變頻器技術(shù)規(guī)范、結(jié)構(gòu)、選擇

1、變頻器技術(shù)規(guī)范、結(jié)構(gòu)、選擇通用變頻器的基本構(gòu)成通用變頻器的基本構(gòu)成 1）整流器。整流器，把工頻電源變換成直流電源。三相交流電源經(jīng)壓敏電阻引入到整流橋的輸入端。壓敏電阻吸收浪涌過(guò)電壓。電壓型變頻器的整流電路屬于不可控整流橋直流電壓源，當(dāng)電源線電壓為380V時(shí)，整流器件的最大反向電壓一般為1000V，最大整流電流為通用變頻器額定電流的2倍。智能功率模塊的安裝與應(yīng)用 t 當(dāng)將IPM模塊安裝到散熱器上時(shí)，操作時(shí)應(yīng)避免安裝受力不均勻。推薦使用平面度在150m或更小的散熱器，并避免單邊應(yīng)力過(guò)緊，要嚴(yán)格遵照如圖2-62所示的推薦的螺釘安裝擰轉(zhuǎn)順序操作，如果模塊受力不均，會(huì)導(dǎo)致模塊陶瓷絕緣破裂，致使模塊損壞或

2、留下潛在的故障隱患。不要將端子和螺釘擰得過(guò)緊，在模塊產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)中一般會(huì)提供最大轉(zhuǎn)矩值，在安裝過(guò)程中為了符合指定力矩值，必須使用力矩扳手。力最大限度地使基板與散熱器接觸以利于傳熱，散熱器表面必須具有句皿或更小的表面光潔度，并應(yīng)在傳熱界面使用導(dǎo)熱硅膠。選擇使用的硅膠應(yīng)能在工作溫度內(nèi)性能穩(wěn)定，并且保證在裝置壽命期內(nèi)性能不發(fā)生變化。 圖（a）所示是兩點(diǎn)安裝型，預(yù)擰緊順序?yàn)?，最終擰緊順序?yàn)?；圖（b）所示是四點(diǎn)安裝型，預(yù)擰緊順序?yàn)?，最終擰緊順序?yàn)椤?2）逆變器。負(fù)載側(cè)的變流器為逆變器。與整流器的作用相反，逆變器是將直流功率變換為所需求頻率的交流功率。逆變器最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式是利用6個(gè)半導(dǎo)體主開(kāi)關(guān)器件組成的

3、三相橋式逆變電路。通過(guò)有規(guī)律地控制逆變器中主開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，可以得到任意頻率的三相交流輸出波形。 中間直流環(huán)節(jié)實(shí)際上是中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，另一個(gè)作用是承擔(dān)對(duì)整流電路輸出進(jìn)行濾波，以減少電壓或電流的波動(dòng)。此外，由于異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的需要，在直流中間電路中還設(shè)有制動(dòng)電阻及其他輔助電路，這就是直流中間電路的作用。電壓型變頻器的直流中間電路的主要元器件是大容量電解電容，而電流型變頻器則主要由大容量電感器組成。 控制電路常由運(yùn)算電路，檢測(cè)電路，控制信號(hào)的輸入、輸出電路，驅(qū)動(dòng)電路和制動(dòng)電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制，對(duì)整流器的電壓控制，以及完成各種保護(hù)功能等。 通用變頻器中的制動(dòng)電路是為了滿(mǎn)

4、足異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的需要而設(shè)置的 ，對(duì)于大、中容量的通用變頻器來(lái)說(shuō)，為了節(jié)約能源，一般采用電源再生單元將上述能量回饋給供電電源。而對(duì)于小容量通用變頻器來(lái)說(shuō)，則通常采用制動(dòng)電路，將異步電動(dòng)機(jī)反饋回來(lái)的能量在制動(dòng)電路上消耗掉。 變頻器的分類(lèi)變頻器的分類(lèi) 通用變頻器按其主電路結(jié)構(gòu)形式可分為交-交變頻器和交-直-交變頻器，如果主電路中沒(méi)有直流中間環(huán)節(jié)的稱(chēng)為交-交變頻器，有直流中間環(huán)節(jié)的稱(chēng)為交-直-交變頻器。按其工作方式有電壓型變頻器和電流型變頻器；按其逆變器開(kāi)關(guān)方式有PAM（脈沖振幅調(diào)制）控制方式、PWM（脈寬調(diào)制）控制方式和高頻載波SPWM正弦脈寬調(diào)制控制方式三種；按其逆變器控制方式有U/f控制方式、

5、轉(zhuǎn)差頻率控制方式、矢量控制方式、矢量轉(zhuǎn)矩控制方式和直接轉(zhuǎn)矩控制等。 變頻器的額定值和技術(shù)指標(biāo) 1輸入側(cè)的額定值中、小容量通用變頻器輸入側(cè)的額定值主要指電壓和相數(shù)。在我國(guó)，輸入電壓的額定值（指線電壓）有3相380V、3相220V（主要是進(jìn)口變頻器）和單相220V（主要用于家用電容小容量變頻器）三種。此外，輸入側(cè)電源電壓的頻率一般規(guī)定為工頻50Hz或60Hz。2輸出側(cè)的額定值（1）輸出電壓UN。由于變頻器在變頻的同時(shí)也要變壓，所以輸出電壓的額定值是指輸出電壓中的最大值。（2）輸出電流IN。指允許長(zhǎng)時(shí)間輸出的最大電流，是用戶(hù)在選擇變頻器時(shí)的主要依據(jù)。（3）輸出容量 3NNNSU I t（4）配用電動(dòng)

6、機(jī)容量PN。對(duì)于變頻器說(shuō)明書(shū)中規(guī)定的配用電動(dòng)機(jī)，其容量說(shuō)明如下：t1）它是根據(jù)下式估算的結(jié)果 cosNNMMPS 2）說(shuō)明書(shū)中的配用電動(dòng)機(jī)容量?jī)H對(duì)長(zhǎng)期連續(xù)負(fù)載才是適合的，對(duì)于各種變動(dòng)負(fù)載則不適用。 （5）過(guò)載能力。變頻器的過(guò)載能力是指允許其輸出電流超過(guò)額定電流的能力，大多數(shù)變頻器都規(guī)定為150% IN、1min。 變頻器的性能指標(biāo) 變頻器的性能就是通常所說(shuō)的功能，這類(lèi)指標(biāo)是可以通過(guò)各種測(cè)量?jī)x器工具在較短時(shí)間內(nèi)測(cè)量出來(lái)的，這類(lèi)指標(biāo)是IEC標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)所規(guī)定的出廠所需檢驗(yàn)的質(zhì)量指標(biāo)。用戶(hù)選擇幾項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)就可知道變頻器的質(zhì)量高低，而不是單純看是進(jìn)口還是國(guó)產(chǎn)，是昂貴還是便宜。以下是變頻器的幾項(xiàng)關(guān)鍵性能指

7、標(biāo)。 （1）在0.5Hz時(shí)能輸出多大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 比較優(yōu)良的變頻器在0.5Hz時(shí)能輸出200%高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（在22kW以下30kW以上，能輸出180%的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩）。具有這一性能的變頻器，可根據(jù)負(fù)載要求實(shí)現(xiàn)短時(shí)間平穩(wěn)加減速，快速響應(yīng)急變負(fù)載，及時(shí)檢測(cè)出再生功率。 （2）頻率指標(biāo)。 變頻器的頻率指標(biāo)包括頻率范圍、頻率穩(wěn)定精度和頻率分辨率。 頻率范圍以變頻器輸出的最高頻率fmax和最低頻率fmin標(biāo)示，各種變頻器的頻率范圍不盡相同。通常，最低工作頻率約為0.11Hz，最高工作頻率約為200500Hz。 頻率穩(wěn)定精度也稱(chēng)頻率精度，是指在頻率給定值不變的情況下，當(dāng)溫度、負(fù)載變化，電壓波動(dòng)或長(zhǎng)時(shí)間工作后，變頻

8、器的實(shí)際輸出頻率與給定頻率之間的最大誤差與最高工作頻率之比（用百分?jǐn)?shù)表示）。 t例如，用戶(hù)給定的最高工作頻率例如，用戶(hù)給定的最高工作頻率fmax120Hz，頻，頻率精度為率精度為0.01%，則最大誤差為：，則最大誤差為：tfmax0.0001120Hz0.012Hzt通常，由數(shù)字量給定時(shí)的頻率精度約比模擬量給通常，由數(shù)字量給定時(shí)的頻率精度約比模擬量給定時(shí)的頻率精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)，前者通常能達(dá)到定時(shí)的頻率精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)，前者通常能達(dá)到0.01%（-1050），后者通常能達(dá)到），后者通常能達(dá)到0.5%（2510）。t頻率分辨率指輸出頻率的最小改變量，即每相鄰頻率分辨率指輸出頻率的最小改變量，即每相

9、鄰兩擋頻率之間的最小差值。兩擋頻率之間的最小差值。 t例如，當(dāng)工作頻率fx25Hz時(shí)，如果變頻器的頻率分辨率為0.01Hz，則上一擋的最小頻率為：tfn（250.01）Hz25.01Hzt下一擋的最大頻率為：tfx（250.01）Hz24.99Hzt對(duì)于數(shù)字設(shè)定式的變頻器，頻率分辨率取決于微機(jī)系統(tǒng)的性能，在整個(gè)調(diào)頻范圍（如0.5400Hz）內(nèi)是一個(gè)常數(shù)（例如0.01Hz）。對(duì)于模擬設(shè)定式，頻率的分辨率還與頻率給定電位器的分辨率有關(guān)，一般可以達(dá)到最高輸出頻率的0.05%。 4速度調(diào)節(jié)范圍控制精度和轉(zhuǎn)矩控制精度 現(xiàn)有變頻器速度控制精度能達(dá)到0.005%，轉(zhuǎn)矩控制精度能達(dá)3%。 5低轉(zhuǎn)速時(shí)的脈動(dòng)情況

10、 低轉(zhuǎn)速時(shí)的脈動(dòng)情況是檢驗(yàn)變頻器好壞的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。有的高質(zhì)量變頻器在1Hz時(shí)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)只有1.5r/min。下圖給出了在1Hz時(shí)幾種轉(zhuǎn)速脈沖情況的波形（最上面兩種為3.7kW時(shí)的特性）。 此外，變頻器的噪聲及諧波干擾、發(fā)熱量等都是重要的性能指標(biāo)，這些指標(biāo)與變頻器所選用的開(kāi)關(guān)器件及調(diào)制頻率和控制方式有關(guān)。用IGBT和IPM制成的變頻器，由于調(diào)制頻率高，其噪聲很小，一般情況下連人的耳朵都聽(tīng)不見(jiàn)，但其高次諧波始終存在。如果采用的控制方式較好，也可減少一些諧波量。 在1Hz時(shí)變頻器輸出轉(zhuǎn)速的脈動(dòng)情況 變頻器的選擇 通用變頻器的選擇，包括變頻器類(lèi)型的選擇和容量的選擇。選擇變頻器規(guī)格時(shí)應(yīng)注意根據(jù)要求采用合

11、適的選擇方式和計(jì)算公式，根據(jù)工程實(shí)際情況確定具體調(diào)速方案，包括逆變器與電機(jī)的對(duì)應(yīng)關(guān)系、整流器與逆變器的對(duì)應(yīng)關(guān)系（是否采用成組驅(qū)動(dòng)）、制動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)方式及配置規(guī)模、采用哪種控制方式等等變頻器的技術(shù)規(guī)范 在選用變頻器時(shí)，用戶(hù)通常都要查看該型號(hào)變頻器的產(chǎn)品資料，每一個(gè)品牌的變頻器都有多種規(guī)格型號(hào)供選擇，一般通用變頻器的技術(shù)數(shù)據(jù)分為型號(hào)及定貨號(hào)、額定輸入/輸出參數(shù)、控制方式等，其中包括一些控制精度、控制參數(shù)、顯示模式參數(shù)、保護(hù)特性參數(shù)及環(huán)境參數(shù)等五大類(lèi)。這里介紹一下在實(shí)際工程應(yīng)用中會(huì)涉及到的有關(guān)參數(shù)的一些知識(shí)，供選型時(shí)參考。t 1容量t 通用變頻器的容量用所適用的電動(dòng)機(jī)功率（kW）、輸出容量（kVA）

12、、額定輸出電流（A）表示。其中最重要的是額定電流，它是指變頻器連續(xù)運(yùn)行時(shí)輸出的最大交流電流的有效值。輸出容量決定于額定輸出電流與額定輸出電壓下的三相視在輸出功率。日本產(chǎn)的通用變頻器的額定輸入電壓往往是200V與220V、400V與440V共用不細(xì)分，變頻器的輸入電源電壓常允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，因此，輸出容量一般用作衡量變頻器容量的一種輔助手段。但德國(guó)西門(mén)子公司的變頻器對(duì)電源電壓則規(guī)定得很?chē)?yán)格。 日本的各變頻器生產(chǎn)廠家在1993年達(dá)成了一個(gè)行業(yè)協(xié)議：變頻器的型號(hào)規(guī)格中均標(biāo)以所適用的電動(dòng)機(jī)最大功率數(shù)（kW）。例如，富士公司的FRN30G11S-4表示產(chǎn)品型號(hào)為FRENIC5000，標(biāo)準(zhǔn)適配電動(dòng)機(jī)容

13、量為30kW，系列名稱(chēng)為G11S，電源電壓為400V。 變頻器所適用的電機(jī)功率（kW）是以標(biāo)準(zhǔn)的2或4極電機(jī)為對(duì)象，在變頻器的輸出額定電流以?xún)?nèi)可以傳動(dòng)的電機(jī)功率。 380V、160W以下單臺(tái)電動(dòng)機(jī)與變頻器間容量的匹配關(guān)系參考表被控交流電動(dòng)機(jī)容量（kW）變頻器輸出容量（kVA）被控交流電動(dòng)機(jī)容量（kW）變頻器輸出容量（kVA）0.4，0.75222，30501.5，2.2437603.7645，551005.51075，901507.515110，13220011，152516023018.535 2輸入、輸出參數(shù) 額定輸入?yún)?shù)包括電源輸入相數(shù)、電壓、頻率、允許電壓頻率波動(dòng)范圍、瞬時(shí)低電壓允許值

14、（相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)適配電動(dòng)機(jī)85%負(fù)載下的試驗(yàn)值）、額定輸入電流和需要的電源容量。 額定輸出參數(shù)包括通用變頻器的額定輸出電壓（不能輸出比電源電壓高的電壓）、額定輸出電流（在驅(qū)動(dòng)低阻抗的高頻電動(dòng)機(jī)等場(chǎng)合，允許輸出電流可能比額定值?。?、額定過(guò)載電流倍數(shù)、額定輸出頻率等。變頻器的最高輸出頻率因型號(hào)的不同而差別很大，通常有50Hz/60Hz、120Hz、240Hz、400Hz或更高，通用變頻器中大容量的大都屬于50/60Hz這一類(lèi)，而最高輸出頻率超過(guò)工頻的變頻器多為小容量。 關(guān)于輸出頻率的調(diào)節(jié)范圍有0.5400Hz。400Hz 輸出頻率的精度通常給出兩種指標(biāo)：模擬設(shè)定（如最高頻率的0.2%）和數(shù)字設(shè)定（如最

15、高頻率的0.01%）。輸出頻率的設(shè)定分辨率通常給出三種指標(biāo)：模擬設(shè)定（如最高頻率的1/3000，例如60Hz時(shí)為0.02Hz等）、數(shù)字設(shè)定（如小于99.99Hz時(shí)為0.01Hz，大于100.0Hz時(shí)為0.1Hz等）和串行通信接口鏈接設(shè)定（如最高頻率的1/20000，小于60Hz時(shí)為0.003Hz，120Hz時(shí)為0.006Hz等）。 控制參數(shù)控制參數(shù) t選用變頻器時(shí)可根據(jù)控制參數(shù)及其說(shuō)明選擇所需要的參數(shù)，并核對(duì)與自己的需要是否相符，有些參數(shù)可能用不上，可以不予考慮。 t頻率上下限。通常預(yù)設(shè)的頻率上限值和下限值 t跳越頻率控制。通常設(shè)定跳越點(diǎn)的個(gè)數(shù)、跳越頻率設(shè)定范圍等，主要用于避免機(jī)械共振。t瞬時(shí)

16、過(guò)載能力。根據(jù)主回路半導(dǎo)體器件的過(guò)載能力，通用變頻器的電流瞬時(shí)過(guò)載能力常常設(shè)計(jì)成150%額定電流、1min，或120%額定電流、1min。與標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)（過(guò)載能力通常為200%左右）相比較，變頻器的過(guò)載能力較小。 變頻器類(lèi)型的選擇變頻器類(lèi)型的選擇 變頻器類(lèi)型選擇的基本原則是根據(jù)負(fù)載的要求進(jìn)行選擇。選擇方法如下： （1）風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)負(fù)載。 因?yàn)檫@類(lèi)負(fù)載對(duì)轉(zhuǎn)速精度沒(méi)有什么要求，故選型時(shí)通常以?xún)r(jià)廉為主要原則，選擇普通功能型通用變頻器。（2）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 多數(shù)負(fù)載具有恒轉(zhuǎn)矩特性，但在轉(zhuǎn)速精度及動(dòng)態(tài)性能等方面要求一般不高，例如擠壓機(jī)、攪拌機(jī)、傳送帶、廠內(nèi)運(yùn)輸電車(chē)、吊車(chē)的平移機(jī)構(gòu)、吊車(chē)的提升機(jī)構(gòu)和提升機(jī)等

17、。選型時(shí)可選V/f控制方式的變頻器， （3）被控對(duì)象具有一定的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)指標(biāo)要求。 這類(lèi)負(fù)載一般要求低速時(shí)有較硬的機(jī)械特性，才能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)指標(biāo)要求。如果控制系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制，可選用具有無(wú)轉(zhuǎn)速反饋矢量控制功能的變頻器。（4）被控對(duì)象具有較高的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)指標(biāo)要求。 對(duì)于調(diào)速精度和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)都有較高要求以及要求高精度同步運(yùn)行等場(chǎng)合，可采用帶速度反饋的矢量控制方式的變頻器。如果控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，可選用能夠四象限運(yùn)行、V/f控制方式、具有恒轉(zhuǎn)矩功能型變頻器。例如軋鋼、造紙、塑料薄膜加工生產(chǎn)線這一類(lèi)對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械，采用矢量控制的高性能通用變頻器，不但能很好地滿(mǎn)足

18、生產(chǎn)工藝要求，還能降低調(diào)節(jié)器控制算法的難度。 變頻器容量的計(jì)算 選擇變頻器容量的基本原則 1 應(yīng)以電動(dòng)機(jī)的額定電流和負(fù)載特性為依據(jù)選擇通用變頻器的額定容量 2 通用變頻器的容量多數(shù)是以kW數(shù)及相應(yīng)的額定電流標(biāo)注的，對(duì)于三相通用變頻器而言，該kW數(shù)是指該通用變頻器可以適配的4極三相異步電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)載連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)功率。一般情況下，可以據(jù)此確定需要的通用變頻器容量。 選擇變頻器容量的基本原則3 由于通用變頻器輸出中包含諧波成分，其電流有所增加，應(yīng)適當(dāng)考慮加大容量。當(dāng)電動(dòng)機(jī)屬頻繁起動(dòng)、制動(dòng)工作或處于重載起動(dòng)且較頻繁工作時(shí)，可選取大1擋的通用變頻器，以利于通用變頻器長(zhǎng)期、安全地運(yùn)行。其次應(yīng)考慮最小和最大

19、運(yùn)行速度極限，滿(mǎn)載低速運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)可能會(huì)過(guò)熱，所選通用變頻器應(yīng)有可設(shè)定下限頻率、可設(shè)定加速和減速時(shí)間的功能，以防止低于該頻率下運(yùn)行。 4 一般風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載不宜在低于15Hz以下運(yùn)行，如果確實(shí)需要在15Hz以下長(zhǎng)期運(yùn)行，需考慮電動(dòng)機(jī)的容許溫升，必要時(shí)應(yīng)采用外置強(qiáng)迫風(fēng)冷措施，即在電動(dòng)機(jī)附近外加一個(gè)適當(dāng)功率的風(fēng)扇對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，或拆除電動(dòng)機(jī)本身的冷卻扇葉，利用原扇罩固定安裝一臺(tái)小功率（如25W，三相）軸流風(fēng)機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻。如果電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩能滿(mǎn)足要求，宜選用通用變頻器的降轉(zhuǎn)矩U/f模式，以獲得較大的節(jié)能效果。若通用變頻器用于離心式風(fēng)機(jī)時(shí)，由于風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，加減速時(shí)間應(yīng)適當(dāng)加大，以

20、避免在加減速過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作或再生過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作。要特別注意50Hz以上高速運(yùn)行的情況，若超速過(guò)多，會(huì)使負(fù)載電流迅速增大，導(dǎo)致燒毀設(shè)備，使用時(shí)應(yīng)設(shè)定上限頻率，限制最高運(yùn)行頻率。一、按電動(dòng)機(jī)額定電流選擇一、按電動(dòng)機(jī)額定電流選擇 對(duì)于多數(shù)的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，可以按照這個(gè)方式選擇變頻器規(guī)格：CN1 MIK I 式中，ICN是變頻器額定電流；IM是電動(dòng)機(jī)額定電流；K1是電流裕量系數(shù)，根據(jù)應(yīng)用情況，一般可取為1.051.15。對(duì)于K1，一般情況可取小值，在電動(dòng)機(jī)持續(xù)負(fù)載率超過(guò)80%時(shí)則應(yīng)該取大值，因?yàn)槎鄶?shù)變頻器的額定電流都是以持續(xù)負(fù)載率不超過(guò)80%來(lái)確定的。 另外，起動(dòng)停止頻繁的時(shí)候也應(yīng)該考慮取大值，

21、這是因?yàn)槠饎?dòng)過(guò)程以及有制動(dòng)電路的停止過(guò)程電流會(huì)短時(shí)超過(guò)額定電流，頻繁起動(dòng)停止則相當(dāng)于增加了負(fù)載率。例1某110kW電動(dòng)機(jī)的額定電流為212A，取電流裕量系數(shù)為1.05，按照上式計(jì)算，可得變頻器額定電流要大于等于222.6A，可選擇某型號(hào)110kW變頻器，其額定電流為224A。 這里的裕量系數(shù)主要是為防止電動(dòng)機(jī)的功率選擇偏低、實(shí)際運(yùn)行時(shí)經(jīng)常輕微超載而設(shè)置的，這種情況對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言是允許的，但若不設(shè)置裕量系數(shù)，則會(huì)造成變頻器負(fù)擔(dān)過(guò)重而影響其使用壽命。在變頻器內(nèi)部設(shè)定電動(dòng)機(jī)額定電流時(shí)不應(yīng)該考慮裕量系數(shù)，否則，變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)就不會(huì)有效了。 多數(shù)情況下，按照上式計(jì)算的結(jié)果，變頻器的功率與電動(dòng)機(jī)功率

22、都是匹配的，不需要放大，因此在選擇變頻器時(shí)盲目把功率放大一級(jí)是不可取的，這樣會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。 二、按電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流選擇二、按電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流選擇 這個(gè)方式特別適用于技術(shù)改造工程，其計(jì)算公式為：CN2dIK I 式中，K2是裕量系數(shù)，考慮到測(cè)量誤差，K2可取1.11.2，在頻繁起動(dòng)停止時(shí)應(yīng)該取大值；Id是電動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)運(yùn)行電流，指的是穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電流，不包括起動(dòng)、停止和負(fù)載突變時(shí)的動(dòng)態(tài)電流，實(shí)測(cè)時(shí)應(yīng)該針對(duì)不同工況作多次測(cè)量，取其中最大值。按照上式計(jì)算后，實(shí)際選擇時(shí)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的變頻器標(biāo)稱(chēng)功率不應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)額定功率的80%，二次方轉(zhuǎn)矩負(fù)載的變頻器標(biāo)稱(chēng)功率不應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)額定功率的65%，如果應(yīng)用時(shí)對(duì)

23、起動(dòng)時(shí)間有要求，則通常不應(yīng)該降低變頻器功率 【例例2】 某風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)為160kW，額定電流為289A，實(shí)測(cè)穩(wěn)定運(yùn)行電流在112148A之間變化，起動(dòng)時(shí)間沒(méi)有特殊要求。取Id148A，K21.1，按照上式計(jì)算，變頻器額定電流應(yīng)不小于162.8A，可選擇某型號(hào)的90kW變頻器，額定電流為180A。但90/16056.25%，因此，實(shí)際選擇該型號(hào)110kW變頻器，110/16068.75%，符合要求。 三、按照轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力選擇 變頻器的電流過(guò)載能力通常比電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力低，因此，按照常規(guī)配備變頻器時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力不能充分發(fā)揮作用。 d MCN3fIIK式中，d是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩過(guò)載倍數(shù)，f是變頻器

24、電流短時(shí)過(guò)載倍數(shù)，K3是電流/轉(zhuǎn)矩系數(shù)。 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩過(guò)載倍數(shù)可以從樣本查得，變頻器電流1min過(guò)載倍數(shù)為150%時(shí)，最大瞬間過(guò)載電流倍數(shù)為200%，可用的短時(shí)過(guò)載倍數(shù)可按1.61.7選??； 例3某軋鋼機(jī)飛剪機(jī)構(gòu)，在空刃位置時(shí)要求低速運(yùn)行以提高定尺精度，進(jìn)入剪切位置前則要求快速加速到線速度與鋼材速度同步，因此需要按照轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力選擇變頻器，飛剪電動(dòng)機(jī)160kW，額定電流296A，轉(zhuǎn)矩過(guò)載倍數(shù)2.8。 取電流/轉(zhuǎn)矩系數(shù)為1.15，變頻器短時(shí)過(guò)載倍數(shù)為1.7，用上式計(jì)算得變頻器額定電流應(yīng)不小于560A，選擇某型號(hào)300kW變頻器，額定電流為的605A。 四 、按起動(dòng)特性選擇 1電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí) 通常

25、，三相異步電動(dòng)機(jī)直接用工頻起動(dòng)時(shí)，其起動(dòng)電流為額定電流的47倍。對(duì)于電機(jī)功率小于10kW的電機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，可按下式選取變頻器：kCNgIIK式中，Ik為在額定電壓、額定頻率下，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的堵轉(zhuǎn)電流（A）；Kg為變頻器的允許過(guò)載倍數(shù)，Kg1.31.5。2大慣性負(fù)載起動(dòng)時(shí)對(duì)于大慣性負(fù)載，一般按下式計(jì)算變頻器的容量：2MMCNLA9550 cos375knnGDPTt 式中，GD2為換算到電動(dòng)機(jī)軸上的總飛輪矩（Nm2）；TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（Nm）；為電動(dòng)機(jī)效率（通常約0.85）；cos為電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)（通常約0.75）；tA為電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間（s），根據(jù)負(fù)載要求確定；k為電流波形的修正系數(shù)（PWM方式時(shí)

26、取1.051.1）；nM為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min）；PCN為變頻器容量（kVA）。 3多臺(tái)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)起動(dòng)且部分直接啟動(dòng) 這種情況下，所有電動(dòng)機(jī)由變頻器供電且同時(shí)起動(dòng)，但一部分功率較小的電動(dòng)機(jī)（一般小于7.5kW）直接起動(dòng)，功率較大的則使用變頻器實(shí)行軟起動(dòng)。此時(shí)，變頻器的額定輸出電流按下式計(jì)算 ICNN2Ik（N1N2）In/Kg 式中，N1為電動(dòng)機(jī)總臺(tái)數(shù)；N2為直接起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)；Ik為電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)的堵轉(zhuǎn)電流（A）；In為時(shí)機(jī)額定電流；Kg為變頻器容許過(guò)載倍數(shù)（取1.31.5）。4并聯(lián)運(yùn)行中追加投入起動(dòng)時(shí) 用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)機(jī)并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)于一小部分電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)后，再追加投

27、入其他電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的場(chǎng)合，如圖 此時(shí)，變頻器的電壓、頻率已經(jīng)上升，追加投入的電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生較大的起動(dòng)電流。因此，變頻器容量與同時(shí)起動(dòng)時(shí)相比需要增大一些。變頻器額定輸出電流ICN可按下式計(jì)算：12CNHnSn11NNijIkIkI+式中，N1為先起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)；N2為追加投入起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)；IHn為先起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的額定電流（A）；ISn為追加投入電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的額定電流（A）；k為修正系數(shù)（取1.051.10）。五、按運(yùn)行特性選擇MCNcoskPPCNMIkI3CNMM310PkU I 1連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于變頻器傳給電動(dòng)機(jī)的是脈沖電流，其脈動(dòng)值比工頻供電時(shí)電流要大，因此，須將變頻器的容量留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊?/p>

28、此時(shí)，變頻器應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足以下三個(gè)條件：（A） （kVA） （kVA）MUMI 式中，PM為負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的軸輸出功率；為電動(dòng)機(jī)的效率（通常約0.85）；cos為電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)（通常約0.75）；為電動(dòng)機(jī)電壓（V）；為電動(dòng)機(jī)電流（A），是工頻電源時(shí)的電流；k為電流波形的修正系數(shù)（PWM方式時(shí)，取1.051.0）；PCN為變頻器的額定容量（kVA）；ICN為變頻器的額定電流（A）。2一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí) 這種情況下應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：（1）根據(jù)各電動(dòng)機(jī)的電流總和來(lái)選擇變頻器。（2）在整定軟起動(dòng)、軟停止時(shí)，一定要按起動(dòng)最慢的那臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行整定。當(dāng)變頻器短時(shí)過(guò)載能力為150%、1min時(shí)

29、，若電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間在1min以?xún)?nèi)，則有：SMCNTSSCN1ST1.5(1)1(1)cosnkPPnnKPKn+MCNTSSSCN1ST2(1)3cos21(1)3kPPnnKnPKn+SCNTMST21(1)3nIn IKn+SMCNTSSCN1ST(1)1(1)cosnkPPnnKPKn+SCNTMST1(1)nIn IKn+當(dāng)電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間在1min以上時(shí)： 式中，PM為負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的軸輸出功率；nT為并聯(lián)電動(dòng)機(jī)的臺(tái)數(shù)；nS為電動(dòng)機(jī)同時(shí)起動(dòng)的臺(tái)數(shù)；為電動(dòng)機(jī)效率（通常約0.85）；cos為電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)（通常約0.75）；PCN1為連續(xù)容量（kVA），PCN1kPM nT/cos；K

30、S為（電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流）/（電動(dòng)機(jī)額定電流）；IM為電動(dòng)機(jī)額定電流（A）；k為電流波形的修正系數(shù)（PWM方式時(shí)取1.051.1）；PCN為變頻器容量（kVA）；ICN為變頻器額定電流 六、按指定加、減速時(shí)間選擇 在指定加速時(shí)間情況下，變頻器所必須的容量按下式計(jì)算 2CNLA937 cos375knGD nPTt+2按指定減速時(shí)間選擇ML12BLs() ()9.55JJnnTTt+BTMJLJ1n2nLT（1）計(jì)算制動(dòng)力矩。制動(dòng)力矩可由下式計(jì)算：為制動(dòng)力（Nm）；為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2）；為折算至電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2）；為減速開(kāi)始速度（r/min）；為減速完時(shí)速度（r/min）；t

31、s為減速時(shí)間（s）；為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（Nm）。（2）計(jì)算制動(dòng)電阻的阻值 2COBBM10.1047 (0.2)URTTn制動(dòng)電阻的最小值為 CminCURI制動(dòng)電阻RB的阻值應(yīng)由如下條件來(lái)決定： minBOBRRR變頻器選擇注意事項(xiàng) 選擇通用變頻器時(shí)，應(yīng)注意兩點(diǎn)：（1）當(dāng)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)載比電動(dòng)機(jī)的額定輸出功率小時(shí)，一般認(rèn)為可選擇與實(shí)際負(fù)載相稱(chēng)的變頻器容量。但是，對(duì)于通用變頻器，這種做法并不理想，其理由如下：1）電動(dòng)機(jī)在空載時(shí)也流過(guò)額定電流30%50%的勵(lì)磁電流。 2）起動(dòng)時(shí)流過(guò)的起動(dòng)電流與電動(dòng)機(jī)施加的電壓、頻率相對(duì)應(yīng)，而與負(fù)載轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)。如果變頻器容量小，此電流超過(guò)過(guò)流容量，則往往不能起動(dòng)。 3）電動(dòng)

32、機(jī)容量大，則以變頻器容量為基準(zhǔn)的電機(jī)漏抗百分比變小，變頻器輸出電流的脈動(dòng)增大，因而過(guò)流保護(hù)容易動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)往往不能運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）電動(dòng)機(jī)用通用變頻器起動(dòng)時(shí)，其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩同用工頻電源起動(dòng)相比多數(shù)變小，根據(jù)負(fù)載的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性有時(shí)不能起動(dòng)。 由電機(jī)學(xué)知由電機(jī)學(xué)知1114.44gNmEf N K/22cosemmTCI如果忽略定子上的電阻壓降，則有如果忽略定子上的電阻壓降，則有 mNggKNfEEIRU11111144. 4111111144.444.4NNgmKNfUKNfE第一節(jié)第一節(jié) 變頻調(diào)速的基本控制方式和機(jī)械特性簡(jiǎn)介變頻調(diào)速的基本控制方式和機(jī)械特性簡(jiǎn)介一、變頻調(diào)速的基本控制方式一、變頻調(diào)速的基本控

33、制方式1、基頻以下的變頻控制方式、基頻以下的變頻控制方式即：氣隙磁通感應(yīng)電勢(shì)與頻率之比為常數(shù)即：氣隙磁通感應(yīng)電勢(shì)與頻率之比為常數(shù) 基頻基頻以下以下常采用常采用恒磁通恒磁通變頻控制方式。變頻控制方式。（1）若要保持）若要保持m不變，則當(dāng)頻率不變，則當(dāng)頻率f1從額定值從額定值f1e向下調(diào)向下調(diào)節(jié)時(shí)，須同時(shí)降低節(jié)時(shí)，須同時(shí)降低Eg，使，使Eg/f1=常數(shù)。常數(shù)。（2）因感應(yīng)電勢(shì)難以直接控制，忽略定子壓降，認(rèn)為定子）因感應(yīng)電勢(shì)難以直接控制，忽略定子壓降，認(rèn)為定子相電壓相電壓U1Eg， 則則U1/f1=常數(shù)。這就是恒壓頻比的變頻控制常數(shù)。這就是恒壓頻比的變頻控制方式。方式。 恒壓頻比控制在低頻時(shí)，由于恒

34、壓頻比控制在低頻時(shí)，由于U1和和Eg都較小，定子阻抗都較小，定子阻抗壓降所占的份量比較顯著，不能忽略。這時(shí)，可人為地把壓降所占的份量比較顯著，不能忽略。這時(shí)，可人為地把電壓電壓U1抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。 2、基頻以上的變頻控制方式、基頻以上的變頻控制方式在基頻以上時(shí)，頻率可從在基頻以上時(shí)，頻率可從f1N往上增高，但電壓往上增高，但電壓U1卻不能卻不能增加得比額定電壓增加得比額定電壓U1N大，一般保持大，一般保持U1=U1N，使磁通與，使磁通與頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。 NffNN

35、mKNfU11111144. 41U1NU01f1Nfab圖 5-0 恒 壓 頻 比 控 制 特 性下圖是異步電機(jī)變頻調(diào)速控制特性。在基頻以下，屬于下圖是異步電機(jī)變頻調(diào)速控制特性。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”；而在基頻以上，基本屬于；而在基頻以上，基本屬于“恒功率調(diào)恒功率調(diào)速速”。恒 轉(zhuǎn) 矩 調(diào) 速恒 功 率 調(diào) 速 制01U1U1NU1f1Nfmm n圖 5-1 鼠 籠 式 異 步 電 動(dòng) 機(jī)變 頻 調(diào) 速 控 制 特 性m當(dāng)當(dāng)Eg/1為恒值時(shí)，為恒值時(shí)，Temax恒定不變，隨著頻恒定不變，隨著頻率的降低，恒率的降低，恒Eg/1控控制的機(jī)械特性是一組形制的機(jī)械特性是一組形狀與恒壓

36、恒頻機(jī)械特性狀與恒壓恒頻機(jī)械特性相同，且平行下移的特相同，且平行下移的特性。見(jiàn)右圖所示。性。見(jiàn)右圖所示。二、變頻調(diào)速的機(jī)械特性簡(jiǎn)介二、變頻調(diào)速的機(jī)械特性簡(jiǎn)介1.恒恒Eg/1控制（控制（Eg/1=恒值）恒值） 因因Eg是電機(jī)內(nèi)部參數(shù)，恒是電機(jī)內(nèi)部參數(shù)，恒Eg/1控制難以實(shí)現(xiàn)，工程上常用控制難以實(shí)現(xiàn)，工程上常用恒壓頻比控制（恒壓頻比控制（U1/1=恒值）。其機(jī)械特性見(jiàn)下圖所示。恒值）。其機(jī)械特性見(jiàn)下圖所示。在恒壓頻比條件下變頻時(shí)，在恒壓頻比條件下變頻時(shí)，機(jī)械特性基本上平行移動(dòng)，機(jī)械特性基本上平行移動(dòng)，而而Temax隨隨1降低而減小。降低而減小。低頻時(shí)，低頻時(shí)，Temax將限制調(diào)速系將限制調(diào)速系統(tǒng)的

37、帶負(fù)載能力。需采用定統(tǒng)的帶負(fù)載能力。需采用定子阻抗電壓補(bǔ)償以增強(qiáng)帶負(fù)子阻抗電壓補(bǔ)償以增強(qiáng)帶負(fù)載能力。右圖中虛線特性就載能力。右圖中虛線特性就是采用提高定子電壓后的特是采用提高定子電壓后的特性性。補(bǔ)償定子壓降后的特性nN0n01n02n03n0eT1N1113121312111N圖5-3 恒壓頻比控制變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性2、恒壓頻比控制（、恒壓頻比控制（U1/1=恒值）恒值）3.基頻以上變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性基頻以上變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性 可見(jiàn)，當(dāng)頻率可見(jiàn)，當(dāng)頻率1提高提高時(shí)，同步轉(zhuǎn)速時(shí)，同步轉(zhuǎn)速n0隨之提隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機(jī)高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機(jī)械特性上移；轉(zhuǎn)速降落械特性上移；轉(zhuǎn)速降落隨頻率的

38、提高而增大，隨頻率的提高而增大，特性斜率稍變大，其它特性斜率稍變大，其它形狀基本相似。如右圖形狀基本相似。如右圖所示。所示。 在基頻在基頻f1e以上變頻時(shí)，電壓以上變頻時(shí)，電壓U1=U1e不變。其機(jī)械特性不變。其機(jī)械特性見(jiàn)下圖所示。見(jiàn)下圖所示。 第二節(jié)第二節(jié) 變頻調(diào)速系統(tǒng)中的無(wú)源逆變電路變頻調(diào)速系統(tǒng)中的無(wú)源逆變電路對(duì)交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的變頻電源裝置叫變頻器，其功能對(duì)交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的變頻電源裝置叫變頻器，其功能是將電網(wǎng)提供的恒壓恒頻交流電變換為變壓變頻交流電，變是將電網(wǎng)提供的恒壓恒頻交流電變換為變壓變頻交流電，變頻伴隨變壓。頻伴隨變壓。 變頻器的基本分類(lèi)如下：變頻器的基本分類(lèi)如下： 一、

39、變頻器的分類(lèi)一、變頻器的分類(lèi)變頻器 交-交變頻器 按相數(shù)分單相三相按輸出波形分正弦波方波脈沖寬度調(diào)制型 (PWM)交-直-交變頻器電流型 電壓型交交-直直-交變頻器的主要構(gòu)成環(huán)節(jié)如圖（交變頻器的主要構(gòu)成環(huán)節(jié)如圖（a）所示。它先把交）所示。它先把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)后再把直流電逆變成流電轉(zhuǎn)換為直流電，經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)后再把直流電逆變成變頻變壓的交流電，又稱(chēng)為間接變頻器。按不同的控制方變頻變壓的交流電，又稱(chēng)為間接變頻器。按不同的控制方式，間接變頻器有圖式，間接變頻器有圖5-7中中b、c、d三種情況。三種情況。整流逆變中間直流環(huán)節(jié)DCAC50Hz恒壓恒頻（CVCF）AC變壓變頻（VVVF

40、）(a)二、靜止型常規(guī)變頻器及特點(diǎn)二、靜止型常規(guī)變頻器及特點(diǎn)（一）間接（交（一）間接（交- -直直- -交）變壓變頻裝置交）變壓變頻裝置圖圖5-7 間接變壓變頻裝置的不同結(jié)構(gòu)形式間接變壓變頻裝置的不同結(jié)構(gòu)形式不控整流逆變DCAC調(diào)頻AC50Hz斬波器DC調(diào)壓(c)VVVF50Hz不控整流PWM逆變ACDC（VVVF）調(diào)壓調(diào)頻(d)AC可控整流逆變DCAC50Hz調(diào)壓調(diào)頻AC（VVVF）(b)交交-交變頻器的主要構(gòu)成環(huán)節(jié)如圖交變頻器的主要構(gòu)成環(huán)節(jié)如圖5-8所示。交所示。交-交變頻器沒(méi)交變頻器沒(méi)有明顯的中間濾波環(huán)節(jié)，交流電被直接變成頻率和電壓可有明顯的中間濾波環(huán)節(jié)，交流電被直接變成頻率和電壓可調(diào)的

41、交流電，故又稱(chēng)為直接變頻器。調(diào)的交流電，故又稱(chēng)為直接變頻器。（二）直接（交（二）直接（交-交）變壓變頻裝置交）變壓變頻裝置 主電路如圖主電路如圖5-9（a）所示，圖中負(fù)載由正組與反組晶閘管整）所示，圖中負(fù)載由正組與反組晶閘管整流電路輪流供電，流電路輪流供電，角不變時(shí)，輸出為矩形交流電壓，如圖角不變時(shí)，輸出為矩形交流電壓，如圖5-9（b）所示。改變正反組切換頻率可以調(diào)節(jié)輸出交流電的）所示。改變正反組切換頻率可以調(diào)節(jié)輸出交流電的頻率，而改變頻率，而改變的大小即可調(diào)節(jié)矩形波的幅度。的大小即可調(diào)節(jié)矩形波的幅度。 1、方波型交、方波型交-交變頻器交變頻器三、交三、交-交變頻電路交變頻電路（一）單相交（一

42、）單相交-交變頻電路交變頻電路2、正弦波交、正弦波交-交變頻器交變頻器 正弦波型交正弦波型交-交變頻器的主電路與方波型的主電路相同，交變頻器的主電路與方波型的主電路相同，但可以輸出平均值按正弦規(guī)律變化的電壓。但可以輸出平均值按正弦規(guī)律變化的電壓。 控制角控制角由大到小再變由大到小再變大，如大，如/20/2如如右圖（右圖（a）所示。）所示?？刂平怯尚∽兇笤倏刂平怯尚∽兇笤僮冃?，如變小，如/2/2如右圖如右圖（b）所示。）所示。 （1）輸出正弦波形的獲得方法）輸出正弦波形的獲得方法t常用的方法是余弦交點(diǎn)法，該方法的原則是：觸發(fā)角的常用的方法是余弦交點(diǎn)法，該方法的原則是：觸發(fā)角的變化和切換應(yīng)使得整流

43、輸出電壓的瞬時(shí)值與理想正弦電變化和切換應(yīng)使得整流輸出電壓的瞬時(shí)值與理想正弦電壓的瞬時(shí)值誤差最小。壓的瞬時(shí)值誤差最小。t正弦波型交正弦波型交-交變頻器適合于低頻大功率的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，交變頻器適合于低頻大功率的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，最高輸出頻率是輸入頻率的最高輸出頻率是輸入頻率的1/3或或1/2。 （2）輸出電壓有效值和頻率的調(diào)節(jié)）輸出電壓有效值和頻率的調(diào)節(jié)t交交-交變頻電路的輸出電壓是由若干段電源電壓拼接而成交變頻電路的輸出電壓是由若干段電源電壓拼接而成的。在輸出電壓的一個(gè)周期內(nèi)，所包含的電源電壓段數(shù)的。在輸出電壓的一個(gè)周期內(nèi)，所包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波。越多，其波形就越接近正弦波。

44、t使控制角從使控制角從 ，改變，改變0，就改變了輸出電壓，就改變了輸出電壓的峰值，也就改變了輸出電壓的有效值；改變的峰值，也就改變了輸出電壓的有效值；改變變化的速變化的速率，也就改變了輸出電壓的頻率。率，也就改變了輸出電壓的頻率。 2/2/0 （二）（二）三相三相-單相交單相交-交變頻電路交變頻電路t將兩組三相可逆整流器反并聯(lián)即可構(gòu)成單相變將兩組三相可逆整流器反并聯(lián)即可構(gòu)成單相變頻電路。頻電路。三相半波三相半波-單相單相交交-交變頻電路交變頻電路三相橋式三相橋式-單單相交相交-交變頻交變頻電路電路（三）（三） 三相交三相交- -交變頻電路交變頻電路t交交-交變頻器主要用于交流調(diào)速系統(tǒng)中，因此實(shí)

45、際使交變頻器主要用于交流調(diào)速系統(tǒng)中，因此實(shí)際使用的主要是三相交用的主要是三相交-交變頻器。三相交交變頻器。三相交-交變頻器電路交變頻器電路是由三組輸出電壓相位互差的單相交是由三組輸出電壓相位互差的單相交-交變頻電路組交變頻電路組成的。成的。t1、電路的接線方式、電路的接線方式t三相交三相交-交變頻電路主要有兩種接線方式，即公共交交變頻電路主要有兩種接線方式，即公共交流母線進(jìn)線方式和輸出星形聯(lián)結(jié)方式。流母線進(jìn)線方式和輸出星形聯(lián)結(jié)方式。 （1）公共交流母線進(jìn)線方式）公共交流母線進(jìn)線方式 它由三組彼此獨(dú)立、輸出電壓相位互差它由三組彼此獨(dú)立、輸出電壓相位互差120度的單相交度的單相交-交變交變頻電路組

46、成，其電源進(jìn)線通過(guò)電抗器接在公共的交流母線頻電路組成，其電源進(jìn)線通過(guò)電抗器接在公共的交流母線上。由于電源進(jìn)線端公用，所以三組單相變頻電路的輸出上。由于電源進(jìn)線端公用，所以三組單相變頻電路的輸出端必須隔離。為此，交流電機(jī)的三個(gè)繞組必須拆開(kāi)，共引端必須隔離。為此，交流電機(jī)的三個(gè)繞組必須拆開(kāi)，共引出六根線。出六根線。 （2）輸出星形連接方式）輸出星形連接方式 t由于變頻器輸出端中點(diǎn)不和負(fù)載中點(diǎn)相連接，所以在構(gòu)成由于變頻器輸出端中點(diǎn)不和負(fù)載中點(diǎn)相連接，所以在構(gòu)成三相變頻器的六組橋式電路中，至少要有不同相的兩組橋三相變頻器的六組橋式電路中，至少要有不同相的兩組橋中的四個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通才能構(gòu)成回路，形成電

47、流。中的四個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通才能構(gòu)成回路，形成電流。 2、具體電路結(jié)構(gòu)、具體電路結(jié)構(gòu)t三相橋式整流器組成的三相三相橋式整流器組成的三相-三相交三相交-交變頻電路，采用交變頻電路，采用公共交流母線進(jìn)線方式公共交流母線進(jìn)線方式 t三相橋式整流器組成的三相三相橋式整流器組成的三相- -三相交三相交- -交變頻電路，給電動(dòng)交變頻電路，給電動(dòng)機(jī)負(fù)載供電，采用輸出星形聯(lián)結(jié)方式（負(fù)載未畫(huà)出）機(jī)負(fù)載供電，采用輸出星形聯(lián)結(jié)方式（負(fù)載未畫(huà)出） 四、交四、交-直直-交變頻電路交變頻電路（一）交（一）交-直直-交電壓源型、電流源型變頻器及其比較交電壓源型、電流源型變頻器及其比較根據(jù)交根據(jù)交-直直-交變頻器的中間濾波環(huán)節(jié)

48、是采用電容性元件或是電交變頻器的中間濾波環(huán)節(jié)是采用電容性元件或是電感性元件，可將其分為感性元件，可將其分為電壓源型變頻器電壓源型變頻器和和電流源型變頻器電流源型變頻器。 1、電壓源型變頻器、電壓源型變頻器采用大電容濾波，輸采用大電容濾波，輸出直流電壓恒定，類(lèi)出直流電壓恒定，類(lèi)似于恒壓源。這類(lèi)變似于恒壓源。這類(lèi)變頻器叫電壓源型變頻頻器叫電壓源型變頻器，見(jiàn)圖（器，見(jiàn)圖（a）所示。）所示。逆變器dCdU+-（ a）逆變器dUdIdL+-(b)電壓源型電壓源型變頻器變頻器 2、電流源型變頻器、電流源型變頻器 采用大電感濾波，輸出直流電流恒定，類(lèi)似于恒流源。采用大電感濾波，輸出直流電流恒定，類(lèi)似于恒流源

49、。這類(lèi)變頻裝置叫電流源型變頻器，見(jiàn)圖（這類(lèi)變頻裝置叫電流源型變頻器，見(jiàn)圖（b）所示。）所示。逆變器dCdU+-（ a）逆變器dUdIdL+-(b )電流源型電流源型變頻器變頻器 由電流型變頻器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。圖由電流型變頻器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。圖5-19繪出了變頻調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)和回饋制動(dòng)兩種運(yùn)行狀態(tài)。繪出了變頻調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)和回饋制動(dòng)兩種運(yùn)行狀態(tài)。 電動(dòng)狀態(tài)如圖（電動(dòng)狀態(tài)如圖（a）所示。整流電壓極性為所示。整流電壓極性為上正下負(fù)，電流由上正下負(fù)，電流由Ud的的正端流入逆變器，電能正端流入逆變器，電能由交流電網(wǎng)經(jīng)變頻器傳由交流電網(wǎng)經(jīng)變頻器傳送給電機(jī)，電機(jī)處于電送給電機(jī)，電

50、機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)。動(dòng)狀態(tài)。（3）電壓型和電流源型變頻器的回饋制動(dòng)比較）電壓型和電流源型變頻器的回饋制動(dòng)比較 回饋制動(dòng)狀態(tài)如圖回饋制動(dòng)狀態(tài)如圖5-19b示。降低變頻器的輸出頻率，使示。降低變頻器的輸出頻率，使轉(zhuǎn)速降低，同時(shí)使整流器轉(zhuǎn)速降低，同時(shí)使整流器UR的的90，則整流電壓，則整流電壓Ud立即反立即反向，而電流向，而電流Id方向不變。于是，逆變器方向不變。于是，逆變器CSI變成整流器，而整變成整流器，而整流器流器UR轉(zhuǎn)入有源逆變狀態(tài)，電能由電機(jī)回饋給交流電網(wǎng)。轉(zhuǎn)入有源逆變狀態(tài)，電能由電機(jī)回饋給交流電網(wǎng)。1、主電路組成、主電路組成（二）（二）180導(dǎo)電型的交導(dǎo)電型的交-直直-交電壓型變頻器交電壓型

51、變頻器plUU3dU31dU325）相電壓和線電壓的關(guān)系為）相電壓和線電壓的關(guān)系為180導(dǎo)電型逆變器工作規(guī)律：導(dǎo)電型逆變器工作規(guī)律： 1）每個(gè)脈沖觸發(fā)間隔）每個(gè)脈沖觸發(fā)間隔60區(qū)間內(nèi)有區(qū)間內(nèi)有3個(gè)晶閘管元件導(dǎo)通，個(gè)晶閘管元件導(dǎo)通，它們分屬于逆變橋的共陰極組和共陽(yáng)極組。它們分屬于逆變橋的共陰極組和共陽(yáng)極組。2）在）在3個(gè)導(dǎo)通元件中，若屬于同一組的有個(gè)導(dǎo)通元件中，若屬于同一組的有2個(gè)元件，則元件個(gè)元件，則元件所對(duì)應(yīng)相的相電壓為所對(duì)應(yīng)相的相電壓為 。另。另1個(gè)元件所對(duì)應(yīng)相的相電壓為個(gè)元件所對(duì)應(yīng)相的相電壓為 。 3）共陽(yáng)極組元件所對(duì)應(yīng)相的相電壓為正，共陰極組元件）共陽(yáng)極組元件所對(duì)應(yīng)相的相電壓為正，共陰

52、極組元件所對(duì)應(yīng)相的相電壓為負(fù)。所對(duì)應(yīng)相的相電壓為負(fù)。4）每個(gè)脈沖觸發(fā)間隔）每個(gè)脈沖觸發(fā)間隔60內(nèi)的相電壓之和為內(nèi)的相電壓之和為0。（三）（三）120導(dǎo)電型的交導(dǎo)電型的交-直直-交電流型變頻器交電流型變頻器1、主電路的組成、主電路的組成1CClCC1BBlBB1AAlAAddddetiLuedtiLuedtiLu 與與180導(dǎo)電型類(lèi)似，導(dǎo)電型類(lèi)似，120導(dǎo)電型導(dǎo)電規(guī)律如下：導(dǎo)電型導(dǎo)電規(guī)律如下： 1）每個(gè)脈沖觸發(fā)間隔）每個(gè)脈沖觸發(fā)間隔60有有2個(gè)晶閘管元件導(dǎo)通，它個(gè)晶閘管元件導(dǎo)通，它們分屬于逆變橋的共陰極組和共陽(yáng)極組。們分屬于逆變橋的共陰極組和共陽(yáng)極組。 2）在）在2個(gè)導(dǎo)通元件中，每個(gè)元件所對(duì)應(yīng)相

53、的相電流為個(gè)導(dǎo)通元件中，每個(gè)元件所對(duì)應(yīng)相的相電流為Id。而不導(dǎo)通元件所對(duì)應(yīng)相的電流為而不導(dǎo)通元件所對(duì)應(yīng)相的電流為0。 3）共陽(yáng)極組中元件所通過(guò)的相電流為正，共陰極組元件）共陽(yáng)極組中元件所通過(guò)的相電流為正，共陰極組元件所通過(guò)的相電流為負(fù)。所通過(guò)的相電流為負(fù)。 4）每個(gè)脈沖間隔）每個(gè)脈沖間隔60內(nèi)的相電流之和為內(nèi)的相電流之和為0。晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)給定積分器（軟啟給定積分器（軟啟動(dòng)器）是用來(lái)減緩?fù)粍?dòng)器）是用來(lái)減緩?fù)患与A躍給定信號(hào)造成加階躍給定信號(hào)造成的系統(tǒng)內(nèi)部電流、電的系統(tǒng)內(nèi)部電流、電壓的沖擊。其輸入輸壓的沖擊。其輸入輸出信號(hào)對(duì)比如圖出信號(hào)對(duì)比如圖5-29所示。所示。 圖圖5-2

54、9 給定積分器輸入輸出波形給定積分器輸入輸出波形1、給定積分器、給定積分器一、晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)中的主要控制環(huán)節(jié)一、晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)中的主要控制環(huán)節(jié)絕對(duì)值運(yùn)算器是把給絕對(duì)值運(yùn)算器是把給定積分器送來(lái)的輸入信定積分器送來(lái)的輸入信號(hào)（正值或負(fù)值）均轉(zhuǎn)號(hào)（正值或負(fù)值）均轉(zhuǎn)換為正值。其輸入輸出換為正值。其輸入輸出關(guān)系為關(guān)系為iuu 0 2、絕對(duì)值運(yùn)算器、絕對(duì)值運(yùn)算器其輸入輸出信號(hào)關(guān)其輸入輸出信號(hào)關(guān)系如圖系如圖5-30所示。所示。圖圖5-30 絕對(duì)值運(yùn)算器的輸入輸出波形絕對(duì)值運(yùn)算器的輸入輸出波形電壓電壓-頻率（頻率（U/F）變換器就是用來(lái)將電壓給定信號(hào)轉(zhuǎn)換成）變換器就是用來(lái)將電壓給定信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)的

55、裝置，輸入電壓越高，脈沖頻率越高；輸入電壓脈沖信號(hào)的裝置，輸入電壓越高，脈沖頻率越高；輸入電壓越低，則脈沖頻率越低。輸入輸出信號(hào)關(guān)系如圖越低，則脈沖頻率越低。輸入輸出信號(hào)關(guān)系如圖5-31所示所示。 3、電壓、電壓-頻率變換器頻率變換器圖圖5-31 壓壓-頻變換器輸入輸出關(guān)系頻變換器輸入輸出關(guān)系 4、環(huán)形分配器、環(huán)形分配器 環(huán)形分配器又稱(chēng)環(huán)形分配器又稱(chēng)6分頻器，它將分頻器，它將U/F變換器送來(lái)的壓控振蕩變換器送來(lái)的壓控振蕩脈沖，每脈沖，每6個(gè)為一組分個(gè)為一組分6路輸出，依次送給逆變橋的路輸出，依次送給逆變橋的6個(gè)晶閘管個(gè)晶閘管元件。其輸入輸出信號(hào)波形如圖元件。其輸入輸出信號(hào)波形如圖5-32（a）

56、、（）、（b）所示。）所示。 圖圖5-32 環(huán)分器的功能與波形環(huán)分器的功能與波形（a）環(huán)分器功能）環(huán)分器功能 （b）環(huán)分器輸出波形）環(huán)分器輸出波形 5、脈沖功率放大與脈沖輸出級(jí)、脈沖功率放大與脈沖輸出級(jí)（1）脈沖功率放大的作用是：）脈沖功率放大的作用是： 根據(jù)邏輯開(kāi)關(guān)發(fā)出的指令，使功率放大管按照根據(jù)邏輯開(kāi)關(guān)發(fā)出的指令，使功率放大管按照T1T2T6T1或或T6T5T1T6的順序?qū)?；的順序?qū)ǎ?將寬度為將寬度為60的脈沖拓寬為的脈沖拓寬為120的寬脈沖；的寬脈沖； 將環(huán)形分配器送來(lái)的脈沖進(jìn)行功率放大。將環(huán)形分配器送來(lái)的脈沖進(jìn)行功率放大。環(huán)形分配器輸出脈沖的特征：環(huán)形分配器輸出脈沖的特征： 各路

57、脈沖發(fā)出的時(shí)間間隔為各路脈沖發(fā)出的時(shí)間間隔為60電角度；電角度； 各路脈沖的寬度為各路脈沖的寬度為60 （a）功放與輸出級(jí)功能原理圖）功放與輸出級(jí)功能原理圖（b）功放器的輸出波形）功放器的輸出波形圖圖5-33 脈沖功放與輸出級(jí)的脈沖功放與輸出級(jí)的功能原理圖及輸出波形功能原理圖及輸出波形（2）脈沖輸出級(jí)的作用：）脈沖輸出級(jí)的作用： 將脈沖功率放大器送來(lái)的寬脈沖調(diào)制成觸發(fā)晶閘管所需將脈沖功率放大器送來(lái)的寬脈沖調(diào)制成觸發(fā)晶閘管所需的脈沖列（用方波發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行脈沖列調(diào)制）；的脈沖列（用方波發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行脈沖列調(diào)制）； 用脈沖變壓器隔離輸出級(jí)與晶閘管的門(mén)極。脈沖輸出級(jí)用脈沖變壓器隔離輸出級(jí)

58、與晶閘管的門(mén)極。脈沖輸出級(jí)的輸出波形見(jiàn)下圖。的輸出波形見(jiàn)下圖。脈沖輸出級(jí)包括方脈沖輸出級(jí)包括方波發(fā)生器、功放與波發(fā)生器、功放與解調(diào)兩個(gè)部分。當(dāng)解調(diào)兩個(gè)部分。當(dāng)T1、T2管的基極均管的基極均為高電平，在為高電平，在TB的的原邊得到調(diào)制后的原邊得到調(diào)制后的信號(hào)，解調(diào)后得到信號(hào)，解調(diào)后得到原信號(hào)，然后供原信號(hào)，然后供VT觸發(fā)用。觸發(fā)用。 6、函數(shù)發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器作用：在作用：在f1minf1n的范圍的范圍內(nèi)，將內(nèi)，將頻率給定信號(hào)正比例頻率給定信號(hào)正比例轉(zhuǎn)換為電壓給定信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓給定信號(hào)，確保，確保恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，并在，并在低頻段將低頻段將電壓適當(dāng)提升電壓適當(dāng)提升，實(shí)現(xiàn)低頻電，實(shí)現(xiàn)低頻電壓補(bǔ)

59、償，保證壓補(bǔ)償，保證Eg/f1=常數(shù)；常數(shù)；在在f1n以上，頻率給定信號(hào)以上，頻率給定信號(hào)變化，電壓給定信號(hào)保持不變化，電壓給定信號(hào)保持不變，使輸出電壓變，使輸出電壓U1=U1n不變。不變。其輸入、輸出關(guān)系如右圖所其輸入、輸出關(guān)系如右圖所示。示。 7、邏輯開(kāi)關(guān)、邏輯開(kāi)關(guān) 作用是根據(jù)給定信號(hào)為正、負(fù)或零來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、作用是根據(jù)給定信號(hào)為正、負(fù)或零來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停車(chē)。如給定信號(hào)為正，則控制脈沖輸出級(jí)按正相序反轉(zhuǎn)或停車(chē)。如給定信號(hào)為正，則控制脈沖輸出級(jí)按正相序觸發(fā)，如給定信號(hào)為負(fù)，則控制脈沖輸出級(jí)按負(fù)相序觸發(fā)，觸發(fā)，如給定信號(hào)為負(fù)，則控制脈沖輸出級(jí)按負(fù)相序觸發(fā)，相應(yīng)控制調(diào)速電動(dòng)機(jī)的

60、正、反轉(zhuǎn)。如給定信號(hào)為零，則邏輯相應(yīng)控制調(diào)速電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。如給定信號(hào)為零，則邏輯開(kāi)關(guān)將脈沖輸出級(jí)的正負(fù)脈沖都封鎖，使電動(dòng)機(jī)停車(chē)。開(kāi)關(guān)將脈沖輸出級(jí)的正負(fù)脈沖都封鎖，使電動(dòng)機(jī)停車(chē)。 二、轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)的電壓型晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)二、轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)的電壓型晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng) 該系統(tǒng)沒(méi)有測(cè)速反饋轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)變頻調(diào)速。適調(diào)速不高場(chǎng)合。該系統(tǒng)沒(méi)有測(cè)速反饋轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)變頻調(diào)速。適調(diào)速不高場(chǎng)合。對(duì)變頻器的要求：對(duì)變頻器的要求： 在在f1n以下，進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即要求在改變頻率的同時(shí)，以下，進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即要求在改變頻率的同時(shí)，改變供電電壓，保證變頻器以恒壓頻比改變供電電壓，保證變頻器以恒壓頻比Eg/f1=常數(shù)來(lái)控制電機(jī)。常數(shù)