课题一通用变频器的基础知识和控制原理

1、 变频调速是通过改变交流异步电动机的供电频变频调速是通过改变交流异步电动机的供电频率进行调速的。率进行调速的。 课题一课题一 通用变频器的基础知识和控制原理通用变频器的基础知识和控制原理一、变频器及其分类一、变频器及其分类 变频器是一种利用电力半导体器件的通断变频器是一种利用电力半导体器件的通断作用，将工频交流电源变换成频率、电压连续作用，将工频交流电源变换成频率、电压连续可调的电能控制装置。可调的电能控制装置。分类方式分类方式种类种类分类方式分类方式种类种类按其供电电按其供电电压分压分低压变频器低压变频器 ( 110V 220V 380V ) ( 110V 220V 380V ) 中压变频器

2、中压变频器 ( 500V( 500V660V 660V 1140V ) 1140V ) 高压变频器高压变频器 ( 3kV 3.3kV 6kV ( 3kV 3.3kV 6kV 6.6kV 10kV )6.6kV 10kV )按输出功率大小按输出功率大小分分小功率变频器小功率变频器中功率变频器中功率变频器大功率变频器大功率变频器按供电电源按供电电源的相数分的相数分单相输入变频器单相输入变频器三相输入变频器三相输入变频器按用途分按用途分通用变频器通用变频器高性能专用变高性能专用变频器频器高频变频器高频变频器按直流电源按直流电源的性质分的性质分电流型变频器电流型变频器电压型变频器电压型变频器按主开关器

3、件分按主开关器件分IGBTIGBT变频器变频器GOTGOT变频器变频器GTRGTR变频器变频器按变换环节按变换环节分分交交- -直直- -交变频器交变频器交交- -交变频器交变频器按输出电压按输出电压调制方式分调制方式分PAM(PAM(脉幅调制脉幅调制) )控制变频器控制变频器PWM (PWM (脉宽调制脉宽调制) )控制变频器控制变频器按机壳外型分按机壳外型分塑壳变频器塑壳变频器铁壳变频器铁壳变频器柜式变频器柜式变频器按控制方式按控制方式分分U/f 控制变频器控制变频器转差频率控制变频器转差频率控制变频器矢量控制变频器矢量控制变频器接其商标所有权接其商标所有权分分国产变频器国产变频器台湾变频

4、器台湾变频器进口变频器进口变频器二、通用变频器的基本结构 目前，通用变频器的变换环节大多采用交目前，通用变频器的变换环节大多采用交直交变频变压方式。交直交变频器是先把直交变频变压方式。交直交变频器是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电逆变成频率、电压连续可调的交流电。流电逆变成频率、电压连续可调的交流电。 LED显示：设定频率、输出频率、输显示：设定频率、输出频率、输出电流、输出电压、同步转速、负载出电流、输出电压、同步转速、负载转速、负载率、设定值、反馈值、功转速、负载率、设定值、反馈值、功能号、功能数据、故障代号能号、功能数据、故障代

5、号单位显示单位显示频率调节电频率调节电位器位器加减键加减键编程键编程键移位键移位键反转运行键反转运行键正转运行正转运行指示灯指示灯正转运行键正转运行键反转运行指反转运行指示灯示灯停止、故障停止、故障复位键复位键变频器操作面板外形变频器操作面板外形操作面板操作面板前盖板前盖板接线端子接线端子盖板盖板紧固螺钉紧固螺钉变频器外形变频器外形主控、显示与主控、显示与外接控制板外接控制板开关电源开关电源电路电路驱动电路驱动电路滤波电容器滤波电容器整流和逆变整流和逆变一体化模块一体化模块的紧固螺钉的紧固螺钉限流电阻限流电阻板间连接排线板间连接排线 变频器内部电路变频器内部电路 交交直直交变频器的主电路交变频

6、器的主电路1变频器的主电路变频器的主电路显示显示/键盘键盘逆变模块逆变模块主控模块主控模块电源板电源板键盘键盘显示显示采样采样驱动驱动控制输入接线板控制输入接线板控制输出接线板控制输出接线板给定给定控制控制测量测量控制控制2变频器的控制电路变频器的控制电路控制电路各部分的功能控制电路各部分的功能主控板主控板变频器运行的控制中心变频器运行的控制中心, ,其核心器件是微控制其核心器件是微控制器（单片微机）或数字信号处理器（器（单片微机）或数字信号处理器（DSPDSP）键盘与键盘与显示板显示板键盘与显示板总是组合在一起。键盘是向主键盘与显示板总是组合在一起。键盘是向主控板发出各种信号或指令控板发出各

7、种信号或指令, , 主要用于向变频器主要用于向变频器发出运行控制指令或修改运行数据等发出运行控制指令或修改运行数据等电源板电源板与驱动与驱动板板变频器的内部电源普遍使用开关稳压电源变频器的内部电源普遍使用开关稳压电源外接控外接控制电路制电路外接电路可实现由电位器、主令电器、继电外接电路可实现由电位器、主令电器、继电器及其他自控设备对变频器的运行控制，并输器及其他自控设备对变频器的运行控制，并输出其运行状态、故障报警、运行数据信号等出其运行状态、故障报警、运行数据信号等三、变频器中常用电力半导体器件1电力晶体管电力晶体管GTRGTR是一种高击穿电压、大容量的晶体管。它具有是一种高击穿电压、大容量

8、的晶体管。它具有自关断能力自关断能力,并具有开关时间短、饱和压降低和安全并具有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等优点。工作区宽等优点。 六单元六单元GTR 模块模块 图形符号图形符号 二单元模块的等效电二单元模块的等效电路路（2）GTR模块的主要参数模块的主要参数 1)开路阻断电压开路阻断电压UCEO ，例如：，例如：2DI200D-100 （3）GTR的选择方法的选择方法1）开路阻断电压）开路阻断电压UCEO的选择的选择 UCEO通常按电源通常按电源线电压峰值的线电压峰值的2倍来选择。倍来选择。 2)集电极最大持续电流集电极最大持续电流ICM的选择的选择 ICM通常按输出通常按输出交流线

9、电流峰值的交流线电流峰值的2.25倍来选择。倍来选择。2)集电极最大持续电流集电极最大持续电流ICM ，例如：，例如：6DI15Z-120 2 2CEOLUU2.25CMNII2绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT是是MOSFET和和GTR相结合的产物相结合的产物,其主体部分其主体部分与与GTR相同，也有集电极和发射极相同，也有集电极和发射极,但驱动部分却但驱动部分却和和MOSFET相同相同,是绝缘栅结构。是绝缘栅结构。 六单元六单元IGBT 图形符号图形符号 基本电路基本电路（1）IGBT的特点的特点 IGBT在外形上有模块型和芯片在外形上有模块型和芯片型型两种两种,在通用变频器

10、中使用的在通用变频器中使用的IGBT一般是模块型。一般是模块型。 单管模块单管模块 双管模块双管模块 六管模块六管模块（2）IGBT的主要参数的主要参数1）集电极）集电极发射极额定电压发射极额定电压UCES。2）栅极）栅极发射极额定电压发射极额定电压UGES。 3）额定集电极电流）额定集电极电流IC。3智能电力模块器件智能电力模块器件IPMIPM的主要特点如下的主要特点如下: （1）内含设定了最佳的）内含设定了最佳的IGBT驱动条件的驱动电路。驱动条件的驱动电路。（2）内含完善的保护功能及相应的报警输出信号。）内含完善的保护功能及相应的报警输出信号。（3）内含制动电路。）内含制动电路。（4）散

11、热效果良好。）散热效果良好。四、变频器的工作原理和功能1变频器的工作原理变频器的工作原理（1）逆变的基本工作原理）逆变的基本工作原理 将直流电变换为交流电将直流电变换为交流电的过程称为逆变的过程称为逆变,完成逆变功能的装置叫逆变器。完成逆变功能的装置叫逆变器。 电路构成电路构成 输出电压波形输出电压波形 单相逆变电路单相逆变电路 电路结构电路结构 输出电压波形输出电压波形三相逆变电路三相逆变电路 a)电路结构电路结构 b)各开关元件的导通情况各开关元件的导通情况 c)输出电压波形输出电压波形（2）U/f控制控制 U/f 控制是在改变变频器输出电压频率的同时改变控制是在改变变频器输出电压频率的同

12、时改变输出电压的幅值输出电压的幅值, 以维持电动机磁通基本恒定以维持电动机磁通基本恒定,从而在从而在较宽的调速范围内较宽的调速范围内,使电动机的效率、功率因数不下降。使电动机的效率、功率因数不下降。114.44mrEk f N 要使电动机的磁通在整个调速过程中保持不变要使电动机的磁通在整个调速过程中保持不变,只要在改变电源频率的同时改变电动机的感应电动势只要在改变电源频率的同时改变电动机的感应电动势E ,使其满足为常数即可。使其满足为常数即可。 （3）脉冲宽度调制）脉冲宽度调制(PWM)技术技术 实现变频变压的方实现变频变压的方法有多种，目前应用较多的是脉冲宽度调制技术，法有多种，目前应用较多

13、的是脉冲宽度调制技术，简称简称PWM技术。技术。PWM输出电压基本波形输出电压基本波形 SPWM的原理的原理（4）三相异步电动机变频调速后的机械特性）三相异步电动机变频调速后的机械特性 基频以下调速时的机械特性基频以下调速时的机械特性 基频以上调速时的机械特性基频以上调速时的机械特性把基频以上调速和基频以下调速两种情况结把基频以上调速和基频以下调速两种情况结合起来，可得下图所示的异步电动机变频调速控合起来，可得下图所示的异步电动机变频调速控制特性。制特性。 异步电动机变频调速控制特性异步电动机变频调速控制特性 2变频器的功能变频器的功能 （1）系统所具有的功能）系统所具有的功能 1）全范围转矩

14、自动增强功能。）全范围转矩自动增强功能。2）防失速功能。）防失速功能。3）过转矩限定运行功能。）过转矩限定运行功能。4）运行状态检测显示功能。）运行状态检测显示功能。5）自动节能运行功能。）自动节能运行功能。6）自动电压调整功能。）自动电压调整功能。7）通过外部信号对变频器进行启停控制的功能。）通过外部信号对变频器进行启停控制的功能。（2）频率设定功能）频率设定功能 1）给定频率的设定方法）给定频率的设定方法 2）基本频率）基本频率fb和最高频率和最高频率 fmax 3）上限频率）上限频率fH和下限频率和下限频率fL 4）载波频率）载波频率 5）点动频率）点动频率 上限频率上限频率f H和下限频率和下限频率f L （3）升速时间和降速时间的设定功能）升速时间和降速时间的设定功能1）升速时间的设定）升速时间的设定 2）降速时间的设定）降速时间