变频器的原理与应用 希望森兰科技股份有限公司
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变频器的原理与组成 (一)概述: 1定义:转换电能并能改变频率的电能转换装置。 2交流调速技术发展的概况与趋势: 交流电机:结构简单,价低,动态响应好、维护方便,但调速困难。 直流传动的薄弱环节:换向器的存在;单机容量受限12000kW-14000kW、 最高电压1000多伏、最高转速3000r/min。 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
一.变频器的原理与组成 (一)概述: 1.定义：转换电能并能改变频率的电能转换装置。 2.交流调速技术发展的概况与趋势： 交流电机：结构简单，价低，动态响应好、维护方便，但调速困难。 直流传动的薄弱环节：换向器的存在；单机容量受限12000kW~14000kW、 最高电压1000多伏、最高转速3000r/min。 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 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PT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: 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
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。ABB公司将小型变频器定型为C0mp-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 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
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。ABB公司将小型变频器定型为Comp－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 推崇半诸振方式,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。如用于起重机负载的ARB ACC系列,用于交流电梯的 Siemens mico340系列和 FUJI FRN500G1D 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,日本安川由机提出了以变频器,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。因此可以预见在今后.变频器的高速响应器件和高性 能控制将是基本条件
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。如用于起重机负载的 ARB ACC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，日本安川由机提出了以变频器，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。因此可以预见在今后．变频器的高速响应器件和高性 能控制将是基本条件