變頻技術(shù)的基本類型

1、變頻技術(shù)的基本類型第1頁，共52頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二變頻器發(fā)展趨勢(shì) 1智能化2專業(yè)化3模塊化4環(huán)?；冾l器功能與應(yīng)用 1節(jié)能2自動(dòng)控制3 . 提高產(chǎn)品質(zhì)量第2頁，共52頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二PWM變頻調(diào)速控制技術(shù)脈寬調(diào)制技術(shù)（Pulse Width Modulation PWM）是變頻器的控制技術(shù)之一。各種逆變電路多采用PWM技術(shù)，這種技術(shù)也是自動(dòng)控制中常用的技術(shù)手段之一。PWM控制方式，就是對(duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不同的方波脈沖。通過控制這些方波脈沖的寬度和占空比來調(diào)節(jié)平均電壓。第3頁，共52頁，20

2、22年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二目前，較普遍的變頻調(diào)速系統(tǒng)是恒幅脈寬調(diào)制（PWM）變頻電路。三相或單相交流電壓經(jīng)整流器整流濾波后得到直流電壓，將這個(gè)恒定的直流電壓輸入逆變器，調(diào)節(jié)逆變器的脈沖寬度和輸出頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)頻的雙重任務(wù)。在頻率一定時(shí)如果可調(diào)寬度增加則電壓平均值增加。也就是增大了占空比如圖3-1所示為單相逆變電路，其實(shí)質(zhì)是直流斬波器，電路以IGBT為逆變管。通過控制逆變管VT1、VT4和VT2、VT3的交替導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，達(dá)到控制逆變電器的輸出波形與頻率的目的。圖3-2所示為單相逆變器輸出波形，由圖3-2可以看出逆變管VT1，VT4在基波頻率的正半周多次重復(fù)（圖中畫出7次導(dǎo)通關(guān)斷

3、）導(dǎo)通與關(guān)斷，而逆變管VT2、VT3在負(fù)半周內(nèi)也同樣導(dǎo)通和關(guān)斷同樣次數(shù)，如果使逆變管導(dǎo)通的時(shí)間間隔象正弦函數(shù)一樣變化，逐漸增大，再逐漸減小；而等幅不等寬的脈沖電壓面積，接近于所對(duì)應(yīng)正弦波電壓面積，則逆變器的輸出電壓將很接近基波電壓，高次諧波電壓將大為減小。若采用高速開關(guān)器件和計(jì)算機(jī)控制，使逆變器的輸出脈沖次數(shù)增多，逆變器輸出電壓則更為理想，因此PWM型逆變電路廣泛用于交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速。第4頁，共52頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二第5頁，共52頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二SPWM調(diào)制技術(shù)PWM方法源于無線電中的載波調(diào)制技術(shù)。在交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速中，通常

4、采用正弦波脈沖寬度調(diào)制（Sinusoidal PWM）方法，簡(jiǎn)稱SPWM。在PWM中，如果脈沖寬度和占空比的大小，按正弦規(guī)律分布，則為正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）。從脈寬調(diào)制的極性來看，有單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制兩種方法。第6頁，共52頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二單極性調(diào)制原理三角波單極性調(diào)制SPWM原理如圖3-3所示。以正弦波USi 作為參考調(diào)制信號(hào),用三角波Uti 作為載波信號(hào)。如果正弦波信號(hào)和三角信號(hào)都是正極性信號(hào)，稱為單極性SPWM調(diào)制。圖3-3中，在比較器A的“+”端輸入正弦波參考調(diào)制信號(hào)電壓USi，在A的“-” 端輸入三角波載頻信號(hào)電壓Uti。當(dāng) USi Uti時(shí)，電

5、壓比較器A輸出高電平。當(dāng)USi90（即Uc作為控制條件。按常規(guī)取=30 時(shí)，Ud2=0.866*1.35Un2,而UC=1.35Un1,為使Ud2Uc，必須Un2 Un1，因此，升壓變壓器必不可少。若Un1=UN，則Un2 UN制動(dòng)時(shí)：UC升高到大于2Un1（電容上直流脈動(dòng)電壓最大值），橋1截止，這時(shí)將NGP投入，可以產(chǎn)生逆變電流，將能量回饋到電網(wǎng)。只要控制或就可以控制SCR的工作狀態(tài)，只有當(dāng)Ud2Uc才進(jìn)入逆變狀態(tài)。否則不產(chǎn)生逆變電流。可以理解為一種等待回饋狀態(tài)。第42頁，共52頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二直流制動(dòng)變頻器向異步電動(dòng)機(jī)通入直流電時(shí),即逆變器中有3個(gè)橋臂短時(shí)間內(nèi)

6、連續(xù)導(dǎo)通,不再換相,電機(jī)便處于能耗制動(dòng)狀態(tài).此時(shí)變頻器輸出頻率為0.電動(dòng)機(jī)定子磁場(chǎng)不再旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子切割這個(gè)靜止磁場(chǎng),產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)存儲(chǔ)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能消耗于轉(zhuǎn)子回路.作用:1.準(zhǔn)確停車.2.制止在起動(dòng)前電動(dòng)機(jī)由于外因引起的不規(guī)則轉(zhuǎn)動(dòng).比如風(fēng)機(jī)負(fù)載,停車狀態(tài)時(shí),電機(jī)可能由于風(fēng)筒中風(fēng)壓的作用自由旋轉(zhuǎn),有時(shí)反轉(zhuǎn),就可以利用直流制動(dòng)使其靜止,保證電機(jī)從0速度啟動(dòng).通用變頻器中,對(duì)直流制動(dòng)功能的控制,主要通過設(shè)定DC制動(dòng)起始頻率fDB,制動(dòng)電流IDB制動(dòng)時(shí)間TDB實(shí)現(xiàn), fDB不能太高,因?yàn)閒DB太高,異步電機(jī)電流頻率和幅值都很高,轉(zhuǎn)子鐵損很大,導(dǎo)電機(jī)發(fā)熱,但制動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻并不大.第43頁，共52

7、頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二V/F控制型通用變頻器1.普通控制型V/F通用變頻器:是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制,無需速度傳感器,控制電路比較簡(jiǎn)單,電機(jī)選擇通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī),通用性強(qiáng)性價(jià)比高,目前使用較多.其缺點(diǎn):不能恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)矩,不能補(bǔ)償適應(yīng)轉(zhuǎn)矩的變化.普通控制型V/F通用變頻器的SPWM注重的是如何使逆變器的輸出電壓盡量接近正弦波,較少考慮如何針對(duì)不同類型電機(jī)的特性, 不能保證E/F不變,因此不能保證磁通不變,定子電阻壓降隨著負(fù)載變化,當(dāng)負(fù)載重時(shí)壓降大,V/F的值可能補(bǔ)償不足,使電機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載特性沒有穩(wěn)定的運(yùn)行交點(diǎn);負(fù)載輕時(shí),可能產(chǎn)生過補(bǔ)償,磁路飽和.兩種情況都可能引起變頻

8、器過流跳閘.第44頁，共52頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二為了適應(yīng)不同的電動(dòng)機(jī)和不同的生產(chǎn)機(jī)械,轉(zhuǎn)矩提升常有兩種方法:在存儲(chǔ)器中存入多種U/F函數(shù)的不同曲線圖形,由用戶根據(jù)需要人為地選擇最佳曲線.根據(jù)定子電流的大小自動(dòng)補(bǔ)償定子電壓.利用選定的曲線,很難恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩.由于定子電流不完全與轉(zhuǎn)子電流成正比,所以根據(jù)定子電流調(diào)節(jié)變頻器電壓的方法,并不反映負(fù)載轉(zhuǎn)矩.因此定子電壓也不能根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的改變而恰當(dāng)?shù)母淖冸姶呸D(zhuǎn)矩.第45頁，共52頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二無法準(zhǔn)確的控制電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速:由于普通控制型V/F通用變頻器是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制,由電機(jī)的機(jī)械特性可知

9、,設(shè)定值的定子頻率對(duì)應(yīng)的是理想空載轉(zhuǎn)速,而電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速是由轉(zhuǎn)差率決定,所以V/F方式存在的穩(wěn)態(tài)誤差不能控制.無法準(zhǔn)確控制電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速.轉(zhuǎn)速較低時(shí),由于轉(zhuǎn)矩不中而無法克服較大的靜摩擦力.第46頁，共52頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二高功能型U/F控制通用變頻器上述缺點(diǎn),都是由于變頻器沒有轉(zhuǎn)矩控制功能引起的,為了提高靜態(tài)穩(wěn)定性,加大調(diào)速范圍,改善起動(dòng)性能,并避免不必要的過流跳閘,人們采取一系列措施,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制功能.所謂高功能型,是指具有轉(zhuǎn)矩控制功能(不用速度傳感器)的U/F控制方式通用變頻器.這種控制方式,可使極低速下的轉(zhuǎn)矩過載能力達(dá)到或超過150%;頻率調(diào)節(jié)范圍達(dá)1:30;

10、電機(jī)靜態(tài)特性的硬度高于在工頻電網(wǎng)上運(yùn)行的自然特性硬度.具有挖土機(jī)特性和”無跳閘”能力.這種變頻器甚至可以代替某些閉環(huán)控制,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的開環(huán)化.第47頁，共52頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二轉(zhuǎn)矩控制功能這種控制方式除需要定子電流傳感器外,不再需任何傳感器,通用性強(qiáng),適合于各種型號(hào)異步電機(jī).控制電路包括1.轉(zhuǎn)矩控制和2.對(duì)逆變器進(jìn)行PWM控制兩部分.PWM控制保證輸出正弦波形,且具有足夠響應(yīng)速度.轉(zhuǎn)矩控制部分包括有功無功檢測(cè)器,磁通補(bǔ)償器,轉(zhuǎn)差補(bǔ)償器,電流限制控制器.磁通補(bǔ)償器,轉(zhuǎn)差補(bǔ)償器,電流限制控制器的作用是根據(jù)定子電流的有功分量和無功分量計(jì)算變頻器頻率參考值和電壓參考值,以

11、保證轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)恒定,并在負(fù)載出現(xiàn)沖擊時(shí),適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁通.第48頁，共52頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二1.轉(zhuǎn)矩控制通用變頻器驅(qū)動(dòng)不同類型的異步電動(dòng)機(jī)時(shí),根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性壓頻比進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整十分困難,一旦電壓不足,則不能產(chǎn)生與負(fù)載成正比的電磁轉(zhuǎn)矩,出現(xiàn)過載則可能出現(xiàn)跳閘,因此無論多大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩都必須使電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化.轉(zhuǎn)矩控制部分利用磁通補(bǔ)償器和轉(zhuǎn)差補(bǔ)償器調(diào)整變頻器頻率參考值和電壓參考值,保證了磁通恒定.如果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩增大到最大允許值以上,電動(dòng)機(jī)將失步,變頻器也會(huì)跳閘,因此要設(shè)置抑制過電流的電流限制器,保證轉(zhuǎn)矩或電流不超出允許值,實(shí)現(xiàn)挖土機(jī)特性.第49頁，共

12、52頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二變頻器控制方式綜述變頻器中常用的控制方式可分為:非智能和智能控制方式.非智能控制方式有:V/F控制,轉(zhuǎn)差率控制,矢量控制,直接轉(zhuǎn)矩控制等.V/F控制:是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性,基于在 變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí),保證電動(dòng)機(jī)的磁通不變的思想而提出的,通用型變頻器基本上都采用這種方式.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但由于是開環(huán)控制,不能達(dá)到較高的控制性能.在低頻時(shí),必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性.第50頁，共52頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二轉(zhuǎn)差率控制:是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式,是在V/F的基礎(chǔ)上按照異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電源頻率,并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻順的輸出頻率,使電機(jī)具有對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩.這種方式在控制系統(tǒng)中需安裝速度傳感器,有時(shí)還加有電流反饋,對(duì)頻率和電流時(shí)行控制,是一種閉環(huán)控制,可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性,對(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性.矢量控制:是通過矢量坐標(biāo)電路控制電機(jī)定子電流的大小和相位,以達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)在3個(gè)坐標(biāo)系中的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制,進(jìn)而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的.第51頁，共52頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)58分，星期二直接轉(zhuǎn)矩