【正文】 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 17 2022/5/28 多年來(lái)，人們圍繞著矢量控制技術(shù)做了大量的工作，如今矢量控制這一新的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理得到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用，做到與直流調(diào)速系統(tǒng)一樣，甚至有所超過(guò)，完全可以取代直流調(diào)速系統(tǒng)。實(shí)踐證明，它完全可以滿足生產(chǎn)工藝的要求，達(dá)到了已往直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)。 自關(guān)斷器件的發(fā)展為 PWM技術(shù)鋪平了道路。 PWM技術(shù)用于變頻器的控制，可以改善變頻器的輸出波形，降低電動(dòng)機(jī)的諧波損耗，并減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，同時(shí)還簡(jiǎn)化了逆變器的結(jié)構(gòu)，加快了調(diào)節(jié)速度，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。PWM整流器現(xiàn)已開(kāi)發(fā)成功，利用它可以實(shí)現(xiàn)輸入電流正弦和電網(wǎng)功率因數(shù)為 1。 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 19 2022/5/28 （ 5）控制方式的全數(shù)字化等方面。采用模擬控制方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制在今天都已成為現(xiàn)實(shí)。全數(shù)字控制具有如下特點(diǎn)： 精度高：數(shù)字計(jì)算機(jī)的精度與字長(zhǎng)有關(guān)，變頻器中使用16位乃至 32位微型機(jī)作為控制機(jī)，精度在不斷提高。與模擬控制不同，它一般不會(huì)隨溫度和環(huán)境條件發(fā)生變化。 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 20 2022/5/28 靈活性好： 系統(tǒng)中硬件向標(biāo)準(zhǔn)化、集成化方向發(fā)展，可以在盡可能少的硬件支持下，由軟件去完成復(fù)雜的控制功能。 存儲(chǔ)能力強(qiáng)：存儲(chǔ)容量大，存放時(shí)間幾乎不受限制，這是模擬系統(tǒng)不能比擬的。 邏輯運(yùn)算能力強(qiáng)： 容易實(shí)現(xiàn)自診斷、故障記錄、故障尋找等功能，使變頻裝置可靠性、可使用性、可維修性大大提高。 在交流異步電動(dòng)機(jī)的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好，調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運(yùn)行效率高。 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 22 2022/5/28 交流調(diào)速的基本方案 由電機(jī)學(xué)的基本公式： （式 21） （式 22） （式 23） 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 23 2022/5/28 可見(jiàn)，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案有：改變極對(duì)數(shù) p，改變轉(zhuǎn)速率 s（即改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度）和改變電源頻率f1。 變頻調(diào)速是調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，可以從高速到低速都保持很小的轉(zhuǎn)差率，效率高、調(diào)速范圍大、精度高，是交流電動(dòng)機(jī)一種比較理想的調(diào)速方案。 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 25 2022/5/28 異步電機(jī)變頻調(diào)速的基本控制方式（ U/f控制） 為了保持電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力，應(yīng)保持氣隙主磁通 Φm不變，這就要求降低供電頻率的同時(shí)降低感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，保持 E1/f1=常數(shù)，即保持電動(dòng)勢(shì)與頻率之比為常數(shù)進(jìn)行控制。 1. 基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速 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 26 2022/5/28 ※ 說(shuō)明： 由異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式 T=KmΦI2cosφ 2 （式 24） （轉(zhuǎn)矩常數(shù) Km，轉(zhuǎn)子電流 I2，轉(zhuǎn)子電路功率因素 cosφ 2） 得 T∝ Φ，即“恒磁通變頻調(diào)速”屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式”。當(dāng)頻率較高時(shí)， E1和 f1的值較高，定子的漏阻抗壓降（主要是定子電阻壓降）相對(duì)較小，如忽略不計(jì)，則可以近似地保持定子相電壓 U1和頻率 f1的比值為常數(shù)，即認(rèn)為 U1= E1，保持 U1/f1=常數(shù)即可。 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 27 2022/5/28 當(dāng)頻率較低時(shí)， U1和 E1都變小，定于漏阻抗壓降（主要是定子電阻壓降）不能再忽略。近似的保持 E1/f1=常數(shù)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 28 2022/5/28 圖 26 U1/f1關(guān)系 1U1/f1=C 2— 近似 E1/f1=C 這是考慮由基頻開(kāi)始向上調(diào)速的情況。必然會(huì)使主磁通隨著 f1的上升而減小，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的情況，屬于近似的恒功率調(diào)速方式。 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 32 2022/5/28 變頻器的基本構(gòu)成 變頻器由主電路（整流器、中間直流環(huán)節(jié)（中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)）、逆變器）和控制電路組成，如圖 29所示。 實(shí)際上，對(duì)于再生能量回饋型變頻器， I、 II兩個(gè)變流器均可能有兩種工作狀態(tài)：整流狀態(tài)和逆變狀態(tài)。 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 34 2022/5/28 變頻器的分類 前言： 變頻器總體分為“交 交變頻器”與“交 直 交變頻器”兩種，如圖 210所示。 交 直 交變頻器有明顯的中間直流環(huán)節(jié)，工作時(shí)，首先把來(lái)自電網(wǎng)的交流電變換為直流電，經(jīng)過(guò)中間直流環(huán)節(jié)之后，再通過(guò)逆變器變換為電壓、頻率均可調(diào)的交流電，故又稱為間接式變頻器。 當(dāng)逆變器輸出側(cè)的負(fù)載為交流電動(dòng)機(jī)時(shí)，在負(fù)載和直流電源之間將有無(wú)功功率的交換。 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 37 2022/5/28 電流型變頻器主電路的典型構(gòu)成方式如圖 211。 圖 211 電流型變頻器的主電路 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 38 2022/5/28 ※ “ 電流型變頻器”的名稱由來(lái)： 由于電感的作用，直流電流 Id趨于平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)的電流波形為方波或階梯波，電壓波形接近于正弦波。 優(yōu)點(diǎn)： 電流型變頻器的一個(gè)較突出的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，回饋到直流側(cè)的再生電能可以方便地回饋到交流電網(wǎng)，不需在主電路內(nèi)附加任何設(shè)備，只要利用網(wǎng)側(cè)的不可逆變流器改變其輸出電壓