变频器的应用与研究
【摘要】随着经济和科学技术的发展，电力电子技术的发展速度也得到快速提高。目前，变频器在工农业生产中的应用越来越广泛，也引起了更多的关注及研究。本文主要介绍了变频器的应用条件以及在工程应用中应该注意的问题，同时对于变频器的发展提出了展望。
【关键词】变频器；应用；发展；展望
1.变频器正确应用的条件
1.1变频器的选用原则
变频器的选择应遵循以下几个原则：
（1）变频器的输出功率和电流必须等于或大于被驱动异步电机的功率和电流。
（2）在工业机械的应用中，要根据机械的具体用途或型号选择正确的变频器的类型。目前市场上的变频器，大致可分为三类：
a.通用型变频器：这类变频器也被称为简易变频器，因为它不具备矢量控制的功能。
b.高性能变频器：通常情况下，这类变频器配有矢量控制功能。
c.专用变频器：通常指专门为某种用途或类型型号的机械而设计的变频器，如水泵、风机、电梯、起重机械、注塑机等都有专用的变频器。
（3）一般情况下，一台变频器是能够控制多台电动机的；但是此时，必须要根据最大电流原则进行选择，然后还要明确多台电动
变频器基础知识 一、变频器的定义 通常所说的变频器，是指将频率固定的电源（如50Hz三相交流电） 变成频率可变的电源（如在0?50HZ之间随意变换）的转换设备。如果原有电源的频率为0（即为直流电源供电），则变频器可以省去直流变换环节，退化成单一的逆变器（DO AQ O 二、变频器的分类从不同的角度，可以对变频器进行不同的分类。 1、按电压等级不同，变频器可分为：高压变频器、中压变频器、低压变频器 按照国际惯例，电压》10kV时称高压，1-10kV为中压，小于1kV 时称低压，与其电压范围相对应的变频器分别称为高压变频器、中压变频器、低压变频器。 在我国，习惯上把10KV 6kV或3kV的电机称为高压电机，相应的电压为10KV 6kV或3kV的变频器均称高压变频器。平常所说的“高- 高”“高-低-高”“高-低”只是变频器的不同应用形式。 2、按主回路结构不同，变频器可分为：交-直-交变频器，交-交变频器。交- 直- 交变频器 1）交- 直-交变频器先将电网交流电用整流电路整成直流电，再用逆变电路将直流电转换为频率可变的交流电。整流电路、直流回路、逆变电路是交-直-交变频器的三个基本组成部分。 整流电路可以是不控的（二极管全波整流）、也可以是可控的，如果是可控整流，则它也能工作在逆变状态，将直流回路的能量逆变回电网。 逆变电路肯定是可控的，主要功能是将直流回路电能变成交流电输出给电机。如果电机工作在发电工况时（比如制动场合），逆变电路工作在整流状态，将电机的能量送到直流回路。 交- 交变频器
2）交-交变频器没有直流回路，每相都由两个相互反并联的整流电路组成，正桥提供正向相电流，反桥提供负向相电流。 3、按储能方式不同，变频器可分为：电流源型、电压源型。 电流源型变频器 1）电流源型： 电流源变频器输入采用可控整流，控制电流的大小。中间采用大电感，对电流进行平滑。逆变桥将直流电流转换为频率可变的交流电流，供给交流电机。在电流源变频器中，直接受控量是电流。整流桥控制电流大小，逆变桥控制电流频率，电机侧得到的是幅值和频率可变的方波电流。 特点：①电流源变频器具有很好的抗过流能力，甚至负载短路都不会导致变频器损坏。②由于整流桥输出电压可以为负，从而进入逆变状态工作，实现能量由变频器向电网的回馈，可用于频繁正反转或需要制动的场合。 缺点：其网侧功率因数不高，电流谐波较大。 2）电压源型： 电压源变频器输入一般不控，大多采用二极管进行全波整流。中间采用大电容滤波，对电压进行平滑。逆变桥采用PWM控制技术，既控制电压输出波形中交流基波的幅值大小，也控制交流基波电压的频率。 在电压源变频器中，直流回路的电压大小基本是不变的。逆变桥直接对直流电压进行PWM控制，不直接控制电流。电机侧得到的是幅值恒定、占空比和频率可变的方波电压。电机的电流实际上是其在变频器输出电压控制下运行所产生的，为正弦波。 优点：网侧功率因数较高，并且不随输出频率而变。 缺点：由于整流桥不控，输出电压和电流的方向均确定不变，不能 实现能量回馈。不适用于频繁正反转或需要制动的场合。 4、按电平数不同，变频器可分为：两电平、三电平、多电平 1）两电平变频器典型电路结构及输出波形如下： 2）三电平PWM fe压型变频器采用12只可关断功率器件（IGCT或高压
变频器基础知识 1、什么是变频器？ 变频器是利用电力半导体器件的通断将工频电源变换为频 率连续可调的电能控制装置。 2、电压型与电流型有什麽不同？ 变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电 感。 3、为什麽变频器的电压与电流成比例的改变？ 非同步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用於风机、泵类节能型变 频器。 4、按比例地改变V和f时，电机的转矩如何变化？ 频率下降时完全成比例地降低电压，那么由于交流阻抗变小而直流电阻不变,将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。因此，在低频时给定V/f,要使输出电压提高一些,以便获得一定的起动转矩,这种补偿称增强起动。可以采用各种
方法实现,有自动进行的方法、选择V/f模式或调整电位器 等方法。 5、对于一般电机的组合是在60Hz以上也要求转矩一定，是 否可以？ 通常情况下时不可以的。在60Hz以上(也有50Hz以上的模式)电压不变，大体为恒功率特性，在高速下要求相同转矩时，必须注意电机与变频器容量的选择。 6、所谓开环是什么意思？ 给所使用的电机装置设速度检出器(PG)，将实际转速反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环”，不用PG运转的就叫作“开环”。通用变频器多为开环方式，也有的机种利用选 件可进行PG反馈。 7、实际转速对于给定速度有偏差时如何办？ 开环时，变频器即使输出给定频率，电机在带负载运行时，电机的转速在额定转差率的范围内(1%~5%)变动。对于要求调速精度比较高，即使负载变动也要求在近于给定速度下运转的场合，可采用具有PG反馈功能的变频器(选用件)。 8、有加速时间与减速时间可以分别给定的机种，和加减速 时间共同给定的机种，这有什么意义？ 加减速可以分别给定的机种，对于短时间加速、缓慢减速场合，或者对于小型机床需要严格给定生产节拍时间的场合是适宜的，但对于风机传动等场合，加减速时间都较长，加速
- - - 变频器基础知识入门 1、什么是变频器？ 变频器一般是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 2、PWM和PAM的不同点是什么？ PWM是英文PulseWidthModulation（脉冲宽度调制）缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。 PAM是英文PulseAmplitudeModulation（脉冲幅度调制）缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。 3、电压型与电流型有什么不同？ 变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路的滤波是电感。 4、为什么变频器的电压与电流成比例的改变？ 异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。 5、电动机使用工频电源驱动时，电压下降则电流增加；对于变频器驱动，如果频率下降时电压也下降，那么电流是否增加？ 频率下降（低速）时，如果输出相同的功率，则电流增加，但在转矩一定的条件下，电流几乎不变。 6、采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？ 采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下（根据机种不同，为125%~200%）。用工频电源直接起动时，起动电流为6~7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动（起动时间变长）。起动电流为额定电流的1.2~1.5倍，起动转矩为70%~120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。 7、V/f模式是什么意思？ 频率下降时电压V也成比例下降，这个问题已在回答4说明。V与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置（ROM）中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择。 8、按比例地改V和f时，电机的转矩如何变化？ 频率下降时完全成比例地降低电压，那么由于交流阻抗变小而直流电阻不变，将造成在低速下产生的转矩有减小的倾向。因此，在低频时给定V/f，要使输出电压提高一些，以便获得一定地起动转矩，这种补偿称增强起动。 可以采用各种方法实现，有自动进行的方法、选择V/f模式或调整电位器等方法。 9、在说明书上写着变速范围60~6Hz，即10：1，那么在6Hz以下就没有输出功率吗？ 在6Hz以下仍可输出功率，但根据电机温升和起动转矩的大小等条件，最低使用频率取6Hz左右，此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。变频器实际输出频率（起动频率）根据机种为0.5~3Hz。 10、对于一般电机的组合是在60Hz以上也要求转矩一定，是否可以？ 通常情况下是不可以的。在60Hz以上（也有50Hz以上的模式）电压不变，大体为恒功率特性，在高速下要求相同转矩时，必须注意电机与变频器容量的选择。 11、所谓开环是什么意思？ 给所使用的电机装置设速度检出器（PG），将实际转速反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环”，不用PG运转的就叫作“开环”。通用变频器多为开环方式，也有的机种利用选件可进行PG反馈。 12、实际转速对于给定速度有偏差时如何办？ 开环时，变频器即使输出给定频率，电机在带负载运行时，电机的转速在额定转差率的范围内（1%~5%）变动。对于要求调速精度比较高，即使负载变动也要求在接近给定速度下运转的场合，可采用具有PG反馈功能的变频器（选用件）。 13、如果用带有PG的电机，进行反馈后速度精度能提高吗？ 具有PG反馈功能的变频器，精度有提高。但速度精度的值取决于PG本身的精度和变频器输出频率的分辨率。 14、失速防止功能是什么意思？ 如果给定的加速时间过短，变频器的输出频率变化远远超过转速（电角频率）的变化，变频器将因流过过电流而跳
带你进入工控之门——学一种变频器 序言：初次接触工控的人对其都会感到很神秘，许许多多的自动控制，错综复杂的联锁及很多高新的电气元器件，让人无从下手。其实我们只需掌握一些基本的知识，分解各个部件，了解各部件的性能及要点，然后再整合起来，就清晰多了。 整个工控的组成好似人体一样，一般有：大脑（DCS），神经中枢（网络），躯干（PLC），手脚（现场执行器），五观（现场传感器）。 今天我为大家谈谈现场执行器中的一个工控中常用的电气部件——变频器。变频器由于其本身具有可调速及节能的重要特性，在近几年发展很快，广泛应用于各邻域。对于品种繁多的变频器和其本身内部各参数之多，我们往往第一次接触会感到无从下手，但我们可以从各种变频器的共性中学习，掌握一种变频器，举一反三就能从而了解各种变频器的应用。 下面我就用一种常用的变频器ABB-ACS550给大家讲解其在实际工作中的应用。 一、安装： 打开包装我们首先要查看的是选用的变频器功率是否与配套的电机功率一致，要求是变频器功率≥电机功率，否则变频器因功率不足带不起负荷而烧坏。变频器上一般会有如下标签： 表示该变频器输入要求电压为3相380电压，频率50HZ，其上边的数字是一个适用范围，我们一般不用理会，因为国内的电压等级均满足其要求。输出电压为0至380V，3相交流，电流为6.9A，也就是能带3KW左右的电机，频率可调0-500Hz，一般我们应用中最大也只有60Hz。 一般变频器要求安装在无尘，无水气，无腐蚀的环境中，并在变频器本身上下左右周围留有一定的空间，有利散热。条件好的话最好能安装在特定的配电房内，并配有恒温设备，因为变频器本身也有发热，其电子元件会受温度的影响，如果其散热片上积尘多散热不好的话，会加剧变频器的损坏。 由于变频器本身是个干拢源，所以它产生的电磁干拢对其周围会有一定的影响，由其是对周围有DCS，PLC这种高精度工控设备更要注意安装中的每一环节。其解决方法有： 1、在电源输入侧加装电抗器，现在有些变频器在设计时已经在输入端加入了抗干拢的电抗器，可以在订 购时加以注意。 2、在电源输出侧，即电机电缆选用带屏蔽的三芯或四芯对称电缆，其优点是电缆上的电磁干拢是对称的， 相互加以抵消，如以下图示：
PWM 变频控制技术 变频调速原理 变频器工作原理：变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。在诸多交流异步电动机调速技术中，如调压调速、变极调速、串级调速、滑差调速、变频调速等，其中由于变频调速具有的优点： （1）调速时平滑性好，效率高； （2）调速范围较大，精度高； （3）起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显； （4）易于实现过程自动化； 因此，变频调速技术是当前应用最广泛的一种调速技术。在中小功率的变频调速系统中使用最多的变压变频调速，简称U/F 控制，相应的变频调速控制器为电压源型变频调速器（VSI ）。由电机学知识可知异步电动机的转速与电源频率有以下关系： )1(60s p f n -= （2-1） 式中：n —电机的转速（r/min ）； p —磁极对数； s —转差率（％）； f —电源频率（Hz ）。 从式（2-1）可以看出，改变电源频率就可以改变电机转速。另外，根据的电势公式知道，外加电压近似地与频率和磁通的乘积成正比。即 φf C E U 1≈∝ （2-2） 式中C 1为常数。因此有： f U f E =∝φ （2-3） 若外加电压不变，则磁通随频率而改变，如频率下降，磁通会增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制。此外，在很多场合为了保持在调速时，电动机产生最大转矩不变，也需要维持磁通不变，这亦由频率和电压协调控制来实现。通过改变异步电动机的供电频率，从而可以任意调节电机转速,实现平滑的无级调速。 SPWM 模式下交直交变频器工作原理 SPWM 波形就是在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度一也最大，而脉冲间的间隔则最小。反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，如图所示。这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的谐波成分大为减小，
变频器基础知识入门 1、什么是变频器？ 变频器一般是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 2、PWM和PAM的不同点是什么？ PWM是英文PulseWidthModulation（脉冲宽度调制）缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。 PAM是英文PulseAmplitudeModulation（脉冲幅度调制）缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。 3、电压型与电流型有什么不同？ 变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路的滤波是电感。 4、为什么变频器的电压与电流成比例的改变？ 异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。 5、电动机使用工频电源驱动时，电压下降则电流增加；对于变频器驱动，如果频率下降时电压也下降，那么电流是否增加？ 频率下降（低速）时，如果输出相同的功率，则电流增加，但在转矩一定的条件下，电流几乎不变。 6、采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？ 采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下（根据机种不同，为125%~200%）。用工频电源直接起动时，起动电流为6~7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动（起动时间变长）。起动电流为额定电流的1.2~1.5倍，起动转矩为70%~120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。 7、V/f模式是什么意思？ 频率下降时电压V也成比例下降，这个问题已在回答4说明。V与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置（ROM）中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择。 8、按比例地改V和f时，电机的转矩如何变化？ 频率下降时完全成比例地降低电压，那么由于交流阻抗变小而直流电阻不变，将造成在低速下产生的转矩有减小的倾向。因此，在低频时给定V/f，要使输出电压提高一些，以便获得一定地起动转矩，这种补偿称增强起动。 可以采用各种方法实现，有自动进行的方法、选择V/f模式或调整电位器等方法。 9、在说明书上写着变速范围60~6Hz，即10：1，那么在6Hz以下就没有输出功率吗？ 在6Hz以下仍可输出功率，但根据电机温升和起动转矩的大小等条件，最低使用频率取6Hz左右，此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。变频器实际输出频率（起动频率）根据机种为0.5~3Hz。 10、对于一般电机的组合是在60Hz以上也要求转矩一定，是否可以？ 通常情况下是不可以的。在60Hz以上（也有50Hz以上的模式）电压不变，大体为恒功率特性，在高速下要求相同转矩时，必须注意电机与变频器容量的选择。 11、所谓开环是什么意思？ 给所使用的电机装置设速度检出器（PG），将实际转速反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环”，不用PG运转的就叫作“开环”。通用变频器多为开环方式，也有的机种利用选件可进行PG反馈。 12、实际转速对于给定速度有偏差时如何办？ 开环时，变频器即使输出给定频率，电机在带负载运行时，电机的转速在额定转差率的范围内（1%~5%）变动。对于要求调速精度比较高，即使负载变动也要求在接近给定速度下运转的场合，可采用具有PG反馈功能的变频器（选用件）。 13、如果用带有PG的电机，进行反馈后速度精度能提高吗？ 具有PG反馈功能的变频器，精度有提高。但速度精度的值取决于PG本身的精度和变频器输出频率的分辨率。 14、失速防止功能是什么意思？
变频器基础知识试题 已阅[102]次[2010-3-3] 1、变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 2、PWM和PAM的不同点是什麽？ PWM是英文Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation(脉冲幅度调制)缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。 3、电压型与电流型有什麽不同？ 变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波石电感。 4、为什麽变频器的电压与电流成比例的改变？ 非同步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那麽磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用於风机、泵类节能型变频器。 5、电动机使用工频电源驱动时,电压下降则电流增加;对於变频器驱动,如果频率下降时电压也下降，那麽电流是否增加？ 频率下降(低速)时,如果输出相同的功率,则电流增加,但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。 6、采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？ 采用变频器运转，随著电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下(根据机种不同，为125%~200%)。用工频电源直接起动时，起动电流为6~7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变
变频器基础 第一节变频器原理 目前使用最多的是交——直——交变频器。交流变直流的过程非常简单，通过二极管整流桥，电容滤波，就可将工频交流电变为直流电。变频器的难点是直流电变为可变频率的交流电。为了使大家方便地看懂其原理，先做如下叙述。 一、变频器如何把直流电变为正弦交流电 1、直流电变为交流电 由图1—1可看出，直流电源为U，负载为灯泡，K1、K2、K3、K4为开关。K1、K3与K2、K4交替闭合和打开。 当K2、K4打开，K1、K3闭合时，灯中电流由左向右流动。 当K1、K3打开，K2、K4闭合时，灯中电流由右向左流动。 如此交替进行，灯中电流就是矩形交流电。 图1—1直流电变为交流电 2、直流电变为正弦交流电的正半波 在矩形波中占空比是指脉冲与整个周期的比值，一般是脉冲电源中用来衡量开关管导通或截止状况。是在连续的脉冲频率（载波频率）或周期不变的前提下定义的,用来测开关管的导通和关断的比例的。如占空比为50%,则指开与关的时间比是1:1。占空比是指高低电平所占的时间的比率。占空比越大，电路导通时间就越长，输出等效电压就越高。相反，占空比越小，电路导通时间就越短，输出等效电压就越低。 由图1—2可看出，当K1、K3闭合时间短、打开时间长，然后逐渐增加闭合时间、缩短打开时间，最后再逐渐缩短闭合时间、增加打开时间。灯中的电流等效为由小到大、又由大到小的变化。这就是等效为正弦交流电的正半波。 图1—2直流电变为正弦交流电的正半波 3、直流电变为正弦交流电的负半波 由图1—3可看出，当K2、K4闭合时间短、打开时间长，然后逐渐增加闭合时间、缩短
打开时间，最后再逐渐缩短闭合时间、增加打开时间。灯中的电流等效为由小到大、又由大到小的变化。这就是等效为正弦交流电的负半波。 图1—3直流电变为正弦交流电的负半波 4、直流电变为正弦交流电 由图1—4可看出，重复上述二和三的步骤，就可得到等效的正弦交流电。 K1、K3与K2、K4交替的时间间隔长，交流电的频率就低。相反，K1、K3与K2、K4交替的时间间隔短，交流电的频率就高。变频器就是改变交替导通的时间间隔，实现变频的。 图1—4直流电变为等效正弦交流电 二、变频器是如何改变频率的 变频器是用IGBT作为高速开关管，IGBT可用K1、K2、K3、K4来等效。开关闭合等效IGBT 导通，开关打开等效IGBT关断。变频器等效电路如下图1—5。 图1—5变频器等效图 1、10 Hz交流电的由来。 10Hz波形示意图如下图1—6，黑色是实际的波形——矩形波，浅色是等效波形。
1、基本概念 （1）VVVF 改变电压、改变频率（Variable Voltage and Variable Frequency）的缩写。 （2）CVCF 恒电压、恒频率（Constant Voltage and Constant Frequency）的缩写。 各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均200V/60H z（50Hz）或100V/60Hz（50Hz）。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（A C），我们把实现这种转换的装置称为“变频器”（inverter）。 变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。 2. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？ r/min电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm。例如：4极电机60Hz 1,800 [r/min]，4极电机50Hz 1,500 [r/min]，电机的旋转速度同频率成比例。 本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地取决于电机的极数和频率。电机的极数是固定不变的。由于极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适合改变极对数来调节电机的速度。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值
变频调速技术 现代工业生产过程中，各种设备的传动部件大都离不开电动机，且电动机的传动在许多场合要求能够调速。电动机的调速运行方式很多，以电动机类型分大致可分为直流调速与交流调速两种，而交流调速方式又可分为变极调速、改变转差率调速和变频调速等几种方式。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。 1. 交流变频调速的优异特性 (1) 调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。 (2) 调速范围较大，精度高。 (3) 起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。 (4) 变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。 (5) 易于实现过程自动化。 (6) 必须有专用的变频电源，目前造价较高。 (7) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。 2. 与其它调速方法的比较 这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。 在直流调速系统中，由于直流电动机具有电刷和整流子，因而必须对其进行检查，电机安装环境受到限制。例如：不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。此外，也限制了电机向高转速、大容量发展。而交流电机就不存在这些问题，主要表现为以下几点： 第一，直流电机的单机容量一般为12-14MW，还常制成双电枢形式，而交流电机单机容量却可以数倍于它。第二，直流电机由于受换向限制，其电枢电压最高只能做到一千多伏，而交流电机可做到6-10kV。第三，直流电机受换向器部分机械强度的约束，其额定转速随电机额定功率而减小，一般仅为每分钟数百转
《变频器原理及应用》复习 复习题一填空 3.有些设备需要转速分段运行，而且每段转速的上升、下降时间也不同，为了适应这种 控制要求，变频器具有段速控制功能和多种加、减速时间设置功能。 4. 变频器是通过电力电子器件的通断作用将工频交流电变换为电压和频率 均可调的一种电能控制装置。 5. 变频器的组成可分为主电路和控制电路。 6. 变频调速过程中，为了保证电动机的磁通恒定，必须保证u/f =常数。 8. 变频器的主电路由整流电路、滤波与制动电路和逆变电路所组成。 9.变频调速时，基频以下调速属于恒转矩变频调速，基频以上属于恒 电压变频调速。 10. 变频器的PID功能中，P指比例，I指积分，D指微分。 １1. 变频器的输出侧不能接移相电容和噪声滤波器，以免造成逆变电路开关管损坏或使变频器不能正常工作。 １2. 变频器的加速时间是指从0Hz上升到最高频率所需的时间，减速时间是指从最高频率下降到0Hz所需的时间。 １3.SPWM是正弦波脉冲宽度调制的英文缩写。 １4.输入电源必须接到变频器的输入端子R、S、T上，电动机必须接在变频器的输出端子U、V、W上。 １5.直流电抗器的主要作用是提高功率因数和抑制电源刚接通的冲击电流。 １6.输入交流电抗器的主要作用是抑制输入电流的高次谐波和提高功率因数。 １7.变频器常用的电力电子器件有晶闸管(SCR)、门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管(GTR) 、功率场效应晶体管(功率MOSFET) 和绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)、IPM 等。 １8. 逆变电路是将直流电变换为频率和幅值可调交流电的装置。 １9. 变频器的制动单元一般连接在整流电路和逆变电路之间。 ２0. 变频器的分类，按变换环节可分为交-交直接变频器和交-直-交间接变频器
一、变频技术的发展 电力电子器件是变频器发展的基础，计算机技术和自动控制理论是变频器发展的支柱。电力电子器件由最初的半控器件SCR，发展为全控器件GTO晶闸管、GTR、MOSFET、IGBT,到今年研制出的IPM，单个器件的电压值和电流值的定额越来越大，工作速度越来越高，驱动功率和管耗越来越小。变频技术的核心控制由单片机完成，这些新技术和自动控制理论使变频器的容量越来越大，功能越来越强。 市场需求也是变频器发展的动力，来自国家节能中心的数据： 在全国总的电能消耗中：各种电机的耗电量占：50％!其中风机泵的耗电量：50％! 即：全国的发电量中1/4被风机、泵消耗了！ 最新数据：各种风机、泵耗电量占全国发电量的1/3! 据测算我国潜在变频器市场是巨大的。 变频器技术的发展趋势是：智能化，专门化，一体化，环保低噪 变频技术已被公认为最理想，最有发展前途的调速方式之一，它主要应用在节能，自动化系统及提高工艺水平和产品质量等方面。 二、变频调速的实现及分类 1.交-交调速 交-交调速只有一个变换环节，将恒压恒频的交流电源转换成变压变频的电源，因此又称为直接变频器，它主要应用于大功率的三相异步电动机和同步电机的低速变频调速 优点：原理简单，方便 缺点：①结构庞大，笨重；②谐波成分大；③频率最高不会大于30Hz 因而其应用围受到限制 2. 交-直-交调速 交-直-交调速主要由三部分组成：整流电路，中间电路，和逆变电路 优点：①调速围广；②具有良好的动静态特性 用可控硅实现VV，用IGBT逆变来实现VF 我公司使用的是交-直-交变频调速，整流部分采用二极管进行整流，逆变部分采用功率器件IGBT 来实现。 下面简单谈一下IGBT
变频器基础 1. 变频器的作用是将频率固定的单相或三相交流电，变换成频 率连续可调的三相交流电的变换器 。 2. 按照电能变化的环节,变频器分为交－交变频器和交－直－ 交变频器。 3. 用户使用变频器的主要目的有节能、满足工艺需求、提高产 品质量、提高舒适性 4. 电机的转差率公式为0 0n n n s -= ，式中各变量的含义是：s:转差率，比率，无单位，n0:同步转速，，n:电机转速， 5. 根据电机的转速公式，)1(60s p f n -=， 式中各变量的含义是： 6. 由电机的转速公式可知，电机调速至少有3种方式，分别是：改变电机的供电频率，使用变频器，改变电机的极数，使用变极电机，进行有级调速，改变电机的转差率，使用绕线电 7. 电机的额定转矩公式为： N N M n P T ?=9550，式中各变量的含 义和单位分别是：:电机额定转矩，；N P :电机额定功率，；N n : 电机额定转速，
8. 变频器主要有3种启动方式，分别是从启动频率启动，先制 动再启动，转速跟踪启动 9. 变频器有4种停机方式，分别为减速停机，自由停车，减速 停车＋能耗制动，减速停车＋直流制动 10. 变频器直流制动功能主要是用来克服电机低速爬行现象， 向电机绕组中通入直流电流，实现电机迅速停机。 11. 变频器主回路主要分为：整流部分、软启动电路、母线滤 波电路、能耗制动电路、逆变电路。 12. 变频器输出容量的公式是：N N N I U S 3= 13. 当变频器驱动单台电机时，其容量的选择原则是变频器额 定输出电流>= 电机额定电流×1.1 14. 当变频器驱动多台并联电机时，容量的选取选择是变频器 额定输出电流>=各电机额定电流之和×1.1 15. 变频器定子绕组的电动势和主磁通的关系式是： M N kf E Φ=11144.4 16. 提高变频器载波频率的好处有：使电机电流波形更接近正 弦，减少电流的高次谐波分量，降低电机运行时的音频噪音。 17. 提高变频器载频频率的不良影响有：增加了对外的电磁干 扰、开关管的开关损耗增加 18. 人耳能听见的声音频率范围是：20～20 19. 变频器的频率给定通道主要有：面板数字给定、外部端子 给定、通讯给定频率。
变频器基础知识考题填空题
变频器基础 1. 变频器的作用是将频率固定的单相或三相交流电，变换成频率连续可调的三相交流电的变换器 。 2. 按照电能变化的环节,变频器分为交－交变频器和交－直－交变频器。 3. 用户使用变频器的主要目的有节能、满足工艺需求、提高产品质量、提高舒适性 4. 电机的转差率公式为0 n n n s -= ，式中各变量的含义是：s:转差率，比率，无单位，n0:同步转速，r/min ，n:电机转速，r/min 5. 根据电机的转速公式，)1(60 s p f n -=， 式中各变 量的含义是：n:电机转速，r/min ；f:电机供电频率, Hz ；p:电机极对数，无单位；s ：转差率，无单位； 6. 由电机的转速公式可知，电机调速至少有3种方式，分别是：改变电机的供电频率，使用变频器，改变电机的极数，使用变极电机，进行有级调速，进行串级调速
7. 电机的额定转矩公式为： N N M n P T ?=9550，式中 各变量的含义和单位分别是：Tm:电机额定转矩，N.m ；N P :电机额定功率，kW ；N n :电机额定转速，r/min 8. 变频器主要有3种启动方式，分别是从启动频率启动，先制动再启动，转速跟踪启动 9. 变频器有4种停机方式，分别为减速停机，自由停车，减速停车＋能耗制动，减速停车＋直流制动 10. 变频器直流制动功能主要是用来克服电机低速爬行现象，向电机绕组中通入直流电流，实现电机迅速停机。 11. 变频器主回路主要分为：整流部分、软启动电路、母线滤波电路、能耗制动电路、逆变电路。 12. 变频器输出容量的公式是：N N N I U S 3= 13. 当变频器驱动单台电机时，其容量的选择原则是变频器额定输出电流>= 电机额定电流×1.1 14. 当变频器驱动多台并联电机时，容量的选取
变频调速及其控制技术的现状与发展趋势 摘要：变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果在各个领域得到广泛的应用，为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了重要手段。本文首先回顾了变频调速技术的发展历史和现状，然后总结了变频调速中的关键控制技术，并介绍了智能控制理论在变频调速系统中的应用情况，最后指出了变频调速技术的发展趋势。 关键字：变频调速技术矢量控制异步电动机PWM技术智能控制 1变频调速技术的发展历史及现状 变频调速技术涉及到电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域。随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展，以变频调速为代表的近代交流调速技术有了飞速的发展。交流变频调速传动克服了直流电机的缺点，发挥了交流电机本身固有的优点（结构简单、坚固耐用、经济可靠、动态响应好等），并且很好地解决了交流电机调速性能先天不足的问题。交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在*****领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式，代表了电气传动发展的主流方向。交流调速技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了至关重要的手段。变频调速理论已形成较为完整的科学体系，成为一门相对独立的学科。变频装置有交-直-交系统和交-交系统两大类。
交-直-交系统又分为电压型和电流型，其中，电压型变频器在工业中应用最为广泛。本文所涉及的就是此类变频调速理论和技术。 20世纪是电力电子变频技术由诞生到发展的一个全盛时代。最初的交流变频调速理论诞生于20世纪20年代，直到60年代，由于电力电子器件的发展，才促进了变频调速技术向实用方向发展。70年代席卷工业发达国家的石油危机，促使他们投入大量的人力、物力、财力、去研究高效率的变频器，使变频调速技术有了很大的发展并得到推广应用。80年代，变频调速已产品化，性能也不断提高，发挥了交流调速的优越性，广泛地应用于工业各部门，并且部分取代了直流调速。进入90年代，由于新型电力电子器件如IGBT（绝缘栅双极晶体管Insolated Gate Bipolar Transistor），IGCT(集成门极换向型晶闸管Integrated Gate Commutated Thyristor)等的发展及性能的提高、计算机技术的发展，如由16位机发展到32位机以及DSP（数字信号处理器Digital signal processor）的诞生和发展等以及先进控制理论和技术的完善和发展（如磁场定向矢量控制、直接转矩控制）等原因，极大地提高了变频调速的技术性能，促进了变频调速技术的发展，使变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用的方便性等方面大大超过了其它常规交流调速方式，其性能指标也超过了直流调速系统，达到取代直流调速系统的地步。目前，交流变频调速以其优越的性能而深受各行业的普遍欢迎，在电力、轧钢、造纸、化工、水泥、煤炭、纺织、铁路、食品、船舶、机床等传统工业的改造中和航天航空等新技术的发展应用中无不看
概述变频器就是利用电力半导体器件的通断作用将固定电压、频率的交流电变换为频率、电压都连续可 调的交流电的装置，主要用于对异步电动机的调速控制，它与电动机之间连接框图如图1-1所示。 按变频器的电路组成分类:从变频器的电路组成来看，变频器可分为交-交变频器和交-直-交变频器。 1.交-交变频器它是将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源，其主要优点是没有中间环节，变换效率高。但其连续可调的频率范围窄，所采用的器件多，其应用收到很大限制。 2、交-直-交变频器先将频率固定的交流电整流后变成直流，再经过逆变电路，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较易控制，因此在频率的调节范围，以及变频后电动机特性改善等方面，都具有明显优势，目前使用最多的变频器均属于交-直-交变频器。 根据直流环节的储能方式来分，交-直-交变频器又可分为电压型和交流电源变频器电动机负载电流型两种。 1）电压型整流后若是靠电容来滤波，这种交-直-交变频器称为电压型变频器,而现在使用的变频器大部分为电压型。 2）电流型整流后若是靠电感来滤波，这种交-直-交变频器称为电流型变频器，这种型式的变频器较为少见。根据调压方式的不同，交-直-交变频器又可分为脉幅调制（PAM）和脉宽调制（PWM）两种。 3）脉幅调制（PAM）变频器输出电压的大小是通过改变直流电压（UD）来实现的，这种方法现在已经很少采用。 4）脉宽调制（PWM）变频器输出电压的大小是通过改变输出脉冲的占空比来实现的。目前使用最多的是占空比按正弦规律变化的正弦波脉宽调制，即SPWM方式。 按变频器的控制方式分类按不同的控制方式，变频器可分为U/f控制、矢量控制（VC）和直接 转矩控制三种类型。 按变频器的用途分类根据用途的不同变频器可分为通用变频器和专用变频器。
变频器基础原理知识 1.变频器基础 1: VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。 2: CVCF 是 Constant Voltage and Constant Frequency 的缩写，意为恒电压、恒频率，也就是人们所说的恒压恒频。 我们使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95％左右。 无论是用于家庭还是用于工厂，单相交流电源和三相交流电源，其电压和频率均按各国的规定有一定的标准，如我国大陆规定，直接用户单相交流电为220V，三相交流电线电压为380V，频率为50Hz，其它国家的电源电压和频率可能于我国的电压和频率不同，如有单相100V/60Hz，三相200V/60Hz等等，标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。 通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。 为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程叫整流。 把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。 一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。 变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。 对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的15－－20倍。 由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器。 变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中，不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。
变频器基础知识考题填空题 变频器基础 1.变频器的作用是将频率固定的单相或三相交流电，变换成频率连续可调的三相交流电的变换器。 2.按照电能变化的环节，变频器分为交-交变频器和交一直一交变频器。 3.用户使用变频器的主要目的有节能、满足工艺需求、提咼产品质量、提咼舒适性 4.电机的转差率公式为s 3 ,式中各变量的含 n。7 义是：s:转差率，比率，无单位，nO:同步转速，r/min , n:电机转速，r/min 5.根据电机的转速公式，n 60f(1 s), 式中各变 P 7
量的含义是：n:电机转速，r/min ; f:电机供 差率，无单位； 6.由电机的转速公式可知，电机调速至少有3种方式，分别是：改变电机的供电频率，使用变频器，改变电机的极数，使用变极电机，讲行有级调速，改变电机的转差率，使用绕线电机，讲行串级调速
7 ?电机的额定转矩公式为：T M=9550X^,式中 各变量的含义和单位分别是：Tm:电机额定转 矩，N』；厶:电机额定功率，kW；“ :电机额定 转速，r/min 8.变频器主要有3种启动方式，分别是从启动频率启动，先制动再启动，转速跟踪启动 9.变频器有4种停机方式，分别为减速停机，自由停车，减速停车+能耗制动，减速停车+直 10.变频器直流制动功能主要是用来克服电机低速爬行现象,向电机绕组中通入直流电流，实现电机迅速停机。 11.变频器主回路主要分为：整流部分、软启动电路、母线滤波电路、能耗制动电路、逆变电路。 12. 变频器输出容量的公式是: 13.当变频器驱动单台电机时，其容量的选择原则是变频器额定输出电流〉二电机额定电流X 1.1
变频器的组成 变频器(Frequency Converter)是利用电力电子半导体器件的通断作用把 电压、频率固定不变的交流电转变成电压、频率都可调的交流电。现在使用的变 频器主要采用交-直-交的工作方式，先把工频交流电整流成直流电，再把直流电 逆变为频率、电压均可控制的交流电。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要用 于电动机的调速，又叫变频调速器。 变频器主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元和微处理 一、交流-直流部分(整流部分)： ? 整流电路：由VD1-VD6六个整流二极管组成不可控全波整流桥。对于380V 的额定电源，二极管反向耐压值一般应选1200V 。二极管的正向电流为电 机额定电流的1.414~2倍。 ? 吸收电容C 1：整流电路输出是脉动的直流电压，必须加以滤波。
? 压敏电阻：过电压保护与耐雷击要求。 ? 热敏电阻：过热保护。 ? 霍尔:安装在U 、V 、W 的其中二相,用于检测输出电流值。选用时额定电流 约为电机额定电流的2倍左右。 ? 电解电容：又叫储能电容，在充电电路中主要作用为储能和滤波。PN 两端 的电压工作范围一般在 430VDC ～700VDC 之间，而一般的高压电容都在 400VDC 左右。为了满足耐压需要就必须是二个400VDC 的电容串起来作 800VDC 。容量选择≥60uf /A 。 ? 充电电阻：防止开机(上电)瞬间的涌浪电流烧坏电解电容。因为开机(上电) 前电容两端的电压为 0V ，在开机(上电)的瞬间电容相当于短路状态。如果 整流桥与电解电容之间没有充电电阻，相当于电源直接短路，瞬间整流桥通 过无穷大的电流导致整流桥炸掉。一般而言，变频器的功率越大，充电电阻 越小。充电电阻的选择范围一般为10~300Ω。 ? 均压电阻：防止电解电容的电压不均从而烧坏电解电容。因为两个电解电容 不可能做成完全一致，这样每个电容上所承受的电压就可能不同。承受电压 高的电容严重发热或因超过耐压值而损坏。 ? 吸收电容C 2：主要作用是吸收IGBT 的过流与过压能量。 二、直流-交流部分(逆变部分): ? VT1-VT6逆变管(IGBT)：构成逆变电路的主要器件，也是变频器的核心元 件。把直流电逆变频率，幅值都可调的交流电。 ? 续流二极管：①保护IGBT ，防止IGBT 在工作时被反电动势损坏。②变频 器的负载是电机，而电机是一种感性负载， 所以它必然要向电源侧返送能量，