变频器基础知识.doc.pdf

变频器基础知识 1 页 共 34 页 变频器基础知识 交流电动机调速概述 从 19 世纪 80 年代以来，工业电气传动一直以直流传动为唯一方 式。到 19 世纪末，出现了三相电源和坚固耐用的鼠笼式电动机后， 在不调速的场合交流传动才代替了直流传动。三相交流异步电动机， 由于转子侧的电流不从外部引入，而由电磁感应产生，故而具有结构 简单牢固、体积小、重量轻、价格低廉、便于维护等优点，一经问世， 就备受人们青睐。与其他电动机相比，它在工农业生产设备中的占有 率一直处于绝对领先的地位。 然而，随着生产的不断发展，现代应用的许多变速传动系统， 不仅要求有宽广的调速范围，而且要求静差小、稳定性好及有良好的 动态性能。直流电动机能够满足这些要求，但由于直流电动机在制造 和维护等方面的固有缺陷，长期以来，人们一直渴望用交流电动机代 替直流电动机。从 60 年代起，国外对交流变速传动已开始重视，如 日本在 1961 年发明的滑差调速电机，可以认为是交流串级调速研究 的开始。 长期以来，异步电动机在调速方面一直处于性能不佳的状态。 虽然改变定子侧的电流频率就可以调节转速，是由异步电动机的基本 原理所决定的，是和异步电动机 “与生俱来”的。然而，异步电动机 诞生于 19世纪 80 年代，而变频调速技术发展到迅速普及的实用阶段， 却是在 20 世纪 80 年代，整整经历了一个世纪。 变频器基础知识 2 页 共 34 页 是什么原因使变频调速技术从愿望到实现经历了长达百年之久 呢？ 首先，从目前迅速普及的 “交-直-交”变频器的基本结构来看， “交-直”（由交流变直流）的整流技术是很早就解决了的。而 “直- 交”（由直流变交流）的逆变过程实际是不同组合的开关交替地接通 和关断地过程，它必须依赖于满足一定条件的开关器件。这些条件是：  能够承受足够大的电压和电流；  允许长时间频繁地接通和关断；  接通和关断必须十分方便。 直到 20 世纪 70 年代，大功率晶体管 （GTR ）地开发成功，才比 较满意地满足了上述条件，从而为变频调速技术的开发、发展和普及 奠定了基础。20 世纪 80 年代，又进一步开发成功了绝缘栅双极晶体 管 （IGBT ），其工作频率比 GTR 提高了一个数量级，从而使变频调 速技术又向前迈进了一步。目前，中小容量的新系列变频器中的逆变 部分，已基本上被IGBT 垄断了。 其次，由于电动机绕组中反电动势的大小是和频率成正比的。其 次，在改变频率的同时还必须改变电压，故变频器常简写成 VVVF （Variable Voltage Variable Frequenc ）。VVVF 的实现，虽然不如逆变 电路之对于开关器件那样具有强烈的依赖性，但简化到足以推广普及 的阶段，却是在 20 世纪 70 年代提出了正弦波脉宽调制技术（SPWM） 并不断完善之后。 变频器基础知识 3 页 共 34 页 再其次，在不采取任何措施的情况下，异步电动机在变频 （同时 也变压）后的机械特性远逊色于直流电动机变压后的机械特性。这必 将大大影响变频调速技术的应用范围。20 世纪 70 年代末，矢量控制 技术提出和实现，使异步电动机变频后的机械特性达到了可以和直流 电动机变压后的机械特性相媲美的程度。而比较简易的 V/F 控制变频 器，也足以满足大多数负载的要求。 与此同时，计算机技术和大规模集成电路的飞速进步，极大地简 化了实施 SPWM 及