变频器技术规范、结构、选择

1、变频器变频器技术规范、结构结构、调速调速、选择选择 ABB公司ACS600变频器结构图 通用变频器的基本构成通用变频器的基本构成 1）整流器。整流器，把工频电源变换成直流电源。三相交流电源经压敏电阻引入到整流桥的输入端。压敏电阻吸收浪涌过电压。电压型变频器的整流电路属于不可控整流桥直流电压源，当电源线电压为380V时，整流器件的最大反向电压一般为1000V，最大整流电流为通用变频器额定电流的2倍。智能功率模块的安装与应用 t 当将IPM模块安装到散热器上时，操作时应避免安装受力不均匀。推荐使用平面度在150m或更小的散热器，并避免单边应力过紧，要严格遵照如图2-62所示的推荐的螺钉安装拧转顺序

2、操作，如果模块受力不均，会导致模块陶瓷绝缘破裂，致使模块损坏或留下潜在的故障隐患。不要将端子和螺钉拧得过紧，在模块产品数据手册中一般会提供最大转矩值，在安装过程中为了符合指定力矩值，必须使用力矩扳手。力最大限度地使基板与散热器接触以利于传热，散热器表面必须具有句皿或更小的表面光洁度，并应在传热界面使用导热硅胶。选择使用的硅胶应能在工作温度内性能稳定，并且保证在装置寿命期内性能不发生变化。 图（a）所示是两点安装型，预拧紧顺序为，最终拧紧顺序为；图（b）所示是四点安装型，预拧紧顺序为，最终拧紧顺序为。 2）逆变器。负载侧的变流器为逆变器。与整流器的作用相反，逆变器是将直流功率变换为所需求频率的交

3、流功率。逆变器最常见的结构形式是利用6个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。通过有规律地控制逆变器中主开关的导通和关断，可以得到任意频率的三相交流输出波形。 中间直流环节实际上是中间直流储能环节，另一个作用是承担对整流电路输出进行滤波，以减少电压或电流的波动。此外，由于异步电动机制动的需要，在直流中间电路中还设有制动电阻及其他辅助电路，这就是直流中间电路的作用。电压型变频器的直流中间电路的主要元器件是大容量电解电容，而电流型变频器则主要由大容量电感器组成。 控制电路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压

4、控制，以及完成各种保护功能等。 通用变频器中的制动电路是为了满足异步电动机制动的需要而设置的 ，对于大、中容量的通用变频器来说，为了节约能源，一般采用电源再生单元将上述能量回馈给供电电源。而对于小容量通用变频器来说，则通常采用制动电路，将异步电动机反馈回来的能量在制动电路上消耗掉。 变频器的分类变频器的分类 通用变频器按其主电路结构形式可分为交-交变频器和交-直-交变频器，如果主电路中没有直流中间环节的称为交-交变频器，有直流中间环节的称为交-直-交变频器。按其工作方式有电压型变频器和电流型变频器；按其逆变器开关方式有PAM（脉冲振幅调制）控制方式、PWM（脉宽调制）控制方式和高频载波SPWM

5、正弦脉宽调制控制方式三种；按其逆变器控制方式有U/f控制方式、转差频率控制方式、矢量控制方式、矢量转矩控制方式和直接转矩控制等。 变频器的额定值和技术指标 1输入侧的额定值中、小容量通用变频器输入侧的额定值主要指电压和相数。在我国，输入电压的额定值（指线电压）有3相380V、3相220V（主要是进口变频器）和单相220V（主要用于家用电容小容量变频器）三种。此外，输入侧电源电压的频率一般规定为工频50Hz或60Hz。2输出侧的额定值（1）输出电压UN。由于变频器在变频的同时也要变压，所以输出电压的额定值是指输出电压中的最大值。（2）输出电流IN。指允许长时间输出的最大电流，是用户在选择变频器时

6、的主要依据。（3）输出容量 3NNNSU I t（4）配用电动机容量PN。对于变频器说明书中规定的配用电动机，其容量说明如下：t1）它是根据下式估算的结果 cosNNMMPS 2）说明书中的配用电动机容量仅对长期连续负载才是适合的，对于各种变动负载则不适用。 （5）过载能力。变频器的过载能力是指允许其输出电流超过额定电流的能力，大多数变频器都规定为150% IN、1min。 变频器的性能指标 变频器的性能就是通常所说的功能，这类指标是可以通过各种测量仪器工具在较短时间内测量出来的，这类指标是IEC标准和国标所规定的出厂所需检验的质量指标。用户选择几项关键指标就可知道变频器的质量高低，而不是单纯

7、看是进口还是国产，是昂贵还是便宜。以下是变频器的几项关键性能指标。 （1）在0.5Hz时能输出多大的起动转矩 比较优良的变频器在0.5Hz时能输出200%高起动转矩（在22kW以下30kW以上，能输出180%的起动转矩）。具有这一性能的变频器，可根据负载要求实现短时间平稳加减速，快速响应急变负载，及时检测出再生功率。 （2）频率指标。 变频器的频率指标包括频率范围、频率稳定精度和频率分辨率。 频率范围以变频器输出的最高频率fmax和最低频率fmin标示，各种变频器的频率范围不尽相同。通常，最低工作频率约为0.11Hz，最高工作频率约为200500Hz。 频率稳定精度也称频率精度，是指在频率给定

8、值不变的情况下，当温度、负载变化，电压波动或长时间工作后，变频器的实际输出频率与给定频率之间的最大误差与最高工作频率之比（用百分数表示）。 t例如，用户给定的最高工作频率例如，用户给定的最高工作频率fmax120Hz，频，频率精度为率精度为0.01%，则最大误差为：，则最大误差为：tfmax0.0001120Hz0.012Hzt通常，由数字量给定时的频率精度约比模拟量给通常，由数字量给定时的频率精度约比模拟量给定时的频率精度高一个数量级，前者通常能达到定时的频率精度高一个数量级，前者通常能达到0.01%（-1050），后者通常能达到），后者通常能达到0.5%（2510）。t频率分辨率指输出频率

9、的最小改变量，即每相邻频率分辨率指输出频率的最小改变量，即每相邻两挡频率之间的最小差值。两挡频率之间的最小差值。 t例如，当工作频率fx25Hz时，如果变频器的频率分辨率为0.01Hz，则上一挡的最小频率为：tfn（250.01）Hz25.01Hzt下一挡的最大频率为：tfx（250.01）Hz24.99Hzt对于数字设定式的变频器，频率分辨率取决于微机系统的性能，在整个调频范围（如0.5400Hz）内是一个常数（例如0.01Hz）。对于模拟设定式，频率的分辨率还与频率给定电位器的分辨率有关，一般可以达到最高输出频率的0.05%。 4速度调节范围控制精度和转矩控制精度 现有变频器速度控制精度能

10、达到0.005%，转矩控制精度能达3%。 5低转速时的脉动情况 低转速时的脉动情况是检验变频器好坏的一个重要标准。有的高质量变频器在1Hz时转速脉动只有1.5r/min。下图给出了在1Hz时几种转速脉冲情况的波形（最上面两种为3.7kW时的特性）。 此外，变频器的噪声及谐波干扰、发热量等都是重要的性能指标，这些指标与变频器所选用的开关器件及调制频率和控制方式有关。用IGBT和IPM制成的变频器，由于调制频率高，其噪声很小，一般情况下连人的耳朵都听不见，但其高次谐波始终存在。如果采用的控制方式较好，也可减少一些谐波量。 在1Hz时变频器输出转速的脉动情况 变频器的选择 通用变频器的选择，包括变频

11、器类型的选择和容量的选择。选择变频器规格时应注意根据要求采用合适的选择方式和计算公式，根据工程实际情况确定具体调速方案，包括逆变器与电机的对应关系、整流器与逆变器的对应关系（是否采用成组驱动）、制动部分的结构方式及配置规模、采用哪种控制方式等等变频器的技术规范 在选用变频器时，用户通常都要查看该型号变频器的产品资料，每一个品牌的变频器都有多种规格型号供选择，一般通用变频器的技术数据分为型号及定货号、额定输入/输出参数、控制方式等，其中包括一些控制精度、控制参数、显示模式参数、保护特性参数及环境参数等五大类。这里介绍一下在实际工程应用中会涉及到的有关参数的一些知识，供选型时参考。t 1容量t 通

12、用变频器的容量用所适用的电动机功率（kW）、输出容量（kVA）、额定输出电流（A）表示。其中最重要的是额定电流，它是指变频器连续运行时输出的最大交流电流的有效值。输出容量决定于额定输出电流与额定输出电压下的三相视在输出功率。日本产的通用变频器的额定输入电压往往是200V与220V、400V与440V共用不细分，变频器的输入电源电压常允许在一定范围内波动，因此，输出容量一般用作衡量变频器容量的一种辅助手段。但德国西门子公司的变频器对电源电压则规定得很严格。 日本的各变频器生产厂家在1993年达成了一个行业协议：变频器的型号规格中均标以所适用的电动机最大功率数（kW）。例如，富士公司的FRN30G

13、11S-4表示产品型号为FRENIC5000，标准适配电动机容量为30kW，系列名称为G11S，电源电压为400V。 变频器所适用的电机功率（kW）是以标准的2或4极电机为对象，在变频器的输出额定电流以内可以传动的电机功率。 380V、160W以下单台电动机与变频器间容量的匹配关系参考表被控交流电动机容量（kW）变频器输出容量（kVA）被控交流电动机容量（kW）变频器输出容量（kVA）0.4，0.75222，30501.5，2.2437603.7645，551005.51075，901507.515110，13220011，152516023018.535 2输入、输出参数 额定输入参数包括电

14、源输入相数、电压、频率、允许电压频率波动范围、瞬时低电压允许值（相当于标准适配电动机85%负载下的试验值）、额定输入电流和需要的电源容量。 额定输出参数包括通用变频器的额定输出电压（不能输出比电源电压高的电压）、额定输出电流（在驱动低阻抗的高频电动机等场合，允许输出电流可能比额定值小）、额定过载电流倍数、额定输出频率等。变频器的最高输出频率因型号的不同而差别很大，通常有50Hz/60Hz、120Hz、240Hz、400Hz或更高，通用变频器中大容量的大都属于50/60Hz这一类，而最高输出频率超过工频的变频器多为小容量。 关于输出频率的调节范围有0.5400Hz。400Hz 输出频率的精度通常

15、给出两种指标：模拟设定（如最高频率的0.2%）和数字设定（如最高频率的0.01%）。输出频率的设定分辨率通常给出三种指标：模拟设定（如最高频率的1/3000，例如60Hz时为0.02Hz等）、数字设定（如小于99.99Hz时为0.01Hz，大于100.0Hz时为0.1Hz等）和串行通信接口链接设定（如最高频率的1/20000，小于60Hz时为0.003Hz，120Hz时为0.006Hz等）。 控制参数控制参数 t选用变频器时可根据控制参数及其说明选择所需要的参数，并核对与自己的需要是否相符，有些参数可能用不上，可以不予考虑。 t频率上下限。通常预设的频率上限值和下限值 t跳越频率控制。通常设定

16、跳越点的个数、跳越频率设定范围等，主要用于避免机械共振。t瞬时过载能力。根据主回路半导体器件的过载能力，通用变频器的电流瞬时过载能力常常设计成150%额定电流、1min，或120%额定电流、1min。与标准异步电动机（过载能力通常为200%左右）相比较，变频器的过载能力较小。 变频器类型的选择变频器类型的选择 变频器类型选择的基本原则是根据负载的要求进行选择。选择方法如下： （1）风机和泵类负载。 因为这类负载对转速精度没有什么要求，故选型时通常以价廉为主要原则，选择普通功能型通用变频器。（2）恒转矩负载。 多数负载具有恒转矩特性，但在转速精度及动态性能等方面要求一般不高，例如挤压机、搅拌机、

17、传送带、厂内运输电车、吊车的平移机构、吊车的提升机构和提升机等。选型时可选V/f控制方式的变频器， （3）被控对象具有一定的动态、静态指标要求。 这类负载一般要求低速时有较硬的机械特性，才能满足生产工艺对控制系统的动态、静态指标要求。如果控制系统采用开环控制，可选用具有无转速反馈矢量控制功能的变频器。（4）被控对象具有较高的动态、静态指标要求。 对于调速精度和动态性能指标都有较高要求以及要求高精度同步运行等场合，可采用带速度反馈的矢量控制方式的变频器。如果控制系统采用闭环控制，可选用能够四象限运行、V/f控制方式、具有恒转矩功能型变频器。例如轧钢、造纸、塑料薄膜加工生产线这一类对动态性能要求较

18、高的生产机械，采用矢量控制的高性能通用变频器，不但能很好地满足生产工艺要求，还能降低调节器控制算法的难度。 变频器容量的计算 选择变频器容量的基本原则 1 应以电动机的额定电流和负载特性为依据选择通用变频器的额定容量 2 通用变频器的容量多数是以kW数及相应的额定电流标注的，对于三相通用变频器而言，该kW数是指该通用变频器可以适配的4极三相异步电动机满载连续运行的电动机功率。一般情况下，可以据此确定需要的通用变频器容量。 选择变频器容量的基本原则3 由于通用变频器输出中包含谐波成分，其电流有所增加，应适当考虑加大容量。当电动机属频繁起动、制动工作或处于重载起动且较频繁工作时，可选取大1挡的通用

19、变频器，以利于通用变频器长期、安全地运行。其次应考虑最小和最大运行速度极限，满载低速运行时电动机可能会过热，所选通用变频器应有可设定下限频率、可设定加速和减速时间的功能，以防止低于该频率下运行。 4 一般风机、泵类负载不宜在低于15Hz以下运行，如果确实需要在15Hz以下长期运行，需考虑电动机的容许温升，必要时应采用外置强迫风冷措施，即在电动机附近外加一个适当功率的风扇对电动机进行强制冷却，或拆除电动机本身的冷却扇叶，利用原扇罩固定安装一台小功率（如25W，三相）轴流风机对电动机进行冷却。如果电动机的起动转矩能满足要求，宜选用通用变频器的降转矩U/f模式，以获得较大的节能效果。若通用变频器用于

20、离心式风机时，由于风机的转动惯量较大，加减速时间应适当加大，以避免在加减速过程中出现过电流保护动作或再生过电压保护动作。要特别注意50Hz以上高速运行的情况，若超速过多，会使负载电流迅速增大，导致烧毁设备，使用时应设定上限频率，限制最高运行频率。一、按电动机额定电流选择一、按电动机额定电流选择 对于多数的恒转矩负载，可以按照这个方式选择变频器规格：CN1 MIK I 式中，ICN是变频器额定电流；IM是电动机额定电流；K1是电流裕量系数，根据应用情况，一般可取为1.051.15。对于K1，一般情况可取小值，在电动机持续负载率超过80%时则应该取大值，因为多数变频器的额定电流都是以持续负载率不超

21、过80%来确定的。 另外，起动停止频繁的时候也应该考虑取大值，这是因为起动过程以及有制动电路的停止过程电流会短时超过额定电流，频繁起动停止则相当于增加了负载率。例1某110kW电动机的额定电流为212A，取电流裕量系数为1.05，按照上式计算，可得变频器额定电流要大于等于222.6A，可选择某型号110kW变频器，其额定电流为224A。 这里的裕量系数主要是为防止电动机的功率选择偏低、实际运行时经常轻微超载而设置的，这种情况对于电动机而言是允许的，但若不设置裕量系数，则会造成变频器负担过重而影响其使用寿命。在变频器内部设定电动机额定电流时不应该考虑裕量系数，否则，变频器对电动机的保护就不会有效

22、了。 多数情况下，按照上式计算的结果，变频器的功率与电动机功率都是匹配的，不需要放大，因此在选择变频器时盲目把功率放大一级是不可取的，这样会造成不必要的浪费。 二、按电动机实际运行电流选择二、按电动机实际运行电流选择 这个方式特别适用于技术改造工程，其计算公式为：CN2dIK I 式中，K2是裕量系数，考虑到测量误差，K2可取1.11.2，在频繁起动停止时应该取大值；Id是电动机实测运行电流，指的是稳态运行电流，不包括起动、停止和负载突变时的动态电流，实测时应该针对不同工况作多次测量，取其中最大值。按照上式计算后，实际选择时恒转矩负载的变频器标称功率不应小于电动机额定功率的80%，二次方转矩负

23、载的变频器标称功率不应小于电动机额定功率的65%，如果应用时对起动时间有要求，则通常不应该降低变频器功率 【例例2】 某风机电动机为160kW，额定电流为289A，实测稳定运行电流在112148A之间变化，起动时间没有特殊要求。取Id148A，K21.1，按照上式计算，变频器额定电流应不小于162.8A，可选择某型号的90kW变频器，额定电流为180A。但90/16056.25%，因此，实际选择该型号110kW变频器，110/16068.75%，符合要求。 三、按照转矩过载能力选择 变频器的电流过载能力通常比电动机的转矩过载能力低，因此，按照常规配备变频器时电动机转矩过载能力不能充分发挥作用。

24、 d MCN3fIIK式中，d是电动机转矩过载倍数，f是变频器电流短时过载倍数，K3是电流/转矩系数。 电动机转矩过载倍数可以从样本查得，变频器电流1min过载倍数为150%时，最大瞬间过载电流倍数为200%，可用的短时过载倍数可按1.61.7选取； 例3某轧钢机飞剪机构，在空刃位置时要求低速运行以提高定尺精度，进入剪切位置前则要求快速加速到线速度与钢材速度同步，因此需要按照转矩过载能力选择变频器，飞剪电动机160kW，额定电流296A，转矩过载倍数2.8。 取电流/转矩系数为1.15，变频器短时过载倍数为1.7，用上式计算得变频器额定电流应不小于560A，选择某型号300kW变频器，额定电流

25、为的605A。 四 、按起动特性选择 1电动机直接起动时 通常，三相异步电动机直接用工频起动时，其起动电流为额定电流的47倍。对于电机功率小于10kW的电机直接起动时，可按下式选取变频器：kCNgIIK式中，Ik为在额定电压、额定频率下，电动机起动时的堵转电流（A）；Kg为变频器的允许过载倍数，Kg1.31.5。2大惯性负载起动时对于大惯性负载，一般按下式计算变频器的容量：2MMCNLA9550 cos375knnGDPTt 式中，GD2为换算到电动机轴上的总飞轮矩（Nm2）；TL为负载转矩（Nm）；为电动机效率（通常约0.85）；cos为电动机功率因数（通常约0.75）；tA为电动机加速时间

26、（s），根据负载要求确定；k为电流波形的修正系数（PWM方式时取1.051.1）；nM为电动机额定转速（r/min）；PCN为变频器容量（kVA）。 3多台电动机并联起动且部分直接启动 这种情况下，所有电动机由变频器供电且同时起动，但一部分功率较小的电动机（一般小于7.5kW）直接起动，功率较大的则使用变频器实行软起动。此时，变频器的额定输出电流按下式计算 ICNN2Ik（N1N2）In/Kg 式中，N1为电动机总台数；N2为直接起动的电动机台数；Ik为电动机直接起动时的堵转电流（A）；In为时机额定电流；Kg为变频器容许过载倍数（取1.31.5）。4并联运行中追加投入起动时 用一台变频器拖动

27、多台电动机机并联运转时，对于一小部分电动机开始起动后，再追加投入其他电动机起动的场合，如图 此时，变频器的电压、频率已经上升，追加投入的电动机将产生较大的起动电流。因此，变频器容量与同时起动时相比需要增大一些。变频器额定输出电流ICN可按下式计算：12CNHnSn11NNijIkIkI+式中，N1为先起动的电动机台数；N2为追加投入起动的电动机台数；IHn为先起动的电动机的额定电流（A）；ISn为追加投入电动机起动的额定电流（A）；k为修正系数（取1.051.10）。五、按运行特性选择MCNcoskPPCNMIkI3CNMM310PkU I 1连续运转时由于变频器传给电动机的是脉冲电流，其脉动

28、值比工频供电时电流要大，因此，须将变频器的容量留有适当的余量。此时，变频器应同时满足以下三个条件：（A） （kVA） （kVA）MUMI 式中，PM为负载所要求的电动机的轴输出功率；为电动机的效率（通常约0.85）；cos为电动机的功率因数（通常约0.75）；为电动机电压（V）；为电动机电流（A），是工频电源时的电流；k为电流波形的修正系数（PWM方式时，取1.051.0）；PCN为变频器的额定容量（kVA）；ICN为变频器的额定电流（A）。2一台变频器拖动多台电动机并联运行时 这种情况下应考虑以下几点：（1）根据各电动机的电流总和来选择变频器。（2）在整定软起动、软停止时，一定要按起动最慢的

29、那台电动机进行整定。当变频器短时过载能力为150%、1min时，若电动机加速时间在1min以内，则有：SMCNTSSCN1ST1.5(1)1(1)cosnkPPnnKPKn+MCNTSSSCN1ST2(1)3cos21(1)3kPPnnKnPKn+SCNTMST21(1)3nIn IKn+SMCNTSSCN1ST(1)1(1)cosnkPPnn KPKn+SCNTMST1(1)nIn IKn+当电动机加速时间在1min以上时： 式中，PM为负载所要求的电动机的轴输出功率；nT为并联电动机的台数；nS为电动机同时起动的台数；为电动机效率（通常约0.85）；cos为电动机功率因数（通常约0.75）

30、；PCN1为连续容量（kVA），PCN1kPM nT/cos；KS为（电动机起动电流）/（电动机额定电流）；IM为电动机额定电流（A）；k为电流波形的修正系数（PWM方式时取1.051.1）；PCN为变频器容量（kVA）；ICN为变频器额定电流 六、按指定加、减速时间选择 在指定加速时间情况下，变频器所必须的容量按下式计算 2CNLA937 cos375knGD nPTt+2按指定减速时间选择ML12BLs() ()9.55JJnnTTt+BTMJLJ1n2nLT（1）计算制动力矩。制动力矩可由下式计算：为制动力（Nm）；为电动机转动惯量（kgm2）；为折算至电动机轴的负载转动惯量（kgm2）

31、；为减速开始速度（r/min）；为减速完时速度（r/min）；ts为减速时间（s）；为负载转矩（Nm）。（2）计算制动电阻的阻值 2COBBM10.1047 (0.2)URTTn制动电阻的最小值为 CminCURI制动电阻RB的阻值应由如下条件来决定： minBOBRRR变频器选择注意事项 选择通用变频器时，应注意两点：（1）当电动机的实际负载比电动机的额定输出功率小时，一般认为可选择与实际负载相称的变频器容量。但是，对于通用变频器，这种做法并不理想，其理由如下：1）电动机在空载时也流过额定电流30%50%的励磁电流。 2）起动时流过的起动电流与电动机施加的电压、频率相对应，而与负载转矩无关。

32、如果变频器容量小，此电流超过过流容量，则往往不能起动。 3）电动机容量大，则以变频器容量为基准的电机漏抗百分比变小，变频器输出电流的脉动增大，因而过流保护容易动作，电动机往往不能运转。（2）电动机用通用变频器起动时，其起动转矩同用工频电源起动相比多数变小，根据负载的起动转矩特性有时不能起动。 由电机学知由电机学知1114.44gNmEf N K/22cosemmTCI如果忽略定子上的电阻压降，则有如果忽略定子上的电阻压降，则有 mNggKNfEEIRU11111144. 4111111144.444.4NNgmKNfUKNfE第一节第一节 变频调速的基本控制方式和机械特性简介变频调速的基本控制

33、方式和机械特性简介一、变频调速的基本控制方式一、变频调速的基本控制方式1、基频以下的变频控制方式、基频以下的变频控制方式即：气隙磁通感应电势与频率之比为常数即：气隙磁通感应电势与频率之比为常数 基频基频以下以下常采用常采用恒磁通恒磁通变频控制方式。变频控制方式。（1）若要保持）若要保持m不变，则当频率不变，则当频率f1从额定值从额定值f1e向下调向下调节时，须同时降低节时，须同时降低Eg，使，使Eg/f1=常数。常数。（2）因感应电势难以直接控制，忽略定子压降，认为定子）因感应电势难以直接控制，忽略定子压降，认为定子相电压相电压U1Eg， 则则U1/f1=常数。这就是恒压频比的变频控制常数。这

34、就是恒压频比的变频控制方式。方式。 恒压频比控制在低频时，由于恒压频比控制在低频时，由于U1和和Eg都较小，定子阻抗都较小，定子阻抗压降所占的份量比较显著，不能忽略。这时，可人为地把压降所占的份量比较显著，不能忽略。这时，可人为地把电压电压U1抬高一些，以便近似地补偿定子压降。抬高一些，以便近似地补偿定子压降。 2、基频以上的变频控制方式、基频以上的变频控制方式在基频以上时，频率可从在基频以上时，频率可从f1N往上增高，但电压往上增高，但电压U1却不能却不能增加得比额定电压增加得比额定电压U1N大，一般保持大，一般保持U1=U1N，使磁通与，使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情

35、况。频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。 NffNNmKNfU11111144. 41U1NU01f1Nfab下图是异步电机变频调速控制特性。在基频以下，属于下图是异步电机变频调速控制特性。在基频以下，属于“恒转矩调速恒转矩调速”；而在基频以上，基本属于；而在基频以上，基本属于“恒功率调恒功率调速速”。恒转矩调速恒功率调速制01U1U1NU1f1Nfmmn图5-1 鼠笼式异步电动机变频调速控制特性m当当Eg/1为恒值时，为恒值时，Temax恒定不变，随着频恒定不变，随着频率的降低，恒率的降低，恒Eg/1控控制的机械特性是一组形制的机械特性是一组形状与恒压恒频机械特性状与恒压恒频机械

36、特性相同，且平行下移的特相同，且平行下移的特性。见右图所示。性。见右图所示。二、变频调速的机械特性简介二、变频调速的机械特性简介1.恒恒Eg/1控制（控制（Eg/1=恒值）恒值） 因因Eg是电机内部参数，恒是电机内部参数，恒Eg/1控制难以实现，工程上常用控制难以实现，工程上常用恒压频比控制（恒压频比控制（U1/1=恒值）。其机械特性见下图所示。恒值）。其机械特性见下图所示。在恒压频比条件下变频时，在恒压频比条件下变频时，机械特性基本上平行移动，机械特性基本上平行移动，而而Temax随随1降低而减小。降低而减小。低频时，低频时，Temax将限制调速系将限制调速系统的带负载能力。需采用定统的带负

37、载能力。需采用定子阻抗电压补偿以增强带负子阻抗电压补偿以增强带负载能力。右图中虚线特性就载能力。右图中虚线特性就是采用提高定子电压后的特是采用提高定子电压后的特性性。补偿定子压降后的特性nN0n01n02n03n0eT1N1113121312111N图5-3 恒压频比控制变频调速时的机械特性2、恒压频比控制（、恒压频比控制（U1/1=恒值）恒值）3.基频以上变频调速时的机械特性基频以上变频调速时的机械特性 可见，当频率可见，当频率1提高提高时，同步转速时，同步转速n0随之提随之提高，最大转矩减小，机高，最大转矩减小，机械特性上移；转速降落械特性上移；转速降落随频率的提高而增大，随频率的提高而增

38、大，特性斜率稍变大，其它特性斜率稍变大，其它形状基本相似。如右图形状基本相似。如右图所示。所示。 在基频在基频f1e以上变频时，电压以上变频时，电压U1=U1e不变。其机械特性不变。其机械特性见下图所示。见下图所示。 第二节第二节 变频调速系统中的无源逆变电路变频调速系统中的无源逆变电路对交流电机实现变频调速的变频电源装置叫变频器，其功能对交流电机实现变频调速的变频电源装置叫变频器，其功能是将电网提供的恒压恒频交流电变换为变压变频交流电，变是将电网提供的恒压恒频交流电变换为变压变频交流电，变频伴随变压。频伴随变压。 变频器的基本分类如下：变频器的基本分类如下： 一、变频器的分类一、变频器的分类

39、变频器 交-交变频器 按相数分单相三相按输出波形分正弦波方波脉冲宽度调制型 (PWM)交-直-交变频器电流型 电压型交交-直直-交变频器的主要构成环节如图（交变频器的主要构成环节如图（a）所示。它先把交）所示。它先把交流电转换为直流电，经中间直流环节后再把直流电逆变成流电转换为直流电，经中间直流环节后再把直流电逆变成变频变压的交流电，又称为间接变频器。按不同的控制方变频变压的交流电，又称为间接变频器。按不同的控制方式，间接变频器有图式，间接变频器有图5-7中中b、c、d三种情况。三种情况。整流逆变中间直流环节DCAC50Hz恒压恒频（CVCF）AC变压变频（VVVF）(a)二、静止型常规变频器

40、及特点二、静止型常规变频器及特点（一）间接（交（一）间接（交- -直直- -交）变压变频装置交）变压变频装置图图5-7 间接变压变频装置的不同结构形式间接变压变频装置的不同结构形式不控整流逆变DCAC调频AC50Hz斩波器DC调压(c)VVVF50Hz不控整流PWM逆变ACDC（VVVF）调压调频(d)AC可控整流逆变DCAC50Hz调压调频AC（VVVF）(b)交交-交变频器的主要构成环节如图交变频器的主要构成环节如图5-8所示。交所示。交-交变频器没交变频器没有明显的中间滤波环节，交流电被直接变成频率和电压可有明显的中间滤波环节，交流电被直接变成频率和电压可调的交流电，故又称为直接变频器。

41、调的交流电，故又称为直接变频器。（二）直接（交（二）直接（交-交）变压变频装置交）变压变频装置 主电路如图主电路如图5-9（a）所示，图中负载由正组与反组晶闸管整）所示，图中负载由正组与反组晶闸管整流电路轮流供电，流电路轮流供电，角不变时，输出为矩形交流电压，如图角不变时，输出为矩形交流电压，如图5-9（b）所示。改变正反组切换频率可以调节输出交流电的）所示。改变正反组切换频率可以调节输出交流电的频率，而改变频率，而改变的大小即可调节矩形波的幅度。的大小即可调节矩形波的幅度。 1、方波型交、方波型交-交变频器交变频器三、交三、交-交变频电路交变频电路（一）单相交（一）单相交-交变频电路交变频电

42、路2、正弦波交、正弦波交-交变频器交变频器 正弦波型交正弦波型交-交变频器的主电路与方波型的主电路相同，交变频器的主电路与方波型的主电路相同，但可以输出平均值按正弦规律变化的电压。但可以输出平均值按正弦规律变化的电压。 控制角控制角由大到小再变由大到小再变大，如大，如/20/2如如右图（右图（a）所示。）所示。控制角由小变大再控制角由小变大再变小，如变小，如/2/2如右图如右图（b）所示。）所示。 （1）输出正弦波形的获得方法）输出正弦波形的获得方法t常用的方法是余弦交点法，该方法的原则是：触发角的常用的方法是余弦交点法，该方法的原则是：触发角的变化和切换应使得整流输出电压的瞬时值与理想正弦电

43、变化和切换应使得整流输出电压的瞬时值与理想正弦电压的瞬时值误差最小。压的瞬时值误差最小。t正弦波型交正弦波型交-交变频器适合于低频大功率的电气传动系统，交变频器适合于低频大功率的电气传动系统，最高输出频率是输入频率的最高输出频率是输入频率的1/3或或1/2。 （2）输出电压有效值和频率的调节）输出电压有效值和频率的调节t交交-交变频电路的输出电压是由若干段电源电压拼接而成交变频电路的输出电压是由若干段电源电压拼接而成的。在输出电压的一个周期内，所包含的电源电压段数的。在输出电压的一个周期内，所包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。越多，其波形就越接近正弦波。t使控制角从使控制角从 ，改

44、变，改变0，就改变了输出电压就改变了输出电压的峰值，也就改变了输出电压的有效值；改变的峰值，也就改变了输出电压的有效值；改变变化的速变化的速率，也就改变了输出电压的频率。率，也就改变了输出电压的频率。 2/2/0 （二）（二）三相三相-单相交单相交-交变频电路交变频电路t将两组三相可逆整流器反并联即可构成单相变将两组三相可逆整流器反并联即可构成单相变频电路。频电路。三相半波三相半波-单相单相交交-交变频电路交变频电路三相桥式三相桥式-单单相交相交-交变频交变频电路电路（三）（三） 三相交三相交- -交变频电路交变频电路t交交-交变频器主要用于交流调速系统中，因此实际使交变频器主要用于交流调速系

45、统中，因此实际使用的主要是三相交用的主要是三相交-交变频器。三相交交变频器。三相交-交变频器电路交变频器电路是由三组输出电压相位互差的单相交是由三组输出电压相位互差的单相交-交变频电路组交变频电路组成的。成的。t1、电路的接线方式、电路的接线方式t三相交三相交-交变频电路主要有两种接线方式，即公共交交变频电路主要有两种接线方式，即公共交流母线进线方式和输出星形联结方式。流母线进线方式和输出星形联结方式。 （1）公共交流母线进线方式）公共交流母线进线方式 它由三组彼此独立、输出电压相位互差它由三组彼此独立、输出电压相位互差120度的单相交度的单相交-交变交变频电路组成，其电源进线通过电抗器接在公

46、共的交流母线频电路组成，其电源进线通过电抗器接在公共的交流母线上。由于电源进线端公用，所以三组单相变频电路的输出上。由于电源进线端公用，所以三组单相变频电路的输出端必须隔离。为此，交流电机的三个绕组必须拆开，共引端必须隔离。为此，交流电机的三个绕组必须拆开，共引出六根线。出六根线。 （2）输出星形连接方式）输出星形连接方式 t由于变频器输出端中点不和负载中点相连接，所以在构成由于变频器输出端中点不和负载中点相连接，所以在构成三相变频器的六组桥式电路中，至少要有不同相的两组桥三相变频器的六组桥式电路中，至少要有不同相的两组桥中的四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流。中的四个晶闸管同时导通才能

47、构成回路，形成电流。 2、具体电路结构、具体电路结构t三相桥式整流器组成的三相三相桥式整流器组成的三相-三相交三相交-交变频电路，采用交变频电路，采用公共交流母线进线方式公共交流母线进线方式 t三相桥式整流器组成的三相三相桥式整流器组成的三相- -三相交三相交- -交变频电路，给电动交变频电路，给电动机负载供电，采用输出星形联结方式（负载未画出）机负载供电，采用输出星形联结方式（负载未画出） 四、交四、交-直直-交变频电路交变频电路（一）交（一）交-直直-交电压源型、电流源型变频器及其比较交电压源型、电流源型变频器及其比较根据交根据交-直直-交变频器的中间滤波环节是采用电容性元件或是电交变频器

48、的中间滤波环节是采用电容性元件或是电感性元件，可将其分为感性元件，可将其分为电压源型变频器电压源型变频器和和电流源型变频器电流源型变频器。 1、电压源型变频器、电压源型变频器采用大电容滤波，输采用大电容滤波，输出直流电压恒定，类出直流电压恒定，类似于恒压源。这类变似于恒压源。这类变频器叫电压源型变频频器叫电压源型变频器，见图（器，见图（a）所示。）所示。逆变器dCdU+-（a）逆变器dUdIdL+-(b)电压源型电压源型变频器变频器 2、电流源型变频器、电流源型变频器 采用大电感滤波，输出直流电流恒定，类似于恒流源。采用大电感滤波，输出直流电流恒定，类似于恒流源。这类变频装置叫电流源型变频器，

49、见图（这类变频装置叫电流源型变频器，见图（b）所示。）所示。逆变器dCdU+-（a）逆变器dUdIdL+-(b)电流源型电流源型变频器变频器 由电流型变频器构成的调速系统易实现回馈制动。图由电流型变频器构成的调速系统易实现回馈制动。图5-19绘出了变频调速系统的电动和回馈制动两种运行状态。绘出了变频调速系统的电动和回馈制动两种运行状态。 电动状态如图（电动状态如图（a）所示。整流电压极性为所示。整流电压极性为上正下负，电流由上正下负，电流由Ud的的正端流入逆变器，电能正端流入逆变器，电能由交流电网经变频器传由交流电网经变频器传送给电机，电机处于电送给电机，电机处于电动状态。动状态。（3）电压型

50、和电流源型变频器的回馈制动比较）电压型和电流源型变频器的回馈制动比较 回馈制动状态如图回馈制动状态如图5-19b示。降低变频器的输出频率，使示。降低变频器的输出频率，使转速降低，同时使整流器转速降低，同时使整流器UR的的90，则整流电压，则整流电压Ud立即反立即反向，而电流向，而电流Id方向不变。于是，逆变器方向不变。于是，逆变器CSI变成整流器，而整变成整流器，而整流器流器UR转入有源逆变状态，电能由电机回馈给交流电网。转入有源逆变状态，电能由电机回馈给交流电网。1、主电路组成、主电路组成（二）（二）180导电型的交导电型的交-直直-交电压型变频器交电压型变频器plUU3dU31dU325）

51、相电压和线电压的关系为）相电压和线电压的关系为180导电型逆变器工作规律：导电型逆变器工作规律： 1）每个脉冲触发间隔）每个脉冲触发间隔60区间内有区间内有3个晶闸管元件导通，个晶闸管元件导通，它们分属于逆变桥的共阴极组和共阳极组。它们分属于逆变桥的共阴极组和共阳极组。2）在）在3个导通元件中，若属于同一组的有个导通元件中，若属于同一组的有2个元件，则元件个元件，则元件所对应相的相电压为所对应相的相电压为 。另。另1个元件所对应相的相电压为个元件所对应相的相电压为 。 3）共阳极组元件所对应相的相电压为正，共阴极组元件）共阳极组元件所对应相的相电压为正，共阴极组元件所对应相的相电压为负。所对应

52、相的相电压为负。4）每个脉冲触发间隔）每个脉冲触发间隔60内的相电压之和为内的相电压之和为0。（三）（三）120导电型的交导电型的交-直直-交电流型变频器交电流型变频器1、主电路的组成、主电路的组成1CClCC1BBlBB1AAlAAddddetiLuedtiLuedtiLu 与与180导电型类似，导电型类似，120导电型导电规律如下：导电型导电规律如下： 1）每个脉冲触发间隔）每个脉冲触发间隔60有有2个晶闸管元件导通，它个晶闸管元件导通，它们分属于逆变桥的共阴极组和共阳极组。们分属于逆变桥的共阴极组和共阳极组。 2）在）在2个导通元件中，每个元件所对应相的相电流为个导通元件中，每个元件所对

53、应相的相电流为Id。而不导通元件所对应相的电流为而不导通元件所对应相的电流为0。 3）共阳极组中元件所通过的相电流为正，共阴极组元件）共阳极组中元件所通过的相电流为正，共阴极组元件所通过的相电流为负。所通过的相电流为负。 4）每个脉冲间隔）每个脉冲间隔60内的相电流之和为内的相电流之和为0。晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统给定积分器（软启给定积分器（软启动器）是用来减缓突动器）是用来减缓突加阶跃给定信号造成加阶跃给定信号造成的系统内部电流、电的系统内部电流、电压的冲击。其输入输压的冲击。其输入输出信号对比如图出信号对比如图5-29所示。所示。 图图5-29 给定积分器输入输出波形给定积分器

54、输入输出波形1、给定积分器、给定积分器一、晶闸管变频调速系统中的主要控制环节一、晶闸管变频调速系统中的主要控制环节绝对值运算器是把给绝对值运算器是把给定积分器送来的输入信定积分器送来的输入信号（正值或负值）均转号（正值或负值）均转换为正值。其输入输出换为正值。其输入输出关系为关系为iuu 0 2、绝对值运算器、绝对值运算器其输入输出信号关其输入输出信号关系如图系如图5-30所示。所示。图图5-30 绝对值运算器绝对值运算器的输入输出波形的输入输出波形电压电压-频率（频率（U/F）变换器就是用来将电压给定信号转换成）变换器就是用来将电压给定信号转换成脉冲信号的装置，输入电压越高，脉冲频率越高；输

55、入电压脉冲信号的装置，输入电压越高，脉冲频率越高；输入电压越低，则脉冲频率越低。输入输出信号关系如图越低，则脉冲频率越低。输入输出信号关系如图5-31所示所示。 3、电压、电压-频率变换器频率变换器图图5-31 压压-频变换器频变换器输入输出关系输入输出关系 4、环形分配器、环形分配器 环形分配器又称环形分配器又称6分频器，它将分频器，它将U/F变换器送来的压控振荡变换器送来的压控振荡脉冲，每脉冲，每6个为一组分个为一组分6路输出，依次送给逆变桥的路输出，依次送给逆变桥的6个晶闸管个晶闸管元件。其输入输出信号波形如图元件。其输入输出信号波形如图5-32（a）、（）、（b）所示。）所示。 图图5

56、-32 环分器的功能与波形环分器的功能与波形（a）环分器功能）环分器功能 （b）环分器输出波形）环分器输出波形 5、脉冲功率放大与脉冲输出级、脉冲功率放大与脉冲输出级（1）脉冲功率放大的作用是：）脉冲功率放大的作用是： 根据逻辑开关发出的指令，使功率放大管按照根据逻辑开关发出的指令，使功率放大管按照T1T2T6T1或或T6T5T1T6的顺序导通；的顺序导通； 将宽度为将宽度为60的脉冲拓宽为的脉冲拓宽为120的宽脉冲；的宽脉冲； 将环形分配器送来的脉冲进行功率放大。将环形分配器送来的脉冲进行功率放大。环形分配器输出脉冲的特征：环形分配器输出脉冲的特征： 各路脉冲发出的时间间隔为各路脉冲发出的时

57、间间隔为60电角度；电角度； 各路脉冲的宽度为各路脉冲的宽度为60 （a）功放与输出级功能原理图）功放与输出级功能原理图（b）功放器的输出波形）功放器的输出波形图图5-33 脉冲功放与输出级的脉冲功放与输出级的功能原理图及输出波形功能原理图及输出波形（2）脉冲输出级的作用：）脉冲输出级的作用： 将脉冲功率放大器送来的宽脉冲调制成触发晶闸管所需将脉冲功率放大器送来的宽脉冲调制成触发晶闸管所需的脉冲列（用方波发生器产生的脉冲进行脉冲列调制）；的脉冲列（用方波发生器产生的脉冲进行脉冲列调制）； 用脉冲变压器隔离输出级与晶闸管的门极。脉冲输出级用脉冲变压器隔离输出级与晶闸管的门极。脉冲输出级的输出波形

58、见下图。的输出波形见下图。脉冲输出级包括方脉冲输出级包括方波发生器、功放与波发生器、功放与解调两个部分。当解调两个部分。当T1、T2管的基极均管的基极均为高电平，在为高电平，在TB的的原边得到调制后的原边得到调制后的信号，解调后得到信号，解调后得到原信号，然后供原信号，然后供VT触发用。触发用。 6、函数发生器、函数发生器作用：在作用：在f1minf1n的范围的范围内，将内，将频率给定信号正比例频率给定信号正比例转换为电压给定信号转换为电压给定信号，确保，确保恒转矩调速恒转矩调速，并在，并在低频段将低频段将电压适当提升电压适当提升，实现低频电，实现低频电压补偿，保证压补偿，保证Eg/f1=常数

59、；常数；在在f1n以上，频率给定信号以上，频率给定信号变化，电压给定信号保持不变化，电压给定信号保持不变，使输出电压变，使输出电压U1=U1n不变。不变。其输入、输出关系如右图所其输入、输出关系如右图所示。示。 7、逻辑开关、逻辑开关 作用是根据给定信号为正、负或零来控制电动机的正转、作用是根据给定信号为正、负或零来控制电动机的正转、反转或停车。如给定信号为正，则控制脉冲输出级按正相序反转或停车。如给定信号为正，则控制脉冲输出级按正相序触发，如给定信号为负，则控制脉冲输出级按负相序触发，触发，如给定信号为负，则控制脉冲输出级按负相序触发，相应控制调速电动机的正、反转。如给定信号为零，则逻辑相应

60、控制调速电动机的正、反转。如给定信号为零，则逻辑开关将脉冲输出级的正负脉冲都封锁，使电动机停车。开关将脉冲输出级的正负脉冲都封锁，使电动机停车。 二、转速开环的电压型晶闸管变频调速系统二、转速开环的电压型晶闸管变频调速系统 该系统没有测速反馈转速开环变频调速。适调速不高场合。该系统没有测速反馈转速开环变频调速。适调速不高场合。对变频器的要求：对变频器的要求： 在在f1n以下，进行恒转矩调速，即要求在改变频率的同时，以下，进行恒转矩调速，即要求在改变频率的同时，改变供电电压，保证变频器以恒压频比改变供电电压，保证变频器以恒压频比Eg/f1=常数来控制电机。常数来控制电机。 在额定频率在额定频率f