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变频器原理
希望森兰科技股份有限公司

(一)概述:
:转换电能并能改变频率的电能转换装置。
:
交流电机:结构简单,价低,动态响应好、维护方便,但调速困难。
直流电机:结构复杂、成本高、故障多、维护困难且工作量大;机械换向器的换向能力限制了电动机的容量(单机容量12000kW~14000kW)、电压和速度(最高电压1000多伏、最高转速3000r/min)。接触式的电流传输又限制了其使用场合;电枢在转子上,电动机的效率低,散热条件差。为改善换向能力,减小电枢漏感,转子变得粗短惯性增大,影响系统的动态响应。
交流调速飞速技术发展的原因:
电力电子器件制造技术;电力电子电路的变换技术;PWM技术,矢量控制技术,直接转矩控制技术;微机和大规模集成电路基础的数字控制技术。
(二)发展趋势与动向:
VCES=(、),fk=40kHz,结温最高175 C
6500V\2400A
IGBT的应用,载波频率可达16KHz,抑制噪声和机械共震,电机电流在低速时波形接近正弦,减少转矩脉动;电压驱动,简化了电路;网侧变流器的PWM控制;矢量控制变频器技术的通用化,无速度传感器矢量控制系统代表另一新技术动向。
无速度传感器矢量控制的速度观测模型,建模方法大体上有:动态速度估计器;模型参考自适应方法、基于PI调节器法、自适应转速观测器法、转子齿谐波法、滑模观测法等。
感应电机是一多变量,强耦合及时变参数系统,围绕它有若干研究课题:
电机参数模型的离散化、电机参数的自测定、电机定子电流的控制、电机参数的辩识、电机状态估计、系统稳定性分析。
(二)发展趋势与动向:
l､主控一体化日本三菱公司将功率芯片和控制电路集成在一快芯片上的DIPIPM(即双列直插式封装)的研制已经完成并推向市场。一种使逆变功率和控制电路达到一体化,智能化和高性能化的HVIC(高耐压IC)SOC(System on Chip)的概念已被用户接受,首先满足了家电市场低成本、小型化、高可靠性和易使用等的要求。因此叶以展望,随着功率做大,此产品在市场上极具竞争力。
2､小型化用日本富士(FUJI)电机的三添胜先生的话说,变频器的小型化就是向发热挑战。这就是说变频器的小型化除了出自支撑部件的实装技术和系统设计的大规模集成化,功率器件发热的改善和冷却技术的发展已成为小型化的重要原因。p-ACTM,他向全球发布的全新概念是,小功率变频器应当象接触器、软起动器等电器元件一样使用简单,安装方便,安全可靠。
3､低电磁噪音化今后的变频器都要求在抗干扰和抑制高次谐波方面符合EMC国际标准,主要做法是在变频器输入侧加交流电抗器或有源功率因数校正
(Active Power Factor Correction. APFC)电路,改善输入电流波形降低电网谐波以及逆变桥采取电流过零的开关技术。而控制电源用的开关电源将推崇半谐振方式,这种开关控制方式在30-50M时的噪声可降低15-20dB。
4､专用化通用变频器中出现专用型家族是近年来的事。其目的是更好发挥变频器的独特功能并尽可能地方便用户。系列,用于交流电梯的 Siemens MICO340系列和FUJI FRN5000G11UD系列,其他还有用于恒压供水、机械主轴传动、电源再生、纺织、机车牵引等专用系列。
5､系统化作为发展趋势,通用变频器从模拟式、数字式、智能化、多功能向集中型发展。最近,日本安川提出了以变频器,伺服装置,控制器及通讯装置为中心的”D&M&C”概念,并制定了相应的标准。目的是为用户提供最佳的系统。。
若希望把转矩误差控制在3%以内,需要对磁通变化作修正(补偿励磁电抗引起的饱和及定子铁损的变化);若希望把转矩误差控制在1%以内,需要对定子和转子的铁损进行补偿.
矩阵式变频器、直接驱动技术(高精度:电机和负载间刚性耦合,高速和高加速度、高动态响应、高机械刚度和可靠性、低噪声和零保养,部件减少可降低噪声,磨损部件只有旋转或直线轴承,做到永久性润滑和无需维修的一次性装配,可实现零保养。
(三)交流电机的调速方法:
调压调速、电磁调速、绕线式电机转子串电阻调速、串级调速、变极调速、变频调速等
(四)变频器的构成:
主回路(整流器、中间直流环节、逆变器)
控制回路
保护回路
(三)交流电机的调速方法(四)变频器的构成:
(五)变频器的分类:
1、按直流电源性质分: 电流型、电压型
(1)电流型 Id趋于平稳;四象限运行
(2)电压型 Ed趋于平稳;不选择负载的通用性
(3)电流源供电时交流电机工作特性:
(五)变频器的分类:
多