工业自动化控制技术之变频器原理及应用

变频器是从20世纪中叶发展起来的一种交流调速设备，是为了解决传统的交流电机调速困难，调速设备结构复杂且效率和可靠性均不尽人意的缺点而出现的.

 1、变频器

变频器：VVVF ( Variable Voltage Variable Frequency)是从20世纪中叶发展起来的一种交流调速设备，是为了解决传统的交流电机调速困难，调速设备结构复杂且效率和可靠性均不尽人意的缺点而出现的;

由于变频器使交流电机的调速范围和调速性能均大为提升，因此交流电机逐渐代替直流电机出现在各种应用领域，甚至包括交流伺服控制领域;

变频器的控制对象：三相交流异步电机和三相交流同步电机，标准适配电机极数是2/4/8极;

变频器电气传动系统构成

2、变频器功能特性

1)很好的性价比 ;

2)操作方便;

3)机械特性较硬、静差率小 ;

4)转速稳定性好 ;

5)调速范围广等优点。

3、变频器应用领域

电气传动系统负载特性

4、变频器工作原理及控制方式

交流电动机的转速N公式为：

N=60f(1-s)/p

式中： f—频率;

p—极对数;

s—转差率(0～3%或0～6%);

4.1. 变频调速原理

变频器：改变三相异步电动机电源频率，可以改变同步转速，达到调速的目的。

额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调(恒功率调速)，也可以从基频向下调(恒转距调速)。因此变频调速方式，比改变极对数p和转差率s两个参数简单得多。

4.2. 变频器控制算法

交流调速的控制核心是：只有保持电机磁通恒定才能保证电机出力，才能获得理想的调速效果;

V/F控制——简单实用，性能一般，使用最为广泛，只要保证输出电压和输出频率恒定就能近似保持磁通保持恒定低频时，定子阻抗压降会导致磁通下降，需将输出电压适当提高;

矢量控制——性能优良，可以与直流调速媲美，技术成熟较晚，模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变换来实现对异步电机定子励磁电流分量和转矩电流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，进而达到良好的 转矩控制性能，实现高性能控制。性能优良，控制相同复杂;

4.3. 变频器技术发展

PWM(Pulse Width Modulation)调制

·PWM调制是：利用半导体开关器件的导通和关断把直流电压调制成电压可变、频率可变的电压脉冲列。

·SPWM调制是：采用三角波和正弦波相交获得的PWM波形直接控制各个开关可以得到脉冲宽度和各脉冲间的占空比可变的呈正弦变化的输出脉冲电压电压，能获得理想的控制效果：输出电流近似正弦

·载波频率必须高，才能保证调制后得到的波形与调制前效果相同

·GTR变频器由于开关频率太低，电机噪声较大，IGBT有效的解决了这个问题

4.4. 变频器的基本结构

通用变频器的基本电路上图所示，它由四个主要部分组成，分别是：

1—整流部分：把交流电压变为直流电压;将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有谐波;

2—滤波部分：把脉动较大的直流电进行滤波变成比较平滑的直流电;

3—逆变部分：把直流电又转换成三相交流电，这种逆变电路一般是利用功率开关组件按照控制电路的驱动、输出脉冲宽度被调制的PWM波，或者正弦脉宽调制SPWM波，当这种波形的电压加到负载上时，由于负载电感作用，使电流连续化，变成接近正弦波的电流波形;

4—控制电路：用来产生输出逆变桥所需要的各驱动信号，这些信号是受外部指令决定的，有频率上升、下降、外部通断控制以及变频器内部各种各样的保护和回馈信号的综合控制等;