【正文】 GBT的高載波頻率的 PWM通用變頻器正在取代以 BJT為開(kāi)關(guān)器件的變頻器。 PWM方式 通用變頻器 原理及應(yīng)用 四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 .電子電氣工程系 學(xué)習(xí)情境 2：變頻器的結(jié)構(gòu)、原理分析 1 50 2022/5/28 圖 217 高載波頻率 PWM變頻器（ IGBT變頻器） 通用變頻器 原理及應(yīng)用 四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 .電子電氣工程系 學(xué)習(xí)情境 2：變頻器的結(jié)構(gòu)、原理分析 1 51 2022/5/28 U/f控制方式前面已經(jīng)介紹過(guò)?；l以下可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，基頻以上則可以實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。 U/f方式又稱(chēng)為 VVVF（ Variable Voltage Variable Frequency）控制方式，其簡(jiǎn)化的原理性框圖如圖 218所示。 逆變器的控制脈沖發(fā)生器同時(shí)受控于頻率指令 f和電壓指令 U，而 f與 U之間的關(guān)系是由 U/f曲線(xiàn)發(fā)生器（ U/f模式形成）決定的。這樣經(jīng) PWM控制之后，變頻器的輸出頻率 f輸出電壓 U之間的關(guān)系，就是 U/f曲線(xiàn)發(fā)生器所確定的關(guān)系。 通用變頻器 原理及應(yīng)用 四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 .電子電氣工程系 學(xué)習(xí)情境 2：變頻器的結(jié)構(gòu)、原理分析 1 52 2022/5/28 可見(jiàn)，轉(zhuǎn)速的改變是靠改變頻率的設(shè)定值 f來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 電動(dòng)機(jī)在 f不變條件下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化而變化，故 U/f控制常用于速度精度要求不高或負(fù)載變動(dòng)較小的場(chǎng)合。 U/f控制是轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制，無(wú)需速度傳感器，控制電路簡(jiǎn)單，負(fù)載可以是通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)，所以通用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性好，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式。 通用變頻器 原理及應(yīng)用 四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 .電子電氣工程系 學(xué)習(xí)情境 2：變頻器的結(jié)構(gòu)、原理分析 1 53 2022/5/28 圖 218 U/f控制方式 通用變頻器 原理及應(yīng)用 四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 .電子電氣工程系 學(xué)習(xí)情境 2：變頻器的結(jié)構(gòu)、原理分析 1 54 2022/5/28 由于 U/f控制的靜態(tài)調(diào)速精度顯然較差，為提高調(diào)速精度，采用轉(zhuǎn)差頻率控制方式。 根據(jù)速度傳感器的檢測(cè)，可以求出轉(zhuǎn)差頻率△ f，再把它與速度設(shè)定值 f相疊加，以該疊加值作為逆變器的頻率設(shè)定值 f1，就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)差補(bǔ)償。這種實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償?shù)拈]環(huán)控制方式稱(chēng)為轉(zhuǎn)差頻率控制方式。 與 U/f控制方式相比，其調(diào)速精度大為提高。但是，使用速度傳感器求取轉(zhuǎn)差頻率，要針對(duì)具體電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性調(diào)整控制參數(shù)，因而這種控制方式的通用性較差。 通用變頻器 原理及應(yīng)用 四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 .電子電氣工程系 學(xué)習(xí)情境 2：變頻器的結(jié)構(gòu)、原理分析 1 55 2022/5/28 轉(zhuǎn)差頻率控制方式的原理圖如圖 219所示。經(jīng)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償后定子頻率的實(shí)際設(shè)定值為 f1 ＝ f+△ f，調(diào)速精度提高了。 圖 219 轉(zhuǎn)差頻率控制方式 a)電路結(jié)構(gòu) b)機(jī)械特性 通用變頻器 原理及應(yīng)用 四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 .電子電氣工程系 學(xué)習(xí)情境 2：變頻器的結(jié)構(gòu)、原理分析 1 56 2022/5/28 上述的 U/f控制方式和轉(zhuǎn)差頻率控制方式的控制思想都建立在異步電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型上。因此，動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)不高。對(duì)于軋鋼、造紙?jiān)O(shè)備等對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高的應(yīng)用，可以采用矢量控制變頻器。 采用矢量控制方式的目的，主要是為了提高變頻調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能。 通用變頻器 原理及應(yīng)用 四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 .電子電氣工程系 學(xué)習(xí)情境 2：變頻器的結(jié)構(gòu)、原理分析 1 57 2022/5/28 根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型、利用坐標(biāo)變換的手段，將交流電動(dòng)機(jī)的定子電流分解成磁場(chǎng)分量電流和轉(zhuǎn)矩分量電流，并分別加以控制，即模仿自然解耦的直流電動(dòng)機(jī)的控制方式，對(duì)電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩分別進(jìn)行控制，以獲得類(lèi)似于直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 在矢量控制方式中，磁場(chǎng)電流 im；和轉(zhuǎn)矩電流 it；可以根據(jù)可測(cè)定的電動(dòng)機(jī)定子電壓、電流的實(shí)際值經(jīng)計(jì)算求得。磁場(chǎng)電流和轉(zhuǎn)矩電流再與相應(yīng)的設(shè)定值相比較并根據(jù)需要進(jìn)行必要的校正。高性能速度調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)可以作為轉(zhuǎn)矩電流（或稱(chēng)有功電流）的設(shè)定值，如圖 220所示。動(dòng)態(tài)頻率前饋控制 df/dt可以保證快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 通用變頻器 原理及應(yīng)用 四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 .電子電氣工程系 學(xué)習(xí)情境 2：變頻器的結(jié)構(gòu)、原理分析 1 58 2022/5/28 圖 220 矢量控制原理框圖 通用變頻器 原理及應(yīng)用 四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 .電子電氣工程系 學(xué)習(xí)情境 2：變頻器的結(jié)構(gòu)、原理分析 1 59 2022/5/28 按主開(kāi)關(guān)器件分類(lèi) 逆變器主開(kāi)關(guān)器件的性能，往往對(duì)變頻器裝置的性能有較關(guān)鍵的影響。通用變頻器中最常用的主開(kāi)關(guān)器件都是自關(guān)斷器件，主要有 IGBT、 GTO和 BJT。 (目前采用以 IGBT為主開(kāi)關(guān)器件的 IPM（智能電力模塊），也成為一種趨勢(shì)，但僅在小容量變頻器中開(kāi)始采用。 ) IGBT的性能優(yōu)于 BJT，且容量范圍可以覆蓋 BJT。實(shí)際上， BJT被 IGBT取代已成定勢(shì)。 通用變頻器 原理及應(yīng)用 四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 .電子電氣工程系 學(xué)習(xí)情境 2：變頻器的結(jié)構(gòu)、原理分析 1 60 2022/5/28 目前生產(chǎn)廠(chǎng)商新出品的通用變頻器，大多數(shù)都已采用IGBT。短短幾年中， IGBT已經(jīng)發(fā)展了三代產(chǎn)品，近兩年，日本東芝公司為突破 IGBT難于達(dá)到 4000V以上的難關(guān)，開(kāi)發(fā)一種溝道柵結(jié)構(gòu)的 IGBT，稱(chēng)為 IEGT。 GTO的特點(diǎn)是電壓高、電流大，已出現(xiàn) 6000V/6000A、11000V/10000A的巨型 GTO。目前 GTO主要用于高壓大容量變頻器。原來(lái)它在中等容量領(lǐng)域的地位，將被 IGBT所取代。 就通用變頻器來(lái)看，將來(lái)將以 IGBT變頻器為主， BJT變頻器不會(huì)再有新上市的產(chǎn)品， IPM的應(yīng)用會(huì)逐步增加。 通用變頻器 原理及應(yīng)用 四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 .電子電氣工程系 學(xué)習(xí)情境 2：變頻器的結(jié)構(gòu)、原理分析 1 61 2022/5/28 IGBT變頻器有如下特點(diǎn)： (1）可以制成所謂靜音式變頻器，使負(fù)載電動(dòng)機(jī)的噪聲降到工頻電網(wǎng)供電時(shí)的水平。 （ 2）電流波形更加正弦化，有利于減輕電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，并增加低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩。 (3）用于矢量控制時(shí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性更快。 （ 4）與 BJT變頻器相比較，更容易制成上限頻率較高的變頻器。 PWM控制方式更簡(jiǎn)單，可以省去“分段同步調(diào)制”的麻煩。 （ 5）與 BJT變頻器相比較，驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，整機(jī)體積小，重量輕。