变频调速的基本原理..

3)制动电阻RB和制动单元VB 采用了频器的 交流调速系统中，电动机的减速是通过降低变频器的 输出频率来实现的。在电动机减速过程中，当变频器 的输出频率下降过快时，电动机将处于发电制动状态， 拖动系统的动能要回馈到直流电路中，使直流电压上 升，导致变频器本身的过电压保护电路动作，切断变 频器的输出。为避免出现这一现象，必须将再生到直 流电路的能量消耗掉，RB和VB的作用就是消耗这部 分能量。如上图所示。 当直流中间电路的电压上升到一定值时，制动三 极管VB导通．将回馈到直流电路的能量消耗在制动 电阻上。
3) 矢量控制变频器 矢量控制是一种高性能异步 电动机控制力式，它的基本思路是： 将异步电动机的定子电流分为产生磁场电流 的分量(励磁电流)和与其垂直的产生转矩的电流分 量(转矩电流)，并分别加以控制。 由于在这种控制方式中必须同时控制异步电 动机定子电流的幅值和相位，即定于电流的矢量， 因此这种控制方式被称为矢量控制方式。 转差频率控制和矢量控制的原理鞍复杂，本 次不作进一步的讨论。
二 变颛器的基本结构 目前生产中广泛应用的是通用变频器，根据功率 的大小，从外形上看有书本型结构(0.75～37 kW)和装 柜型结构(45～1500 kW)两种。日本日立公司的J300系 列通用变频器为书本型结构，其外形和结构如下图所示。
a)外型 b)结构 l一底座 2一外壳 3一控制电路接线端子 4充电指示灯 5一防护盖板 6一前盖 7螺钉 8一数字操作面板 9主电路接线端于 lO一接线孔
从电路结构上看，通用变频器大多采用交--直---交变频变压方式，其基本构成如下图所示。
交---直---交变频器的基本构成
(1) 变频器的主电路 通用变频器的主电路如下图所示．它主 要由以下几部分组成；
交--直一交变频器的主电路
1)整流部分 整流部分的作用是将频率固定的三相 交流电变换成直流电。包括： ①三相整流桥 由整流二极管VDI～VD6构成三相 桥式整流电路。如电源的线电压为UL整流后的平均电 压为：
(3)按工作原理LⅡ分为三类 1) V/ｆ控制变频器 V/ｆ仃控制的基本特点是对变 频器输出的电压和频率同时进行控制，通过使V/ｆ(电压 和频率的比)的值保持一定而得到所需的转矩特性。采用 V/ｆ控制的变频器控制电路结构简单，成本低，多用于对 精度要求不高的通用变频器． 2)转差频率控制变频器 转差频率控制方式是对V／f 控制的一种改进，这种控制需要由安装在电动机上的速度 传感器检测出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器 的输出为转差频率，而变频器的输出频率则由电动机的实 际转速与所需转差频率之和决定。由于通过控制转差频率 来摔制转矩和电流，与V/ｆ控制相比其加减速特性和限制 过流的能力得到提高。
变频调速的基本原理
毛长柏
二008 年 七月
变频调速系统的核心是变频器，变频器的构成及工作原 理较复杂，本课题仅对变频器的基本原理、安装及维护等作一 简单介绍。 一、概述 1 变频调速的基本原理 我们知道，三相交流异步电动机的转速为；
式中 f1 ---电动机电源的频率(Hz)； p ---电动机定子绕组的磁极对数； s ---转差率。 可见，在转差率s变化不大的情况下，可以认为， 调节电动机定子电源频率时，电动机的转速大致随之成 正比变化．若均匀改变电动机电源的频率，则可以平滑 地改变电动机的转速。
2变频器及其分类 变频器是利用半导体器件的通断作用将频率固 定(通常为工频50 Hz)的交流电(三相或单相)变换成 频率连续可调的交流电的电能控制装置，其作用如 下图所示。
变频器的种类很多，分类方法也有多种。
(1)按变换环节可分为二类 1）交—交变频器 把频率固定的交流电直接变换成频率和 电压连续可调的交流电。其主要优点是没有中间环节，故变换 效率高。但连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的l／2以 下，主要适用于电力牵引等容量较大的低速拖动系统中。 2)交一直一交变频器 先把频率固定的交流电整流成直流电， 再把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电 逆变成交流电的环节较易控制，因此在频率的调节范围以及改 善变频后电动机的特性等方面，部有明显优势，是目前广泛采 用的变频方式。 (2)按直流环节的储能方式分为二类 1)电流型变频器 直流环节的储能元件是电感线圈L，如下 图a所示 2)电压型变频器 直流环节的储能元件是电容器C，如下图b 所示。
2)逆变部分 ①逆变管V1～V6构成三相逆变桥，这六个逆变管按一定规 律轮流导通和截止，将直流电逆变成频率可调的三相交流电。 ②续流二极管VD7--VDl2的主要作用是在换相过程中为电 流提供通路。 ③缓冲电路(R01--R06、VD01—VD06、C01—C06)的作 用是限制过高的电流和电压，保护逆变管免遭损坏。
(4)按用途可分为三类 I)通用变频器 所谓通用变频器，是指能与普通的笼 型异步电动机配套使用，能适应各种不同性质的负载并具 有多种可供选择功能的变频器。 2)高性能专用变频器 高性能专用变频器主要应用于 对电动机的控制要求较高的系统，与通用变频器相比，高 性能专用变频器大多数采用矢量控制方式，驱动对象通常 是变频器厂家指定的专用电动机。 3)高频变频器 在超精密加工和高性能机械中，常常要 用到高速电动机，为了满足这些高速电动机的驱动要求， 出现了采用PAM(脉冲幅值调制，是一种在整流电路部分 对输电压的幅值进行控制，而在逆变电路部分对输山频率 进行控制的控制方式)控制方式的高频变频器，其输出频 率可达到3 kHz。
②滤渡电容器CF 其作用是滤平桥式整流后的电压纹波，使 直流电压保持平稳。 ③限流电阻RL和开关S 在变频器电源接通的瞬间，滤波电容 CF的充电电流很大，过大的冲击电流可能会损坏三相整流桥中的 二极管。为了保护二极管在电路中串入限流电阻RL，从而将电容 器CF的充电电流限制在允许的范围内。当CF充电到一定程度，令 开关S接通，将RL短接掉。 在许多新系列的变频器中。s已由晶闸管代替。
④电源指示HL HL除表示电源是否接通外，还有 一 个重 要的功能，即在变频器切电源后，指示电容器CF上的电荷是否 已释放完毕。 电容器CF的容量较大，而切断变频器电源又必须在逆变电 路停l止工作的状态下进行，所以CF没有快速放电电路，其放 电时间往往需数分钟，而CF上的电压又较高，如不放完，将对 人身安全构成威胁。故在维修时，必须等HL完全熄灭后才能接 触变频器的内部带电部分。