畢業(yè)設(shè)計(jì)論文變頻器的作用及原理

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

2、;p><b>　　學(xué) 號(hào): </b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p><b>　　變頻器的作用及原理</b></p><p>　　近年來(lái)隨著電力電子技術(shù)、功率半導(dǎo)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(jìn)

3、口品牌為主如富士、三菱、西門(mén)子、ABB等，90年代中期國(guó)產(chǎn)變頻器日漸出現(xiàn)在市場(chǎng)上，主要以通用型變頻器為主。目前國(guó)產(chǎn)變頻器技術(shù)已逐漸成熟，國(guó)產(chǎn)變頻器市場(chǎng)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(yǔ)...................................... ....19</p>

5、<p>　　參考文獻(xiàn)..........................................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(xiě)。 （2） CVCF  恒電壓、恒頻率（Con

6、stant Voltage and Constant Frequency）的縮寫(xiě)。 　　各國(guó)使用的交流供電電源，無(wú)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(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置稱為“變頻器”（inverter）?！　∽冾l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(jī)（例如空調(diào)等），還有熒光燈等產(chǎn)品。用于電機(jī)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(jìn)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(jī)

8、的啟動(dòng)電流 當(dāng)電機(jī)通過(guò)工頻直接啟動(dòng)時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生7到8倍的電機(jī)額定電流。這個(gè)電流值將大大增加電機(jī)繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機(jī)的壽命。而變頻調(diào)速則可以在零速零電壓?jiǎn)?dòng)(也可適當(dāng)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(dòng)負(fù)載進(jìn)行工作。使用變頻調(diào)速能充分降低啟動(dòng)電流，提高繞組承受力，用戶最直接的好處就是電機(jī)的維護(hù)成本將進(jìn)一步降低、電機(jī)的壽命則相應(yīng)增加。 2 降低電力線路電壓波動(dòng)

9、 在電機(jī)工頻啟動(dòng)時(shí)，電流劇增的同時(shí)，電壓也會(huì)大幅度波動(dòng)，電壓下降的幅度將取決于啟動(dòng)電機(jī)的功率大小和配電網(wǎng)的容量。電壓下降將會(huì)導(dǎo)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(jī)、傳感器、接近開(kāi)關(guān)和接觸器等均會(huì)動(dòng)作出錯(cuò)。而采用變頻調(diào)速后，由于能在零頻零壓時(shí)逐步啟動(dòng)，則能最大程度上消除電壓下降。 3 啟動(dòng)時(shí)需要的功率更低 電機(jī)功率與電流和電壓的乘積成正比, 那么通過(guò)工頻直接啟動(dòng)的電機(jī)消耗的功率將大大高于變頻啟動(dòng)所需要的功

10、率。在一些工況下其配電系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了最高極限，其直接工頻啟動(dòng)電機(jī)所產(chǎn)生的電涌就會(huì)對(duì)同</p><p>　　變頻器是利用電力半導(dǎo)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(guò)逆變器把這個(gè)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(xiě)，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(xiě)，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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是電機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過(guò)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(guò)大，磁回路飽和，嚴(yán)重時(shí)將燒毀電機(jī)。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時(shí)控制變頻器輸出電壓，使電動(dòng)機(jī)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(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能型變頻器。</p>

13、<p>　　頻率下降(低速)時(shí),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(yùn)轉(zhuǎn)，隨著電機(jī)的加速相應(yīng)提高頻率和電壓，起動(dòng)電流被限制在150%額定電流以下(根據(jù)機(jī)種不同，為125%-200%)。用工頻電源直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流為6-7倍，因此，將產(chǎn)生機(jī)械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動(dòng)可以平滑地起動(dòng)(起動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng))。起動(dòng)電流為額定電流的1.2-1.5倍，

14、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為70%-120%額定轉(zhuǎn)矩；對(duì)於帶有轉(zhuǎn)矩自動(dòng)增強(qiáng)功能的變頻器，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為100%以上，可以帶全負(fù)載起動(dòng)。</p><p>　　頻率下降時(shí)電壓V也成比例下降，這個(gè)問(wèn)題已在回答4說(shuō)明。V與F的比例關(guān)系是考慮了電機(jī)特性而預(yù)先決定的，通常在控制器的存儲(chǔ)裝置(ROM)中存有幾種特性，可以用開(kāi)關(guān)或標(biāo)度盤(pán)進(jìn)行選擇。</p><p>　　頻率下降時(shí)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(shí)給定V/F,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,這種補(bǔ)償稱增強(qiáng)起動(dòng)?？梢圆捎酶鞣N方法實(shí)現(xiàn),有自動(dòng)進(jìn)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(jī)溫升和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小等條件，最低使用頻率取6Hz左右，此時(shí)電動(dòng)機(jī)可輸出額定轉(zhuǎn)矩而不會(huì)引起嚴(yán)重的發(fā)熱問(wèn)題。變頻器實(shí)際輸出頻率(起動(dòng)頻率)根據(jù)機(jī)種為0

16、.5-3Hz.</p><p>　　通常情況下時(shí)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(shí)，必須注意電機(jī)與變頻器容量的選擇。</p><p>　　給所使用的電機(jī)裝置設(shè)速度檢出器(PG)，將實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋給控制裝置進(jìn)行控制的，稱為“閉環(huán)”，不用PG運(yùn)轉(zhuǎn)的就叫作“開(kāi)環(huán)”。通用變頻器多為開(kāi)環(huán)方式，也有的機(jī)種利用選件可進(jìn)行PG反饋。</

17、p><p>　　開(kāi)環(huán)時(shí)，變頻器即使輸出給定頻率，電機(jī)在帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)差率的范圍內(nèi)(1%-5%)變動(dòng)。對(duì)於要求調(diào)速精度比較高，即使負(fù)載變動(dòng)也要求在近於給定速度下運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)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(shí)間過(guò)短，變頻器的輸出頻率變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)轉(zhuǎn)速(電角頻率)的變化，變頻器將因流過(guò)過(guò)電流而跳閘，運(yùn)轉(zhuǎn)停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，就要檢出電流的大小進(jìn)行頻率控制。當(dāng)加速電流過(guò)大時(shí)適當(dāng)放慢加速速率。減速時(shí)也是如此。兩者結(jié)合起來(lái)就是失速功能。</p><p>　　加減速可以分別給定的機(jī)種，對(duì)於短時(shí)間加速、緩慢減速場(chǎng)合，或者對(duì)於小型機(jī)床需要嚴(yán)格給定生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間的場(chǎng)合是適宜的，但對(duì)於風(fēng)機(jī)傳動(dòng)等場(chǎng)

19、合，加減速時(shí)間都較長(zhǎng)，加速時(shí)間和減速時(shí)間可以共同給定。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中如果降低指令頻率，則電動(dòng)機(jī)變?yōu)榉峭桨l(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，作為制動(dòng)器而工作，這就叫作再生（電氣）制動(dòng)。</p><p>　　從電機(jī)再生出來(lái)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(dòng)力約為額定轉(zhuǎn)矩的10%-20%。如采用選用件制動(dòng)單元，可以達(dá)到50%-100%。自控系

20、統(tǒng)的設(shè)定信號(hào)可通過(guò)變頻器靈活自如地指揮頻率變化，控制工藝指標(biāo)，如在煙草行業(yè)的糖料、香料工序，可由皮帶稱的流量信號(hào)來(lái)控制變頻器頻率，使泵的轉(zhuǎn)速隨流量信號(hào)自動(dòng)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(hào)通過(guò)正、反端子控制變頻器的起、停及正、反轉(zhuǎn)，成為自動(dòng)流水線的一部分。此外在流水生產(chǎn)線上，當(dāng)前方設(shè)備有故障時(shí)後方設(shè)備應(yīng)自動(dòng)停機(jī)。變頻器的緊急停止端可以實(shí)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(gè)甚至多達(dá)七個(gè)頻率，在有些設(shè)備上可據(jù)此設(shè)置自動(dòng)生產(chǎn)流程。設(shè)定好工作頻率及時(shí)間後，變頻器可使電機(jī)按順序在不同的時(shí)間以不同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，形成一個(gè)自動(dòng)的生產(chǎn)流程。</p><p>　　3 通用型變頻器主電路</p><p>　　目前國(guó)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(dòng)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(jiǎn)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(dòng)的直流電壓，因而需濾波電路濾去電壓波紋，同時(shí)它還在整流電路與逆變電路起到儲(chǔ)能作用。 3 逆變電路 　　由開(kāi)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(dòng)三相電動(dòng)機(jī)，是變頻器實(shí)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(kāi)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(guò)大的電流可能損壞整流電路，為保護(hù)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(dāng)電容充電到一定時(shí)間后通過(guò)開(kāi)關(guān)K將電阻短路。 5 制動(dòng)電路由制動(dòng)電阻RB及開(kāi)關(guān)管VB構(gòu)成，主要作用是用于消耗電動(dòng)機(jī)反饋回來(lái)的能量，避免過(guò)高的泵升電壓損壞變頻器。 </p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p>

24、<p>　　感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒(méi)有各位學(xué)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(xiě)作。</p><p>　　感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫(xiě)論文的過(guò)程中給予我了很多素材，還在論文的撰寫(xiě)和排版過(guò)程中提供熱情的幫助。</p><p>　　由于時(shí)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(diǎn)和錯(cuò)誤。懇請(qǐng)閱讀此篇論文的老師、

25、同學(xué)，多予指正，不勝感激。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</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(jī)械工藝出版社</p>