第4章_变频调速系统的控制

说明：本笔记摘自《小孙学变频》张燕宾著，有错误之处欢迎各位同仁指出，交流QQ：496371957第一章变频器的主电路第一节交——直变换电路变频器输入侧直接接电网，所以，它的整流滤波电路就有了许多不同于低压电路的特点：1：它的滤波电路不允许有电压降，所以不能用π形滤波。

2：滤波电路由两组电容器串联而成，为了使两组电容器的电压分配均衡，必须在电容器旁并均压电阻。

3：在整流桥和滤波电容器之间，设置了限流电路，以限制刚合上电源时的冲击电流。

4：变频器内部控制板上的指示灯，主要是在停电时，显示滤波电容器上的电荷是否释放完毕而设置的，目的是保护人身安全第二节逆变电路1：IGBT集电集电流I c大小取决于控制极与发射极之间的电压U CE,所以是电压控制器件。

2：IGBT开关频率可以达到20kHz。

3：变频器中用IGBT是用了截止状态和饱和导通状态。

4：直流电逆变成交流电的基本方法，是使几个开关器件不断地按照一定的规律交替导通的结果。

5：目前在变频器中，采用的是IGBT管，它的主体部分和晶体管相同，也有集电集和发射极。

而它的控制极却和绝缘栅场效应管类似，称为控制极。

6：电动机定子的等效电路是电阻电感电路，它和直流电路之间，存在着能量交换过程。

具体地说，要对滤波电容器进行充放电。

为此，在每个IGBT旁边，都必须反并联二极管，为电动机绕组向滤波电容器充电提供通路。

第三节变频器的逆变器件——IGBT管……略第四节变频器的输出电压31：电动机输入的三相电功率，计算公式：P1=U L I L cosφ1，表明电动机输入功率的大小和频率无直接关系。

2：电动机输出的是机械功率，计算公式：P=T M n M/9550，2P2：电动机的输出功率，kWT M：电动机的电磁转矩，N·mn M：电动机的转速，r/min9550：单位转换的系数。

就是说，当转矩的单位用N·m，转速的单位用r/min时，则除以9550后，算出的功率单位就是kW了。

r12

(X1

c1 X
' 20
)2
]
（4-8）
因 r12

(X1

c1
X
' 20
)
2
，近似得：
Mm

1 2c1

2f1[r1
m1PU12

(X1

c1 X
' 20
)]
（4-9）
2. 生产机械的转矩特性
摩擦类 特性曲线见图（a） 负载： ，位于1、3象限。
生产机械
恒转矩负载：它的负载转矩是一 个恒值，不随转速 而改变。
——定子极对数
（4-3）
4)．传给转子的功率（又称电磁功率）与机械功率、转子铜耗之间有如下
关系式 ： PMX PM PM 2 (1 S)PM
（4-4）
式中：
PM ——传给转子的功率（又称电磁功率）
PMX ——机械功率
PM 2 ——转子铜耗
5)．电机的平均转矩为：
M CP

PMX
M0 Mn 否则电机无法进入正常运转工作区。
交流机的起动电流一般为额定电流的4~6倍 ,起动时 一般要考虑以下几个问题：
图4-7 机械特性曲线
1. 应有足够大的起动力矩和适当的机械特性曲线。 2. 尽可能小的起动电流。 3．起动的操作应尽可能简单、经济。 4．起动过程中的功率损耗应尽可能小。
普通交流电机在起动过程中为了限制起动电流，常用的起动方法有三种。即：
图6-1的等效电路，经化简后得到能耗制动的等效电路如图4-10所示。
图4-10 能耗制动的等效电路
图中：
•
I1 ——直流励磁电流的等效交流电流

4.1.3 变频器控制电路的基本组成和控制功能 （6）优化PWM控制 优化 控制 •特点：优化 特点： 特点 优化PWM所追求的则是实现电流谐波畸变 所追求的则是实现电流谐波畸变 率（THD）最小，电压利用率最高，效率最优，及 ）最小，电压利用率最高，效率最优， 转矩脉动最小以及其它特定优化目标。 转矩脉动最小以及其它特定优化目标。 其中应用广泛的马鞍形波与三角波比较法也就 是谐波注入PWM方式 方式(HIPWM)，其原理是在正弦波 是谐波注入 方式 ， 中加入一定比例的三次谐波， 中加入一定比例的三次谐波，调制信号便呈现出马 鞍形，而且幅值明显降低， 鞍形，而且幅值明显降低，于是在调制信号的幅值 不超过载波幅值的情况下， 不超过载波幅值的情况下，可以使基波幅值超过三 角波幅值，提高了直流电压利用率。 角波幅值，提高了直流电压利用率。
4.1.1 通用变频器的基本结构原理
图3-1 通用变频器的基本结构原理框图
4.1.1 通用变频器的基本结构
图3-2通用变频器的主电路电路原理 通用变频器的主电路电路原理
图3-3a 高性能矢量控制电压 型通用变频器硬件结构
3.1.1 通用变频器的基本结构原理
图3-3b 通用变频器硬件结构
4.1.2 通用变频器主电路的基本功能、组成和形式 1. 基本功能
4.1.2 通用变频器主电路的基本功能、组成和形式 2. 基本组成
（1）整流电路 ） 组成： 组成 ： VD1~VD6。 功能 ： 将工频交流电整流为脉动直流 。 功能： 当电源线电压为380V时， 整流器件的最大反向电压 电 。 当电源线电压为 时 一般为1000V，最大整流电流为通用变频器额定电流的2 一般为 ， 最大整流电流为通用变频器额定电流的 倍。 （2）滤波电路 ） 组成： 功能： 组成：C1、C2、R1、R2。功能：将脉动直流电变为较平滑 的直流电。原理：电容滤波原理、电阻分压原理。 的直流电。原理：电容滤波原理、电阻分压原理。

一、简答题:1 变频器的实质是什么？变频器是把工频电源变换成各种频率的交流电源以实现电动机的变速运行的设备。

2、交流异步电动机有几种调速方法？变极调速、转差率调速：转子回路串电阻调速、定子调压调速、串极调速。

变频调速。

3、交直交变频器的电路包括哪些组成部分？是说明各组成部分的功能。

交—直—交变频器的基本结构主要由主电路（包括整流电路、中间直流电路和逆变电路）和控制电路组成。

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，整流电路主要是将工频电源变换为直流电源，中间直流回路用于吸收整流电路和逆变电路产生的脉动电压（电流）,逆变电路是将直流电源变换为所需的交流电源。

控制电路是给主电路提供控制信号的回路.4分析制动单元电路的工作原理。

当U D不断上升，超过设定值时,控制电路将自动给V B 的基极施加信号，使之导通，这样电容C F 通过R B和V B放电，使电压U D下降，进而通过制动电阻R B消耗掉存储于直流母线上的再生电能。

5、已知某变频器的主电路如下图所示,试回答如下问题：（1）电阻RI 和晶闸管S 的作用是什么?电阻RL 为限流电阻，和开关SL 一起用于抑制浪涌电流.（2）电容CF1 和CF2 为什么要串联使用？串联后的主要功能是什么?变频器滤波电路中采用的电容要求容量大、耐压高，由于受到电解电容的电容量和耐压能力的限制，单个电容无法满足，需串联使用。

电容C F1和C F2串联后的主要功能是滤波，当负载变化时,使电路中的直流电压保持平稳。

6、什么是U/F 控制？变频器为什么在变频器时还要变压？U/ ƒ 控制是指为了得到理想的转矩-速度特性，必须对变频器的输出电压频率ƒ 和输出电压幅值U 同时进行控制，并基本满足“U/ ƒ=恒定”的控制条件.在改变定子侧电源频率ƒ1 进行调速时，为了不影响异步电动机的运行性能，保证异步电动机的电磁转矩不发生改变,就必须保证主磁通Фm的恒定，也就是说，只要满足E1 常数即可。