變頻器原理與應(yīng)用(課件)第二章

第二章變頻器基礎(chǔ)知識(shí)異步電機(jī)變頻器的基本構(gòu)成與工作原理變頻器種類變頻器的控制方式變頻器的器件\變頻電機(jī)/PWM本章要點(diǎn)2.1異步電機(jī)的基本原理與控制1.工作原理U,f旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)2.1異步電機(jī)的基本原理與控制1.工作原理異步電機(jī)定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速---同步轉(zhuǎn)速異步電機(jī)的磁極個(gè)數(shù)（注與電機(jī)中定義不同）電源的頻率轉(zhuǎn)差率異步電機(jī)轉(zhuǎn)速---轉(zhuǎn)子機(jī)械轉(zhuǎn)速調(diào)速變頻調(diào)速2.1異步電機(jī)的基本原理與控制2.異步電機(jī)變頻調(diào)速變頻器的作用：將固定電壓和頻率的電源轉(zhuǎn)換成電壓和頻率均可變的電源。VF控制：電壓與頻率相配合的控制機(jī)械特性：如圖VVVF變頻器—通用變頻器2.1異步電機(jī)的基本原理與控制3.異步電機(jī)的等值電路注：與電機(jī)中的嚴(yán)格模型略有差別！2.1異步電機(jī)的基本原理與控制4.異步電機(jī)的機(jī)械特性（轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩—電流特性）2.1異步電機(jī)的基本原理與控制4.異步電機(jī)的機(jī)械特性（轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩—電流特性）關(guān)于轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩—電流特性圖的說明：橫坐標(biāo)—轉(zhuǎn)差率（轉(zhuǎn)速），縱坐標(biāo)—轉(zhuǎn)矩/定子電流工作區(qū)域劃分：按照轉(zhuǎn)差率（轉(zhuǎn)速）所在的范圍劃分

電動(dòng)區(qū)域、再生制動(dòng)區(qū)域、反相制動(dòng)區(qū)域

反相制動(dòng)區(qū)域制動(dòng)之后如不采取措施，會(huì)怎么樣呢？起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與起動(dòng)電流最大滑差轉(zhuǎn)矩與臨界轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)矩與額定電流空載電流2.2變頻器的基本構(gòu)成與工作原理1.變頻器的基本構(gòu)成整流電路:交流直流直流中間電路:濾波\(平滑電流\斬波\制動(dòng)\輸助電路)逆變電路:直流交流控制電路:實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路隔離\檢測(cè)\接口

實(shí)現(xiàn)主電路各開關(guān)器件的通斷控制交流變頻算法,需要高性能的CPU,如DSP核心部分!2.2變頻器的基本構(gòu)成與工作原理1.變頻器的基本構(gòu)成2.2變頻器的基本構(gòu)成與工作原理1.變頻器的基本構(gòu)成關(guān)于控制電路的進(jìn)一步說明:構(gòu)成:主控制電路、電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)檢測(cè)電路、保護(hù)電路、外部接口電路地位：決定變頻器的性能，是核心部分特點(diǎn)：模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)混合系統(tǒng)要求：安全（設(shè)備、人員）可靠、抗干擾、小功耗發(fā)展方向：集成化、智能化（CPU）、可編程、網(wǎng)絡(luò)化2.2變頻器的基本構(gòu)成與工作原理2.逆變電路的工作原理回憶一下電力電子技術(shù)中的逆變電路？什么是逆變什么是有源逆變、無源逆變有源逆變發(fā)生的條件、逆變失敗的原因。無源逆變器有哪兩種類型，各有什么特點(diǎn)？電壓型逆變器如何換流電流型逆變器如何換流？2.2變頻器的基本構(gòu)成與工作原理2.逆變電路的工作原理電路工作原理防電路直通電子器件性能的影響2.3變頻器的種類1.變頻器的分類方式變頻器的分類方式很多，但主要分成面向設(shè)計(jì)和面向應(yīng)用的兩類分類方法：面向設(shè)計(jì)的分類方法：按照主電路特性分類：電壓型、電流型按照開關(guān)方式分類：PAM、PWM和高載頻PWM按照工作原理分類：V/F控制、轉(zhuǎn)差控制、矢量控制面向應(yīng)用的分類方法通用變頻器；高性能專用變頻器;高頻變頻器;單相三相2.3變頻器的種類2.按主電路的特性分類：電壓型與電流型電壓型變頻器主電路（主要適用于通用型變頻器）要點(diǎn)：電容—對(duì)直流電源穩(wěn)壓，通過整流或斬波得到的直流電壓如果不經(jīng)過電容，就會(huì)上下波動(dòng)，對(duì)變頻器運(yùn)行性能不利。續(xù)流管—出現(xiàn)電機(jī)輸出功率時(shí)，將能量反饋進(jìn)電網(wǎng)。過壓保護(hù)—反饋能量會(huì)使電容電壓過高，要有放電措施。2.3變頻器的種類2.按主電路的特性分類：電壓型與電流型電流型變頻器主電路（矢量控制型變頻器）要點(diǎn)：電抗器—對(duì)直流電流源穩(wěn)流，整流與電感共同形成電流源，通過控制各相電流達(dá)到控制定子電壓的目的。開關(guān)管—一般采用晶閘管、無需并聯(lián)續(xù)流管。管子導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)短（120）—不同于電壓型變頻器（180）。2.3變頻器的種類3.按逆變器開關(guān)方式分類：PAM、PWM、高載頻PWMPAM—脈沖振幅調(diào)制控制整流電路—輸出幅度可調(diào)節(jié)直流電壓(流),相控整流或斬波。逆變電路—實(shí)現(xiàn)逆變與調(diào)頻,開關(guān)頻率與輸出電壓頻率相同。優(yōu)勢(shì):電機(jī)運(yùn)行噪聲小,效率高.缺點(diǎn):調(diào)電壓與調(diào)頻率分開,控制電路復(fù)雜;電機(jī)低速運(yùn)行轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大.整流逆變幅度可調(diào)直流電源幅度與頻率可調(diào)交流電源斬波2.3變頻器的種類3.按逆變器開關(guān)方式分類：PAM、PWM、高載頻PWMPAM—脈沖振幅調(diào)制控制電壓型PAM電路拓?fù)鋱D2.3變頻器的種類3.按逆變器開關(guān)方式分類：PAM、PWM、載波PWMPWM—脈沖寬度調(diào)制控制將正弦波(調(diào)制信號(hào),目標(biāo)信號(hào))按一定間隔分成正弦脈沖序列;用等面積的矩形脈沖序列代替正弦脈沖序列(面積等效原理);脈沖序列的幅度一致—適用于電壓型直流電源;(SPWM)大多數(shù)變頻器采用這種方法!但是有些頻率下電機(jī)會(huì)有噪聲.2.3變頻器的種類3.按逆變器開關(guān)方式分類：PAM、PWM、高載頻PWM高載頻PWM—載波頻率10-20KHz以上,人耳聽不到原理與PWM(SPWM)相同載波頻率高于人耳可聽的頻率,降低電機(jī)運(yùn)行噪聲,用于低噪變頻場(chǎng)合載波頻率高-----開關(guān)速度快電力電子器件,高速器件的發(fā)展有助于實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo).未來的發(fā)展方向,目前最高速度可達(dá)MHz級(jí).開關(guān)損耗是需要重點(diǎn)考慮的問題---軟開關(guān)技術(shù).2.3變頻器的種類4.按工作原理分:V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器、矢量型控制變頻器V/f控制變頻器實(shí)現(xiàn)電壓與頻率配合控制。基頻以下等壓頻比控制—保證磁場(chǎng)不變，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速?；l以上等壓變頻控制—弱磁調(diào)速，恒功率調(diào)速。有時(shí)考慮低頻力矩和低頻升溫，壓頻比曲線在直線基礎(chǔ)上作曲線型調(diào)整。V/f控制簡(jiǎn)單，成本低廉，適用于精度不高，動(dòng)態(tài)特性要求不高的場(chǎng)合，如水泵、風(fēng)機(jī)類負(fù)載------通用型變頻器。2.3變頻器的種類4.按工作原理分:V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器、矢量型控制變頻器轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器—V/f控制的改進(jìn)一種速度閉環(huán)的變頻器，是自控理論的應(yīng)用檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過設(shè)定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值，作一定規(guī)則的運(yùn)行，得到對(duì)應(yīng)的變頻器輸出頻率與電壓在電機(jī)受到負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化干擾，引起轉(zhuǎn)速變化時(shí)，變頻器的輸出頻率與電壓對(duì)應(yīng)作出調(diào)整，使電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。速度閉環(huán)控制—運(yùn)行速度更穩(wěn)定。缺點(diǎn)：需要速度傳感器、特定電機(jī)（通用性較差）2.3變頻器的種類4.按工作原理分:V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器、矢量型控制變頻器矢量型控制變頻器理論源于1970左右德國(guó)Blaschke等人提出的控制方法，及Parke坐標(biāo)變換理論。將交流電機(jī)定子電流矢量分解為勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量分別控制勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量，實(shí)現(xiàn)類似直流電機(jī)調(diào)速的控制方法具有速度控制的精度高、響應(yīng)速度快、參數(shù)自辨識(shí)、自調(diào)整功能。缺點(diǎn)：設(shè)備成本高，參數(shù)設(shè)定復(fù)雜，對(duì)技術(shù)人員要求高。2.3變頻器的種類5.按用途分（面向用戶）:通用型、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相三相變頻器通用型變頻器通用型—指對(duì)普通電機(jī)能調(diào)速控制一般類型采用V/f控制，不一定有矢量控制功能。主要目標(biāo)是節(jié)能，且設(shè)備自身價(jià)格便宜用于風(fēng)機(jī)、水泵類不需要精密調(diào)速的場(chǎng)合高性能多功能通用型變頻器具有多種功能，可供編程設(shè)定和選用、具有矢量控制功能，且價(jià)格低廉。（市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果）2.3變頻器的種類5.按用途分（面向用戶）:通用型、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相三相變頻器高性能專用變頻器帶矢量控制的變頻器+專用電機(jī)性能達(dá)到與直流伺服系統(tǒng)相應(yīng)的水平適用于精密機(jī)床、機(jī)器人等需要精確控制速度和定位場(chǎng)合采用的交流異步電機(jī)，和直流電機(jī)相比有明顯優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)更可靠。個(gè)性化設(shè)計(jì)、性價(jià)比高、體積小、拆裝容易維護(hù)方便（有時(shí)能免維護(hù)）2.3變頻器的種類5.按用途分（面向用戶）:通用型、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相三相變頻器高頻變頻器主要是需要高速電機(jī)的場(chǎng)合，輸出頻率3KHz速度可達(dá)18000rpm。單相三相變頻器與電機(jī)的相數(shù)相對(duì)應(yīng)，變頻器也可以分成單相和三相輸出。選型時(shí)要注意：在功率相同時(shí)，單相變頻器的輸出電流要比三相的大。2.4變頻器的控制方式和原理本節(jié)主要包括以下內(nèi)容V/f控制變頻器原理轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器矢量控制變頻器。2.4變頻器的控制方式和原理1.V/f控制變頻器原理為什么調(diào)節(jié)頻率的同時(shí)要調(diào)整電壓？V/f控制的基本思想主要考慮磁場(chǎng)強(qiáng)度(磁通)的問題:交流電機(jī)阻抗參數(shù)與頻率有關(guān)當(dāng)頻率發(fā)生變化時(shí),如果電壓不變就會(huì)出現(xiàn):

低頻時(shí),產(chǎn)生勵(lì)磁電流過大,磁路嚴(yán)重飽和.發(fā)熱\效率低\功率因數(shù)低高頻時(shí),產(chǎn)生勵(lì)磁電流過小,磁場(chǎng)太弱,轉(zhuǎn)矩太小.V/f控制要盡量保持磁場(chǎng)大小不變!2.4變頻器的控制方式和原理1.V/f控制變頻器原理要保持磁場(chǎng)不變,則基于本式的稱為V/f控制變頻器.這是一種近似的做法,便于在工程中實(shí)現(xiàn)基于本式的稱為E/f控制變頻器(理想)2.4變頻器的控制方式和原理1.V/f控制變頻器原理E/f控制要優(yōu)于V/f控制V/f控制,忽略了定子阻抗對(duì)磁通的影響,實(shí)際磁通不恒定在低頻低速時(shí),定子阻抗壓降不能忽略,否則電機(jī)轉(zhuǎn)矩太低為得到與E/f相近的特性,改善低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩特性,一般需要對(duì)定子壓降予以補(bǔ)償.稱為轉(zhuǎn)矩增強(qiáng)或提升功能.起始轉(zhuǎn)矩增強(qiáng)—針對(duì)低頻段按規(guī)則提升定子電壓.全范圍轉(zhuǎn)矩自動(dòng)增強(qiáng)—在整個(gè)調(diào)速范圍按一定規(guī)則補(bǔ)償.檢測(cè)定子電流\電壓,推算定子阻抗壓降并補(bǔ)償,使E/f恒定.E/f控制與V/f控制的本質(zhì)相同,因而統(tǒng)稱為V/f控制.2.4變頻器的控制方式和原理1.V/f控制變頻器原理V/f控制的特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單\成本較低開環(huán)控制\精度低\調(diào)速范圍小\動(dòng)態(tài)特性欠佳—通用變頻器2.4變頻器的控制方式和原理2.轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器原理交流電機(jī)能不能像直流電機(jī)一樣控制轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)速度控制?-----控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就是控制其定轉(zhuǎn)子電流.-----轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接轉(zhuǎn)矩控制定義轉(zhuǎn)差頻率:轉(zhuǎn)矩:按照V/f控制規(guī)則:E/f為常數(shù)(基頻以下)常數(shù)2.4變頻器的控制方式和原理2.轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器原理分析:在轉(zhuǎn)矩公式中,轉(zhuǎn)差頻率與轉(zhuǎn)矩是一一對(duì)應(yīng)的,控制轉(zhuǎn)差頻率,即能控制轉(zhuǎn)矩.在轉(zhuǎn)差頻率很小時(shí)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差頻率近似為正比關(guān)系電源頻率\電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)同步頻率\轉(zhuǎn)差頻率之間的關(guān)系:?控制方法:確定期望轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的確定需要的轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差頻率確定電源的輸出頻率及按E/f規(guī)律確定電壓2.4變頻器的控制方式和原理2.轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器原理分析—(續(xù))在E/f一定時(shí),轉(zhuǎn)差頻率決定電流----說明限制轉(zhuǎn)差率就可以限制電流,將轉(zhuǎn)差率限在安全區(qū)內(nèi),能保護(hù)電機(jī).最高轉(zhuǎn)差頻率是變頻器重要參數(shù)之一!這種控制需要加裝速度傳感器,用于轉(zhuǎn)差運(yùn)算的電路,其他狀態(tài)檢測(cè)電路,電流負(fù)反饋等電路.特點(diǎn):加減速響應(yīng)速度快\動(dòng)態(tài)特性較好\運(yùn)行穩(wěn)定2.4變頻器的控制方式和原理3.矢量控制矢量控制的基本思想直流電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的原理:與磁場(chǎng)垂直的載流導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力.轉(zhuǎn)矩的大小為磁場(chǎng)與電流的積.交流電機(jī)能否按直流電機(jī)產(chǎn)生磁場(chǎng)的原理去理解呢?

將交流電機(jī)的定子電流分解為勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量.控制定子電流的大小和相位,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制—矢量控制.廣泛應(yīng)用的兩種矢量控制:基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制

無速度傳感器的矢量控制2.4變頻器的控制方式和原理3.矢量控制矢量控制的基本思想直流電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的原理:與磁場(chǎng)垂直的載流導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力.轉(zhuǎn)矩的大小為磁場(chǎng)與電流的積.交流電機(jī)能否按直流電機(jī)產(chǎn)生磁場(chǎng)的原理去理解呢?

將交流電機(jī)的定子電流分解為勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量.控制定子電流的大小和相位,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制—矢量控制.廣泛應(yīng)用的兩種矢量控制:基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制

無速度傳感器的矢量控制2.4變頻器的控制方式和原理3.矢量控制基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制左圖:簡(jiǎn)化等值電路,忽略勵(lì)磁電阻\轉(zhuǎn)子漏電抗右圖:電流矢量圖(相量圖)控制手段:控制I1的大小和相位,實(shí)現(xiàn)對(duì)IM和I2的控制2.4變頻器的控制方式和原理3.矢量控制基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制的基本原理:當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí),為了使轉(zhuǎn)速不發(fā)生大波動(dòng),電機(jī)的轉(zhuǎn)矩也作相應(yīng)調(diào)整.調(diào)整電磁轉(zhuǎn)矩時(shí),使定子電流勵(lì)磁分量不變,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩分量,即.如圖示:當(dāng)需要將調(diào)節(jié)到時(shí),

也相應(yīng)的調(diào)整到對(duì)應(yīng)的定子電流的大小和相位都發(fā)生了變化!電源的電壓大小\相位與頻率也需要作出對(duì)應(yīng)的調(diào)整.2.4變頻器的控制方式和原理3.矢量控制基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制的數(shù)量關(guān)系:按轉(zhuǎn)差頻率控制確定電源頻率f和電壓U確定定子電流的相位2.4變頻器的控制方式和原理3.矢量控制基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制的數(shù)量關(guān)系:普通轉(zhuǎn)差控制(a)沒有相位控制,轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)有波動(dòng)轉(zhuǎn)差矢量控制(b)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快,運(yùn)行穩(wěn)定2.4變頻器的控制方式和原理3.矢量控制無速度傳感器的矢量控制基于磁場(chǎng)定位矢量控制的思想：將電壓、電流矢量向磁場(chǎng)方向及其垂直方向投影，得到勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量。采用與直流電機(jī)相類似的方法控制交流電機(jī)。在氣隙磁場(chǎng)需要用傳感器檢測(cè)的情況下（磁場(chǎng)在旋轉(zhuǎn)），該理論很少應(yīng)用于實(shí)際。矢量控制以轉(zhuǎn)差矢量控制為主氣隙磁場(chǎng)能夠通過狀態(tài)觀測(cè)器重構(gòu)—推動(dòng)無速度傳感器矢量控制的應(yīng)用發(fā)展。2.4變頻器的控制方式和原理3.矢量控制速度的推算2.4變頻器的控制方式和原理3.矢量控制無速度傳感器的矢量控制2.4變頻器的控制方式和原理3.矢量控制帶有速度傳感器的矢量控制方框圖（本部分請(qǐng)參照《自動(dòng)控制系統(tǒng)》交流調(diào)速部分）2.4變頻器的控制方式和原理4.提高轉(zhuǎn)矩控制性能的措施對(duì)電機(jī)的矢量控制需要電機(jī)模型、電機(jī)參數(shù)算法中運(yùn)用的參數(shù)與實(shí)際不符，會(huì)導(dǎo)致控制性能很差電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的電阻參數(shù)受溫度影響比較大（如，溫升達(dá)80℃，轉(zhuǎn)矩的偏差達(dá)30%）解決方法：

1）采用檢測(cè)電機(jī)溫升，按照一定規(guī)則調(diào)速電機(jī)模型參數(shù)；--需要裝設(shè)傳感器和配套電路，成本提高。2）采用模型辨識(shí)的方法，在線自動(dòng)辨識(shí)電機(jī)參數(shù)，相應(yīng)調(diào)整算法，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制。--不需要另外增加設(shè)備，但是實(shí)現(xiàn)的理論復(fù)雜，算法的穩(wěn)定性很重要。2.4變頻器的控制方式和原理4.提高轉(zhuǎn)矩控制性能的措施轉(zhuǎn)子等效電阻參數(shù)存在誤差時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)矩控制的影響：2.4變頻器的控制方式和原理4.提高轉(zhuǎn)矩控制性能的措施按溫升補(bǔ)償轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)的變化自適應(yīng)控制系統(tǒng)的框圖2.4變頻器的控制方式和原理5.幾種控制方式的比較V/f控制變頻器★屬于開環(huán)控制，控制方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低。但是調(diào)速精度，速度的穩(wěn)定性都不高。適用于不需要精確調(diào)速的場(chǎng)合，主要用于節(jié)能。轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器★★屬于速度閉環(huán)控制，是對(duì)V/f控制的改進(jìn)。能夠?qū)崿F(xiàn)較精確的調(diào)速控制，動(dòng)態(tài)性能較好；但是轉(zhuǎn)矩會(huì)波動(dòng)，需要速度傳感器。由于電路復(fù)雜程度和矢量控制相差不大，且動(dòng)態(tài)性能不如矢量控制，有被矢量控制代替的趨勢(shì)2.4變頻器的控制方式和原理5.幾種控制方式的比較矢量控制★★★屬于閉環(huán)控制，基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制和無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)是較為理想的控制方式：調(diào)速范圍寬、精度高、起制動(dòng)速度快、動(dòng)態(tài)性能好?；谵D(zhuǎn)差頻率矢量控制需要速度傳感器，使系統(tǒng)的可靠性下降。無速度傳感器的矢量控制，電路與算法復(fù)雜，在參數(shù)偏離較遠(yuǎn)時(shí)性能欠佳。2.4變頻器的控制方式和原理5.幾種控制方式的比較2.4變頻器的控制方式和原理5.幾種控制方式的比較2.4變頻器的控制方式和原理6.高性能的無速度傳感器矢量控制無速度傳感器系統(tǒng)----需要轉(zhuǎn)速估算，尤其是低速情況下的估算。估算依據(jù)是電機(jī)模型。電機(jī)模型參數(shù)的準(zhǔn)確性決定了變頻器的性能。參數(shù)通過自整定的方法能夠部分解決問題（高速區(qū)）。但是低速估算誤差較大。為進(jìn)一步提高性能，提出雙狀態(tài)觀測(cè)器估算轉(zhuǎn)速的方法方法：磁鏈觀測(cè)器模型—用于低速速度估算電壓/電流觀測(cè)器模型—用于高速速度估算使調(diào)速的范圍得以擴(kuò)展，精度得到提高。2.4變頻器的控制方式和原理6.高性能的無速度傳感器矢量控制無速度傳感器系統(tǒng)----需要估算轉(zhuǎn)速，尤其是低速情況下的估算。估算依據(jù)是電機(jī)模型，精度取決于參數(shù)的精度。通過參數(shù)自整定的方法能使電機(jī)在參數(shù)發(fā)生變化時(shí)及時(shí)予以校正，能夠解決部分問題，但是精度不高。為進(jìn)一步提高性能，提出雙狀態(tài)觀測(cè)器估算轉(zhuǎn)速的方法方法：磁鏈觀測(cè)器模型—用于高速速度估算電壓/電流觀測(cè)器模型—用于低速速度估算充分利用兩種模型的互補(bǔ)性使變頻器調(diào)速的范圍得以擴(kuò)展，精度得到提高。2.4變頻器的控制方式和原理6.高性能的無速度傳感器矢量控制含有雙狀態(tài)觀測(cè)器的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)2.4變頻器的控制方式和原理6.高性能的無速度傳感器矢量控制雙狀態(tài)無速度傳感器矢量控制目前屬較新的研究熱點(diǎn)。隨著專用CPU、ASIC一類的電子器件與技術(shù)的推廣應(yīng)用，可靠性提高，調(diào)速性能提升較快。見教材：安川低頻區(qū)的輸出轉(zhuǎn)矩大幅度提升。需要注意：

1）無速度傳感器省了傳感器，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，減少了維護(hù)量；但在低速區(qū)，與有速度傳感器的矢量控制相比，精度明顯較低。選用無速度傳感器矢量控制時(shí)要慎重。2）很多公司推出具有前述多種控制方式的通用型變頻器，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要正確選型。2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件本節(jié)主要包括以下內(nèi)容（簡(jiǎn)介）晶閘管、可關(guān)斷晶閘管GTO、晶體管GTR、功率MOSFET、隔離門極雙極型晶體管IGBTIPM智能功率模塊ASIPM用戶專用智能功率模塊DIP-IPM小封裝智能功率模塊SiC

半導(dǎo)體功率器件復(fù)合模塊2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件1.晶閘管、可關(guān)斷晶閘管GTO、晶體管GTR導(dǎo)通條件:正向陽(yáng)陰極電壓,門極觸發(fā)電流.不能自關(guān)斷,需要在外部條件配合(陽(yáng)陰反向電壓強(qiáng)迫換流)制造工藝簡(jiǎn)單,能承受很大電流,但是控制電路復(fù)雜.在1000KVA以上大容量變頻器中還有大量應(yīng)用晶閘管2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件1.晶閘管、可關(guān)斷晶閘管GTO、晶體管GTR通過門極信號(hào)開通和關(guān)斷主電路.電路結(jié)構(gòu)相對(duì)于晶閘管電路簡(jiǎn)單,成本低.脈沖換流,噪聲小.易于實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制控制有取代晶閘管的趨勢(shì),大功率變頻器.門極控制電流較大;開關(guān)速度慢.可關(guān)斷晶閘管GTO2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件1.晶閘管、可關(guān)斷晶閘管GTO、晶體管GTR工作原理與晶體管相同內(nèi)部具有達(dá)林頓(復(fù)合)結(jié)構(gòu),擴(kuò)大容量GTR以NPN為主自關(guān)斷能力—斷開基極電流即關(guān)斷極電極電流開關(guān)速度快,功耗小大量應(yīng)用于中小功率PWM變頻器功率晶體管GTR2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件2.功率MOSFET、隔離門極雙極型晶體管IGBT工作原理與普通MOSFET相同比前述的三種器件開關(guān)速度快一個(gè)數(shù)量級(jí)電壓型驅(qū)動(dòng)器件,驅(qū)動(dòng)功率小耐過流能力強(qiáng),抗干擾能力強(qiáng)安全工作區(qū)寬主要用于小容量變頻器功率MOSFET2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件2.功率MOSFET、隔離門極雙極型晶體管IGBT線性區(qū)(區(qū)域A),MOSFET通態(tài)電阻較大飽和區(qū)(區(qū)域B),MOSFET漏極電流更穩(wěn)定—恒流源晶體管輸出特性與功率MOSFET的輸出特性對(duì)比2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件2.功率MOSFET、隔離門極雙極型晶體管IGBT功率MOSFET開關(guān)動(dòng)態(tài)特性開關(guān)動(dòng)態(tài)特性:開關(guān)速度快,開關(guān)頻率在晶體管基礎(chǔ)上提高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件2.功率MOSFET、隔離門極雙極型晶體管IGBT功率MOSFET驅(qū)動(dòng)要求:柵源驅(qū)動(dòng)電壓低于20V(一般取15V),且防止發(fā)生振蕩;驅(qū)動(dòng)的輸出阻抗要匹配;驅(qū)動(dòng)直流電源對(duì)“地”可浮動(dòng)—隔離.2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件2.功率MOSFET、隔離門極雙極型晶體管IGBT隔離門極雙極型晶體管IGBT相當(dāng)于MOS管與晶體管復(fù)合器件具有MOS開關(guān)速度快的特點(diǎn)具有晶體管導(dǎo)通電阻小的特點(diǎn)耐過流能力強(qiáng),抗干擾能力強(qiáng)主要用于中小容量變頻器—主流器件2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件2.功率MOSFET、隔離門極雙極型晶體管IGBT隔離門極雙極型晶體管IGBT開關(guān)動(dòng)態(tài)特性2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件2.功率MOSFET、隔離門極雙極型晶體管IGBT隔離門極雙極型晶體管IGBT驅(qū)動(dòng)EXB系列原理圖2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件2.功率MOSFET、隔離門極雙極型晶體管IGBT隔離門極雙極型晶體管IGBT驅(qū)動(dòng)EXB系列(富士)EXB850,851標(biāo)準(zhǔn)型EXB840,841高速型2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件以上器件為傳統(tǒng)器件,在實(shí)際中應(yīng)用的范圍比較:2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件3.智能功率模塊IPM(傻瓜式開發(fā)器件)開關(guān)器件+驅(qū)動(dòng)電路+過壓保護(hù)+過流保護(hù)+過熱保護(hù)優(yōu)點(diǎn):開關(guān)速度快功耗小過流過熱欠壓保護(hù)抗干擾能力強(qiáng)外圍擴(kuò)展簡(jiǎn)單,縮短開發(fā)時(shí)間無需防靜電體積小單元IPM2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件4.用戶專用智能功率模塊ASIPM整流+制動(dòng)+逆變電路+驅(qū)動(dòng)電路+電流檢測(cè)+保護(hù)專為小型變頻器變頻器設(shè)計(jì),簡(jiǎn)化電路\降體積\降成本2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件5.小封裝智能功率模塊DIP-IPM幾乎是一個(gè)完整的變頻器,將電路連接減小至最少;適用于家電和小型變頻電器(低成本\高可靠性\小體積\易使用)優(yōu)點(diǎn):

開關(guān)速度快低功耗抗干擾能力強(qiáng)過流欠壓保護(hù)工業(yè)級(jí)絕緣2500V

開發(fā)簡(jiǎn)單高電平驅(qū)動(dòng),可直接連接2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件2.5變頻器中的半導(dǎo)體開關(guān)器件6.碳化硅SiC半導(dǎo)體功率器件與復(fù)合模塊碳化硅SiC半導(dǎo)體功率器件新型半導(dǎo)體器件,性能優(yōu)于傳統(tǒng)摻雜半導(dǎo)體和砷化鎵半導(dǎo)體器件,主要表現(xiàn):高禁帶寬度高飽和電子漂移速度—開關(guān)速度高,導(dǎo)通電阻低高擊穿強(qiáng)度—高耐壓強(qiáng)度低介電常數(shù)—寄生電容小高熱導(dǎo)率—散熱性能好應(yīng)用于射頻\微波\高頻等領(lǐng)域,Motorola\GE\西屋\ABB已經(jīng)研制出部分器件.

SiC器件接近理想器件的性能,但還有很多問題需要解決,大規(guī)模推廣應(yīng)用尚需時(shí)日.2.5變頻器中的半導(dǎo)體