变频器基础知识-

变频器基础知识二、变频器的分类1、按电压等级不同,变频器可分为:高压变频器、中压变频器、低压变频器依照国际惯例,电压≥10kV时称高压,1-10kV为中压,小于1kV时称低压,与其电压范围相对应的变频器分别称为高压变频器、中压变频器、低压变频器。在我国,习惯上把10KV、6kV或3kV的电机称为高压电机,相应的电压为10KV、6kV或3kV的变频器均称高压变频器。平常所说的“高-高”、“高-低-高”、“高低”只是变频器的不同应用形式。

2、按主回路结构不同,变频器可分为:交-直-交变频器,交-交变频器。

交-直-交变频器先将电网交流电用整流电路整成直流电,再用逆变电路将直流电转换为频率可变的交流电。整流电路、直流回路、逆变电路是交-直-交变频器的三个基本组成部分。整流电路能够是不控的(二极管全波整流)、也能够是可控的,假如是可控整流,则它也能工作在逆变状态,将直流回路的能量逆变回电网。逆变电路肯定是可控的,主要功能是将直流回路电能变成交流电输出给电机。假如电机工作在发电工况时(比如制动场合),逆变电路工作在整流状态,将电机的能量送到直流回路。交-交变频器没有直流回路,每相都由两个相互反并联的整流电路组成,正桥提供正向相电流,反桥提供负向相电流。三相的共六个整流桥一般都采纳可控硅进行可控整流,每个整流桥也能够工作在逆变状态,在电机工作在发电工况时,能够实现能量向电网的直截了当回馈。3、按储能方式不同,变频器可分为:电流源型、电压源型。

电流源变频器输入采纳可控整流,控制电流的大小。中间采纳大电感,对电流进行平滑。逆变桥将直流电流转换为频率可变的交流电流,供给交流电机。在电流源变频器中,直截了当受控量是电流。整流桥控制电流大小,逆变桥控制电流频率,电机侧得到的是幅值与频率可变的方波电流。电机的电压实际上是其在变频器给定电流情况下运行所产生的反电势,为叠加换相毛刺的正弦波。由于电流可控,电流源变频器具有特别好的抗过流能力,甚至负载短路都可不能导致变频器损坏。同时由因此可控移相整流,尽管电流方向是不变,但整流桥输出电压能够为负,从而进入逆变状态工作,实现能量由变频器向电网的回馈,使电机实现四象限运行,可用于频繁正反转或需要制动的场合。但正因为整流桥进行移相控制,导致其网侧功率因数随移相深度的加大而降低,同时网侧的电流谐波较大。为降低谐波,常采纳多重化(12脉冲或18脉冲)整流电路,以降低谐波成分。也可采纳PWM斩控整流,对网侧电流的大小、相位与波形进行控制,从而改善网侧谐波与功率因数。

电压源变频器输入一般不控,大多采纳二极管进行全波整流。中间采纳大电容滤波,对电压进行平滑。逆变桥采纳PWM控制技术,既控制电压输出波形中交流基波的幅值大小,也控制交流基波电压的频率。在电压源变频器中,直流回路的电压大小基本是不变的。逆变桥直截了当对直流电压进行PWM控制,不直截了当控制电流。电机侧得到的是幅值恒定、占空比与频率可变的方波电压。电机的电流实际上是其在变频器输出电压控制下运行所产生的,为正弦波。由于整流桥不控,输出电压与电流的方向均确定不变,不能实现能量回馈。不适用于频繁正反转或需要制动的场合。但正因为整流桥不控(不进行移相整流),不造成电流相位的人为滞后,其网侧功率因数较高,同时不随输出频率而变。假如电压型变频器的输入端也采纳PWM控制,则电压型变频器也能够具有能量回馈功能,同时也能够具有较高的功率因数。4、按电平数不同,变频器可分为:两电平、三电平、多电平、两电平变频器典型电路结构及输出波形如下:

三电平PWM电压型变频器采纳12只可关断功率器件(IGCT或高压IGBT),与箝位二极管构成带中性点的逆变电路(NPC)。与二电平PWM变频器相比,输出电压的电平数增加,易于实现谐波的相互补偿,输出波形有所改善。三电平变频器典型电路结构及输出波形如下:当输出电压大于6-10kv时,一般采纳多电平电路型式(CMSL),它是由若干个低压PWM变频功率单元,以输出电压串联方式(功率单元为三相输入、单相输出)来实现直截了当高压输出的方法。

5、按控制方式不同,变频器可分为:压频比控制、矢量控制、直截了当转矩控制(1)压频比控制交流电机成立以下电磁关系式:E=4、44fwΦ式中:E-电机电动势,f-定子频率,W-绕组系数,Φ-气隙主磁通对异步机调速时,希望主磁通Φ恒定(Φ太小,铁磁材料利用不充分,同样电流产生的转矩小。Φ太大,由于铁磁材料的饱与特性,定子电流中激磁电流分量加大,同样电流负荷情况下,相应转矩电流分量将减小,电机负载能力也下降)。由式中看出,只要保持E/f为常数,Φ就基本恒定。同样电流情况下,就能产生相同的转矩,实现恒转矩调速。由于E难于直截了当检测,当频率较高时,电机的电压也高,定子漏阻抗压降能够忽略,可近似认为E=U(U为电机端电压),控制U/f恒定即可。但低频时,U比较低,定子漏阻抗压降占比例加大,不能忽略,考虑这个因素,应将电压适当提升,以保证电机输出转矩的能力。假如F超出电机额定频率,变频器输出电压将达到最大值,因此在基频以上无法保证U/F为常数,随F进一步增加,磁通将逐步减小,电机进入弱磁运行。同样电流情况下,输出转矩能力也成比例减小,但速度与转矩的乘积能够保持不变,实现恒功率调速。压频比控制属于标量控制(只控制大小,不控制方向),性能一般,但不依赖电机参数,适合于多电机传动。(2)矢量控制:把交流电机模拟成直流电机进行控制,它是以转子磁场定向,采纳矢量变换的方法实现交流电机的转速与磁链控制的完全解耦。矢量控制技术调速精度高,动态响应快,大多用于电流型变频器当中,可实现四象限运行,在高速与低速都有比较好的控制性能。矢量控制技术对转子磁场观测的准确性受电机参数影响较大,需要输入准确的电机参数,不太适合一台变频器控制多台电机的情形。

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