畢業(yè)設(shè)計論文變頻器的作用及原理

1、<p><b>　　河南科技大學</b></p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文</p><p>　　專 業(yè)：機電一體化技術(shù)</p><p><b>　　班 級：</b></p><p><b>　　姓 名：</b></p><

2、;p><b>　　學 號: </b></p><p><b>　　指導老師：</b></p><p><b>　　變頻器的作用及原理</b></p><p>　　近年來隨著電力電子技術(shù)、功率半導體器件及變頻控制理論的發(fā)展，變頻器作為一種智能控制電源已被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，90年代初期主要以進

3、口品牌為主如富士、三菱、西門子、ABB等，90年代中期國產(chǎn)變頻器日漸出現(xiàn)在市場上，主要以通用型變頻器為主。目前國產(chǎn)變頻器技術(shù)已逐漸成熟，國產(chǎn)變頻器市場占有率也逐漸提高，本文主要講述變頻器通用型在應(yīng)用中的工作原理及其作用。</p><p><b>　　目 錄 </b></p><p>　　1 變頻器工作原理基礎(chǔ)...........................

4、..4</p><p>　　2 變頻器的作用...................................11</p><p>　　3 通用型變頻器主電路 ............................18 </p><p>　　結(jié)束語...................................... ....19</p>

5、<p>　　參考文獻..........................................20</p><p>　　1 變頻器工作原理基礎(chǔ)</p><p>　　1 基本概念（1） VVVF  改變電壓、改變頻率（Variable Voltage and Variable Frequency）的縮寫。 （2） CVCF  恒電壓、恒頻率（Con

6、stant Voltage and Constant Frequency）的縮寫。 　　各國使用的交流供電電源，無論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz）。通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC）。然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC），

7、我們把實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置稱為“變頻器”（inverter）。　　變頻器也可用于家電產(chǎn)品。使用變頻器的家電產(chǎn)品中不僅有電機（例如空調(diào)等），還有熒光燈等產(chǎn)品。用于電機控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。但用于熒光燈的變頻器主要用于調(diào)節(jié)電源供電的頻率。汽車上使用的由電池（直流電）產(chǎn)生交流電的設(shè)備也以“inverter”的名稱進行出售。變頻器的工作原理</p><p>　　2 變頻器的作用 1 控制電機

8、的啟動電流 當電機通過工頻直接啟動時，它將會產(chǎn)生7到8倍的電機額定電流。這個電流值將大大增加電機繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機的壽命。而變頻調(diào)速則可以在零速零電壓啟動(也可適當加轉(zhuǎn)矩提升)。一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器就可以按照V/F或矢量控制方式帶動負載進行工作。使用變頻調(diào)速能充分降低啟動電流，提高繞組承受力，用戶最直接的好處就是電機的維護成本將進一步降低、電機的壽命則相應(yīng)增加。 2 降低電力線路電壓波動

9、 在電機工頻啟動時，電流劇增的同時，電壓也會大幅度波動，電壓下降的幅度將取決于啟動電機的功率大小和配電網(wǎng)的容量。電壓下降將會導致同一供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常，如PC機、傳感器、接近開關(guān)和接觸器等均會動作出錯。而采用變頻調(diào)速后，由于能在零頻零壓時逐步啟動，則能最大程度上消除電壓下降。 3 啟動時需要的功率更低 電機功率與電流和電壓的乘積成正比, 那么通過工頻直接啟動的電機消耗的功率將大大高于變頻啟動所需要的功

10、率。在一些工況下其配電系統(tǒng)已經(jīng)達到了最高極限，其直接工頻啟動電機所產(chǎn)生的電涌就會對同</p><p>　　變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源|穩(wěn)壓器變換為另一頻率的電能控制裝置?？煞譃榻弧蛔冾l器，交——直——交變頻器。交——交變頻器可直接把交流電變成頻率和電壓都可變的交流電；交——直——交變頻器則是先把交流電經(jīng)整流器先整流成直流電，再經(jīng)過逆變器把這個直流電流變成頻率和電壓都可變的交流電。</

11、p><p>　　PWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)值方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation(脈沖幅度調(diào)制)縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容;電流型是

12、將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波石電感。</p><p>　　非同步電動機的轉(zhuǎn)矩是電機的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那麼磁通就過大，磁回路飽和，嚴重時將燒毀電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式多用於風機、泵類節(jié)能型變頻器。</p>

13、<p>　　頻率下降(低速)時,如果輸出相同的功率,則電流增加,但在轉(zhuǎn)矩一定的條件下,電流幾乎不變。</p><p>　　采用變頻器運轉(zhuǎn)，隨著電機的加速相應(yīng)提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下(根據(jù)機種不同，為125%-200%)。用工頻電源直接起動時，起動電流為6-7倍，因此，將產(chǎn)生機械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動可以平滑地起動(起動時間變長)。起動電流為額定電流的1.2-1.5倍，

14、起動轉(zhuǎn)矩為70%-120%額定轉(zhuǎn)矩；對於帶有轉(zhuǎn)矩自動增強功能的變頻器，起動轉(zhuǎn)矩為100%以上，可以帶全負載起動。</p><p>　　頻率下降時電壓V也成比例下降，這個問題已在回答4說明。V與F的比例關(guān)系是考慮了電機特性而預(yù)先決定的，通常在控制器的存儲裝置(ROM)中存有幾種特性，可以用開關(guān)或標度盤進行選擇。</p><p>　　頻率下降時完全成比例地降低電壓，那麼由於交流阻抗變小而直流電

15、阻不變,將造成在低速下產(chǎn)生地轉(zhuǎn)矩有減小的傾向。因此，在低頻時給定V/F,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動轉(zhuǎn)矩,這種補償稱增強起動。可以采用各種方法實現(xiàn),有自動進行的方法、選擇V/F模式或調(diào)整電位器等方法。</p><p>　　在6Hz以下仍可輸出功率，但根據(jù)電機溫升和起動轉(zhuǎn)矩的大小等條件，最低使用頻率取6Hz左右，此時電動機可輸出額定轉(zhuǎn)矩而不會引起嚴重的發(fā)熱問題。變頻器實際輸出頻率(起動頻率)根據(jù)機種為0

16、.5-3Hz.</p><p>　　通常情況下時不可以的。在60Hz以上(也有50Hz以上的模式)電壓不變，大體為恒功率特性，在高速下要求相同轉(zhuǎn)矩時，必須注意電機與變頻器容量的選擇。</p><p>　　給所使用的電機裝置設(shè)速度檢出器(PG)，將實際轉(zhuǎn)速反饋給控制裝置進行控制的，稱為“閉環(huán)”，不用PG運轉(zhuǎn)的就叫作“開環(huán)”。通用變頻器多為開環(huán)方式，也有的機種利用選件可進行PG反饋。</

17、p><p>　　開環(huán)時，變頻器即使輸出給定頻率，電機在帶負載運行時，電機的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)差率的范圍內(nèi)(1%-5%)變動。對於要求調(diào)速精度比較高，即使負載變動也要求在近於給定速度下運轉(zhuǎn)的場合，可采用具有PG反饋功能的變頻器(選用件)。</p><p>　　具有ＰＧ反饋功能的變頻器，精度有提高。但速度精度的植取決于ＰＧ本身的精度和變頻器輸出頻率的解析度。</p><p>　　

18、如果給定的加速時間過短，變頻器的輸出頻率變化遠遠超過轉(zhuǎn)速(電角頻率)的變化，變頻器將因流過過電流而跳閘，運轉(zhuǎn)停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機繼續(xù)運轉(zhuǎn)，就要檢出電流的大小進行頻率控制。當加速電流過大時適當放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結(jié)合起來就是失速功能。</p><p>　　加減速可以分別給定的機種，對於短時間加速、緩慢減速場合，或者對於小型機床需要嚴格給定生產(chǎn)節(jié)拍時間的場合是適宜的，但對於風機傳動等場

19、合，加減速時間都較長，加速時間和減速時間可以共同給定。</p><p>　　電動機在運轉(zhuǎn)中如果降低指令頻率，則電動機變?yōu)榉峭桨l(fā)電機狀態(tài)運行，作為制動器而工作，這就叫作再生（電氣）制動。</p><p>　　從電機再生出來的能量貯積在變頻器的濾波電容器中，由於電容器的容量和耐壓的關(guān)系，通用變頻器的再生制動力約為額定轉(zhuǎn)矩的10%-20%。如采用選用件制動單元，可以達到50%-100%。自控系

20、統(tǒng)的設(shè)定信號可通過變頻器靈活自如地指揮頻率變化，控制工藝指標，如在煙草行業(yè)的糖料、香料工序，可由皮帶稱的流量信號來控制變頻器頻率，使泵的轉(zhuǎn)速隨流量信號自動變化，調(diào)節(jié)加料量，均勻地加入香精、糖料。也可利用生產(chǎn)線起停信號通過正、反端子控制變頻器的起、停及正、反轉(zhuǎn)，成為自動流水線的一部分。此外在流水生產(chǎn)線上，當前方設(shè)備有故障時後方設(shè)備應(yīng)自動停機。變頻器的緊急停止端可以實現(xiàn)這一功能。在SANKEN、MF、FUT和FVT系列變頻器中可以預(yù)先設(shè)定三

21、四個甚至多達七個頻率，在有些設(shè)備上可據(jù)此設(shè)置自動生產(chǎn)流程。設(shè)定好工作頻率及時間後，變頻器可使電機按順序在不同的時間以不同的轉(zhuǎn)速運行，形成一個自動的生產(chǎn)流程。</p><p>　　3 通用型變頻器主電路</p><p>　　目前國內(nèi)生產(chǎn)的變頻器主要以電壓源型交-直-交變頻器為主。其主電路主要由整流電路、濾波電路、逆變電路及制動單元等幾部分構(gòu)成，其中IGBT（絕緣柵雙極晶體管）構(gòu)成了變頻器主

22、要硬件，各部分電路功能簡述如下： 1 整流電路 　　由VD1~VD6組成三相橋式全波整流電路將三相交流電整流成直流電。 2 濾波電路整流電路輸出的直流電壓為脈動的直流電壓，因而需濾波電路濾去電壓波紋，同時它還在整流電路與逆變電路起到儲能作用。 3 逆變電路 　　由開關(guān)管V1~V6構(gòu)成逆變電路將直流電壓逆變成三相頻率、電壓可調(diào)的交流電以驅(qū)動三相電動機，是變頻器實現(xiàn)變頻的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 4 限流電路 　　由限流電阻

23、R及開關(guān)K構(gòu)成，由于上電瞬間濾波電容端電壓為零，上電瞬間電容充電電流較大，過大的電流可能損壞整流電路，為保護整流電路在變頻器上電瞬間限流電阻串聯(lián)到直流回路中，當電容充電到一定時間后通過開關(guān)K將電阻短路。 5 制動電路由制動電阻RB及開關(guān)管VB構(gòu)成，主要作用是用于消耗電動機反饋回來的能量，避免過高的泵升電壓損壞變頻器。 </p><p><b>　　結(jié)束語</b></p>

24、<p>　　感謝這篇論文所涉及到的各位學者。本文引用了數(shù)位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。</p><p>　　感謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多素材，還在論文的撰寫和排版過程中提供熱情的幫助。</p><p>　　由于時間的關(guān)系及自身專業(yè)水平的不足，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點和錯誤。懇請閱讀此篇論文的老師、

25、同學，多予指正，不勝感激。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】 《變頻器維修技術(shù)》 吳祿福 電子工業(yè)出版社</p><p>　　【2】 《變頻器世界》 變頻器世界雜志編輯部</p><p>　　【3】 《變頻器原理與技術(shù)》 楊成義 機械工藝出版社</p>