变频器论文
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变频器安装及外围设备的选用论文
黄冈职业技术学院
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变
频
器
安
装
及
外
围
设
备
的
选
择
论
文
学院:机电学院
专业:电气自动化
班级:电气201402班
姓名:王同辉
时间:2016/5/19
变频器安装及外围设备的选用论文
黄冈职业技术学院
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近年来,随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速
发展,交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一,电气
传动技术面临着一场历史革命,即交流调速取代直流调速和计算机数
字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技
术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术
进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能,高效
率、高功率因数和节电效果,广泛的适用范围及其它许多优点而被国
内外公认为最有发展前途的调速方式。
众所周知,变频器是由整流电路、滤波电路、逆变电路组成。其
中整流电路和逆变电路中均使用了半导体开关元件,在控制上则采用
的是PWM控制方式,这就决定了变频器的输入、输出电压和电流除
了基波之外,还含有许多的高次谐波成分。这些高次谐波成分将会引
起电网电压波形的畸变,产生无线电干扰电波,它们对周边的设备、
包括变频器的驱动对象--电动机带来不良的影响。所以,深入了解交
流传动与控制技术的走向,对我们的学习工作具有十分积极的意义。
1.变频器的发展起步
变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。电力电子器件的更
新促使电力变换技术的不断发展。起初,变频技术只局限于变频不能
变压。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,如:
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调制波纵向分割法、同相位载波PWM技术、移相载波PWM技术、
载波调制波同时移相PWM技术等。
VVVF变频器的控制相对简单,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,由于输出电压较小,受定子电阻压降的影响比较显
著,故造成输出最大转矩减小。
2. 矩阵式交—交变频器产生的背景
矢量控制变频调速的做法是:将异步电动机在三相坐标系下的定子交
流电流Ia、Ib、Ic通过三相——二相变换,等效成同步旋转坐标系下
的直流电流Iml、Itl,然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动
机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。
直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制
电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机,
因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动
机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。
VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频
中的一种。其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大。
一、变频器的发展、组成及原理
(一)变频器的概述
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直流调速系统具有较优良的静、动态性能指标,因此,在过去很长时
期内,调速传动领域大多为直流电动机调速系统。
如今,由于全控型电力电子器件(如BJT、IGBT)的发展、SWPM
专用集成芯片的开发、交流电动机矢量变换控制技术以及单片微型计
算机的应用,使得交流调速的性能获得极大的提高,在许多方面已经
可以取代直流调速系统,特别是各类通用变频器的出现,使交流调速
已逐渐成为电气传动中的主流
人们所说的交流调速传动,主要是指采用电子式电力变换器对交流电
动机的变频调速传动。除变频以外的另一些简单的调速方案,例如变
极调速、定子调压调速、转差离合器调速等,虽然仍在特定场合有一
定的应用,但由于其性能较差,终将会被变频调速所取代。
交流调速传动控制技术之所以发展得如此迅速,和如下一些关键性技
术的突破性进展有关,它们是电力电子器件(包括半控型和全控型器
件)的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机的
矢量变换控制技术、直接转矩控制技术、PWM(Pulse Width
Modulation)技术以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全
数字化控制技术等。
(二)直流电动机与交流电动机的比较
众所周知,直流调速系统具有较为优良的静、动态性能指标。在很长
的一个历史时期内,调速传动领域基本上被直流电动机调速系统所垄
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毕 业 论 文 正 文 第4页 直流电动机虽有调速性能好的优越,但
也有一些固有的难于克服的缺点,主要是机械式换向器带来的弊端。
交流电动机的优点
容量、电压、电流和转速的上限,不像直流电动机那样受限制;结构
简单、造价低;坚固耐用,事故率低,容易维护。
(三)通用变频器的发展
60年代中期,普通晶闸管、小功率晶体管的实用化,使交流电动机
变频调速也进入了实用化。采用晶闸管的同步电动机自控式变频调速
系统、采用电压型或电流型晶闸管变频器的笼型异步电动机调速系统
(包括不属变频方案的绕线转子异步电动机的串级调速系统)等先后
实现了实用化,使变频调速开始成为交流调速的主流
此后的20多年中,电力电子技术和微电子技术以惊人的速度向前发
展,变频调速传动技术也随之取得了日新月异的进步。
(1)变频装置的大容量化
对一些大型生产机械的主传动,直流电动机在容量等级方面已接近极
限值,采用直流调速方案无论在设计和制造上都已十分困难。
为了适应大容量的高压电动机,采用直接高压型PWM变频器来控制
高压电动机,发展较迅速。
(2)主开关器件的自关断化
近十几年,大功率自关断电力电子器件的发展十分迅速,其中“门极
关断晶闸管(GTO)、双极晶体管(BJT)/电力晶体管(GTR)、
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)”的发展最快,实用化的程度也最高。