课题一 通用变频器的基础知识和控制原理

变频调速是通过改变交流异步电动机的供电频率进行调速的。课题一通用变频器的基础知识和控制原理一、变频器及其分类变频器是一种利用电力半导体器件的通断作用，将工频交流电源变换成频率、电压连续可调的电能控制装置。分类方式种类分类方式种类按其供电电压分低压变频器(110V220V380V)中压变频器(500V660V1140V)高压变频器(3kV3.3kV6kV6.6kV10kV)按输出功率大小分小功率变频器中功率变频器大功率变频器按供电电源的相数分单相输入变频器三相输入变频器按用途分通用变频器高性能专用变频器高频变频器按直流电源的性质分电流型变频器电压型变频器按主开关器件分IGBT变频器GOT变频器GTR变频器按变换环节分交-直-交变频器交-交变频器按输出电压调制方式分PAM(脉幅调制)控制变频器PWM(脉宽调制)控制变频器按机壳外型分塑壳变频器铁壳变频器柜式变频器按控制方式分U/f控制变频器转差频率控制变频器矢量控制变频器接其商标所有权分国产变频器台湾变频器进口变频器二、通用变频器的基本结构目前，通用变频器的变换环节大多采用交－直－交变频变压方式。交－直－交变频器是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电逆变成频率、电压连续可调的交流电。LED显示：设定频率、输出频率、输出电流、输出电压、同步转速、负载转速、负载率、设定值、反馈值、功能号、功能数据、故障代号单位显示频率调节电位器加减键编程键移位键反转运行键正转运行指示灯正转运行键反转运行指示灯停止、故障复位键变频器操作面板外形操作面板前盖板接线端子盖板紧固螺钉变频器外形主控、显示与外接控制板开关电源电路驱动电路滤波电容器整流和逆变一体化模块的紧固螺钉限流电阻板间连接排线变频器内部电路交—直—交变频器的主电路1．变频器的主电路显示/键盘逆变模块主控模块电源板键盘显示采样驱动控制输入接线板控制输出接线板给定控制测量控制2．变频器的控制电路控制电路各部分的功能主控板变频器运行的控制中心,其核心器件是微控制器（单片微机）或数字信号处理器（DSP）键盘与显示板键盘与显示板总是组合在一起。键盘是向主控板发出各种信号或指令,主要用于向变频器发出运行控制指令或修改运行数据等电源板与驱动板变频器的内部电源普遍使用开关稳压电源外接控制电路外接电路可实现由电位器、主令电器、继电器及其他自控设备对变频器的运行控制，并输出其运行状态、故障报警、运行数据信号等三、变频器中常用电力半导体器件1．电力晶体管GTRGTR是一种高击穿电压、大容量的晶体管。它具有自关断能力,并具有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等优点。六单元GTR模块图形符号二单元模块的等效电路（2）GTR模块的主要参数1)开路阻断电压UCEO，例如：2DI200D-100（3）GTR的选择方法1）开路阻断电压UCEO的选择UCEO通常按电源线电压峰值的2倍来选择。2)集电极最大持续电流ICM的选择ICM通常按输出交流线电流峰值的2.25倍来选择。2)集电极最大持续电流ICM，例如：6DI15Z-12022CEOLUU2.25CMNII2．绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT是MOSFET和GTR相结合的产物,其主体部分与GTR相同，也有集电极和发射极,但驱动部分却和MOSFET相同,是绝缘栅结构。六单元IGBT图形符号基本电路（1）IGBT的特点IGBT在外形上有模块型和芯片型两种,在通用变频器中使用的IGBT一般是模块型。单管模块双管模块六管模块（2）IGBT的主要参数1）集电极—发射极额定电压UCES。2）栅极—发射极额定电压UGES。3）额定集电极电流IC。3．智能电力模块器件IPMIPM的主要特点如下:（1）内含设定了最佳的IGBT驱动条件的驱动电路。（2）内含完善的保护功能及相应的报警输出信号。（3）内含制动电路。（4）散热效果良好。四、变频器的工作原理和功能1．变频器的工作原理（1）逆变的基本工作原理将直流电变换为交流电的过程称为逆变,完成逆变功能的装置叫逆变器。电路构成输出电压波形单相逆变电路电路结构输出电压波形三相逆变电路a)电路结构b)各开关元件的导通情况c)输出电压波形（2）U/f控制U/f控制是在改变变频器输出电压频率的同时改变输出电压的幅值,以维持电动机磁通基本恒定,从而在较宽的调速范围内,使电动机的效率、功率因数不下降。114.44mrEΦkfN要使电动机的磁通在整个调速过程中保持不变,只要在改变电源频率的同时改变电动机的感应电动势E,使其满足为常数即可。（3）脉冲宽度调制(PWM)技术实现变频变压的方法有多种，目前应用较多的是脉冲宽度调制技术，简称PWM技术。PWM输出电压基本波形SPWM的原理（4）三相异步电动机变频调速后的机械特性基频以下调速时的机械特性基频以上调速时的机械特性把基频以上调速和基频以下调速两种情况结合起来，可得下图所示的异步电动机变频调速控制特性。异步电动机变频调速控制特性2．变频器的功能（1）系统所具有的功能1）全范围转矩自动增强功能。2）防失速功能。3）过转矩限定运行功能。4）运行状态检测显示功能。5）自动节能运行功能。6）自动电压调整功能。7）通过外部信号对变频器进行启停控制的功能。（2）频率设定功能1）给定频率的设定方法2）基本频率fb和最高频率fmax3）上限频率fH和下限频率fL4）载波频率5）点动频率上限频率fH和下限频率fL（3）升速时间和降速时间的设定功能1）升速时间的设定2）降速时间的设定其一，工作频率从基本频率降至０Hz所需的时间；其二，工作频率从最高频率降至０Hz所需的时间。（4）变频器的保护功能1）过电流保护功能2）过载保护功能3）电压保护功能（5）变频器控制方式的选择功能基本线可供选择的线自动调整的线UfUfUf