变频器的分类与特点教学课件PPT

1、第一章 回顾 变频调速的原理和控制方式 变频调速的机械特性 负载性质 电力电子器件2.1 变频器的分类变频器的分类变频器交-交变频器单相交-直-交变频器有环流按输出波形分按储能方式分按调压方式分电压型按相数分按环流情况分脉幅调制脉宽调制三相无环流正弦波方波电流型 变频器的功能就是将频率、电压都固定的交流电源变成频率、电压变频器的功能就是将频率、电压都固定的交流电源变成频率、电压都连续可调的三相交流电源。按照变换环节有无直流环节可以分为交都连续可调的三相交流电源。按照变换环节有无直流环节可以分为交交变频器和交直交变频器。交变频器和交直交变频器。 （1）交）交-直直-交变频器的各种结构交变频器的各

2、种结构 1.按变换环节分类按变换环节分类交直交变频器的主电路可以分为以下几部分：交直交变频器的主电路可以分为以下几部分：1、整流电路整流电路交直部分交直部分 整流电路通常由二极管或可控硅构成的桥式电路组成。整流电路通常由二极管或可控硅构成的桥式电路组成。根据输入电源的不同，分为单相桥式整流电路和三相桥式根据输入电源的不同，分为单相桥式整流电路和三相桥式整流电路。我国常用的小功率的变频器多数为单相整流电路。我国常用的小功率的变频器多数为单相220v输输入，较大功率的变频器多数为三相入，较大功率的变频器多数为三相380v（线电压）输入。（线电压）输入。2、中间环节中间环节滤波电路滤波电路 根据贮能

3、元件不同，可分为电容滤波和电感滤波两种。根据贮能元件不同，可分为电容滤波和电感滤波两种。由于电容两端的电压不能突变，流过电感的电流不能突变，由于电容两端的电压不能突变，流过电感的电流不能突变，所以用电容滤波就构成电压源型变频器，用电感滤波就构所以用电容滤波就构成电压源型变频器，用电感滤波就构成电流源型变频器。成电流源型变频器。3、逆变电路逆变电路直交部分直交部分 逆变电路是交直交变频器的核心部分，其中逆变电路是交直交变频器的核心部分，其中6个三极管按其导通顺序分别用个三极管按其导通顺序分别用 vt1vt6表示，与三极表示，与三极管反向并联的二极管起续流作用。管反向并联的二极管起续流作用。 逆变

4、电路的输出电压为阶梯波，虽然不是正弦波，逆变电路的输出电压为阶梯波，虽然不是正弦波，却是彼此相差却是彼此相差120的交流电压，即实现了从直流电到的交流电压，即实现了从直流电到交流电的逆变。输出电压的频率取决于逆变器开关器件交流电的逆变。输出电压的频率取决于逆变器开关器件的切换频率，达到了变频的目的。的切换频率，达到了变频的目的。 实际逆变电路除了基本元件三极管和续流二极管外，实际逆变电路除了基本元件三极管和续流二极管外，还有保护半导体元件的缓冲电路，三极管也可以用门极还有保护半导体元件的缓冲电路，三极管也可以用门极可关断晶闸管代替。可关断晶闸管代替。 vt1vt3vt5vt2vt4vt6oca

5、b整流电路 滤波电路 逆变电路 变频器的主电路udza 三相电zbzc（2）交）交-交变频器交变频器 单相输出交单相输出交- -交变频电路的原理框图，电路由交变频电路的原理框图，电路由p p（正）组和（正）组和n n（负）组反并联的晶闸管变流电路（负）组反并联的晶闸管变流电路构成，两组变流电路接在同一个交流电源，构成，两组变流电路接在同一个交流电源，z z为为负载。负载。交-交变频器结构图 交交-交变频器的特点为：交变频器的特点为： 1) 因为是直接变换，没有中间环节，所因为是直接变换，没有中间环节，所以比一般的变频器效率要高。以比一般的变频器效率要高。 2) 由于其交流输出电压是直接由交流输

6、由于其交流输出电压是直接由交流输入电压波的某些部分包络所构成，因而其输出入电压波的某些部分包络所构成，因而其输出频率比输入交流电源的频率低得多，输出波形频率比输入交流电源的频率低得多，输出波形较好。较好。 3) 由于输出上限频率不高于电网频率的由于输出上限频率不高于电网频率的1/31/2，因受电网频率限制，通常输出电压，因受电网频率限制，通常输出电压的频率较低。的频率较低。 4)交交-交变频电路采用的是相位控制方式，交变频电路采用的是相位控制方式，因此其输入电流的相位总是滞后于输入电压，因此其输入电流的相位总是滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。功率因数较低，特别需要电网提供无功功率。功率因

7、数较低，特别是在低速运行时更低，需要适当补偿。是在低速运行时更低，需要适当补偿。 2. 按直流电源的性质分类按直流电源的性质分类 （1）电流型）电流型 优点：当电动机处于再生发电状态时，回馈到直流侧的再优点：当电动机处于再生发电状态时，回馈到直流侧的再生电能可以方便地回馈到交流电网，不需在主电路内附加生电能可以方便地回馈到交流电网，不需在主电路内附加任何设备，只要利用网侧的不可逆变流器改变其输出电压任何设备，只要利用网侧的不可逆变流器改变其输出电压极性（控制角极性（控制角90）即可）即可。（2）电压型）电压型 特点特点:中间直流环节的储能元件采用大电容，负载中间直流环节的储能元件采用大电容，负

8、载的无功功率将由它来缓冲。由于大电容的作用，主电路的无功功率将由它来缓冲。由于大电容的作用，主电路直流电压直流电压ud比较平稳，电动机端的电压为方波或阶梯比较平稳，电动机端的电压为方波或阶梯波。直流电源内阻比较小，相当于电压源，故称为电压波。直流电源内阻比较小，相当于电压源，故称为电压源型变频器或电压型变频器。源型变频器或电压型变频器。3. 3. 按输出电压调节方式分类按输出电压调节方式分类 （1）脉冲幅值调节（）脉冲幅值调节（pam） 特点是特点是:变频器在改变输出频率的同时，也改变了电变频器在改变输出频率的同时，也改变了电压的幅值，故称为脉幅调制，常用压的幅值，故称为脉幅调制，常用pam（

9、pulse amplitude modulation）表示。）表示。 pam需要同时调节两个部分：整流部分和逆变部分需要同时调节两个部分：整流部分和逆变部分 pam调制的输出电压 （2 2）脉冲宽度调节（）脉冲宽度调节（pwmpwm） 把每半个周期内输出电压的波形分割成若把每半个周期内输出电压的波形分割成若干个脉冲波，每个脉冲的宽度为干个脉冲波，每个脉冲的宽度为t t1 1，每两个脉，每两个脉冲间的间隔宽度为冲间的间隔宽度为t t2 2 ，则脉冲的占空比为，则脉冲的占空比为 特点是，变频器在改变输出频率的同时，特点是，变频器在改变输出频率的同时，也改变输出电压的脉冲占空比（幅值不变），也改变输

10、出电压的脉冲占空比（幅值不变），故称为脉宽调制，常用故称为脉宽调制，常用pwmpwm表示。表示。 112ttt脉宽调制的输出电压 在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。来安排。 当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小。的间隔则最小。 当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大。则较大。图 spwm的输出电压 在图脉冲系列中，各脉冲的宽度以及相互间的在图脉冲系列中，各脉冲的宽度以及相互间的间隔宽度是由正弦波（基准波

11、或调制波）和等腰三间隔宽度是由正弦波（基准波或调制波）和等腰三角波（载波）的交点来决定主开关器件角波（载波）的交点来决定主开关器件v1或或v2的导的导通时间而实现调压的。利用脉冲宽度的改变来得到通时间而实现调压的。利用脉冲宽度的改变来得到幅值不同的正弦基波电压。这种参考信号为正弦波、幅值不同的正弦基波电压。这种参考信号为正弦波、输出电压平均值近似为正弦波的输出电压平均值近似为正弦波的pwm方式称为正弦方式称为正弦pwm方式，简称方式，简称spwm控制方式。控制方式。4. 按变频控制方式分类 u/f控制变频器 转差频率控制变频器 矢量控制变频器(1) u/f控制方式u u/ /f f控制是在改变

12、电动机电源频率的同时改变电动机电控制是在改变电动机电源频率的同时改变电动机电源的电压，使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范源的电压，使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范围内，电动机的效率、功率因数不下降。因为是控制围内，电动机的效率、功率因数不下降。因为是控制电压与频率之比，所以称为电压与频率之比，所以称为u u/ /f f控制。控制。u u/ /f f控制又称控制又称vvvfvvvf控制方式。该类变频器大多采用控制方式。该类变频器大多采用1616位位单片机，属于近似的恒磁通控制方式。单片机，属于近似的恒磁通控制方式。 该控制方式是普通功能型通用变频器的核心功能。该控制方式是普通功能型通用变频

13、器的核心功能。 为保证通用变频器的性能，通常还有瞬时停电再起动为保证通用变频器的性能，通常还有瞬时停电再起动功能、变频器和电网间的自动切换功能、控制信号的功能、变频器和电网间的自动切换功能、控制信号的设定、调整功能，联锁信号的输入和输出功能以及对设定、调整功能，联锁信号的输入和输出功能以及对变频器、电动机的保护功能，对故障信息的存储和显变频器、电动机的保护功能，对故障信息的存储和显示功能等。示功能等。3个缺点: 1. 引起变频器的过电流跳闸 2. u/f控制方式的静态稳定性不高 3.电动机的转速很低时，转矩不足 (2)转差频率控制方式 转差频率是施加于电动机的交流电源频转差频率是施加于电动机的

14、交流电源频率与电动机速度的差频率。根据异步电动机稳率与电动机速度的差频率。根据异步电动机稳定数学模型可知，当频率一定时，异步电动机定数学模型可知，当频率一定时，异步电动机的电磁转矩正比于转差率，机械特性为直线。的电磁转矩正比于转差率，机械特性为直线。转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转矩和电流。矩和电流。 其实现思想是：通过检测电动机的实际转其实现思想是：通过检测电动机的实际转速，根据设定频率与实际频率的差对输出频率速，根据设定频率与实际频率的差对输出频率进行连续的调节，从而使输出频率始终满足电进行连续的调节，从而使输出频率始终满足电动机设定转速的要

15、求。因为其基本结构是转速动机设定转速的要求。因为其基本结构是转速闭环控制系统，所以在调整转速的同时，对输闭环控制系统，所以在调整转速的同时，对输出转矩也进行了控制。出转矩也进行了控制。 (3) 矢量控制方式 矢量控制是通过控制变频器输出电流的大矢量控制是通过控制变频器输出电流的大小、频率及相位，用以维持电动机内部的磁通小、频率及相位，用以维持电动机内部的磁通为设定值，产生所需的转矩。为设定值，产生所需的转矩。 根据交流电动机的动态数学模型、利用坐根据交流电动机的动态数学模型、利用坐标变换的手段，将交流电动机的定子电流分解标变换的手段，将交流电动机的定子电流分解成励磁分量电流和转矩分量电流，并分

16、别加以成励磁分量电流和转矩分量电流，并分别加以控制，从而控制了电动机的转矩，即模仿自然控制，从而控制了电动机的转矩，即模仿自然解耦的直流电动机的控制方式，对电动机的磁解耦的直流电动机的控制方式，对电动机的磁场和转矩分别进行控制，以获得类似于直流调场和转矩分别进行控制，以获得类似于直流调速系统的动态性能速系统的动态性能。 矢量控制方式是一种高性能的异步电动机矢量控制方式是一种高性能的异步电动机的控制方式，不仅使控制系统的动态响应快、的控制方式，不仅使控制系统的动态响应快、低频时电磁转矩大，而且控制灵活，矢量控制低频时电磁转矩大，而且控制灵活，矢量控制变频器的调速性能可以完全达到直流调速的调变频器的调速性能可