变频器基本知识及应用

变频器的控制方式及应用选型

核心提示：变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、BJT（双极型功率晶体管）、MOSFET（金属氧化物场效应管）、SIT（静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MGT（MOS控制晶体管）、MCT（M

变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、BJT（双极型功率晶体管）、MOSFET（金属氧化物场效应管）、SIT（静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MGT（MOS控制晶体管）、MCT（MOS控制晶闸管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、HVIGBT（耐高压绝缘栅双极型晶闸管）的发展过程，器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频（PWM－VVVF）调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用。

2变频器控制方式

低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交?直?交电路。其控制方式经历了以下四代。

2.1U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式

其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。

谈谈变频器的控制方式及应用选型

摘要：结合国内变频技术的推广应用，阐述了通用变频器的几种控制方式的技术特性，针对变频器控制方式的合理选用，重点论述了转距控制型变频器的选型和应用中的相关问题。

关键词：控制方式；应用选型；注意事项

1 引言

变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、BJT（双极型功率晶体管）、MOSFET（金属氧化物场效应管）、SIT（静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MGT（MOS控制晶体管）、MCT（MOS控制晶闸管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、HVIGBT（耐高压绝缘栅双极型晶闸管）的发展过程，器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频（PWM－VVVF）调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用。

2 变频器控制方式

低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交直交电路。其控制方式经历了以下四代。

2.1 U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式

其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。

一、 变频器的基本原理。变频器结构主要是由四部分组成，第一部分是进线整流单元，整流单元有二极管整流和晶闸管整流。第二部分是中间储能回路，为了获得比较平稳的中间直流电压设有平波电感和中间充电电容。为了保护中间电容的中间电容通常在中间回路上串接限流电阻，当充电电压升至电容的额定电压后将限流电阻短接掉。因此说电容的寿命是电容的充放电次数而不是使用时间的长短，因此对于变频器的工作不建议对变频器频繁的断电。第三部分是逆变回路，逆变回路的主要元器件是IGBT, 通过对IGBT导通角的控制实现其开关特性的快速关断和打开，使输出侧输出有规律的方波。第四部分是控制部分，是变频器的控制中心，实现对变频器的各种数据的监视、提取和通讯。

二、 变频器的选型。使用变频器后有以下优点：能减少生产设备的损耗和延长使用寿命从而使维修费用降低、通过提高工艺控制得到更好的质量、变速控制可以使产品产量上升、软起软停等在提高生产效率的同时节能降耗，所以变频器被大量的推广使用。根据变频器的安装方式有壁挂式和落地式两种，所以选择变频器须遵循以下的几个方面：

1. 选定使用的电压等级。根据需要选择380vac或是690vac。

2. 了解生产工艺的过程要求，通过工艺了解是否快速的启动转矩，对运行速度范围为多少，了解电机的负载是什么等等。

3. 根据技术要求选择电机。在满足工艺的要求下选择低速电机是合算的。 4. 综合上面的要点，根据变频器选型选择变频器。

由于电机输入电流与电机的转矩是线性关系的特点，选择变频器最主要的是根据Icontmax的值进行选择，Icontmax是表示40摄氏度下连续不过载的额定电流。Icontmax必须大于电机正常连续运行的值。

三、 变频器的保养与维护。变频器正确的保养和维护方式能够使变频器发挥最大使用效益，根据变频器的结构和要求的环境，我个人总结主要是以下几方面：

1. 保证变频器留有足够的空间供空气冷却，如果是多台变频器上下安装必须安装隔风板。

变频器知识点

一、知识概述

《变频器知识点》

①基本定义：变频器呢，简单说就是一种能改变电动机工作电源频率的设备。电动机一般接在电源上就按照固定的频率转，有了变频器，就可以自由改变这个频率了。就好比是汽车的调速器，本来车按照一个速度跑，这个调速器能让车想快就快，想慢就慢。

②重要程度：在电机控制领域，它的地位可是相当重要。可以精确控制电机的转速、转矩等关键参数。在工业生产、建筑行业的电梯控制，甚至家里的变频空调都离不了。

③前置知识：得先对电路知识有点了解，像电压、电流这些概念得知道。还得知道电机是怎么工作的，最起码得知道电机转速和电源频率有关系。

④应用价值：实际应用场景超级多。在工厂里，那些需要精确控制速度的生产机械，像车床。假如不精确控制速度，生产出来的零件可能就不合格。还有大型的通风设备，根据实际需求调节风速，节省能源。

二、知识体系

①知识图谱：在电气学科里，变频器属于电机控制这一块的重要组成部分。它与电机学、电力电子技术等知识都有密切联系。

②关联知识：和电机知识关联紧密，因为它是用来控制电机的。还和电力电子电路知识有关，变频器内部就是靠各种电力电子元件来实现变频功能的。

③重难点分析：掌握的难点在于理解变频原理。像逆变电路、整流电路在变频器里怎么协同工作的，说实话挺绕的。关键点在于把变频的控制逻辑搞清楚，知道怎么根据需求设置参数。

④考点分析：在电气相关的考试里，可能会让你画变频器的主电路结构，或者写简单的控制程序逻辑。一般会结合电机的运行情况一起考查。

三、详细讲解

【理论概念类】

①概念辨析：变频器核心就是能把恒压恒频的交流电变成可变频率可变电压的交流电。比如说家里插座的电是220V、50Hz的交流电，变频器进去这样的电，出来的电频率和电压可以按照设定变化。

②特征分析：它能实现电机的软启动，就像慢慢地给汽车踩油门一样，电机启动的时候不会一下子就很大电流。还可以实现无级调速，不像有级调速只能固定几个速度。