发布时间 : 星期一 文章变频器原理 - 图文更新完毕开始阅读4870c80fcbaedd3383c4bb4cf7ec4afe05a1b135
及用于指示各种输出数据的测量端子。通信接口用于变频器和其他控制设备的通信。
5.3变频器的分类
变频器的种类很多，其分类方法也有很多种。
5.3.1 按交流环节分类
1．交—直—交变频器
交—直—交变频器是指先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的交流电。由于把直流电逆变成交流电的环节较易控制。因此，其在频率的调节范围以及改善变频后电动机的特性等方面，都有明显优势，是目前广泛采用的变频方式，如图5.3所示。
～50Hz
2. 交—交变频器
M 3～
图5.3 交-直-交变频
交—交变频器是指把电网固定频率的交流电功率直接转换成频率可调的的交流功率(转换前后的相数相同)，通常由三相反并联晶闸管可逆桥式变流器组成，它具有过载能力强、效率高、输出波形较好等优点，但同时存在着输出频率低（最高频率小于电网频率的1/2）、使用功率器件多、功率因数低和高次谐波对电网影响大等特点。交---交变频器可驱动同步电动机和异步电动机，目前再轧钢机、船舶主传动系统、矿石粉碎机、电力牵引等容量较大的低速传动设备上使用较多。
5.3.2按直流环节的滤波形式分类
1. 电压型变频器
直流环节的储能元件是电容器，如图5.4（a）所示。电路的中间直流环节采用大电容作为储能元件，负载的无功功率将由它来缓冲。由于大电容的作用，主电路直流电压Ud比较平稳，电动机的电压波形为矩形波或阶梯波。直流电源的内阻比较小，相当于电压源，故成为电压源型变频器或电压型变频器。其优点是对负载电动机而言，变频器是一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行，具有不选择负载的通用性。其缺点是不易实现回馈制动，必须制动时，只能采用在直流环节中并联电阻的能耗制动或者采用可逆变流器；调速系统动态响应比较慢。
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2. 电流型变频器
直流环节的储能元件是电感线圈，如图5.4（b）所示。电路的中间直流环节采用大电感作为储能环节，负载的无功功率将由它来缓冲。由于电感的作用，直流电流Id趋于平稳，电动机的电流波形为矩形波或阶梯波，电压波形接近于正弦波。直流电源的内阻较大，近似与直流源，故称为电流源型变频器或电流型变频器。其优点是容易实现回馈制动，便于四象限运行；直流电压可以迅速改变，调速系统动态响应快。因此电流型变频器可用于频繁加减速的大容量电动机的传动。再大容量风机、泵类节能调速中也有应用。
图 5.4 电压型变频器和电源型变频器
5.3.3按控制方式分类
1. 电压频率比控制变频器
电压频率比U/f控制是为了得到理想的转矩—速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。U/f控制变频器结构非常简单，无速度传感器为速度开环控制，负载可以是通用标准异步电动机，所以通用性强、经济性好。但开环控制方式不能达到较高的控制性能，而且再低频时必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性，故常用于速度精度要求不十分严格或负载变动较小的场合。
2. 转差频率控制变频器
转差频率控制方式是对U/f控制的一种改进，这种控制需要由安装在电动机上的速度传感器检测出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，而变频器的输出频率则由电动机的实际转速与所需转差频率之和决定。由于通过控制转差频率来控制转矩和电流，与U/f控制相比，其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。但在控制系统中需要安装速度传感器求取转差角频率，有时还需要加电流反馈，要针对具体电动机的机械特性调整控制参数，因而这种控制方式的通用性较差。
3. 矢量控制变频器
矢量控制是一种高性能的异步电动机控制方式，是通过矢量坐标电路控制电动机定
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子电流的大小和相位，以便对电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。它的基本原理是将异步电动机的定子电流分为产生磁场的电流分量（励磁电流）和与其垂直的产生转矩的电流分量（转矩电流），并分别加以控制。由于在这种控制方式中必须同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位，即控制定子电流的矢量，因此，这种控制方式被称为矢量控制方式。基于转差频率控制的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是，基于转差频率控制的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，转差频率控制的矢量控制方式比转频率控制方式再输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在动机上安装速度传感器，因此，应用范围受到限制。
4. 直接转矩控制变频器
直接转矩控制是继矢量控制变频器调速技术之后的一种新型的交流变频调速技术。它是利用空间电压矢量PWM(SVPWM)通过磁链、转矩的直接控制，确定逆变器的开关状态来实现的。直接转矩控制还可以用于普通的PWM控制，实现开环或闭环控制。
5.3.4 按功能分类
1. 恒转矩变频器
恒转矩变频器控制的对象具有恒转矩特性，在转速精度及性能等方面要求一般不高，当用变频器实现恒转矩调速时，必须加大电动机和变频器的容量，以提高低速转矩。恒转矩变频器主要应用于挤压机、搅拌机、传送带和提升机等。 2. 平方转矩变频器
平方转矩变频器控制在对象在过载能力方面要求较低，由于负载转矩与负载转矩的平方成正比，所以低速运行时负载较轻，并有节能的效果。平方转矩变频器主要应用于风机和泵类。
5.3.5按用途分类
1 . 通用变频器
通用变频器是指与普通的笼型异步电动机配套使用，能适应各种性质的负载，并具有多种可供选择功能的变频器。
2. 高性能专用变频器
高性能专用变频器主要应用于对电动机的控制要求较高的系统，与通用变频器相比，高性能专用变频器大多数采用矢量控制方式，驱动对象通常是变频器厂家指定专用电动机。
5.3.6按输出电压调制方式分类
1.PAM方式
PAM方式的特点是变频器再改变输出频率的同时也改变了电压的振幅值。在变频器
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中逆变器负责调节输出频率，而输出电压的调节则由相控整流器或直流斩波器通过调节直流电压Ud去实现。采用相控整流器调压时，供电电源的功率因数随调节深度的增加而变小;采用直流斩波器调压时，供电电源的功率因数在不考虑谐波影响时，可以达到1。
2.PWM方式
PWM方式的特点是变频器在改变输出频率的同时，也改变了电压的脉冲，占空比，其只需控制逆变电路便可实现，通过改变脉冲宽度来改变输出电压幅值，通过改变调制周期可以控制其输出频率。这种方式大大减少了负载电流中的高次谐波。
5.3.7按主开关器件分类
1. IGBT变频器
由于IGBT开关频率高，可构成静音式变频器，使电动机的噪声降到接近正常工频供电时的水平，其电流波形更加正弦化，减小了电动机转矩脉动，且低速转矩大、其用于矢量控制时，响应更快、其比同容量的BJT变频器体积小，重量轻。
2. SCR变频器
SCR变频器属于电压源型变频器，其具有不选择负载的通用性，在不超过变频器容量条件下，可以多电动机并联运行、在确保换流能力足够的条件下，过负载能力较强、在多重化连接时，既可以改变波形又可以实现大容量化。
3. BJT变频器
与SCR变频器相比，BJT变频器不但不需要换流电路，而且还具有体积小、重量轻、开关效率高，适用于高频变频和PWM变频，适用于矢量控制以及响应较快的特点。
4. GTO变频器
与BJT变频器相比，GTO变频器的电压、电流等级高，适用于高压、大容量的应用场合。与SCR变频器相比，其开关频率高，可进行PWM控制，低速特性有很大提高，此外，与SCR变频器相比，还具有主回路简单、体积小、重量轻和效率高的特点。
5.3.8 PID控制功能的设置
PID控制通常指在一个闭环控制系统中，使被控物理量能够迅速而准确地无限接近于控制目的。
1. PID功能的设置
要实现闭环PID的控制功能，应先将PID功能预置为有效。PID功能常由变频器的功能参数码预置和变频器的外接多功能端子的状态决定。一般变频器兼有上述两种预置方式，又少数品牌的变频器只有其中一种预置方式。在控制要求不十分严格的控制的系统中，有时仅使用ＰＩ控制功能、不启动Ｄ功能就能满足需要。这样的系统调试过程比较简单。
2. PID的反馈逻辑
不同变频器的称谓不尽相同，更有称谓类似而含义相反的情形。系统设计时应根据选用变频器的说明书为准。反馈逻辑是指被控制物理量经检测到的反馈信号对变频器输
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