变频器原理培训教程 经典珍藏版

4､专用化 通用变频器中出现专用型家族是近年来的事。其目的是更好 发挥变频器的独特功能并尽可能地方便用户。如用于起重机负载的ACC系列， 用于交流电梯的 Siemens MICO340系列和FUJI FRN5000G11UD系列，其他 还有用于恒压供水、机械主轴传动、电源再生、纺织、机车牵引等专用系列。
变频器原理培训教程
【经典珍藏版】
常州博邦电气科技有限公司
电抗器,制动电阻,制动单元,滤波器厂家
一.变频器的原理与组成
(一)概述:
1.定义：转换电能并能改变频率的电能转换装置。 2.交流调速技术发展的概况与趋势： 交流电机：结构简单，价低，动态响应好、维护方便，但调速困难。 直流电机：结构复杂、成本高、故障多、维护困难且工作量大；机械换向 器的换向能力限制了电动机的容量（单机容量12000kW~14000kW）、电压 和速度（最高电压1000多伏、最高转速3000r/min）。接触式的电流传输又限 制了其使用场合；电枢在转子上，电动机的效率低，散热条件差。为改善换 向能力，减小电枢漏感，转子变得粗短惯性增大，影响系统的动态响应。 交流调速飞速技术发展的原因： 电力电子器件制造技术；电力电子电路的变换技术；PWM技术，矢量控 制技术，直接转矩控制技术；微机和大规模集成电路基础的数字控制技术。
(1)电流型 Id趋于平稳；四象限运行
(2)电压型 Ed趋于平稳；不选择负载的通用性
(3)电流源供电时交流电机工作特性:
图(六) 电压型与电流型交一直一交变频器
a）电压型变频器 b）电流型变频器
变频器输出电压方波经L/R积分为电流波形近似为正弦波
电压型变频器和电流型变频起对比
电抗器,制动电阻 /
a、电机起动转矩小； b、能够稳定运行范围窄，在大部分的转速范围内是电机运 行不稳定区。 原因：恒流源供电时，定子磁势是恒定的。空载时，全部定 子磁势用于励磁，气隙中产生很强的磁场，铁心高度饱和。负 载增加时，转子减速而转差率增大，转子电流增加。由于转子 电流的去磁作用，气隙合成磁场减小，磁场变弱，先退出饱和 磁场变化缓慢，而未随转子电流的增加磁场很快变弱，导致端 电压急剧下降，单位转子电流产生的转矩减小，导致转子电流 进一步增大，形成恶性循环，使转矩很快下降到较小数值.
(三)交流电机的调速方法:
调压调速、电磁调速、绕线式电机转子串电阻调速、串级调速、变极调 速、变频调速等
(四)变频器的构成: 主回路（整流器、中间直流环节、逆变器）
控制回路
保护回路
(五)变频器的分类: 多功能控制板

主回路
(五)变频器的分类:
图(五) 交-直-交变频器结构图
1、按直流电源性质分: 电流型、电压型
5､系统化 作为发展趋势，通用变频器从模拟式、数字式、智能化、多功 能向集中型发展。最近，日本安川提出了以变频器，伺服装置，控制器及通 讯装置为中心的”D&M&C”概念，并制定了相应的标准。目的是为用户提 供最佳的系统。因此可以预见在今后．变频器的高速响应器件和高性能控制 将是基本条件。
(三)交流电机的调速方法 (四)变频器的构成
(二)发展趋势与动向:
IGBT的应用，载波频率可达16KHz，抑制噪声和机械共震，电机电流 在低速时波形接近正弦，减少转矩脉动；电压驱动，简化了电路；网侧变 流器的PWM控制；矢量控制变频器技术的通用化，无速度传感器矢量控制 系统代表另一新技术动向。
无速度传感器矢量控制的速度观测模型，建模方法大体上有：动态速度 估计器；模型参考自适应方法、基于PI调节器法、自适应转速观测器法、 转子齿谐波法、滑模观测法等。
3､低电磁噪音化 今后的变频器都要求在抗干扰和抑制高次谐波方面符合 EMC国际标准,主要做法是在变频器输入侧加交流电抗器或有源功率因数校
（Active Power Factor Correction． APFC）电路，改善输入电流波形降低 电网谐波以及逆变桥采取电流过零的开关技术。而控制电源用的开关电源将 推崇半谐振方式，这种开关控制方式在30－50M时的噪声可降低15－20dB。
若希望把转矩误差控制在3%以内，需要对磁通变化作修正(补偿励磁电 抗引起的饱和及定子铁损的变化)；若希望把转矩误差控制在1%以内，需 要对定子和转子的铁损进行补偿.
矩阵式变频器、直接驱动技术（高精度：电机和负载间刚性耦合，高 速和高加速度、高动态响应、高机械刚度和可靠性、低噪声和零保养，部件 减少可降低噪声，磨损部件只有旋转或直线轴承，做到永久性润滑和无需维 修的一次性装配，可实现零保养。
实际上，电流源不是真正的恒流源，等效为电压源驱动下的 恒流源。
由戴维南定理，开路电势和
等效内阻：
R1 X1
X2
Et hI1Xm
Xg XmX2
I1 I
1
I2 Im xm
R2/
由此求出I2:
I2
I1Xm
(R2 S
)2
(XmX2)2
2､小型化 用日本富士（FUJI）电机的三添胜先生的话说，变频器的小型 化就是向发热挑战。这就是说变频器的小型化除了出自支撑部件的实装技术 和系统设计的大规模集成化，功率器件发热的改善和冷却技术的发展已成为 小型化的重要原因。ABB公司将小型变频器定型为Comp－ACTM，他向全 球发布的全新概念是，小功率变频器应当象接触器、软起动器等电器元件一 样使用简单，安装方便，安全可靠。
感应电机是一多变量，强耦合及时变参数系统，围绕它有若干研究课题: 电机参数模型的离散化、电机参数的自测定、电机定子电流的控制、电 机参数的辩识、电机状态估计、系统稳定性分析。
l､主控一体化 日本三菱公司将功率芯片和控制电路集成在一快芯片上的 DIPIPM（即双列直插式封装）的研制已经完成并推向市场。一种使逆变功 率 和 控 制 电 路 达 到 一 体 化 ， 智 能 化 和 高 性 能 化 的 HVIC （ 高 耐 压 IC ） SOC （System on Chip）的概念已被用户接受，首先满足了家电市场低成本、小 型化、高可靠性和易使用等的要求。因此叶以展望，随着功率做大，此产品 在市场上极具竞争力。