第2章_變頻器主電路

1、上海電機學院 王侃夫變頻器及應用技術變頻器及應用技術第第 2 章章變頻器主電路變頻器主電路l 變頻變壓的實現變頻變壓的實現l SPWMl 交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路l 矢量變頻控制矢量變頻控制l 變頻器的選型變頻器的選型變頻器及應用技術變頻器及應用技術變頻變壓的實現變頻變壓的實現一、變頻基本原理一、變頻基本原理1. 單相逆變橋原理單相逆變橋原理 a a）單相逆變橋電路）單相逆變橋電路b b）負載所得電壓波形）負載所得電壓波形變頻器及應用技術變頻器及應用技術變頻變壓的實現變頻變壓的實現2. 變頻方法變頻方法 a a）頻率較高）頻率較高b b）頻率較低）頻率較低 變頻器及應用技術變頻器及

2、應用技術變頻變壓的實現變頻變壓的實現3. 三相逆變橋三相逆變橋 a）三相逆變電路）三相逆變電路 b）輸出電壓波形）輸出電壓波形變頻器及應用技術變頻器及應用技術變頻變壓的實現變頻變壓的實現二、二、 交直交變頻器交直交變頻器1 . 組成框圖組成框圖 變頻器及應用技術變頻器及應用技術變頻變壓的實現變頻變壓的實現2. 變壓方法變壓方法 在逆變器輸入端調節(jié)整流電在逆變器輸入端調節(jié)整流電壓，稱為脈幅調制壓，稱為脈幅調制PAMPAM，逆變器，逆變器只調節(jié)頻率。只調節(jié)頻率。 可控整流，通過對觸發(fā)脈沖的可控整流，通過對觸發(fā)脈沖的相位控制獲得可調直流電壓。但電相位控制獲得可調直流電壓。但電網側功率因數低，特別是低

3、壓時更網側功率因數低，特別是低壓時更為嚴重。為嚴重。 不可控整流器整流，在直流不可控整流器整流，在直流環(huán)節(jié)增加斬波器以實現調壓，電環(huán)節(jié)增加斬波器以實現調壓，電網側的功率因數得到改善。網側的功率因數得到改善。變頻器及應用技術變頻器及應用技術SPWM一、變壓又變頻的方法一、變壓又變頻的方法1. 交交直直交交a）電路框圖）電路框圖 b）頻率較高）頻率較高 c）頻率較低）頻率較低輸出電壓為方波，電流為正弦波輸出電壓為方波，電流為正弦波（1）電壓型脈寬調制（PWM）（2）電流型輸出電壓為正弦波，電流為方波輸出電壓為正弦波，電流為方波變頻器及應用技術變頻器及應用技術SPWM串聯二極管式電流型變頻器主電路及

4、電流波形串聯二極管式電流型變頻器主電路及電流波形2. 電壓型正弦波脈寬調制（電壓型正弦波脈寬調制（SPWM） 變頻器及應用技術變頻器及應用技術SPWM3. SPWM的實現的實現（1）單極性調制 a）頻率較高）頻率較高 b）頻率較低）頻率較低 采用三角波和正弦波相交獲得的采用三角波和正弦波相交獲得的PWM波形直接控制各個開關可以得到脈波形直接控制各個開關可以得到脈沖寬度和各脈沖間的占空比可變的呈正弦變化的輸出脈沖電壓電壓，能獲得理沖寬度和各脈沖間的占空比可變的呈正弦變化的輸出脈沖電壓電壓，能獲得理想的控制效果，輸出電流近似正弦波。想的控制效果，輸出電流近似正弦波。變頻器及應用技術變頻器及應用技術

5、SPWM（2） 雙極性脈寬調制 變頻器及應用技術變頻器及應用技術SPWM二、控制芯片二、控制芯片 DSP 電機控制專用電機控制專用CPU TI公司產品公司產品 實時控制，快速處理數據實時控制，快速處理數據 同一機器周期同時處理多條指令同一機器周期同時處理多條指令 CPLD 大規(guī)?？删幊踢壿嬯嚵写笠?guī)模可編程邏輯陣列 XILINX產品產品 系統(tǒng)邏輯構成和保護電路系統(tǒng)邏輯構成和保護電路 簡化數字邏輯簡化數字邏輯 MCU 單片機單片機 ATMEL公公司產品司產品 顯示與鍵盤顯示與鍵盤 控制線路板控制線路板變頻器及應用技術變頻器及應用技術SPWM三、功率器件三、功率器件電機控制算法電機控制算法功率器件功

6、率器件V/F控制控制SCRGTR矢量控制矢量控制IGBT計算機技術計算機技術單片機單片機DSP IGBT大容量大容量 IPM 更高速率和容量更高速率和容量如，矩陣式變頻器如，矩陣式變頻器大功率傳大功率傳動使用變動使用變頻器，體頻器，體積大，價積大，價格高格高未來發(fā)展方向未來發(fā)展方向完美無諧波，完美無諧波，PWM技術技術SPWM技術技術PWM優(yōu)化優(yōu)化新一代開關技術新一代開關技術無速度矢量控制無速度矢量控制電流矢量電流矢量V/F70年代年代80年代年代60年代年代90年代年代高速高速DSP專用芯片專用芯片2000年代年代超靜音變頻器開始流行超靜音變頻器開始流行解決了解決了GTR噪聲問題噪聲問題變頻

7、器性能大幅提升變頻器性能大幅提升大批量使用，取代直流大批量使用，取代直流算法優(yōu)化算法優(yōu)化 更大容量更大容量 更高開關頻率更高開關頻率PWM技術技術空間電壓矢量空間電壓矢量調制技術調制技術變頻器體變頻器體積縮小，積縮小，開始在中開始在中小功率電小功率電機上使用機上使用變頻器及應用技術變頻器及應用技術SPWM）逆變電路）逆變電路 ）電壓波形）電壓波形 ）電流波形）電流波形串聯二極管式電流型變頻器主電路串聯二極管式電流型變頻器主電路1. 晶閘管（晶閘管（SCR）變頻器及應用技術變頻器及應用技術SPWM）逆變電路）逆變電路 ）電壓波形）電壓波形 ）電流波形）電流波形2. GTRGTR模塊（單橋）模塊（

8、單橋）變頻器及應用技術變頻器及應用技術SPWM）逆變電路）逆變電路 ）電壓波形）電壓波形 ）電流波形）電流波形3. IGBT單管單管IGBT單橋單橋IGBT模塊模塊全橋全橋IGBT模塊模塊變頻器及應用技術變頻器及應用技術SPWM變頻器及應用技術變頻器及應用技術SPWM5. IGBT的驅動模塊的驅動模塊C1C2EXB 850教材教材P39 圖圖1-38IGBT驅動電路過流保護過熱保護欠壓保護 IPM （智能功率模塊）（智能功率模塊）PIM（功率集成模塊）（功率集成模塊） 6. IPM模塊和模塊和PIM模塊模塊變頻器及應用技術變頻器及應用技術SPWM變頻器及應用技術變頻器及應用技術交交直直交變頻器

9、主電路交變頻器主電路主電路組成主電路組成變頻器及應用技術變頻器及應用技術交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路 1）整流電路的功能是把交流電源轉換成直流電源。三相線電壓為）整流電路的功能是把交流電源轉換成直流電源。三相線電壓為380V時，時，整流后峰值為電壓整流后峰值為電壓537V，平均電壓為，平均電壓為515V，最高不能超過，最高不能超過760V，整流器件一般，整流器件一般采用整流二極管或模塊。采用整流二極管或模塊。 2）整流橋與濾波電容之間，有）整流橋與濾波電容之間，有Rs為充電（限流）電阻，當變頻器剛拉入電為充電（限流）電阻，當變頻器剛拉入電源的瞬間，將有一個很大的沖擊電流經整流橋流向濾波

10、電容，使整流橋可能因此源的瞬間，將有一個很大的沖擊電流經整流橋流向濾波電容，使整流橋可能因此而受到損壞。如果電容量很大，不會使電源電壓瞬間下降而形成對電網的干擾；而受到損壞。如果電容量很大，不會使電源電壓瞬間下降而形成對電網的干擾；Ks為短路開關或晶閘管組成的并聯電路，充電電阻如長期接在電路內，會影響直為短路開關或晶閘管組成的并聯電路，充電電阻如長期接在電路內，會影響直流母線電壓流母線電壓UD和變頻器輸出電壓的大小。所以，當和變頻器輸出電壓的大小。所以，當UD增大到一定程度時，增大到一定程度時， Ks 接接通把通把Rs 切出電路。切出電路。 Ks 有用晶閘管也有用繼電器觸點構成。有用晶閘管也有

11、用繼電器觸點構成。 3）C1和和C2應是并聯、串聯的電容器組，由于應是并聯、串聯的電容器組，由于C1和和C2的電容量不能完全相等的電容量不能完全相等（承受電壓較高一側電容器組容易損壞），因此并聯一個阻值相等的均壓電阻（承受電壓較高一側電容器組容易損壞），因此并聯一個阻值相等的均壓電阻R1和和R2，使得，使得 UD1 、UD2 電壓相等。電壓相等。整流與濾波整流與濾波變頻器及應用技術變頻器及應用技術交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路 1）在變頻調速系統(tǒng)中，電動機的降速和停機，是通過逐漸減小頻率來實現的。）在變頻調速系統(tǒng)中，電動機的降速和停機，是通過逐漸減小頻率來實現的。在頻率剛減小的瞬間，電動

12、機的同步轉速隨之下降，而由于轉子慣性的原因，電在頻率剛減小的瞬間，電動機的同步轉速隨之下降，而由于轉子慣性的原因，電動機的轉速未變，當同步轉速低于轉子轉速時，轉子繞組切割磁力線的方向相反動機的轉速未變，當同步轉速低于轉子轉速時，轉子繞組切割磁力線的方向相反了，轉子電流的相位幾乎改變了，轉子電流的相位幾乎改變180，使電動機處于發(fā)電狀態(tài)，也稱為再生制動狀，使電動機處于發(fā)電狀態(tài)，也稱為再生制動狀態(tài)。態(tài)。 2）電動機再生的電能經續(xù)流二極管（）電動機再生的電能經續(xù)流二極管（D1D6）全波整流后反饋到直流電路）全波整流后反饋到直流電路中，由于直流電路的電能無法回輸給電網，只能由中，由于直流電路的電能無法

13、回輸給電網，只能由C1和和C2吸收，使直流電壓升高。吸收，使直流電壓升高。過高的直流電壓將使變流器件受到損害。因此，直流電壓超過一定值時，就要提過高的直流電壓將使變流器件受到損害。因此，直流電壓超過一定值時，就要提供一條放電回路。供一條放電回路。 3）能耗電路由制動電阻）能耗電路由制動電阻RB和制動單元和制動單元VB構成。當直流回路電壓構成。當直流回路電壓UD超過規(guī)定超過規(guī)定值時，值時，VB導通，使直流電壓通過導通，使直流電壓通過RB釋放能量，降低直流電壓。而當釋放能量，降低直流電壓。而當UD在正常范在正常范圍內時圍內時VB截止，以避免不必要的能量損失。截止，以避免不必要的能量損失。制動電路制

14、動電路變頻器及應用技術變頻器及應用技術交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路 1）逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交）逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓，根據確定的時間相應功率開關器件導通和關斷，從而可以在輸出端流電壓，根據確定的時間相應功率開關器件導通和關斷，從而可以在輸出端U、V、W三相上得到相位互相差三相上得到相位互相差120的三相交流電壓。的三相交流電壓。 2）逆變電路由開關器件）逆變電路由開關器件V1V6構成，目前大部分使用構成，目前大部分使用IGBT管，最新技管，最新技術是智能功率模塊術是智能功率模塊IPM。 3）續(xù)流電路

15、由）續(xù)流電路由D1D6組成。作用是為電動機繞組的無功電流提供返回通組成。作用是為電動機繞組的無功電流提供返回通道；為再生電能反饋提供通道；為寄生電感在逆變過程中釋放能量提供通道。道；為再生電能反饋提供通道；為寄生電感在逆變過程中釋放能量提供通道。 4）緩沖電路。逆變管在截止和導通的瞬間，其電壓和電流的變化率是很）緩沖電路。逆變管在截止和導通的瞬間，其電壓和電流的變化率是很大的，有可能使逆變管受到損傷。因此每個逆變管旁還應接入緩沖電路，以減大的，有可能使逆變管受到損傷。因此每個逆變管旁還應接入緩沖電路，以減緩電壓和電流的變化率。緩電壓和電流的變化率。逆變電路逆變電路變頻器及應用技術變頻器及應用技

16、術交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路一、整流與濾波電路一、整流與濾波電路1濾波電容要均壓濾波電容要均壓整流橋整流橋變頻器及應用技術變頻器及應用技術交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路2充電過程要限流充電過程要限流 合上電源時的充電過程合上電源時的充電過程a）直接充電）直接充電b）加入限流電阻）加入限流電阻變頻器及應用技術變頻器及應用技術交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路3直流電源指示為安全直流電源指示為安全直流電路的電源指示直流電路的電源指示 變頻器及應用技術變頻器及應用技術交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路二、逆變電路二、逆變電路 1逆變電路的結構與輸出電壓逆變電路的結構與輸出電壓變頻

17、器及應用技術變頻器及應用技術交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路2. 功率管旁反并聯二極管功率管旁反并聯二極管電動機狀態(tài)時電動機狀態(tài)時的電流路徑的電流路徑發(fā)電機狀態(tài)時的電流路徑發(fā)電機狀態(tài)時的電流路徑變頻器及應用技術變頻器及應用技術交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路3. 緩沖電路緩沖電路 緩沖電路的主要作用是減小緩沖電路的主要作用是減小IGBT從飽和轉從飽和轉為截止時，為截止時，C-E之間的電壓變化率。當之間的電壓變化率。當VI1從飽從飽和狀態(tài)轉為截止狀態(tài)時，和狀態(tài)轉為截止狀態(tài)時，C-E間的電壓將有接近間的電壓將有接近于于0迅速上升為直流電壓（迅速上升為直流電壓（513V），過高的電），過高的

18、電壓變化將使壓變化將使IGBT損壞。損壞。 1）電容）電容C1的作用。當的作用。當VI1從飽和轉為截止從飽和轉為截止時，時，C-E間電壓間電壓UCE的上升速率減緩。的上升速率減緩。 2）電阻）電阻R1的作用。當的作用。當VI1從截止轉為飽和從截止轉為飽和導通時，導通時，C1放電，放電，RI可以減小放電電流?？梢詼p小放電電流。 3）二極管）二極管VD1額作用?？朔~作用?？朔1影響影響C1減減緩電壓變化率的作用。緩電壓變化率的作用。變頻器及應用技術變頻器及應用技術交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路4. 逆變橋輸出的禁忌逆變橋輸出的禁忌（1）主電路的輸入、輸出不允許接錯 a）電源接至輸出側）電

19、源接至輸出側b）接錯的后果）接錯的后果變頻器及應用技術變頻器及應用技術交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路（2）輸出側不能接電容器 適用于小功率（5.5KW)適用于中大功率（適用于中大功率（5.5kW以上）以上）變頻器及應用技術變頻器及應用技術交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路220V鍵盤控制板5. 主電路主電路220V/380V鍵盤控制板適用于小功率（適用于小功率（5.5kW）變頻器內部組成變頻器內部組成控制線路板控制線路板逆變器輸出三相電源逆變器輸出三相電源（U、V、W）線棒）線棒電網三相電源（電網三相電源（R、S、T）接線端子）接線端子U、V、W及接及接地等接線端子地等接線端子電流傳感

20、器電流傳感器大功率晶大功率晶體管模塊體管模塊整流元件整流元件變頻器及應用技術變頻器及應用技術交交直直交變頻器主電路交變頻器主電路 正弦波脈寬調制（正弦波脈寬調制（SPWM）著眼于對電壓進行控制，使輸出電壓盡可能等效成正弦波。實際上，對電）著眼于對電壓進行控制，使輸出電壓盡可能等效成正弦波。實際上，對電動機電流的控制更為重要，電流跟蹤型動機電流的控制更為重要，電流跟蹤型PWM直接控制輸出電流，使之跟蹤正弦給定電流的變化。直接控制輸出電流，使之跟蹤正弦給定電流的變化。1. 電流跟蹤型電流跟蹤型PWM（滯環(huán)電流跟蹤）（滯環(huán)電流跟蹤） 在電流跟蹤型在電流跟蹤型PWM方法中，將方法中，將電流波形作為指令

21、信號，將實際電電流波形作為指令信號，將實際電流作為反饋信號，通過兩者的瞬時流作為反饋信號，通過兩者的瞬時值比較來決定逆變電路相關功率開值比較來決定逆變電路相關功率開關器件的通斷，使實際的輸出跟蹤關器件的通斷，使實際的輸出跟蹤指令信號的變化。指令信號的變化。 以以U相為例，逆變電路相為例，逆變電路U相上橋相上橋VT1導通、下橋導通、下橋VT4關斷關斷時，電流上升。當實際電流上升到滯環(huán)上限時，時，電流上升。當實際電流上升到滯環(huán)上限時，U相下橋相下橋VT4導通、上橋導通、上橋VT1關斷，電流開始衰減；當電流達到滯環(huán)關斷，電流開始衰減；當電流達到滯環(huán)下限時，下限時，VT4關斷，關斷，VT1又導通，以次

22、類推。以這樣的方式又導通，以次類推。以這樣的方式獲得的獲得的PWM使使VT1和和VT4通斷，實際電流在所設定的上下誤通斷，實際電流在所設定的上下誤差范圍（滯環(huán)寬度）內變化，以跟蹤指令電流。差范圍（滯環(huán)寬度）內變化，以跟蹤指令電流。滯環(huán)寬度（滯環(huán)寬度（HB）212CCRRRVM3邏輯邏輯控制控制R1R2i*iVT1VT4UdU電流電流檢測檢測電流電流指令指令電流反饋電流反饋VccVT3VT2VT5VT6滯環(huán)比較器滯環(huán)比較器滯環(huán)上限滯環(huán)上限滯環(huán)下限滯環(huán)下限變頻器及應用技術變頻器及應用技術SPWM四、四、PWM的其他方式的其他方式2. 空間矢量空間矢量PWM（SVPWM） 空間矢量空間矢量PWM（S

23、VPWM，Space-Vector PWM）是一種先進的、計算機高度介入的）是一種先進的、計算機高度介入的PWM方法，也是方法，也是交流電動機變頻驅動交流電動機變頻驅動PWM最好的方法。最好的方法。 SPWM著眼于使輸出電壓盡可能等效于正弦波，而電流跟蹤型著眼于使輸出電壓盡可能等效于正弦波，而電流跟蹤型PWM直接控制輸出電流，使之跟蹤正直接控制輸出電流，使之跟蹤正弦給定電流。弦給定電流。SVPWM則是以形成圓形旋轉磁場為控制目的，使三相對稱正弦電流在電動機定、轉子氣隙則是以形成圓形旋轉磁場為控制目的，使三相對稱正弦電流在電動機定、轉子氣隙中形成圓形旋轉磁場，從而產生恒定的轉矩。中形成圓形旋轉磁

24、場，從而產生恒定的轉矩。 在在SPWM和電流跟蹤型和電流跟蹤型PWM控控制中，因為一個周期內逆變器的工制中，因為一個周期內逆變器的工作狀態(tài)只切換作狀態(tài)只切換6次，因此，生成的驅次，因此，生成的驅動電源在電動機中產生的旋轉磁場動電源在電動機中產生的旋轉磁場為正六邊形的磁鏈軌跡，由此產生為正六邊形的磁鏈軌跡，由此產生的轉矩肯定是脈動的。的轉矩肯定是脈動的。 在在SVPWM中，逆變器的一個工作周期被劃分成了中，逆變器的一個工作周期被劃分成了、和和六個扇區(qū)，每個扇區(qū)插入新的電壓矢量六個扇區(qū)，每個扇區(qū)插入新的電壓矢量（圖中所示為（圖中所示為4個電壓矢量），以獲得逼近圓形的旋轉磁場。個電壓矢量），以獲得逼

25、近圓形的旋轉磁場。 這樣，就必須在這樣，就必須在逆變器每隔逆變器每隔60 狀態(tài)狀態(tài)切換之間附加功率開切換之間附加功率開關器件通斷次數，從關器件通斷次數，從而獲得期望的而獲得期望的PWM波形。波形。 在在SVPWM中，中，因為涉及到矢量變換因為涉及到矢量變換等復雜的計算，必須等復雜的計算，必須借助借助DSP（數字信號（數字信號處理器）來完成。處理器）來完成。變頻器及應用技術變頻器及應用技術SPWM一、矢量控制基本概念一、矢量控制基本概念 矢量控制理論上世紀矢量控制理論上世紀70年代西門子公司工程師年代西門子公司工程師F.Blaschke首先提首先提出，用來解決交流電動機控制問題。出，用來解決交流

26、電動機控制問題。 磁場定向原理：分別對異步電動機的磁場定向原理：分別對異步電動機的勵磁電流勵磁電流和和轉矩電流轉矩電流進行控進行控制，從而達到控制異步電動機轉距的目的。制，從而達到控制異步電動機轉距的目的。 利用利用“等效等效”的概念，將異步電動機的的概念，將異步電動機的定子電流矢量定子電流矢量分解為分解為產生產生磁場的電流分量磁場的電流分量（勵磁電流）和（勵磁電流）和產生轉矩的電流分量產生轉矩的電流分量（轉矩電流）分（轉矩電流）分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅度和相位，即控制定子電流矢別加以控制，并同時控制兩分量間的幅度和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。量，

27、所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。變頻器及應用技術變頻器及應用技術矢量變頻控制矢量變頻控制1. 控制策略控制策略l 不僅可在調速范圍上與直流電動機相匹配，而且可以控制異不僅可在調速范圍上與直流電動機相匹配，而且可以控制異步電動機的轉距。步電動機的轉距。l 異步電動機上需同軸安裝編碼器，用于轉子角位移測量和轉異步電動機上需同軸安裝編碼器，用于轉子角位移測量和轉速測量。速測量。l 矢量變頻器具有異步電動機參數自動檢測、辯識和自適應等矢量變頻器具有異步電動機參數自動檢測、辯識和自適應等功能。在驅動異步電動機進行正常運轉之前可以自動地對異步功能。在驅動異步電動機進行正常運轉之前可以自動地對異步電動機

28、的參數進行辨識，并根據辨識結果調整控制算法中的有電動機的參數進行辨識，并根據辨識結果調整控制算法中的有關參數，從而對異步電動機進行有效的矢量控制。關參數，從而對異步電動機進行有效的矢量控制。變頻器及應用技術變頻器及應用技術矢量變頻控制矢量變頻控制2. 矢量控制的性能特點矢量控制的性能特點二、電動機參數的自動測量二、電動機參數的自動測量（1）電動機的銘牌數據）電動機的銘牌數據電壓、電流、轉速、磁極對數、效率等。電壓、電流、轉速、磁極對數、效率等。（2）電動機的繞組數據）電動機的繞組數據定子電阻、定子漏磁電抗、轉子等效電阻、轉子定子電阻、定子漏磁電抗、轉子等效電阻、轉子等效漏磁電抗、空載電流等。等

29、效漏磁電抗、空載電流等。1矢量控制需要的參數矢量控制需要的參數功能碼功能碼功能含義功能含義數據碼及含義數據碼及含義T100電動機12選擇1：電動機1；2：電動機2T101自動測量模式0：旋轉自測量；1：停止自測量T102電動機額定功率T103電動機額定電壓T104電動機額定電流T105電動機額定頻率T106電動機的磁極數T107電動機額定轉速T108自測量的脈沖數自動測量相關功能（安川自動測量相關功能（安川CIMRG7A） 變頻器及應用技術變頻器及應用技術矢量變頻控制矢量變頻控制2自動測量的操作自動測量的操作（1）旋轉自測量（相當于空載試驗）旋轉自測量（相當于空載試驗） 電動機脫離負載。電動機

30、脫離負載。 變頻器通電，按下變頻器通電，按下RUN鍵，先讓電動機停止鍵，先讓電動機停止1分鐘，再讓電動機旋分鐘，再讓電動機旋轉轉1分鐘（轉速約為額定轉速的一半）。分鐘（轉速約為額定轉速的一半）。 按下按下STOP鍵，中止自測量。鍵，中止自測量。（2）停止自測量（相當于堵轉試驗）停止自測量（相當于堵轉試驗） 電動機不脫離負載。電動機不脫離負載。 變頻器通電，按下變頻器通電，按下RUN鍵，讓電動機停止鍵，讓電動機停止1分鐘。分鐘。 按下按下STOP鍵，中止自測量。鍵，中止自測量。變頻器及應用技術變頻器及應用技術矢量變頻控制矢量變頻控制靜止三相交流繞組靜止三相交流繞組 在三相交流繞組在三相交流繞組U

31、、V、W中通入電流中通入電流iU、iV、iW，產生合成磁動，產生合成磁動勢勢F，并以同步轉速，并以同步轉速1旋轉。旋轉。 在兩相靜止繞組在兩相靜止繞組、中通入電流中通入電流i、i，也，也可以產生大小和轉速相可以產生大小和轉速相同的旋轉磁動勢同的旋轉磁動勢F，則，則兩相繞組與三相繞組是兩相繞組與三相繞組是等效的。從等效的。從、軸變換軸變換到到d、q軸需借助軸需借助的運的運算。算。 在以在以1旋轉的兩相繞組旋轉的兩相繞組d、q中通入直流電流中通入直流電流id、iq，則產，則產生的磁動勢生的磁動勢F與靜止三相和兩與靜止三相和兩相繞組是等效的。其中，相繞組是等效的。其中，id相相當于直流電動機中的勵磁

32、電流，當于直流電動機中的勵磁電流，iq相當于與轉矩成正比的電樞相當于與轉矩成正比的電樞電流。電流。為為軸與軸與d軸的夾角，軸的夾角，隨時間而變化，通過檢測定子隨時間而變化，通過檢測定子電壓、電流和轉速實時計算獲電壓、電流和轉速實時計算獲得。得。3. 矢量等效變換矢量等效變換WiidUViViwiUF11idiqisq1靜止兩相交流繞組靜止兩相交流繞組旋轉直流繞組旋轉直流繞組3/2變換變換VR變換變換FF變頻器及應用技術變頻器及應用技術矢量變頻控制矢量變頻控制變頻器及應用技術變頻器及應用技術矢量變頻控制矢量變頻控制4. 矢量控制框圖矢量控制框圖三、有速度反饋三、有速度反饋/無速度反饋矢量控制無速

33、度反饋矢量控制變頻器及應用技術變頻器及應用技術矢量變頻控制矢量變頻控制1. 有速度反饋矢量控制有速度反饋矢量控制a）有反饋矢量控制電路圖）有反饋矢量控制電路圖b）機械特性曲線簇）機械特性曲線簇變頻器及應用技術變頻器及應用技術矢量變頻控制矢量變頻控制功能碼功能碼功能碼名稱功能碼名稱數據碼及含義（或范圍）數據碼及含義（或范圍）Fb00編碼器每轉脈沖數09999prFb01編碼器旋轉方向0正方向；1反方向Fb02編碼器斷線后處理方法0以自由制動方式停機；1切換為開環(huán)VF控制方式有反饋矢量控制的相關功能（艾默生有反饋矢量控制的相關功能（艾默生TD3000） 為了滿足高精度轉速閉環(huán)控制及磁為了滿足高精度

34、轉速閉環(huán)控制及磁場定向的需要，常規(guī)的方法就是在電動場定向的需要，常規(guī)的方法就是在電動機軸上安裝速度傳感器，如光電編碼器機軸上安裝速度傳感器，如光電編碼器等。所謂無速度傳感器矢量控制是指取等。所謂無速度傳感器矢量控制是指取消調速系統(tǒng)中的速度檢測裝置，通過間消調速系統(tǒng)中的速度檢測裝置，通過間接計算的方法求出電動機運行的實際轉接計算的方法求出電動機運行的實際轉速值作為轉速反饋信號。速值作為轉速反饋信號。nUVW電流傳感器電流傳感器電壓傳感器電壓傳感器iU 、iV 、iWuU 、uV 、uWM3 轉轉 速速推算器推算器變頻器及應用技術變頻器及應用技術矢量變頻控制矢量變頻控制2. 有速度反饋矢量控制有速

35、度反饋矢量控制a）無反饋矢量控制示意圖）無反饋矢量控制示意圖 b）機械特性曲線簇）機械特性曲線簇4、矢量變頻調速的適用范圍、矢量變頻調速的適用范圍a a）帶多臺電動機）帶多臺電動機b b）容量差兩檔以上）容量差兩檔以上c c）8 8極以上極以上d d）特殊電機）特殊電機不宜采用的場合不宜采用的場合 （1）矢量控制只能用于一臺變頻器控制一臺電動機的情況下。）矢量控制只能用于一臺變頻器控制一臺電動機的情況下。（2）電動機容量和變頻器要求的配用電動機容量之間，最多只能相差一個檔次。）電動機容量和變頻器要求的配用電動機容量之間，最多只能相差一個檔次。（3）磁極數一般以、極為宜。）磁極數一般以、極為宜。

36、（4）特殊電動機不能使用矢量控制功能。）特殊電動機不能使用矢量控制功能。 變頻器及應用技術變頻器及應用技術矢量變頻控制矢量變頻控制四、直接轉矩控制四、直接轉矩控制 直接轉矩控制直接轉矩控制DTC（Direct Torque Control）是繼矢量控制）是繼矢量控制VC之后發(fā)展起來的另一種高動態(tài)性能的交流電動機變壓變頻調之后發(fā)展起來的另一種高動態(tài)性能的交流電動機變壓變頻調速系統(tǒng)，于速系統(tǒng)，于1985年由德國年由德國M.Depnbrock首先提出來。直接轉矩控首先提出來。直接轉矩控制是因為利用轉矩反饋直接控制電動機的電磁轉矩而得名。直接制是因為利用轉矩反饋直接控制電動機的電磁轉矩而得名。直接轉矩

37、控制是建立在定子靜止兩相坐標基礎上的，采用定子磁場定轉矩控制是建立在定子靜止兩相坐標基礎上的，采用定子磁場定向方法，這與矢量控制不同，矢量控制采用轉子磁場定向方法。向方法，這與矢量控制不同，矢量控制采用轉子磁場定向方法。直接轉矩控制在低速時轉矩有脈動現象，且調速范圍不夠寬。直接轉矩控制在低速時轉矩有脈動現象，且調速范圍不夠寬。變頻器及應用技術變頻器及應用技術矢量變頻控制矢量變頻控制變頻器及應用技術變頻器及應用技術變頻器的選型變頻器的選型一、變頻器容量的選擇一、變頻器容量的選擇1電動機與變頻器額定電流的比較電動機與變頻器額定電流的比較 電動機容量（電動機容量（W）22. .030. .037.

38、.045. .055. .075. .0 電動機額定電流電動機額定電流 IMN（A）2242. .256. .970. .483. .9102. .7140. .12442. .556. .969. .884. .2102. .5139. .72644. .659. .572. .085. .4104. .9142. .42847. .663. .078. .293. .2112. .1152. .8 變頻器額定電流變頻器額定電流康沃康沃45. .060. .075. .091. .0112. .0150. .0森蘭森蘭45. .060. .075. .091. .0115. .0150. .

39、0英威騰英威騰45. .060. .075. .090. .0110. .0150. .0安邦信安邦信61. .090. .0150. .0艾默生艾默生45. .060. .075. .090. .0110. .0152. .0三菱三菱43. .057. .071. .086. .0110. .0富士富士45. .060. .075. .091. .0112. .0150. .0安川安川G752. .065. .080. .097. .0128. .0165. .0ABB80055. .072. .086. .0103. .0141. .0166. .0瓦薩瓦薩CX48. .060. .075

40、. .090. .0110. .0150. .0丹佛士丹佛士44. .061. .073. .090. .0106. .0147. .0變頻器及應用技術變頻器及應用技術變頻器的選型變頻器的選型2變頻器的額定電流與載波的關系變頻器的額定電流與載波的關系 載波頻率載波頻率/kHz46810121416額定電流額定電流/A62.058.955.849.643.437.231.0百分數（百分數（%）100959080706050西門子西門子440系列變頻器不同載波頻率時的額定電流（系列變頻器不同載波頻率時的額定電流（22kW） 載波頻率越高，電動機的電磁噪音越低，但電流降低，輸出轉矩減小，變頻器升載波

41、頻率越高，電動機的電磁噪音越低，但電流降低，輸出轉矩減小，變頻器升溫。建議，變頻器容量溫。建議，變頻器容量7.5kW，載波頻率不大于，載波頻率不大于7kHz，大功率不大于，大功率不大于6kHz。變頻器及應用技術變頻器及應用技術變頻器的選型變頻器的選型1變頻器容量和電動機負載的關系變頻器容量和電動機負載的關系a）電動機發(fā)熱，變頻器跳閘）電動機發(fā)熱，變頻器跳閘 b）電動機不發(fā)熱，變頻器不跳閘）電動機不發(fā)熱，變頻器不跳閘（1）變頻器的容量與電動機的運行電流無關。）變頻器的容量與電動機的運行電流無關。（2）加大變頻器的容量，可防止過電流跳閘。）加大變頻器的容量，可防止過電流跳閘。 二、負載工況與變頻器

42、容量的關系二、負載工況與變頻器容量的關系 變頻器及應用技術變頻器及應用技術變頻器的選型變頻器的選型a）連續(xù)不變負載）連續(xù)不變負載b）連續(xù)變動負載）連續(xù)變動負載 c）斷續(xù)負載）斷續(xù)負載2. 負載工況及溫升負載工況及溫升變頻器及應用技術變頻器及應用技術變頻器的選型變頻器的選型3一臺變頻器帶多臺電動機一臺變頻器帶多臺電動機 （1） 多臺電動機同時起動和運行IN1. 051.1IMN 變頻器及應用技術變頻器及應用技術變頻器的選型變頻器的選型（2）多臺電動機分別起動、制動2ST1MNN) 1 . 105. 1 (KIKII K1安全系數。后起動電動機都從停止狀態(tài)安全系數。后起動電動機都從停止狀態(tài) 起動時

43、，起動時，K1=1.2；后起動電動機有可能從自由；后起動電動機有可能從自由制動狀態(tài)下重新起動時，制動狀態(tài)下重新起動時，K1=1.52；K2變頻器的過載能力，變頻器的過載能力，K2=1.5；IST電動機起動電流，為額定電流的電動機起動電流，為額定電流的57倍。倍。變頻器及應用技術變頻器及應用技術變頻器的選型變頻器的選型 變頻器類別變頻器類別常見型號舉例常見型號舉例主要特點主要特點 通用變頻器通用變頻器 普通型普通型 康沃：康沃：CVFG1、G2森蘭：森蘭：SB40、SB61安邦信：安邦信：AMBG7英威騰：英威騰：INVTG9時代：時代：TVF2000只有只有VF控制方式，故：控制方式，故：機械

44、特性略機械特性略“軟軟”；調速范圍較小；調速范圍較??；輕載時磁路容易飽和。輕載時磁路容易飽和。 高性能型高性能型康沃：康沃：CVFV1森蘭：森蘭：SB80英威騰：英威騰：CHV臺達：臺達：VFDA、B艾默生：艾默生：VT3000富士：富士：5000G11S安川：安川：CIMRG7ABB：ACS800AB：Power Flex 700瓦薩：瓦薩：VACONNX丹佛士：丹佛士：VLT5000西門子：西門子：440具有矢量控制功能，故：具有矢量控制功能，故：機械特性機械特性“硬硬”；調速范圍大；調速范圍大；不存在磁路飽和問題。不存在磁路飽和問題。如有轉速反饋，則：如有轉速反饋，則：機械特性很機械特性

45、很“硬硬”；動態(tài)響應能力強；動態(tài)響應能力強；調速范圍很大；調速范圍很大；可進行四象限運行?？蛇M行四象限運行。 專用變頻器專用變頻器風機水泵用風機水泵用康沃、富士、安川等：康沃、富士、安川等：P系列系列森蘭：森蘭：SB12三菱：三菱：FRA140艾默生：艾默生：TD2100西門子：西門子：430只有只有VF控制方式，但增加了控制方式，但增加了節(jié)能功能；節(jié)能功能；工頻的切換功能；工頻的切換功能；睡眠和喚醒功能等。睡眠和喚醒功能等。 起重機械用起重機械用三菱：三菱：FR241EABB：ACC600 電梯用電梯用艾默生：艾默生：TD3100安川：安川：VS676GL5 注塑機用注塑機用康沃：康沃：CVFZSZC英威騰：英威騰：INVTZS5ZS7 張力控制用張力控制用艾默生：艾默生：TD3300三墾：三墾：SAMCOvm05常見變頻器的類別及應用特點常見變頻器的類別及應用特點變頻器及應用技術變頻器及應用技術變頻器的選型變頻器的選型使用通用變頻器的行業(yè)和設備使用通用變頻器的行業(yè)和設備使用矢量變頻器的行業(yè)和設備使用矢量變頻器的行業(yè)和設