晶閘管組成的三相六拍逆變器，每周換相六次，輸出的諧波較大。其基本結構見圖a；另一種是采用不控整流、斬波調壓，即整流環(huán)節(jié)采用二極管不控整流，只整流不調壓，再單獨設置PWM斬波器，用脈寬調壓，調頻仍采用三相六拍逆變器，這種方式雖然多了一個環(huán)節(jié)，但調壓時輸入功率因素不變，克服了上面那種方式中輸入功率因數(shù)低的缺點。而其輸出逆變環(huán)節(jié)未變，仍有諧波較大的問題。其基本結構見圖b。PWM是將VV與VF集中于逆變器一起來完成的，稱為脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation）方式，簡稱PWM方式。PWM調制方式采用不控整流，則輸入功率因素不變，用PWM逆變同時進行調壓和調頻，則輸出諧波可以減少。其基本結構見圖c。 在VVVF調制技術發(fā)展的早期均采用PAM方式，這是由于當時的半導體器件是普通晶閘管等半控型器件，其開關頻率不高，所以逆變器輸出的交流電壓波形只能是方波。而要使方波電壓的有效值隨輸出頻率的變化而改變，只能靠改變方波的幅值，即只能靠前面的環(huán)節(jié)改變中間直流電壓的大小。隨著全控型快速半導體開關器件BJT、IGBT、GTO等的發(fā)展，才逐漸發(fā)展為PWM方式。由于PWM方式具有輸入功率因數(shù)高、輸出諧波少的優(yōu)點，因此在中小功率的變頻器中，幾乎全部采用PWM方式，但由于大功率、高電壓的全控型開關器件的價格還較昂貴，所以為降低成本，在數(shù)百千瓦以上的大功率變頻器中，有時仍需要使用以普通晶閘管為開關器件的PAM方式。四． 變壓變頻協(xié)調控制前面講在進行電機調速時，為保持電動機的磁通恒定，需要對電機的電壓與頻率進行協(xié)調控制。那么應該怎樣對電機的電壓與頻率進行協(xié)調控制呢？對此，需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。基頻，即基本頻率f 1，是變頻器對電動機進行恒轉矩控制和恒功率控制的分界線，應按電動機的額定電壓（指額定輸出電壓，是變頻器輸出電壓中的最大值，通常它總是和輸入電壓相等）進行設定，即在大多數(shù)情況下，額定輸出電壓就是變頻器輸出頻率等于基本頻率時的輸出電壓值，所以，基本頻率又等于額定頻率f N（即與電動機額定輸出電壓對應的頻率）。異步電動機變壓變頻調速時，通常在基頻以下采用恒轉矩調速，基頻以上采用恒功率調速。1． 基頻以下調速在一定調速范圍內維持磁通恒定，在相同的轉矩相位角的條件下，如果能夠控制電機的電流為恒定，即可控制電機的轉矩為恒定，稱為恒轉矩控制，即電機在速度變化的動態(tài)過程中，具有輸出恒定轉矩的能力。由于恒
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