工業(yè)自動(dòng)化控制之變頻器原理及應(yīng)用

變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。

1、變頻器

變頻器：VVVF ( Variable Voltage Variable Frequency)是從20世紀(jì)中葉發(fā)展起來(lái)的一種交流調(diào)速設(shè)備，是為了解決傳統(tǒng)的交流電機(jī)調(diào)速困難，調(diào)速設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜且效率和可靠性均不盡人意的缺點(diǎn)而出現(xiàn)的;

由于變頻器使交流電機(jī)的調(diào)速范圍和調(diào)速性能均大為提升，因此交流電機(jī)逐漸代替直流電機(jī)出現(xiàn)在各種應(yīng)用領(lǐng)域，甚至包括交流伺服控制領(lǐng)域;

變頻器的控制對(duì)象：三相交流異步電機(jī)和三相交流同步電機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)適配電機(jī)極數(shù)是2/4/8極。

變頻器電氣傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成

2、變頻器功能特性

1)很好的性?xún)r(jià)比 ;

2)操作方便;

3)機(jī)械特性較硬、靜差率小 ;

4)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好 ;

5)調(diào)速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

3、變頻器應(yīng)用領(lǐng)域

電氣傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載特性

4、變頻器工作原理及控制方式

交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速N公式為：

N=60f(1——s)/p

式中： f—頻率;

p—極對(duì)數(shù);

s—轉(zhuǎn)差率(0——3%或0——6%);

4.1. 變頻調(diào)速原理

變頻器：改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)電源頻率，可以改變同步轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)速的目的。

額定頻率稱(chēng)為基頻，變頻調(diào)速時(shí)，可以從基頻向上調(diào)(恒功率調(diào)速)，也可以從基頻向下調(diào)(恒轉(zhuǎn)距調(diào)速)。因此變頻調(diào)速方式，比改變極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s兩個(gè)參數(shù)簡(jiǎn)單得多。

4.2. 變頻器控制算法

交流調(diào)速的控制核心是：只有保持電機(jī)磁通恒定才能保證電機(jī)出力，才能獲得理想的調(diào)速效果;

V/F控制——簡(jiǎn)單實(shí)用，性能一般，使用最為廣泛，只要保證輸出電壓和輸出頻率恒定就能近似保持磁通保持恒定低頻時(shí)，定子阻抗壓降會(huì)導(dǎo)致磁通下降，需將輸出電壓適當(dāng)提高;

矢量控制——性能優(yōu)良，可以與直流調(diào)速媲美，技術(shù)成熟較晚，模仿直流電機(jī)的控制方法，采用矢量坐標(biāo)變換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)定子勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦控制，保持電機(jī)磁通的恒定，進(jìn)而達(dá)到良好的 轉(zhuǎn)矩控制性能，實(shí)現(xiàn)高性能控制。性能優(yōu)良，控制相同復(fù)雜。

PWM(Pulse Width Modulation)調(diào)制

·PWM調(diào)制是：利用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把直流電壓調(diào)制成電壓可變、頻率可變的電壓脈沖列。

·SPWM調(diào)制是：采用三角波和正弦波相交獲得的PWM波形直接控制各個(gè)開(kāi)關(guān)可以得到脈沖寬度和各脈沖間的占空比可變的呈正弦變化的輸出脈沖電壓電壓，能獲得理想的控制效果：輸出電流近似正弦。

·載波頻率必須高，才能保證調(diào)制后得到的波形與調(diào)制前效果相同。

·GTR變頻器由于開(kāi)關(guān)頻率太低，電機(jī)噪聲較大，IGBT有效的解決了這個(gè)問(wèn)題。

4.4. 變頻器的基本結(jié)構(gòu)

通用變頻器的基本電路上圖所示，它由四個(gè)主要部分組成，分別是：

1—整流部分：把交流電壓變?yōu)橹绷麟妷?將交流電變換成直流的電力電子裝置，其輸入電壓為正弦波，輸入電流非正弦，帶有諧波;

2—濾波部分：把脈動(dòng)較大的直流電進(jìn)行濾波變成比較平滑的直流電;

3—逆變部分：把直流電又轉(zhuǎn)換成三相交流電，這種逆變電路一般是利用功率開(kāi)關(guān)組件按照控制電路的驅(qū)動(dòng)、輸出脈沖寬度被調(diào)制的PWM波，或者正弦脈寬調(diào)制SPWM波，當(dāng)這種波形的電壓加到負(fù)載上時(shí)，由于負(fù)載電感作用，使電流連續(xù)化，變成接近正弦波的電流波形;

4—控制電路：用來(lái)產(chǎn)生輸出逆變橋所需要的各驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這些信號(hào)是受外部指令決定的，有頻率上升、下降、外部通斷控制以及變頻器內(nèi)部各種各樣的保護(hù)和回饋信號(hào)的綜合控制等。