变频技术
变频技术
1．变频技术：简单地说是把-直-不同频交，或把交-直-不同频交。
或直-交-直-不同频交。
交-直：整流技术。
直-直：斩波技术。
直-交变频：振荡技术。
交-交变频：移相技术。
2．第一代：晶闸管。
第二代：功率晶体管GTR、门极关断GTO。
第三代：绝缘栅双极型晶体管IGBT、功率场效应晶体管MOSFET。
第四代：智能化集成电路PIC、只能功率模块IPM、集成门极换流晶闸管IGCT。
3．电力电子技术起步于晶闸管，普及于功率晶闸管GTR，提高于绝缘双极型晶体管IGBT。
半控型电力电子器件主要指晶体闸流管。
半控含义指晶闸管可以被控制导通，而不能被门极控制关断。
4．晶闸管在电路中起开关作用，开关频率是引起晶闸管发热的主要原因。
维持电流：在室温和门极断路时，开通晶闸管的最小电流。
晶闸管串联均压，并联均流。
5．晶闸管的保护：快速熔断保护、过电流继电器保护、脉冲过电流保护、反馈控制过电流保护、直流快速断路器过电流保护。
6．晶闸管过电压保护：电感释放能量产生过电压，用阻尼LC电路振荡或限制晶闸管开通损耗与电流上升率。
7．交流侧过电压：由于接通断开交流侧电源出现暂态过程引起的过电压称为交流侧过电压。
保护：交流侧操作过电压是在变压器二次侧或三相变压器二次侧星形棕垫与地之间，并联适当电容，或则在一次侧与二次侧之间加屏蔽层。
交流侧浪涌过电压只能采用稳压管稳压原理的压敏电阻或硒堆元件来保护。
8．门极关断晶闸管：属全控型器件或自关断器件。
9．大功率晶体管GTR：也叫电力晶闸管是一种具发射极、基极、集电极区的三层器件，有NPN和PNP两种结构。
又称双结型晶闸管，缺点耐冲击差，易受二次击穿而损坏。
击穿电压、电流增益、散耗功率、开关速度。
10．GTR在高频时为了减少能量损耗采取的措施：GTR作为开关管时，工作点尽量避免或快速通过伏安特性的线性工作区。
GTR开关过程中，存储时间Ts最长。
增加基极电流对缩短开通时间Tgt和管段时间Tgq有效。
变频技术介绍(讲义)
一、异步电机变频调速原理
一、异步电机变频调速原理
定子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力 线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力， 电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。一 般情况下，电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。因为假设n=n1，则 转子导条与旋转磁场就没有相对运动，就不会切割磁力线，也就不会产生 电磁转矩，所以转子的转速n1必然小于n。为此我们称三相电动机为异步电 动机。
异步电动机的同步转速由电动机的磁极对数（极对数）和电源频率所决 定。
电机的同步转速： ns = 60f / p
且转差率 ： s = ns - n / ns
因此，电动机的转速： n = ns × ( 1 – s ) = 60f / p × ( 1 – s )
其中： n ———电动机转速，r/min； ns———同步转速，r/min； f ———电源频率，Hz； p ———电动机磁极对数； s ———转差率。
一、异步电机变频调速原理
U/f关系
、nc.To.sI1 1
n
cos1 I1
T
P2 异步电动机的工作特性
一、异步电机变频调速原理
异步电机调速时的输出特性
异步电机调速方式 1、变极调速 2、转子回路串电阻调速， 3、滑差电机（电磁调速异步电动机） 4、定子调压调速方法 5、串级调速方法 6、变频调速
一、异步电机变频调速原理
变频器技术简介 1、通过改变电源频率来改变交流电机运转速度的驱动器。 2、交-交变频 交-直-交变频 3、电压型变频 电流型变频 4、V/F 矢量控制 直接转矩
一、异步电机变频调速原理
技术发展
《变频器技术》课程标准(教学大纲,考核标准)
课程标准《变频器技术》课程标识课程代码: 15002适用专业: 机电一体化技术等学时数: 72学分数: 4执笔人:一、课程概述1.课程性质变频技术是机电一体化专业、电气自动化专业必修课，是针对电气维修工艺员、电气设备安装维护工从事的机电设备的维护检修和试验、故障排除及维护管理工作等岗位需要的实际工作能力而设置的一门核心课程。
通过本课程的学习要求学生能够熟练掌握交流变频系统的工作原理、实现方法、机械特性、运行特点及适用场合，使学生在掌握本课程的基础上，经过实验环节有能力分析和设计交流变频系统。
本课程要求学生必须掌握本专业的必备基础理论知识和专业知识,掌握从事机电一体化专业领域实际工作的基本能力和基本技能,具有对交流变频系统的安装、调试、电气控制设备的运行与维护及故障检修等能力。
《变频技术》是3年制高职机电类专业学生必须掌握的一门理论性和实践性都很强的专业基础课，该课程的主要目标是为了提高学生选择、使用和维护变频器及电气控制设备的能力；使学生掌握变频器的结构、基本工作原理、运行特性；熟悉变频器电气控制设备的分析调试维护方法，培养学生培养学生辩证唯物主义观点、实事求是的科学态度、逻辑思维能力、分析生产实际问题和解决实际问题的能力，培养学生的团队协作、勇于创新、敬业乐业的工作作风。
在对按照工作任务要求后，设定了认识变频器、变频器的的基本运行、变频器与继电器组合控制、变频器运行与分析、变频调速应用五个学习情境。
这五个学习情境按照基于工作过程的教学模式展开教学，用六步法（资讯、计划、决策、实施、检查、评估）对每一个情境进行教学实施，有助于提高学生的动手能力、自学能力、创新能力以及岗位能力等各项素质。
2.培养目标根据3年制高职电类专业教学计划的要求，本课程应该达到以下教学目标：方法能力目标●培养学生谦虚、好学的能力。
●培养学生勤于思考、刻苦钻研、事实就是、勇于探索的良好品质。
●培养学生勤于思考、做事认真的良好作风。
《变频器技术》课程标准
《变频器技术》课程标准1课程定位变频器技术课程是理论与实践紧密结合的课程，其主要任务是：使学生了解交流调压调速系统、通用变频调速系统的调速原理;通过典型案例，加深学生对实际变频调速系统的认识；使学生学会操作通用变频器、设定变频器主要参数、排除变频调速系统中的简单故障，学会位置控制系统的组成与互连方法；培养学生的通用变频器的典型应用能力（含通用变频器的主回路、控制回路的接线、参数设定、变频器与PLC的互连方法、变频器运行异常监视和简单故障排除），为学生第一岗位使用变频器控制系统及步进、伺服控制系统打下良好的应用基础。
2.程教学目标通过本课程的学习，使学生深刻理解通用变频器的基本功能含义，掌握通用变频器的基本操作方法，了解专用变频器的工业应用，培养学生在变频器应用方面的实践能力和维修能力。
2.1知识目标1)认识变频器的操作面板。
2)掌握变频器参数设置的方法。
3)培养学生检索电气技术资料的能力、撰写技术报告的能力、实用设计创新的能力。
4)掌握变频器日常维护保养常识和故障排除的方法2.2能力目标1)能够使学生掌握变频调速技术、PLC应用技术等多学科综合知识与基本技能。
2)具备变频调速系统的设计、安装、调试、维护及设备改造的综合应用能力。
2.3素质目标1)培养学生独立思考问题、分析问题、解决问题的能力。
2)培养良好的团队合作精神和实事求是的工作作风。
3.教学内容和要求4.教学建议4.1教学方法1)项目教学法：通过完成项目达到教学做合一的学习目的。
2)实物演示法：教师在讲解过程中尽量出示实物，并进行一些演示，可提高学习效果。
4.2评价方法1)改变传统教学的评价方法，突出实施过程与项目任务评价相结合的方法，结合课堂提问、实践操作测试、项目考核等手段加强实践性教学环节的考核。
2)在教学中分项目和任务进行评分，课程结束时根据平时过程评价综合评分。
平时过程评价包括形成性评价和总结性评价。
形成性评价：在教学过程中对学生学习态度和各类作业情况进行评价。
变频技术
图3-7 可再生制动的变频电路
3.电压型逆变电路输出电压的调节 调节电压型逆变电路输出电压的方式有三种，即 调节直流侧电压、移相调压和脉宽调制调压。 1）调节直流侧电压 （1）采用可控整流器整流，通过对触发脉冲的相 位控制直接得到可调直流电压，见图3-2（a）。 （2）采用二极管整流桥不可控整流，在直流环节 增加斩波器，以实现调压，见图3-2（b）。
3.2.1 PWM技术原理概述
1.PWM控制的基本原理 采样控制理论有这样一个结论：冲量相等而形状 不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本 相同。冲量是指窄脉冲的面积，效果基本相同是指环 节的输出响应波形基本相同。 将如图3-22所示的形状不同而冲量相同的电压窄 脉冲，分别加在如图3-23（a）所示的一阶惯性环节 RL电路上。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波 形如图3-23（b）所示。
图3-24 PWM控制的基本原理
2.单极性PWM和双极性PWM PWM调制按调制脉冲的极性可分为单极性脉冲 调制和双极性脉宽调制两种。 1）单极性脉冲调制 电压型单相桥式PWM逆变电路如图3-25所示。E 为恒值直流电压，V1～V4为功率晶体管GTR，VDl～ VD4为电压型逆变电路必需的反馈二极管。
图3-2 交—直—交变频器的三种控制方式
根据中间直流环节采用滤波器的不同，变频 电路又分为电压型变频电路和电流型变频电路，如 图3-3所示。其中，Ud为整流器的输出电压平均值。
图3-3 变频电路原理图
3.1.2 电压型变频技术
1.电压型逆变电路的主要特点 电压型逆变电路的主要特点有： （1）直流侧并联有大电容，相当于直流电压源， 内阻很小，直流电压波形比较平直，基本无脉动。 （2）由于直流电压源的钳位作用，逆变器的交 流输出电压被钳位为矩形波，与负载阻抗角无关， 而交流侧电流波形和相位因负载阻抗角的变化而变 化，其波形接近三角波或正弦波。
变频器的原理及应用技术
变频器的原理及应用技术1. 变频器的原理变频器，又称为交流调速装置，是一种将电力频率和电压进行变换，从而实现交流电机调速的电气设备。
变频器通过改变电机的供电频率和电压，实现对电机的转速控制。
其工作原理主要包括以下几个方面：1.整流：变频器首先将输入的交流电源信号转换为直流电压信号，这一步骤由整流回路完成。
整流回路由整流桥和滤波电容组成，通过将交流电压转换为直流电压，并平滑输出。
2.逆变：直流电源经过整流后，进入逆变回路，通过将直流电压逆变为交流电压，实现对电机的供电频率和电压的调整。
逆变回路由逆变桥和滤波电感组成，通过高频开关器件控制逆变桥，将直流电压转换为可变频率和电压的交流电压。
3.控制：逆变回路控制模块通过控制逆变桥的开关频率和相位，改变输出交流电压的频率和电压大小，从而实现对电机的转速调整。
控制模块通常采用现代的数字控制器，可以根据需求精确地控制变频器的输出。
2. 变频器的应用技术变频器作为调速控制设备，广泛应用于各种工业领域。
以下是变频器在工业应用中的一些常见技术和特点：1.节能降耗：传统的电阻调速和机械调速方式存在能源消耗大和能效低的问题。
而变频器通过调整电机的转速，避免了在启动和停止过程中产生的能量损耗，实现了节能降耗的效果。
2.精确控制：通过数字控制技术，变频器能够精确控制电机的转速和运行状态，满足精密机械设备对转速和位置的精确要求。
例如，在纺织、印刷等行业中，变频器可以实现对纺织机、印刷机等设备的精确控制，提高生产效率和产品质量。
3.多功能操作：现代变频器具有丰富的功能和操作模式。
通过数字界面，操作人员可以设定和调整变频器的参数，实现各种工作模式的切换和调整，提高设备的灵活性和可靠性。
4.电机保护：变频器可以对电机进行多方面的保护。
例如，通过监测电机的电压、电流、温度等参数，及时发现故障和异常情况，保护电机不受损坏。
此外，变频器还可以通过限制电机的最大转矩和电流，保护设备免受过载和短路等危险。
第3章 变频技术的基本类型
制动单元
在变频器调速系统中，电动机的降速和停车， 是通过逐渐减小频率来实现的。电动机处于工 作状态时，在频率减小的瞬间，电动机的同步 转速随之下降。由于电动机的机械惯性，其转 子转速并未立即改变。此时，电动机的同步转 速低于转子转速，电动机处于发电制动状态。 电 续动流机二的极再管生进电行能全将波通整过流图回3馈-13到中直的流VD电7～路V。D与12 此同时，电动机中的无功分量也要通过续流二 极管VD7～VD12回馈到直流电路。
中间直流环节
交流电动机是感性负载，作为逆变器的负载，功率因 数不可能为1。所以，在中间直流环节和电动机之间 存在着无功功率的交换，这种无功能量需要靠中间直 流环节的储能元件来缓冲。
中Байду номын сангаас直流环节采用大容量电容器作为缓冲元件，其直 流电压比较平稳。在理想情况下具有恒压源的特点， 且输出电压波形为矩形波，这种变频器称为电压型变 频器。如图3-9（a）所示。目前，在中小容量变频器 中应用最为广泛的就是电压型变频器。中间直流环节 采用大容量电感作为缓冲元件，负载为异步电动机时， 输出电压波形近似正弦波，且输出电流波形为矩形波， 这种变频器称为电流型变频器,如图3-9（b）所示
滤波电路
整流电路输出是脉动直流电压。要想得到稳恒的 直流电压，必须加以滤波。 CF1和CF2为滤波电 容。滤波电路的作用是滤除整流后的电压纹波。 此外，还具有在整流器和逆变器之间的去耦作用， 消除相互干扰。由于电解电容器的容量和耐压值 的限制，滤波电容通常采用多个电容器串并联成 一组。因为大电解容器的电容量存在着离散性， 所以CF1和CF2的容量不一定完全相等。其结果是 两组电容器所承受的电压Ud1和Ud2不平衡，使得 承受电压较高的一组电容器容易击穿。为使CF1和 CF2两端电压相等，在CF1和CF2各并联一只阻值 相等的电阻R1和R2，以均衡CF1和CF2两端电压。
变频技术
1.1 变频技术的概念变频的主要类型有以下几种：（1）交—直变频技术（即整流技术）（2）直—直变频技术（即斩波技术）（3）直—交变频技术（即逆变技术）（4）交—交变频技术（即移相技术）变频技术是一门能够将电信号的频率,按照具体电路的要求，而进行变换的应用型技术。
变频调速技术将工频交流电通过不同的技术手段变换成不同频率的交流电，主要应用在控制交流异步电动机的拖动系统中，可产生巨大的节能效果和使自动化程度大大提高。
1.2 变频技术的应用a. 一般工业：数控机床、电解铝b. 交通运输c. 电力系统：高压直流装置（HVDC)、晶闸管投切电容器d. 家用电器：变频空调、节能灯、液晶电视e. 其他：风能、太阳能发电、不间断电源（UPS)1.3变频技术的发展电力电子器件是电力电子技术的物质基础和技术关键，也是变频技术技术发展的“龙头”。
器件分类a. 不可控型：电力二极管（Power Diode）不能用控制信号来控制其通断。
b.半控型:晶闸管（Thyristor）。
器件的开通可控，关断不可控，由其承受的电压和电流决定。
c. 全控型：电力场效应晶体管（Power MOSFET）绝缘栅双极晶体管（IGBT）☐随着电力电子技术的发展，变频技术的发展方向是：⏹交流变频向直流变频方向转化⏹功率器件向高集成智能功率模块发展⏹控制技术由PWM（脉宽调制）向数字化方向发展总之，变频技术的发展趋势，是朝着集成化、高频化、模块化的方向发展。
第2章电力电子器件2.1 半控型电力电子器件2.1.1晶闸管（SCR）的特性及参数晶闸管有三个PN结。
有三个引线端子：阳极（anode）A、阴极 (cathode) K门极 (gate) G，（1）晶闸管的阳极伏安特性晶闸管阳极与阴极间的电压和它的阳极电流之间的关系，称为晶闸管的伏安特性，如图2-2所示。
位于第Ⅰ象限的是正向特性，第Ⅲ象限的是反向特性。
（2）晶闸管的门极伏安特性晶闸管的门极和阴极之间是一个PN结J3，它的伏安特性称为门极伏安特性。
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对直流变频和交流变频认识想认识和了解直流变频与交流变频，首先我们得知道什么叫做变频技术。
变频就是改变供电频率。
变频技术的核心是变频器，它通过对供电频率的转换来实现电动机运转速度率的自动调节，把50Hz的固定电网频改为30—130 Hz的变化频率。
同时，还使电源电压适应范围达到142—270V，解决了由于电网电压的不稳定而影响电器工作的难题。
通过改变交流电频的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。
接下来我们分别认识一下直流变频和交流变频。
其实区分交流还是直流，最主要的还是要区分它们的电机类型。
直流变频：直流无刷电机虽然冠以直流，但电枢中通的确是交流电。
因为在行业中将调速器和电机看做一个整体，该电机没有换相用的电刷，并且在调速器前端输入的是直流电。
所以称之为“直流无刷“电机。
电动自行车和电动汽车上用的也是这种电机。
直流变频：交流型变频器实际上就是一个逆变器。
它首先将交流电变为直流电，然后用电子元件对直流电进行开关，变为交流电的过程。
直流变频和交流变频的对比。
直流变频优点：运行高效稳定，省电节能
缺点：成本高，难以走进寻常百姓家庭
交流变频优点：成本低廉，相对传统技术更省电，容易
推广和生产
缺点：噪音大，比直流变频能耗大。