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变频器基本原理

变频器基本原理

点击数:7181 次   录入时间:03-04 11:58:30   整理:http://www.55dianzi.com   变频器基础
变频器的分类  变频器的分类方法很多,下面介绍几种主要的分类方法: 按直流电源的性质分
  当逆变器输出测的负载为交流电动机是,在负载和直流电源之间将有无功功率交换,用于缓冲中间直流环节的储能元件可以是电容或是电感,据此,变频器可分为电压型和电流型两类。1)电压型变频器
  这种变频器的特点是在直流侧并联了一个大滤波电容,用来存储能量以缓冲直流回路与电机之间的无功功率传输。
2)电流型变频器
  电流型变频器的特点是在直流回路中串联了一个大电感,用来限制电流的变化以一手无功功率。
按逆变器开关方式分
  按逆变器开关方式对变频器进行分类时,则变频器可分为PAW方式和PWM方式。PAM控制是Pulse Amplitude Modulation(脉冲振幅调制)控制的简称,由于这种控制方式必须同时对整流电流和逆变电路进行控制,控制电路比较复杂,而且低速运行时转速波动较大,因而现在主要采用PWM方式。   高频对称的载波信号 与具有要求频率同步的基准波比较,两个波形的交点决定半导体的开关状态。低频调制的基准波可以时矩形波、梯形波或正弦波。载波为高频对称的三角波。比较器输出的极电压时脉冲宽度调制波,它的基波频率等于基准波频率。
  载波基准波的频率比定义为载波比N,N=fc/fr>1,它决定一个周期内极电压的脉冲个数。
  载波幅值Uc与基准波幅值Ur的比值定义为调制系数M,M=Ur/Uc<1,它决定极电压波形中脉冲的宽度。按控制方式分类
  按控制方式变频器可分为V/F控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器。按主开关器件分类按导通模式分  按导通模式分,变频器有180o导通模式和120o导通模式。
  (1)180o导通模式 每一器件在180o间隔导通和关断。逆变器三个桥臂中开关顺序之间保持互差120o相移,获得三相输出。这种模式的特点是任意
  (2)120o导通模式 每一器件导通120,任意时刻只有两个管子同时导通,换流是在相邻桥臂之间进行的。这种模式的优点是在同一桥臂中的两个管子之间存在30的导通间隔,因此避免了直通的短路事故发生。但是,开关管的利用率较低,换流时断开的绕组中会引起较高的感应电势,应该采取过压保护措施。按逆变器的调制方式分按逆变器的调制方式分,变频器有同步调制、异步调制和分段调制三种
   (1)同步调制 在变频调速时,载波频率与基准波频率同步变化,即载波比 常数,因此,在逆变器输出电压的一个周期内调制脉冲数是固定的。若去N等于三的倍数,则同步调制能保证逆变器输出的正、负半波对称,也能保证三相平衡。但是,当输出频率很低时,相邻两脉冲的间距增大,谐波分量增加。这会使电机常数较大的转矩脉动和噪声,低速时运转不平稳。
  (2)异步调制 在变频器的变频范围内,载波比N不等于常数。一般在改变基准波频率时保持载波频率不变,因此提高了低频时的载波比,这样变频器输出电压在一个周期内的脉冲个数可随输出频率的降低而增加,相应地可以减少电机地转矩脉动,改善低速性能。但是,随着载波比地变花,很难保证三相输出间地对称关系,也会影响电机地平稳运行。
  (3)分段同步调制 将同步调制和异步调制结合起来,相互取长补短,形成分段同步调制。把变频器的整个变频范围划分成若干个频段,在每个频段内固定载波比。在不同的频段,N的取值不同,频率越低N越大。用同步调制保证输出波形对称,用分段调制可以改善低速性能,这就是这种方法的优点,也是它广泛采用的原因。按逆变器输出电压波形分按逆变器输出电压波形分,有
  (1)180矩形波
  (2)120矩形波
  (3)单脉冲调制波
  (4)多漫长调制波
  (5)正弦PWM波 有源逆变电路  变流器工作在逆变状态时,如果把变流器的交流侧接到交流电源上,把直流电逆变为同频率的交流电反馈到电网去,叫有源逆变。
  整流状态(0<α<π/2) 逆变状态( π/2 <α<π)

 1、整流状态(0<α<π/2)
  整流输出电压为:2、逆变状态( π/2 <α<π)  为便于计算,对于逆变电路引入参数——逆变角β。它与控制角α的关系是: α+β =π。对于三相半波逆变电路,有 当β =0时,Ud=Udmax; β =π/2,Ud=0。为使逆变电路工作可靠,一般β min= π /6,所以,逆变电路β角变化范围是: π /6≤ β < π /2。
整流和逆变,交流和直流,在晶闸管变流器中互相联系着,并在一定条件下互相转化。在同一套电路中,当变流器工作在整流状态,就是整流电路;当变流器工作在逆变状态就为逆变电路。因此,逆变电路在工作原理、参数计算及分析方法等方面和整流电路是密切联系的,而且在很多方面是一致的。但在分析整流和逆变时,要考虑能量传送方向上的特点,进而掌握整流与逆变的转化规律。
  要使电路工作于逆变状态,必须使Ud及E的极性与整流状态相反,并且要求 。只有满足这个条件才能将直流侧电能反送到交流电网实现有源逆变。
  例如在电机拖动系统中,制动过程为逆变状态。
无源逆变电路  如果把变流器的交流侧接到所用的负载上,把直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载,叫无源逆变。  同理可以计算出各状态的电压空间矢量。从图中 中可以得到这样的规律:
  (1)逆变器的六个工作电压对应六个不同方向的电压空间矢量,它们周期性的顺序出现,相邻两个矢量 之间相差60
  (2)电压空间矢量的幅值不变,都等于 。因此,六个电压空间矢量的顶点构成了正六边形的六个顶点。
  (3)六种状态一次经过1—2—3—4—5—6,空间矢量沿逆时针方向旋转。
  (4)零状态位于六边形的中心
   借助于电压空间矢量的概念,我们将在异步电机的直接转矩控制中进一步研究电压空间矢量对定子磁链 的影响和电压空间矢量对电机转矩的影响,为正确选择电压空间矢量,实现转矩直接控制打下基础。

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