【正文】 GBT的高載波頻率的 PWM通用變頻器正在取代以 BJT為開關器件的變頻器。 PWM方式 通用變頻器 原理及應用 四川機電職業(yè)技術學院 .電子電氣工程系 學習情境 2：變頻器的結構、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 原理及應用 四川機電職業(yè)技術學院 .電子電氣工程系 學習情境 2：變頻器的結構、原理分析 1 51 2022/5/28 U/f控制方式前面已經(jīng)介紹過?；l以下可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，基頻以上則可以實現(xiàn)恒功率調(diào)速。 U/f方式又稱為 VVVF（ Variable Voltage Variable Frequency）控制方式，其簡化的原理性框圖如圖 218所示。 逆變器的控制脈沖發(fā)生器同時受控于頻率指令 f和電壓指令 U，而 f與 U之間的關系是由 U/f曲線發(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之間的關系，就是 U/f曲線發(fā)生器所確定的關系。 通用變頻器 原理及應用 四川機電職業(yè)技術學院 .電子電氣工程系 學習情境 2：變頻器的結構、原理分析 1 52 2022/5/28 可見，轉(zhuǎn)速的改變是靠改變頻率的設定值 f來實現(xiàn)的。 電動機在 f不變條件下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將隨負載轉(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載變動較小的場合。 U/f控制是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，無需速度傳感器，控制電路簡單，負載可以是通用標準異步電動機，所以通用性強，經(jīng)濟性好，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 原理及應用 四川機電職業(yè)技術學院 .電子電氣工程系 學習情境 2：變頻器的結構、原理分析 1 53 2022/5/28 圖 218 U/f控制方式 通用變頻器 原理及應用 四川機電職業(yè)技術學院 .電子電氣工程系 學習情境 2：變頻器的結構、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，可以求出轉(zhuǎn)差頻率△ f，再把它與速度設定值 f相疊加，以該疊加值作為逆變器的頻率設定值 f1，就實現(xiàn)了轉(zhuǎn)差補償。這種實現(xiàn)轉(zhuǎn)差補償?shù)拈]環(huán)控制方式稱為轉(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，要針對具體電動機的機械特性調(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 原理及應用 四川機電職業(yè)技術學院 .電子電氣工程系 學習情境 2：變頻器的結構、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)差補償后定子頻率的實際設定值為 f1 ＝ f+△ f，調(diào)速精度提高了。 圖 219 轉(zhuǎn)差頻率控制方式 a)電路結構 b)機械特性 通用變頻器 原理及應用 四川機電職業(yè)技術學院 .電子電氣工程系 學習情境 2：變頻器的結構、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機的靜態(tài)數(shù)學模型上。因此，動態(tài)性能指標不高。對于軋鋼、造紙設備等對動態(tài)性能要求較高的應用，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)速的動態(tài)性能。 通用變頻器 原理及應用 四川機電職業(yè)技術學院 .電子電氣工程系 學習情境 2：變頻器的結構、原理分析 1 57 2022/5/28 根據(jù)交流電動機的動態(tài)數(shù)學模型、利用坐標變換的手段，將交流電動機的定子電流分解成磁場分量電流和轉(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機的控制方式，對電動機的磁場和轉(zhuǎn)矩分別進行控制，以獲得類似于直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能。 在矢量控制方式中，磁場電流 im；和轉(zhuǎn)矩電流 it；可以根據(jù)可測定的電動機定子電壓、電流的實際值經(jīng)計算求得。磁場電流和轉(zhuǎn)矩電流再與相應的設定值相比較并根據(jù)需要進行必要的校正。高性能速度調(diào)節(jié)器的輸出信號可以作為轉(zhuǎn)矩電流（或稱有功電流）的設定值，如圖 220所示。動態(tài)頻率前饋控制 df/dt可以保證快速動態(tài)響應。 通用變頻器 原理及應用 四川機電職業(yè)技術學院 .電子電氣工程系 學習情境 2：變頻器的結構、原理分析 1 58 2022/5/28 圖 220 矢量控制原理框圖 通用變頻器 原理及應用 四川機電職業(yè)技術學院 .電子電氣工程系 學習情境 2：變頻器的結構、原理分析 1 59 2022/5/28 按主開關器件分類 逆變器主開關器件的性能，往往對變頻器裝置的性能有較關鍵的影響。通用變頻器中最常用的主開關器件都是自關斷器件，主要有 IGBT、 GTO和 BJT。 (目前采用以 IGBT為主開關器件的 IPM（智能電力模塊），也成為一種趨勢，但僅在小容量變頻器中開始采用。 ) IGBT的性能優(yōu)于 BJT，且容量范圍可以覆蓋 BJT。實際上， BJT被 IGBT取代已成定勢。 通用變頻器 原理及應用 四川機電職業(yè)技術學院 .電子電氣工程系 學習情境 2：變頻器的結構、原理分析 1 60 2022/5/28 目前生產(chǎn)廠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難于達到 4000V以上的難關，開發(fā)一種溝道柵結構的 IGBT，稱為 IEGT。 GTO的特點是電壓高、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。原來它在中等容量領域的地位，將被 IGBT所取代。 就通用變頻器來看，將來將以 IGBT變頻器為主， BJT變頻器不會再有新上市的產(chǎn)品， IPM的應用會逐步增加。 通用變頻器 原理及應用 四川機電職業(yè)技術學院 .電子電氣工程系 學習情境 2：變頻器的結構、原理分析 1 61 2022/5/28 IGBT變頻器有如下特點： (1）可以制成所謂靜音式變頻器，使負載電動機的噪聲降到工頻電網(wǎng)供電時的水平。 （ 2）電流波形更加正弦化，有利于減輕電動機轉(zhuǎn)矩的脈動，并增加低速時的轉(zhuǎn)矩。 (3）用于矢量控制時，動態(tài)響應特性更快。 （ 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)動功率小，驅(qū)動電路簡單，整機體積小，重量輕。