变频器分类、调速原理、电路

1、,三 菱 变 频 调 速 器,交流变频器 FR-A700课程 培训讲义 第二课,本课主要内容,变频器驱动电机的特性 变频器的总体分类 变频器的构成原理 作业讨论,一、异步电动机的结构 定子：由定子铁心和三相绕组构成。 转子：由转子铁心和转子绕组构成，是电动机输出机械能、带动 负载旋转的部分。 二、异步电动机的运行原理 定子三相绕组接到三相交流电源上，会有三相对称电流流过， 电机内便形成圆形旋转磁场。若转子不转，转子绕组的鼠笼导条与旋 转磁密有相对运动，切割磁力线，导条中有感应电动势，由右手定则 可判断电流方向。导条在磁场中受电磁力作用，形成电磁转矩T，根 据左手定则判断T的方向，在此作用下，转子就“跟着”定子的旋转磁 场旋转起来了。,1、变频器驱动电机的特性,四、电机转速及调速方式 1、转速公式 2、转差率公式,1、变频器驱动电机的特性,3、功率与转速、转矩的关系 功率与转速和转矩的乘积成正比,3基本特性（转矩和电流）,机械和电气相关特性图如下转矩电流特性,电机转矩,电流,转速r/min,0,发电机的区域（再生）,电机的区域（电动）,同步转速,启动电流,最大(堵转)转矩,转差,电流A,

2、电机,负载转矩可以由电机电流来推定 (磁通矢量控制),启动 转矩,负载扭矩 T,2、变频器的总体分类,一、按变频器的原理分类 交交 变频器 将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源， 其主要优点是没有中间环节，变换率高。但其连续可调的频率范围 较窄。主要用于容量较大的低速拖动系统中。,交直交 变频器 先将频率固定的交流电整流后变成直流，在经过逆变电路，把 直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电逆变成交 流电较易控制，因此在频率的调节范围上就有明显优势。目前三菱 的变频器大都为这个类型的。 电压型整流后靠电容来滤波。现在使用的大都为电压型。 电流型整流后靠电感来滤波。 脉幅调制（PAM） 输出电压大小通过改变直流电压来实现。 脉宽调制（PWM）输出电压大小通过改变输出脉冲的占空比 来实现。,2、变频器的总体分类,二、按变频器的用途分类 专用变频器 针对某一种（类）特定的控制对象而设计的，如风机、水泵用 变频器、电梯及起重机械用变频器、中频变频器等。 通用变频器 是数量最多，应用最广泛的一种，也是我们讲解的主要品种。 而大容量变频器主要用于冶金工业的一些低速场合。,

3、2、变频器的总体分类,节能型变频器 由于节能型变频器的负载主要是风机、泵、二次方率负载，对 调速性能的要求不高，因此控制方法比较单一，一般只有V/F控制， 但价格相对便宜些。 通用型变频器 主要用在生产机械的调速上，对调速性能的要求（如调速范围， 调速后的动、静态特性等）往往较高，价格也较贵，它的控制方法 除了V/F控制，还使用了矢量控制技术。此外，高性能的变频器还 配备了各种控制功能如：PID调节、PLC控制、PG闭环速度控制等。,2、变频器的总体分类,变频器回路的构成（P17） 通用变频器把工频电流（50HZ或60HZ）变换成各种频率的交 流电流，以实现电机的变速交流电变换成直流电且对直流电 进行平滑滤波）和逆变电路（变频器由主回路和控制回路构成。 主回路包括整流电路（工频电源的变换成各种频率的交流电）两 部分。控制回路完成对主电路的控制。,3、变频器的构成原理,3、变频器的构成原理,整流电路,3、变频器的构成原理,整流单元是由图中的6个二极管D1D6组成的三相全波整流桥，是变频器中用来产生直流电的变流器。当三相交流电源供电时，它们将工频380V的交流电整流成直流电。,3、变频器的

4、构成原理,中间直流回路,开启电流吸收回路 当变频器接通时，由于滤波电容C很大，会有很大的开启电流流过并给滤波电容充电，该电流有可能烧坏整流二极管。如图所示，在整流桥的输出端与滤波电容间加装了由一个限流电抗器（吸收电阻R）和继电器组成的限流回路。在接通电源的瞬间，R串入电路用来吸收开启电流的峰值，当充电到一定的程度后，R由继电器触点短接，以避免引起附加损耗等。,中间直流回路,3、变频器的构成原理,电容平波回路 整流桥输出的整流电压是脉动的直流电压（图1），利用左上图中的滤波电容C在电路中的储能作用，当电源电压增加时，电容把能量储存在电场中，当电源电压减少时，又把储藏的能量逐渐释放出来，从而减少输出电压中的脉动部分，对整流电压进行平滑滤波，使之成为平滑的DC电压（图2）。,输出电压（无平滑电容时） （图 1）,平滑DC电压 （图 2）,3、变频器的构成原理,中间直流回路,制动回路 变频调速在降速时处于再生制动状态，电动机回馈的能量到达直流回路，会使P、N两端的电压上升，这是很危险的，需要将这部分能量消耗掉。电路中制动电阻RB就是用于消耗这部分能量的。制动单元由大功率晶体管VB及采样、比较和

5、驱动电路组成，其功能是为放电电流流过RB提供通路。在小于22kW的变频器中有内部制动单元。P-P1间和PX-PR间为短路片，需外接制动电阻及制动单元时要拆去之间的短路片。,逆变回路,3、变频器的构成原理,逆变桥 逆变器是把直流电变换成交流电的装置。用六个晶体管代替开关构成的电路，该电路连上三相电机，晶体管的交替通断电使电机运转，通过改变通断周期，可以得到要求的供电频率；通过改变晶体管接通顺序，可以改变电机的旋转方向。,晶体管单相导通，并联二极管为再生电流及能量返回直流提供通路,4.作业讨论： 为什么变频器的输入端与输出端不允许接反？,作业讨论,逆变电路的6只续流二极管变为整流电路，当桥臂上一只二极管导通时，另一只二极管承受反向电压。此时与其并联的IGBT承受正向电压，有门极脉冲时就会导通，造成电源短路，损坏变频器；,讨论： 1.结合变频器的主电路分析： (1)主要由哪几部分组成？试简述各部分的作用。 (2)电阻R1和R2的作用是什么？对它们的阻值有何要求？ (3)电容CF1和CF2为什么要串联使用？电容CF1和CF2串联后的主要功能是什么？ (4)制动单元的作用是什么？,解答： (1)主要由整流、起动缓冲、滤波、均压、直流指示、制动单元 、逆变等部分组成。 整流部分作用：将三相交流电变成脉动直流电。 起动缓冲部分作用：限制电源接通瞬间的整流电路的起动电流，保护整流二极管和滤波电容。 滤波：将脉动直流电变成较平滑直流电。 均压：使两个滤波电容承受的电压相等。 直流指示：电源指示，发光二极管 制动单元：用于消耗变频调速在降速时处于再生制动状态，电动机回馈的能量。 逆变：逆变器是把直流电变换成交流电的装置。,+端与PR端可接外带制动电阻，当接入时外带制动电阻与内部制动电阻形成并联，增大制动电路的电流从而增强制动电路消耗能量的能力；+端与P1端可接入直流电抗器，接入直流电抗器时+端与P1端的短路片要撤走，直流电抗器可以改善电路的功率因数。,

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