致远控制 变频器100问 主讲人：刘国强 常州市致远通用控制技术有限公司 变频调速技术是怎样发展起来的？ 变频可以调速这个概念，可以说是交流电动机“与生俱来”的。同步电动机不消说，即使是异步电动机，其转速也是取决于同步转速(即旋转磁场的转速)的                   n=n1(1-S)………………(1-1)       式中：n——电动机的转速，m/min                        n1——电动机的同步转速，r/min                                S——电动机的转差率             而同步转速则主要取决于频率             n1=60f/p………………(1-2)            式中：f——频率，Hz                       p——磁极对数 所以说，交流电动机从诞生之日起，就已经知道改变频率可以调节转速了。但当时，还不具备改变频率的手段。 闸流管的问世，使变频调速的梦想出现了能够实现的希望。但那设备的庞大与昂贵，使它无法进入实用的阶段。 直到20世纪的60年代，随着晶闸管的出现及其应用技术的迅速发展，变频调速开始进入实用的阶段。但由于许多技术问题解决得还不够完善，调速系统的性能指标难以和直流电机相匹敌，因而未能达到推广应用的阶段。 70年代末期以来，一方面，矢量控制理论的提出和实施，使变频调速系统的性能指标达到了与直流电机调速系统十分接近的地步；另一方面，电力电子器件的飞速发展，也使SPWM调制技术日臻完善，变频调速器的体积越做越小，价格也达到了用户能够接受的程度。变频调速这才进入了普及应用的阶段。  变频调速为什么常缩写成VVVF？ VVVF的全称是Variable Voltage Variable Frequency，意思是“变压变频”。 原来，在交流异步电动机内，外加的电源电压主要和绕组的反电势相平衡，而绕组的反电势则与电流的频率和每极下的磁通量有关： U≈E=4.44 W1ff=Keff 可见，磁通量的大小与电压和频率的比值有关： f≈U/Kef=Ke'·U/f 式中：U——电源相电压            E1——每相定子绕组的反电势            W1——每相定子绕组的匝数             f——每个磁极下的磁通量             Ke、Ke'——常数 式(1-4)表明：当频率下降时，如果电压不变，则磁通量将增加，引起电机铁心的饱和。这当然是不允许的。因此，为了保持电机内的磁通量基本不变，在改变频率的同时，也必须改变电压。  交—直—交是什么意思？ 变频装置有两大类：一类是由工业频率直接转接成可变频率的，称为“交—交变频”。另一类就是“交—直—交变频”，意思是：先把工业频率的交流整流成直流，再把直流“逆变”成频率可变的交流。  交—直—交的电路结构 电压型的主要特点是什么？ 交—直—交变频装置按直流部分贮能方式的不同分为： (1) 电压型 贮能元件为滤波电容C，如图1-2a所示。其工作特点是电压基本不变。    	     图1-2 电压型和电流型  (2) 电流型 贮能元件为电抗器l，如图1-2b所示。其工作特点是电流基本不变。  SPWM代表什么？ SPWM的全称是Sine Pulse Width Modulation，意思是正弦脉冲宽度调制。这是实现改变频率的同时也改变电压的一种调制方式。 变压变频的基本方式有两种： (1) 在改变频率的同时也改变幅值，称为脉幅调制，简写为PAM，如图1-3a所示。 (2) 在改变频率时，脉冲的幅值不变，而通过改变脉冲的占空比来改变其平均电压，称为脉宽调制，简写为PWM。   SPWM的特点是：脉冲序列中的脉冲宽度和脉冲间的间隔宽度是按正弦规律安排的。 SPWM代表什么？脉幅调制和脉宽调制 	 SPWM代表什么？SPWM的波形变频器的主电器  	 SPWM代表什么?脉幅调制和脉宽调制 	 直流是怎样“逆变”成交流的？ 如图1-5，K1~K4是开关器件，M是负载，A、B间通以直流电压UD。先令K1|K4闭合，K2、K3断开。则电流的路径如实线空心箭头所示，C、D间的电压为C“+”、D“-”。再令K1、K4断开，K2、K3闭合，则电流的路径如虚线实心箭头所示，C、D间的电压为C“-”、D“+”。 如使上述两种状态不停地交替工作，则负载M上所得到的便是交流电压了。  用六个开关器件，使它们按三相间互差三分之一周期的规律交替工作，就可将直流电“逆变”成三相交流电了  常用的开关器件有哪些？ 目前，在中、小型变频调速器中用得最多的是功率晶体管，为了提高放大倍数，常做成达林顿管，如图1-7a所示，一般电路图中仍画成单管，如图1-7b所示，代表符号是CTR或BTR。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图1-7  功力晶体管 ? 容量较大的变频调速器中则常用可关断晶闸管，其代表符号是GTO，图形符号如图1-8所示。 已经进入实用阶段的最新器件有：绝缘栅双极晶体管，代号IGBT，图形符号如图1-9所示。正在开发并已经取得成果的新品种还有不少，不再一一赘述。  常用的开关器件有哪些？ 目前，在中、小型变频调速器中用得最多的是功率晶体管，为了提高放大倍数，常做成达林顿管，一般电路图中仍画成单管，代表符号是CTR或BTR。 容量较大的变频调速器中则常用可关断晶闸管，其代表符号是GTO。 已经进入实用阶段的最新器件有：绝缘栅双极晶体管，代号IGBT，所示。正在开发并已经取得成果的新品种还有不少。  三相逆变原理 常用的开关器件 	 变频调速器的主电路是怎样构成的？ 交—直—交电压型变频调速器主电路的基本结构如图1-10。图中，DR是三相整流。RA是限流电阻，限制变频器刚合上电源时，对滤波电容C的充电电流。当C充电到一定程序后，晶闸管VT导通，RA将不再起限流作用。功率晶体管V1~V6组成三相逆变桥，将直流电逆变成三相交流电后供电给电动机M。二极管V01~V06的作用是：在逆变过程中，当晶体管的e极电位高于c集电位时提供续流回路；在电动机降速过程中提供能量反馈(再生)回路。RB是电动机在再生制动过程中的耗能电阻，VB在电动机降速过程中导通，提供耗能回路。如RB阻值太大，可在接线端P和DB之间接入外接制动电阻。 变频调速器的主电路图 	 变频调速器有哪些额定数据？  变频调速器主要的额定数据如下： (1) 最高输入电压Umax为了适应电网电压的波动，Umax通常规定为额定工作电压的1.15倍。 (2) 最大输出电流Imax这是最重要的一个数据，也是选择变频器容量时的最主要依据。 (3) 最大输出容量Smax必须注意的是：说明书中给出的容量是按最大工作电压算出的，实际应用时，应根据工作电压进行修正。  说明书中的“配用电动机容量”能不能作为选择变频器容量的依据？  如电动机驱动的是连续恒定负载(如风机)，则可以。但对于连续变动负载、继续负载和短时负载来说，则只能作参考，而不能作依据。这是因为，在这些负载中，决定电动机容量的主要因素是发热问题。只要温升不超过允许范围，短时间的过载(在过载能力范围内)对电动机来说是正常。例如，一台3.7kW的电动机，在实际工作中，其输出功率有max.book118.com。而变频调速器的过载能力则十分有限。在大多数情况下，变频器
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