【正文】 TO 應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大 在紡織、印染、塑膠、石油、化工、冶金、造紙、食品、裝卸搬運(yùn)等行業(yè)都有著廣泛應(yīng)用 第二節(jié) 新型通用變頻器發(fā)展趨勢(shì) 低電磁噪音、靜音化 新型通用變頻器采用高頻載波方式的正弦波 SPWM調(diào)制實(shí)現(xiàn)靜音化 專用化 新型通用變頻器為更好地發(fā)揮變頻調(diào)速控制技術(shù)的獨(dú)特功能，并盡可能滿足現(xiàn)場(chǎng)控制的需要，派生了許多專用機(jī)型如風(fēng)機(jī)水泵空調(diào)專用型、起重機(jī)專用型、恒壓供水專用型、 交流電梯專用型、紡織機(jī)械專用型、機(jī)械主軸傳動(dòng)專用型、電源再生專用型、中頻驅(qū)動(dòng)專用型、機(jī)車牽引專用型等。 系統(tǒng)化 通用變頻器除了發(fā)展單機(jī)的數(shù)字化、智能化、多功能化外，還向集成化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。 一 通用變頻器發(fā)展史 一 通用變頻器發(fā)展史 網(wǎng)絡(luò)化 ? 新型通用變頻器可提供多種兼容的通信接口，支持多種不同的通信協(xié)議，內(nèi)裝 RS485接口，可由個(gè)人計(jì)算機(jī)向通用變頻器輸入運(yùn)行命令和設(shè)定功能碼數(shù)據(jù)等，通過(guò)選件可與現(xiàn)場(chǎng)總線：ProfibusDP、 InterbusS 、 Device Net 、 Modbus Plus、CCLink、 LONWORKS、 Ether、 CAN Open、 TLINK等通訊 操作傻瓜化 新型通用變頻器機(jī)內(nèi)固化的 “ 調(diào)試指南 ” 會(huì)引導(dǎo)你一步一步地填入調(diào)試表格，無(wú)需記住任何參數(shù)，充分體現(xiàn)了易操作性。 內(nèi)置式應(yīng)用軟件 新型通用變頻器可以內(nèi)置多種應(yīng)用軟件，有的品牌可提供多達(dá) 130余種的應(yīng)用軟件，以滿足現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制的需要，如 PID控制軟件、張力控制軟件、速度級(jí)鏈、速度跟隨、電流平衡、變頻器功能設(shè)置軟件、通訊軟件等 一 通用變頻器發(fā)展史 參數(shù)自調(diào)整 用戶只要設(shè)定數(shù)據(jù)組編碼，而不必逐項(xiàng)設(shè)置，通用變頻器會(huì)將運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)調(diào)整到最佳狀態(tài)（矢量型變頻器可對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行自整定）。 功能設(shè)置軟件化 通用變頻器的功能可以在 WINDOWS95/98環(huán)境下設(shè)置并下裝，并可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。 二 通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理 第一節(jié)、通用變頻器的類型 從結(jié)構(gòu)上可分為： 交 — 交變頻器 交 — 直 — 交變頻器 從變頻電源的性質(zhì)分（見(jiàn)圖 3） 電流源型 ：中間直流濾波環(huán)節(jié)采用大電感濾波，電源內(nèi)阻抗為零的恒壓源，輸出電流波形為矩形波。 電壓源型 ：中間直流濾波環(huán)節(jié)采用大電容濾波，電源內(nèi)阻抗為無(wú)窮大的恒流源，輸出電壓波形為矩形波。 兩者性能差別： 1) 無(wú)功能量的緩沖 2) 回饋制動(dòng) 3) 調(diào)速時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng) 4) 適用范圍 通用變頻器主回路圖 VD1 VD3 VD5 VD4 VD6 VD2 R S T RB VB C1 C2 V1 V3 V5 V4 V6 V2 D1 D3 D5 D4 D6 D2 RS P N KS RC 2 IB 整流電路 濾波電路 制動(dòng)電路 逆變電路 二 通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理 （一）、變頻器的主回路 電壓型變頻器主電路包括：整流電路、中間直流電路、逆變電路三部分組，交 直 交型變頻器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 2 整流電路： VD1~VD6組成三相不可控整流橋， 220V系列采用單相全波整流橋電路； 380V系列采用橋式全波整流電路。若電源線電壓為 UL，三相全橋整流后平均直流電壓 UD=， 直流母線電壓為 535V 中間濾波電路： 整流后的電壓為脈動(dòng)電壓，必須加以濾波；濾波電容 CF除濾波作用外，還在整流與逆變之間起去耦作用、消除干擾給電機(jī)感性負(fù)載提供必要的無(wú)功功率，由于該大電容儲(chǔ)存能量，在斷電的短時(shí)間內(nèi)電容兩端存在高壓電，因而要在電容充分放電后才可進(jìn)行操作。 限流電路： 由于儲(chǔ)能電容較大，接入電源時(shí)電容兩端電壓為零，因而在上電瞬間濾波電容 C12的充電電流很大，過(guò)大的電流會(huì)損壞整流橋二極管，為保護(hù)整流橋上電瞬間將充電電阻 Rs串入直流母線中以限制充電電流，當(dāng) C12充電到一定程度時(shí)由開(kāi)關(guān) Ks將 Rs短路。 二 通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理 逆變電路： 逆變管 V1~V6組成逆變橋?qū)⒅绷麟娔孀兂深l率、幅值都可調(diào)的交流電，是變頻器的核心部分。常用逆變模塊有： GTR、 BJT、 GTO、 IGBT、 IGCT等，一 般都采用模塊化結(jié)構(gòu)有 2單元、 4單元、 6單元 續(xù)流二極管 D1~D6： 其主要作用為： （ 1）電機(jī)繞組為感性具有無(wú)功分量， D1~D6為無(wú)功電流返回到直流電源提供通道 （ 2）當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，再生電流通過(guò) D1~D6返回直流電路。 （ 3） V1~V6進(jìn)行逆變過(guò)程是同一橋臂兩個(gè)逆變管不停地交替導(dǎo)通和截止，在換相過(guò)程中也需要 D1~D6提供通路。 二 通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理 制動(dòng)電阻 RB和制動(dòng)單元 VB 電機(jī)在工作頻率下降中，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將可能超過(guò)此時(shí)的同步轉(zhuǎn)速 （ n=60f/P） 而處于再生制動(dòng)（發(fā)電）狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能將反饋到直流電路中使直流母線（濾波電容兩端）電壓 UD不斷 上升（即所說(shuō)的泵升電壓），這樣變頻器將會(huì)產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)，甚至可能損壞變頻器，因而需將反饋能量消耗掉，制動(dòng)電阻就是用來(lái)消 耗這部分能量的。制動(dòng)單元由開(kāi)關(guān)管與驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，其功能是用來(lái)控制流經(jīng) RB的放電電流 IB 二 通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理 （二）變頻器的控制回路 變頻器 控制部分一般有： CPU單元、顯示單元、電流檢測(cè)電壓檢測(cè)單元、輸入輸出控制端子、驅(qū)動(dòng)放大電路、開(kāi)關(guān)電源等（見(jiàn)圖）。 CPU單元： 采用 16位單片機(jī)或 DSP，變頻器專用單片機(jī)如：INTEL 87C196MH，速度為幾十 ns級(jí)。矢量控制型采用雙 CPU。 開(kāi)關(guān)電源單元： 變頻器控制電源為開(kāi)關(guān)電源：有 177。 24V，177。 15V， +5V等輸出，其輸入在主電路直流母線側(cè)取得。 電流檢測(cè)單元： 采用 HALL元件檢測(cè)變頻器輸出側(cè)電流。對(duì)于加速、減速、運(yùn)行中過(guò)流、變頻過(guò)載及電機(jī)過(guò)載的檢測(cè)是：由 CPU通過(guò)檢測(cè)輸入的脈沖頻譜來(lái)區(qū)分的。 顯示單元： 其功能為人機(jī)界面、參數(shù)設(shè)定、狀態(tài) /故障顯示、遠(yuǎn)距離操作等 ５、 控制端子： 模擬輸入、輸出端子；開(kāi)關(guān)量輸入輸出端子；故障輸出端子； 驅(qū)動(dòng)電路： ＣＰＵ產(chǎn)生的 PWM波經(jīng)專用驅(qū)動(dòng)芯片、驅(qū)動(dòng)放大電路后給 IGBT。 通用變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 逆變電路M3 ～變壓變頻I G B T阻容保護(hù)過(guò)流過(guò)壓?jiǎn)?片 機(jī) 控制 系 統(tǒng)I G B T 隔 離 驅(qū) 動(dòng)電 路S P W M 專 用 集 成電 路＋防沖擊保護(hù)頻率給定恒壓恒頻交流電源整流電路 濾波電路? 在實(shí)際的變頻主電路中 ， 功率開(kāi)關(guān) VT1～ VT6并不使用有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) ， 而是使用各種被稱為現(xiàn)代功率器件的無(wú)觸點(diǎn)功率開(kāi)關(guān) ， 本圖中所示為絕緣柵晶體管 ， 文字符號(hào)為 IGBT。 這種管子的開(kāi)通和關(guān)斷受其柵極的電壓控制 ， 屬于全控型功率器件 ， 目前其耐壓可達(dá)到一千多伏 ， 電流達(dá)到幾百安 。 主開(kāi)關(guān)反并聯(lián)的二極管為續(xù)流二極管 ， 用于上下開(kāi)關(guān)高速切換時(shí)為負(fù)載提供電流通路 ， 防止電感性負(fù)載電流突變引起高壓造成元件擊穿 。 ? 給定電路用來(lái)選擇變頻器的運(yùn)行頻率 ， 一般由鍵盤設(shè)定 ， 也可以用電位器設(shè)定 。 微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)用戶所要求的運(yùn)行頻率 ， 在內(nèi)部進(jìn)行圖示的恒磁通補(bǔ)償運(yùn)算 ， 算出與頻率相匹配的電壓數(shù)值 ， 產(chǎn)生各相控制電壓 、 載波電壓 ， 并進(jìn)行 SPWM開(kāi)關(guān)點(diǎn)運(yùn)算 ， 給主電路的六個(gè)功率元件發(fā)出弱電的通斷信號(hào) 。 隔離驅(qū)動(dòng)電路的作用是將微機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算發(fā)出的弱電信號(hào)加以強(qiáng)弱電隔離 ， 并進(jìn)行功率放大 ， 送往功率開(kāi)關(guān) VT1～ VT6的控制電極 。 通用變頻器具有多種檢測(cè)及保護(hù)電路 ， 如過(guò)電流 、 過(guò)電壓 、 功率器件的溫度過(guò)高等 。 ? 出現(xiàn)故障后 ， 微機(jī)系統(tǒng)必須進(jìn)行正確快速的判斷 、 處理和報(bào)警 。 顯示電路也需要進(jìn)行多種顯示 ， 如對(duì)用戶設(shè)置的電機(jī)參數(shù) 、 運(yùn)行頻率 、 運(yùn)行模式等進(jìn)行參數(shù)或模式顯示 ， 運(yùn)行時(shí)顯示當(dāng)前的頻率 、 電壓 、 電流等數(shù)據(jù) ， 故障時(shí)顯示故障代碼等 。 二 通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理 ? 第二節(jié) 變頻器工作原理 ? 通用變頻器的基本控制方式（ V/F控制） 由 n=60f/P（ 1S）（ P為極對(duì)數(shù)）可知通過(guò)改變頻率 f可改變電機(jī)速度，由三相異步電機(jī)定子相電動(dòng)勢(shì)有效值：E=，知：當(dāng) f大于電機(jī)額定頻率 fN時(shí)，氣隙磁通 216。將會(huì)小于額定磁通量 216。N ，結(jié)果使電機(jī)的鐵心沒(méi)有得到充分利用而造成浪費(fèi)；當(dāng) f小于電機(jī)額定頻率 fN時(shí)，氣隙磁通 216。將會(huì)大于額定磁通量 216。N，電機(jī)鐵心飽和，導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)，因而要實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，最好在變頻時(shí)保持每極磁通量 216。不變。 ? 基頻以下（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速） ：當(dāng)頻率較低時(shí)認(rèn)為定子相電壓U≈E，要使 216。不變則： U/f=常數(shù)即可。低頻時(shí) U和 E都較小，定子繞組阻抗不能再忽略，這時(shí)可將電壓 U抬高一些以補(bǔ)償定子電壓，基頻以下控制屬于 “ 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 ” 。 ? 基頻以上控制（恒功率調(diào)速） ：基頻以上調(diào)速時(shí)電壓 U不能超過(guò)額定壓 Un，最多只能保持在額定電壓 Un。頻率上升電壓不變將使磁動(dòng)勢(shì)減弱、轉(zhuǎn)矩減小，但由于同步轉(zhuǎn)速上升可認(rèn)為輸出功率基本不變。故基頻以上變頻調(diào)速屬于 “ 弱磁恒功率調(diào)速 ”