第2章_变频器主电路

1、上海电机学院 王侃夫变频器及应用技术变频器及应用技术第第 2 章章变频器主电路变频器主电路l 变频变压的实现变频变压的实现l SPWMl 交交直直交变频器主电路交变频器主电路l 矢量变频控制矢量变频控制l 变频器的选型变频器的选型变频器及应用技术变频器及应用技术变频变压的实现变频变压的实现一、变频基本原理一、变频基本原理1. 单相逆变桥原理单相逆变桥原理 a a）单相逆变桥电路）单相逆变桥电路b b）负载所得电压波形）负载所得电压波形变频器及应用技术变频器及应用技术变频变压的实现变频变压的实现2. 变频方法变频方法 a a）频率较高）频率较高b b）频率较低）频率较低 变频器及应用技术变频器及

2、应用技术变频变压的实现变频变压的实现3. 三相逆变桥三相逆变桥 a）三相逆变电路）三相逆变电路 b）输出电压波形）输出电压波形变频器及应用技术变频器及应用技术变频变压的实现变频变压的实现二、二、 交直交变频器交直交变频器1 . 组成框图组成框图 变频器及应用技术变频器及应用技术变频变压的实现变频变压的实现2. 变压方法变压方法 在逆变器输入端调节整流电在逆变器输入端调节整流电压，称为脉幅调制压，称为脉幅调制PAMPAM，逆变器，逆变器只调节频率。只调节频率。 可控整流，通过对触发脉冲的可控整流，通过对触发脉冲的相位控制获得可调直流电压。但电相位控制获得可调直流电压。但电网侧功率因数低，特别是低

3、压时更网侧功率因数低，特别是低压时更为严重。为严重。 不可控整流器整流，在直流不可控整流器整流，在直流环节增加斩波器以实现调压，电环节增加斩波器以实现调压，电网侧的功率因数得到改善。网侧的功率因数得到改善。变频器及应用技术变频器及应用技术SPWM一、变压又变频的方法一、变压又变频的方法1. 交交直直交交a）电路框图）电路框图 b）频率较高）频率较高 c）频率较低）频率较低输出电压为方波，电流为正弦波输出电压为方波，电流为正弦波（1）电压型脉宽调制（PWM）（2）电流型输出电压为正弦波，电流为方波输出电压为正弦波，电流为方波变频器及应用技术变频器及应用技术SPWM串联二极管式电流型变频器主电路及

4、电流波形串联二极管式电流型变频器主电路及电流波形2. 电压型正弦波脉宽调制（电压型正弦波脉宽调制（SPWM） 变频器及应用技术变频器及应用技术SPWM3. SPWM的实现的实现（1）单极性调制 a）频率较高）频率较高 b）频率较低）频率较低 采用三角波和正弦波相交获得的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，输出电流近似正弦波。想的控制效果，输出电流近似正弦波。变频器及应用技术变频器及应用技术

5、SPWM（2） 双极性脉宽调制 变频器及应用技术变频器及应用技术SPWM二、控制芯片二、控制芯片 DSP 电机控制专用电机控制专用CPU TI公司产品公司产品 实时控制，快速处理数据实时控制，快速处理数据 同一机器周期同时处理多条指令同一机器周期同时处理多条指令 CPLD 大规模可编程逻辑阵列大规模可编程逻辑阵列 XILINX产品产品 系统逻辑构成和保护电路系统逻辑构成和保护电路 简化数字逻辑简化数字逻辑 MCU 单片机单片机 ATMEL公公司产品司产品 显示与键盘显示与键盘 控制线路板控制线路板变频器及应用技术变频器及应用技术SPWM三、功率器件三、功率器件电机控制算法电机控制算法功率器件功

6、率器件V/F控制控制SCRGTR矢量控制矢量控制IGBT计算机技术计算机技术单片机单片机DSP IGBT大容量大容量 IPM 更高速率和容量更高速率和容量如，矩阵式变频器如，矩阵式变频器大功率传大功率传动使用变动使用变频器，体频器，体积大，价积大，价格高格高未来发展方向未来发展方向完美无谐波，完美无谐波，PWM技术技术SPWM技术技术PWM优化优化新一代开关技术新一代开关技术无速度矢量控制无速度矢量控制电流矢量电流矢量V/F70年代年代80年代年代60年代年代90年代年代高速高速DSP专用芯片专用芯片2000年代年代超静音变频器开始流行超静音变频器开始流行解决了解决了GTR噪声问题噪声问题变频

7、器性能大幅提升变频器性能大幅提升大批量使用，取代直流大批量使用，取代直流算法优化算法优化 更大容量更大容量 更高开关频率更高开关频率PWM技术技术空间电压矢量空间电压矢量调制技术调制技术变频器体变频器体积缩小，积缩小，开始在中开始在中小功率电小功率电机上使用机上使用变频器及应用技术变频器及应用技术SPWM）逆变电路）逆变电路 ）电压波形）电压波形 ）电流波形）电流波形串联二极管式电流型变频器主电路串联二极管式电流型变频器主电路1. 晶闸管（晶闸管（SCR）变频器及应用技术变频器及应用技术SPWM）逆变电路）逆变电路 ）电压波形）电压波形 ）电流波形）电流波形2. GTRGTR模块（单桥）模块（

8、单桥）变频器及应用技术变频器及应用技术SPWM）逆变电路）逆变电路 ）电压波形）电压波形 ）电流波形）电流波形3. IGBT单管单管IGBT单桥单桥IGBT模块模块全桥全桥IGBT模块模块变频器及应用技术变频器及应用技术SPWM变频器及应用技术变频器及应用技术SPWM5. IGBT的驱动模块的驱动模块C1C2EXB 850教材教材P39 图图1-38IGBT驱动电路过流保护过热保护欠压保护 IPM （智能功率模块）（智能功率模块）PIM（功率集成模块）（功率集成模块） 6. IPM模块和模块和PIM模块模块变频器及应用技术变频器及应用技术SPWM变频器及应用技术变频器及应用技术交交直直交变频器

9、主电路交变频器主电路主电路组成主电路组成变频器及应用技术变频器及应用技术交交直直交变频器主电路交变频器主电路 1）整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。三相线电压为）整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。三相线电压为380V时，时，整流后峰值为电压整流后峰值为电压537V，平均电压为，平均电压为515V，最高不能超过，最高不能超过760V，整流器件一般，整流器件一般采用整流二极管或模块。采用整流二极管或模块。 2）整流桥与滤波电容之间，有）整流桥与滤波电容之间，有Rs为充电（限流）电阻，当变频器刚拉入电为充电（限流）电阻，当变频器刚拉入电源的瞬间，将有一个很大的冲击电流经整流桥流向滤波

10、电容，使整流桥可能因此源的瞬间，将有一个很大的冲击电流经整流桥流向滤波电容，使整流桥可能因此而受到损坏。如果电容量很大，不会使电源电压瞬间下降而形成对电网的干扰；而受到损坏。如果电容量很大，不会使电源电压瞬间下降而形成对电网的干扰；Ks为短路开关或晶闸管组成的并联电路，充电电阻如长期接在电路内，会影响直为短路开关或晶闸管组成的并联电路，充电电阻如长期接在电路内，会影响直流母线电压流母线电压UD和变频器输出电压的大小。所以，当和变频器输出电压的大小。所以，当UD增大到一定程度时，增大到一定程度时， Ks 接接通把通把Rs 切出电路。切出电路。 Ks 有用晶闸管也有用继电器触点构成。有用晶闸管也有

11、用继电器触点构成。 3）C1和和C2应是并联、串联的电容器组，由于应是并联、串联的电容器组，由于C1和和C2的电容量不能完全相等的电容量不能完全相等（承受电压较高一侧电容器组容易损坏），因此并联一个阻值相等的均压电阻（承受电压较高一侧电容器组容易损坏），因此并联一个阻值相等的均压电阻R1和和R2，使得，使得 UD1 、UD2 电压相等。电压相等。整流与滤波整流与滤波变频器及应用技术变频器及应用技术交交直直交变频器主电路交变频器主电路 1）在变频调速系统中，电动机的降速和停机，是通过逐渐减小频率来实现的。）在变频调速系统中，电动机的降速和停机，是通过逐渐减小频率来实现的。在频率刚减小的瞬间，电动

12、机的同步转速随之下降，而由于转子惯性的原因，电在频率刚减小的瞬间，电动机的同步转速随之下降，而由于转子惯性的原因，电动机的转速未变，当同步转速低于转子转速时，转子绕组切割磁力线的方向相反动机的转速未变，当同步转速低于转子转速时，转子绕组切割磁力线的方向相反了，转子电流的相位几乎改变了，转子电流的相位几乎改变180，使电动机处于发电状态，也称为再生制动状，使电动机处于发电状态，也称为再生制动状态。态。 2）电动机再生的电能经续流二极管（）电动机再生的电能经续流二极管（D1D6）全波整流后反馈到直流电路）全波整流后反馈到直流电路中，由于直流电路的电能无法回输给电网，只能由中，由于直流电路的电能无法

13、回输给电网，只能由C1和和C2吸收，使直流电压升高。吸收，使直流电压升高。过高的直流电压将使变流器件受到损害。因此，直流电压超过一定值时，就要提过高的直流电压将使变流器件受到损害。因此，直流电压超过一定值时，就要提供一条放电回路。供一条放电回路。 3）能耗电路由制动电阻）能耗电路由制动电阻RB和制动单元和制动单元VB构成。当直流回路电压构成。当直流回路电压UD超过规定超过规定值时，值时，VB导通，使直流电压通过导通，使直流电压通过RB释放能量，降低直流电压。而当释放能量，降低直流电压。而当UD在正常范在正常范围内时围内时VB截止，以避免不必要的能量损失。截止，以避免不必要的能量损失。制动电路制

14、动电路变频器及应用技术变频器及应用技术交交直直交变频器主电路交变频器主电路 1）逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交）逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交流电压，根据确定的时间相应功率开关器件导通和关断，从而可以在输出端流电压，根据确定的时间相应功率开关器件导通和关断，从而可以在输出端U、V、W三相上得到相位互相差三相上得到相位互相差120的三相交流电压。的三相交流电压。 2）逆变电路由开关器件）逆变电路由开关器件V1V6构成，目前大部分使用构成，目前大部分使用IGBT管，最新技管，最新技术是智能功率模块术是智能功率模块IPM。 3）续流电路

15、由）续流电路由D1D6组成。作用是为电动机绕组的无功电流提供返回通组成。作用是为电动机绕组的无功电流提供返回通道；为再生电能反馈提供通道；为寄生电感在逆变过程中释放能量提供通道。道；为再生电能反馈提供通道；为寄生电感在逆变过程中释放能量提供通道。 4）缓冲电路。逆变管在截止和导通的瞬间，其电压和电流的变化率是很）缓冲电路。逆变管在截止和导通的瞬间，其电压和电流的变化率是很大的，有可能使逆变管受到损伤。因此每个逆变管旁还应接入缓冲电路，以减大的，有可能使逆变管受到损伤。因此每个逆变管旁还应接入缓冲电路，以减缓电压和电流的变化率。缓电压和电流的变化率。逆变电路逆变电路变频器及应用技术变频器及应用技

16、术交交直直交变频器主电路交变频器主电路一、整流与滤波电路一、整流与滤波电路1滤波电容要均压滤波电容要均压整流桥整流桥变频器及应用技术变频器及应用技术交交直直交变频器主电路交变频器主电路2充电过程要限流充电过程要限流 合上电源时的充电过程合上电源时的充电过程a）直接充电）直接充电b）加入限流电阻）加入限流电阻变频器及应用技术变频器及应用技术交交直直交变频器主电路交变频器主电路3直流电源指示为安全直流电源指示为安全直流电路的电源指示直流电路的电源指示 变频器及应用技术变频器及应用技术交交直直交变频器主电路交变频器主电路二、逆变电路二、逆变电路 1逆变电路的结构与输出电压逆变电路的结构与输出电压变频

17、器及应用技术变频器及应用技术交交直直交变频器主电路交变频器主电路2. 功率管旁反并联二极管功率管旁反并联二极管电动机状态时电动机状态时的电流路径的电流路径发电机状态时的电流路径发电机状态时的电流路径变频器及应用技术变频器及应用技术交交直直交变频器主电路交变频器主电路3. 缓冲电路缓冲电路 缓冲电路的主要作用是减小缓冲电路的主要作用是减小IGBT从饱和转从饱和转为截止时，为截止时，C-E之间的电压变化率。当之间的电压变化率。当VI1从饱从饱和状态转为截止状态时，和状态转为截止状态时，C-E间的电压将有接近间的电压将有接近于于0迅速上升为直流电压（迅速上升为直流电压（513V），过高的电），过高的

18、电压变化将使压变化将使IGBT损坏。损坏。 1）电容）电容C1的作用。当的作用。当VI1从饱和转为截止从饱和转为截止时，时，C-E间电压间电压UCE的上升速率减缓。的上升速率减缓。 2）电阻）电阻R1的作用。当的作用。当VI1从截止转为饱和从截止转为饱和导通时，导通时，C1放电，放电，RI可以减小放电电流。可以减小放电电流。 3）二极管）二极管VD1额作用。克服额作用。克服R1影响影响C1减减缓电压变化率的作用。缓电压变化率的作用。变频器及应用技术变频器及应用技术交交直直交变频器主电路交变频器主电路4. 逆变桥输出的禁忌逆变桥输出的禁忌（1）主电路的输入、输出不允许接错 a）电源接至输出侧）电

19、源接至输出侧b）接错的后果）接错的后果变频器及应用技术变频器及应用技术交交直直交变频器主电路交变频器主电路（2）输出侧不能接电容器 适用于小功率（5.5KW)适用于中大功率（适用于中大功率（5.5kW以上）以上）变频器及应用技术变频器及应用技术交交直直交变频器主电路交变频器主电路220V键盘控制板5. 主电路主电路220V/380V键盘控制板适用于小功率（适用于小功率（5.5kW）变频器内部组成变频器内部组成控制线路板控制线路板逆变器输出三相电源逆变器输出三相电源（U、V、W）线棒）线棒电网三相电源（电网三相电源（R、S、T）接线端子）接线端子U、V、W及接及接地等接线端子地等接线端子电流传感

20、器电流传感器大功率晶大功率晶体管模块体管模块整流元件整流元件变频器及应用技术变频器及应用技术交交直直交变频器主电路交变频器主电路 正弦波脉宽调制（正弦波脉宽调制（SPWM）着眼于对电压进行控制，使输出电压尽可能等效成正弦波。实际上，对电）着眼于对电压进行控制，使输出电压尽可能等效成正弦波。实际上，对电动机电流的控制更为重要，电流跟踪型动机电流的控制更为重要，电流跟踪型PWM直接控制输出电流，使之跟踪正弦给定电流的变化。直接控制输出电流，使之跟踪正弦给定电流的变化。1. 电流跟踪型电流跟踪型PWM（滞环电流跟踪）（滞环电流跟踪） 在电流跟踪型在电流跟踪型PWM方法中，将方法中，将电流波形作为指令

21、信号，将实际电电流波形作为指令信号，将实际电流作为反馈信号，通过两者的瞬时流作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路相关功率开值比较来决定逆变电路相关功率开关器件的通断，使实际的输出跟踪关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号的变化。指令信号的变化。 以以U相为例，逆变电路相为例，逆变电路U相上桥相上桥VT1导通、下桥导通、下桥VT4关断关断时，电流上升。当实际电流上升到滞环上限时，时，电流上升。当实际电流上升到滞环上限时，U相下桥相下桥VT4导通、上桥导通、上桥VT1关断，电流开始衰减；当电流达到滞环关断，电流开始衰减；当电流达到滞环下限时，下限时，VT4关断，关断，VT1又导通，以次

22、类推。以这样的方式又导通，以次类推。以这样的方式获得的获得的PWM使使VT1和和VT4通断，实际电流在所设定的上下误通断，实际电流在所设定的上下误差范围（滞环宽度）内变化，以跟踪指令电流。差范围（滞环宽度）内变化，以跟踪指令电流。滞环宽度（滞环宽度（HB）212CCRRRVM3逻辑逻辑控制控制R1R2i*iVT1VT4UdU电流电流检测检测电流电流指令指令电流反馈电流反馈VccVT3VT2VT5VT6滞环比较器滞环比较器滞环上限滞环上限滞环下限滞环下限变频器及应用技术变频器及应用技术SPWM四、四、PWM的其他方式的其他方式2. 空间矢量空间矢量PWM（SVPWM） 空间矢量空间矢量PWM（S

23、VPWM，Space-Vector PWM）是一种先进的、计算机高度介入的）是一种先进的、计算机高度介入的PWM方法，也是方法，也是交流电动机变频驱动交流电动机变频驱动PWM最好的方法。最好的方法。 SPWM着眼于使输出电压尽可能等效于正弦波，而电流跟踪型着眼于使输出电压尽可能等效于正弦波，而电流跟踪型PWM直接控制输出电流，使之跟踪正直接控制输出电流，使之跟踪正弦给定电流。弦给定电流。SVPWM则是以形成圆形旋转磁场为控制目的，使三相对称正弦电流在电动机定、转子气隙则是以形成圆形旋转磁场为控制目的，使三相对称正弦电流在电动机定、转子气隙中形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的转矩。中形成圆形旋转磁

24、场，从而产生恒定的转矩。 在在SPWM和电流跟踪型和电流跟踪型PWM控控制中，因为一个周期内逆变器的工制中，因为一个周期内逆变器的工作状态只切换作状态只切换6次，因此，生成的驱次，因此，生成的驱动电源在电动机中产生的旋转磁场动电源在电动机中产生的旋转磁场为正六边形的磁链轨迹，由此产生为正六边形的磁链轨迹，由此产生的转矩肯定是脉动的。的转矩肯定是脉动的。 在在SVPWM中，逆变器的一个工作周期被划分成了中，逆变器的一个工作周期被划分成了、和和六个扇区，每个扇区插入新的电压矢量六个扇区，每个扇区插入新的电压矢量（图中所示为（图中所示为4个电压矢量），以获得逼近圆形的旋转磁场。个电压矢量），以获得逼

25、近圆形的旋转磁场。 这样，就必须在这样，就必须在逆变器每隔逆变器每隔60 状态状态切换之间附加功率开切换之间附加功率开关器件通断次数，从关器件通断次数，从而获得期望的而获得期望的PWM波形。波形。 在在SVPWM中，中，因为涉及到矢量变换因为涉及到矢量变换等复杂的计算，必须等复杂的计算，必须借助借助DSP（数字信号（数字信号处理器）来完成。处理器）来完成。变频器及应用技术变频器及应用技术SPWM一、矢量控制基本概念一、矢量控制基本概念 矢量控制理论上世纪矢量控制理论上世纪70年代西门子公司工程师年代西门子公司工程师F.Blaschke首先提首先提出，用来解决交流电动机控制问题。出，用来解决交流

26、电动机控制问题。 磁场定向原理：分别对异步电动机的磁场定向原理：分别对异步电动机的励磁电流励磁电流和和转矩电流转矩电流进行控进行控制，从而达到控制异步电动机转距的目的。制，从而达到控制异步电动机转距的目的。 利用利用“等效等效”的概念，将异步电动机的的概念，将异步电动机的定子电流矢量定子电流矢量分解为分解为产生产生磁场的电流分量磁场的电流分量（励磁电流）和（励磁电流）和产生转矩的电流分量产生转矩的电流分量（转矩电流）分（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量间的幅度和相位，即控制定子电流矢别加以控制，并同时控制两分量间的幅度和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。量，

27、所以称这种控制方式称为矢量控制方式。变频器及应用技术变频器及应用技术矢量变频控制矢量变频控制1. 控制策略控制策略l 不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机的转距。步电动机的转距。l 异步电动机上需同轴安装编码器，用于转子角位移测量和转异步电动机上需同轴安装编码器，用于转子角位移测量和转速测量。速测量。l 矢量变频器具有异步电动机参数自动检测、辩识和自适应等矢量变频器具有异步电动机参数自动检测、辩识和自适应等功能。在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步功能。在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机

28、的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对异步电动机进行有效的矢量控制。关参数，从而对异步电动机进行有效的矢量控制。变频器及应用技术变频器及应用技术矢量变频控制矢量变频控制2. 矢量控制的性能特点矢量控制的性能特点二、电动机参数的自动测量二、电动机参数的自动测量（1）电动机的铭牌数据）电动机的铭牌数据电压、电流、转速、磁极对数、效率等。电压、电流、转速、磁极对数、效率等。（2）电动机的绕组数据）电动机的绕组数据定子电阻、定子漏磁电抗、转子等效电阻、转子定子电阻、定子漏磁电抗、转子等效电阻、转子等效漏磁电抗、空载电流等。等

29、效漏磁电抗、空载电流等。1矢量控制需要的参数矢量控制需要的参数功能码功能码功能含义功能含义数据码及含义数据码及含义T100电动机12选择1：电动机1；2：电动机2T101自动测量模式0：旋转自测量；1：停止自测量T102电动机额定功率T103电动机额定电压T104电动机额定电流T105电动机额定频率T106电动机的磁极数T107电动机额定转速T108自测量的脉冲数自动测量相关功能（安川自动测量相关功能（安川CIMRG7A） 变频器及应用技术变频器及应用技术矢量变频控制矢量变频控制2自动测量的操作自动测量的操作（1）旋转自测量（相当于空载试验）旋转自测量（相当于空载试验） 电动机脱离负载。电动机

30、脱离负载。 变频器通电，按下变频器通电，按下RUN键，先让电动机停止键，先让电动机停止1分钟，再让电动机旋分钟，再让电动机旋转转1分钟（转速约为额定转速的一半）。分钟（转速约为额定转速的一半）。 按下按下STOP键，中止自测量。键，中止自测量。（2）停止自测量（相当于堵转试验）停止自测量（相当于堵转试验） 电动机不脱离负载。电动机不脱离负载。 变频器通电，按下变频器通电，按下RUN键，让电动机停止键，让电动机停止1分钟。分钟。 按下按下STOP键，中止自测量。键，中止自测量。变频器及应用技术变频器及应用技术矢量变频控制矢量变频控制静止三相交流绕组静止三相交流绕组 在三相交流绕组在三相交流绕组U

31、、V、W中通入电流中通入电流iU、iV、iW，产生合成磁动，产生合成磁动势势F，并以同步转速，并以同步转速1旋转。旋转。 在两相静止绕组在两相静止绕组、中通入电流中通入电流i、i，也，也可以产生大小和转速相可以产生大小和转速相同的旋转磁动势同的旋转磁动势F，则，则两相绕组与三相绕组是两相绕组与三相绕组是等效的。从等效的。从、轴变换轴变换到到d、q轴需借助轴需借助的运的运算。算。 在以在以1旋转的两相绕组旋转的两相绕组d、q中通入直流电流中通入直流电流id、iq，则产，则产生的磁动势生的磁动势F与静止三相和两与静止三相和两相绕组是等效的。其中，相绕组是等效的。其中，id相相当于直流电动机中的励磁

32、电流，当于直流电动机中的励磁电流，iq相当于与转矩成正比的电枢相当于与转矩成正比的电枢电流。电流。为为轴与轴与d轴的夹角，轴的夹角，随时间而变化，通过检测定子随时间而变化，通过检测定子电压、电流和转速实时计算获电压、电流和转速实时计算获得。得。3. 矢量等效变换矢量等效变换WiidUViViwiUF11idiqisq1静止两相交流绕组静止两相交流绕组旋转直流绕组旋转直流绕组3/2变换变换VR变换变换FF变频器及应用技术变频器及应用技术矢量变频控制矢量变频控制变频器及应用技术变频器及应用技术矢量变频控制矢量变频控制4. 矢量控制框图矢量控制框图三、有速度反馈三、有速度反馈/无速度反馈矢量控制无速

33、度反馈矢量控制变频器及应用技术变频器及应用技术矢量变频控制矢量变频控制1. 有速度反馈矢量控制有速度反馈矢量控制a）有反馈矢量控制电路图）有反馈矢量控制电路图b）机械特性曲线簇）机械特性曲线簇变频器及应用技术变频器及应用技术矢量变频控制矢量变频控制功能码功能码功能码名称功能码名称数据码及含义（或范围）数据码及含义（或范围）Fb00编码器每转脉冲数09999prFb01编码器旋转方向0正方向；1反方向Fb02编码器断线后处理方法0以自由制动方式停机；1切换为开环VF控制方式有反馈矢量控制的相关功能（艾默生有反馈矢量控制的相关功能（艾默生TD3000） 为了满足高精度转速闭环控制及磁为了满足高精度

34、转速闭环控制及磁场定向的需要，常规的方法就是在电动场定向的需要，常规的方法就是在电动机轴上安装速度传感器，如光电编码器机轴上安装速度传感器，如光电编码器等。所谓无速度传感器矢量控制是指取等。所谓无速度传感器矢量控制是指取消调速系统中的速度检测装置，通过间消调速系统中的速度检测装置，通过间接计算的方法求出电动机运行的实际转接计算的方法求出电动机运行的实际转速值作为转速反馈信号。速值作为转速反馈信号。nUVW电流传感器电流传感器电压传感器电压传感器iU 、iV 、iWuU 、uV 、uWM3 转转 速速推算器推算器变频器及应用技术变频器及应用技术矢量变频控制矢量变频控制2. 有速度反馈矢量控制有速

35、度反馈矢量控制a）无反馈矢量控制示意图）无反馈矢量控制示意图 b）机械特性曲线簇）机械特性曲线簇4、矢量变频调速的适用范围、矢量变频调速的适用范围a a）带多台电动机）带多台电动机b b）容量差两档以上）容量差两档以上c c）8 8极以上极以上d d）特殊电机）特殊电机不宜采用的场合不宜采用的场合 （1）矢量控制只能用于一台变频器控制一台电动机的情况下。）矢量控制只能用于一台变频器控制一台电动机的情况下。（2）电动机容量和变频器要求的配用电动机容量之间，最多只能相差一个档次。）电动机容量和变频器要求的配用电动机容量之间，最多只能相差一个档次。（3）磁极数一般以、极为宜。）磁极数一般以、极为宜。

36、（4）特殊电动机不能使用矢量控制功能。）特殊电动机不能使用矢量控制功能。 变频器及应用技术变频器及应用技术矢量变频控制矢量变频控制四、直接转矩控制四、直接转矩控制 直接转矩控制直接转矩控制DTC（Direct Torque Control）是继矢量控制）是继矢量控制VC之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统，于速系统，于1985年由德国年由德国M.Depnbrock首先提出来。直接转矩控首先提出来。直接转矩控制是因为利用转矩反馈直接控制电动机的电磁转矩而得名。直接制是因为利用转矩反馈直接控制电动机的电磁转矩而得名。直接转矩

37、控制是建立在定子静止两相坐标基础上的，采用定子磁场定转矩控制是建立在定子静止两相坐标基础上的，采用定子磁场定向方法，这与矢量控制不同，矢量控制采用转子磁场定向方法。向方法，这与矢量控制不同，矢量控制采用转子磁场定向方法。直接转矩控制在低速时转矩有脉动现象，且调速范围不够宽。直接转矩控制在低速时转矩有脉动现象，且调速范围不够宽。变频器及应用技术变频器及应用技术矢量变频控制矢量变频控制变频器及应用技术变频器及应用技术变频器的选型变频器的选型一、变频器容量的选择一、变频器容量的选择1电动机与变频器额定电流的比较电动机与变频器额定电流的比较 电动机容量（电动机容量（W）22. .030. .037.

38、.045. .055. .075. .0 电动机额定电流电动机额定电流 IMN（A）2242. .256. .970. .483. .9102. .7140. .12442. .556. .969. .884. .2102. .5139. .72644. .659. .572. .085. .4104. .9142. .42847. .663. .078. .293. .2112. .1152. .8 变频器额定电流变频器额定电流康沃康沃45. .060. .075. .091. .0112. .0150. .0森兰森兰45. .060. .075. .091. .0115. .0150. .

39、0英威腾英威腾45. .060. .075. .090. .0110. .0150. .0安邦信安邦信61. .090. .0150. .0艾默生艾默生45. .060. .075. .090. .0110. .0152. .0三菱三菱43. .057. .071. .086. .0110. .0富士富士45. .060. .075. .091. .0112. .0150. .0安川安川G752. .065. .080. .097. .0128. .0165. .0ABB80055. .072. .086. .0103. .0141. .0166. .0瓦萨瓦萨CX48. .060. .075

40、. .090. .0110. .0150. .0丹佛士丹佛士44. .061. .073. .090. .0106. .0147. .0变频器及应用技术变频器及应用技术变频器的选型变频器的选型2变频器的额定电流与载波的关系变频器的额定电流与载波的关系 载波频率载波频率/kHz46810121416额定电流额定电流/A62.058.955.849.643.437.231.0百分数（百分数（%）100959080706050西门子西门子440系列变频器不同载波频率时的额定电流（系列变频器不同载波频率时的额定电流（22kW） 载波频率越高，电动机的电磁噪音越低，但电流降低，输出转矩减小，变频器升载波

41、频率越高，电动机的电磁噪音越低，但电流降低，输出转矩减小，变频器升温。建议，变频器容量温。建议，变频器容量7.5kW，载波频率不大于，载波频率不大于7kHz，大功率不大于，大功率不大于6kHz。变频器及应用技术变频器及应用技术变频器的选型变频器的选型1变频器容量和电动机负载的关系变频器容量和电动机负载的关系a）电动机发热，变频器跳闸）电动机发热，变频器跳闸 b）电动机不发热，变频器不跳闸）电动机不发热，变频器不跳闸（1）变频器的容量与电动机的运行电流无关。）变频器的容量与电动机的运行电流无关。（2）加大变频器的容量，可防止过电流跳闸。）加大变频器的容量，可防止过电流跳闸。 二、负载工况与变频器

42、容量的关系二、负载工况与变频器容量的关系 变频器及应用技术变频器及应用技术变频器的选型变频器的选型a）连续不变负载）连续不变负载b）连续变动负载）连续变动负载 c）断续负载）断续负载2. 负载工况及温升负载工况及温升变频器及应用技术变频器及应用技术变频器的选型变频器的选型3一台变频器带多台电动机一台变频器带多台电动机 （1） 多台电动机同时起动和运行IN1. 051.1IMN 变频器及应用技术变频器及应用技术变频器的选型变频器的选型（2）多台电动机分别起动、制动2ST1MNN) 1 . 105. 1 (KIKII K1安全系数。后起动电动机都从停止状态安全系数。后起动电动机都从停止状态 起动时

43、，起动时，K1=1.2；后起动电动机有可能从自由；后起动电动机有可能从自由制动状态下重新起动时，制动状态下重新起动时，K1=1.52；K2变频器的过载能力，变频器的过载能力，K2=1.5；IST电动机起动电流，为额定电流的电动机起动电流，为额定电流的57倍。倍。变频器及应用技术变频器及应用技术变频器的选型变频器的选型 变频器类别变频器类别常见型号举例常见型号举例主要特点主要特点 通用变频器通用变频器 普通型普通型 康沃：康沃：CVFG1、G2森兰：森兰：SB40、SB61安邦信：安邦信：AMBG7英威腾：英威腾：INVTG9时代：时代：TVF2000只有只有VF控制方式，故：控制方式，故：机械

44、特性略机械特性略“软软”；调速范围较小；调速范围较小；轻载时磁路容易饱和。轻载时磁路容易饱和。 高性能型高性能型康沃：康沃：CVFV1森兰：森兰：SB80英威腾：英威腾：CHV台达：台达：VFDA、B艾默生：艾默生：VT3000富士：富士：5000G11S安川：安川：CIMRG7ABB：ACS800AB：Power Flex 700瓦萨：瓦萨：VACONNX丹佛士：丹佛士：VLT5000西门子：西门子：440具有矢量控制功能，故：具有矢量控制功能，故：机械特性机械特性“硬硬”；调速范围大；调速范围大；不存在磁路饱和问题。不存在磁路饱和问题。如有转速反馈，则：如有转速反馈，则：机械特性很机械特性

45、很“硬硬”；动态响应能力强；动态响应能力强；调速范围很大；调速范围很大；可进行四象限运行。可进行四象限运行。 专用变频器专用变频器风机水泵用风机水泵用康沃、富士、安川等：康沃、富士、安川等：P系列系列森兰：森兰：SB12三菱：三菱：FRA140艾默生：艾默生：TD2100西门子：西门子：430只有只有VF控制方式，但增加了控制方式，但增加了节能功能；节能功能；工频的切换功能；工频的切换功能；睡眠和唤醒功能等。睡眠和唤醒功能等。 起重机械用起重机械用三菱：三菱：FR241EABB：ACC600 电梯用电梯用艾默生：艾默生：TD3100安川：安川：VS676GL5 注塑机用注塑机用康沃：康沃：CVFZSZC英威腾：英威腾：INVTZS5ZS7 张力控制用张力控制用艾默生：艾默生：TD3300三垦：三垦：SAMCOvm05常见变频器的类别及应用特点常见变频器的类别及应用特点变频器及应用技术变频器及应用技术变频器的选型变频器的选型使用通用变频器的行业和设备使用通用变频器的行业和设备使用矢量变频器的行业和设备使用矢量变频器的行业和设