1、第第1 1章章 变频器基础知识变频器基础知识Chapter 1 Basic knowledge of frequency converter 1.1 变频器概述变频器概述 1.2 交流电动机调速基础知识交流电动机调速基础知识1.3 变频器的结构及主要技术参数变频器的结构及主要技术参数第第1 1章章 变频器基础知识变频器基础知识1.1 1.1 变频器概述变频器概述1.1.11.1.1变频器的发展变频器的发展 电力电子器件是变频器发展的基础电力电子器件是变频器发展的基础 第一代：由第一代：由SCRSCR（晶闸管）组成的变频器功能差、频率低。（晶闸管）组成的变频器功能差、频率低。第二代：第二代：GT
2、OGTO和和GTR GTR，变频器开关频率在，变频器开关频率在2kHz2kHz以下，以下，PWMPWM技术开始应用，技术开始应用，可输出正弦波电压和电流，但载波频率和最小脉宽受限，噪声大。可输出正弦波电压和电流，但载波频率和最小脉宽受限，噪声大。第三代：第三代：MOSFETMOSFET和和IGBTIGBT，开关频率可达，开关频率可达20kHz20kHz以上，以上，PWMPWM调制的逆变器调制的逆变器谐波噪声大大降低。变频器功率大，谐波噪声大大降低。变频器功率大，应用广泛。应用广泛。第四代：第四代：IPMIPM，具有保护功能有过流、短路、过压、欠压和过热等，还可以，具有保护功能有过流、短路、过压
3、、欠压和过热等，还可以实现再生制动。使变频器的体积、重量和连线大为减少，而功能和可靠性大实现再生制动。使变频器的体积、重量和连线大为减少，而功能和可靠性大为提高。为提高。1.1 1.1 变频器概述变频器概述 计算机技术和控制理论是变频器发展的支柱计算机技术和控制理论是变频器发展的支柱 1.1.没有采用计算机技术，由分立电子元件组成变频电路，可靠性差、频没有采用计算机技术，由分立电子元件组成变频电路，可靠性差、频率低，输出的电压和电流的波形是方波。率低，输出的电压和电流的波形是方波。2.2.采用采用8 8位微处理器，压频比位微处理器，压频比U/FU/F控制原理：逆变电路能够得到相当接近控制原理：
4、逆变电路能够得到相当接近正弦波的输出电压和电流，工作性能有了很大提高。正弦波的输出电压和电流，工作性能有了很大提高。3.3.采用采用1616位甚至位甚至3232位微处理器位微处理器 ，推出了矢量控制、直接转矩控制、模糊，推出了矢量控制、直接转矩控制、模糊控制和自适应控制等多种模式理论：变频器已经内置有参数辨识系统、控制和自适应控制等多种模式理论：变频器已经内置有参数辨识系统、PIDPID调节器、调节器、PLCPLC控制器和通讯单元等，根据需要可实现拖动不同负载、宽调速控制器和通讯单元等，根据需要可实现拖动不同负载、宽调速和伺服控制等多种应用。和伺服控制等多种应用。1.1.11.1.1变频器的发
5、展变频器的发展1.1 1.1 变频器概述变频器概述 市场需求是变频器发展的动力市场需求是变频器发展的动力 1.1.变频器的问世为交流电机的调速提供了契机，不仅要取代结构复杂、价变频器的问世为交流电机的调速提供了契机，不仅要取代结构复杂、价格昂贵的直流电机调速，而且能节省大量的能源。格昂贵的直流电机调速，而且能节省大量的能源。2.2.据调查统计，全国各类电动机耗电量约占全国发电量的据调查统计，全国各类电动机耗电量约占全国发电量的70%70%。其中。其中80%80%为异步电动机，大多数电动机长时间处于轻载运行状态，特别是风机、泵类为异步电动机，大多数电动机长时间处于轻载运行状态，特别是风机、泵类负
6、载的电动机。若在此类负载上使用变频调速装置，将可节电负载的电动机。若在此类负载上使用变频调速装置，将可节电30%30%左右。左右。3.3.目前，变频器作为商品在国内的销售额呈逐年增加趋势，销售前景十分目前，变频器作为商品在国内的销售额呈逐年增加趋势，销售前景十分看好，据有关资料报道，在过去几年内中国变频器市场保持着看好，据有关资料报道，在过去几年内中国变频器市场保持着12%12%15%15%的的增长率，这一速度远远超过了近几年增长率，这一速度远远超过了近几年GDPGDP的增长速度，变频器全面推广应的增长速度，变频器全面推广应用的时代已经不远了。用的时代已经不远了。1.1.11.1.1变频器的发
7、展变频器的发展1.1 1.1 变频器概述变频器概述1.1.2 1.1.2 变频器发展趋势变频器发展趋势 实现高水平的控制实现高水平的控制 开发清洁电能的变流器开发清洁电能的变流器 缩小装置的尺寸。缩小装置的尺寸。高速度的数字控制高速度的数字控制 模拟与计算机辅助设计（模拟与计算机辅助设计（CADCAD）技术）技术1.1 1.1 变频器概述变频器概述1.1.3 1.1.3 变频器的分类变频器的分类1.1 1.1 变频器概述变频器概述1.1.4 1.1.4 变频器的应用变频器的应用 变频器与节能变频器与节能 变频器与工艺控制（速度控制）变频器与工艺控制（速度控制）变频家电变频家电 远景广阔的中国变
8、频器市场远景广阔的中国变频器市场1.1 1.1 变频器概述变频器概述1.2 1.2 交流电动机调速基础知识交流电动机调速基础知识1.2.11.2.1交流电动机的调速原理及方法交流电动机的调速原理及方法1.2.2 1.2.2 交流电动机调速系统的现状和发展趋势交流电动机调速系统的现状和发展趋势1.交流电动机调速系统的目前水平：（1）从中小容量等级发展到大容量、特大容量等级，填补了直流调速系统留下的特大容量电机调速空白；（2）交流调速系统已具备高的可靠性和长期连续运行能力，能满足实际工况对可靠性要求高、长期不停机检修等特殊要求；（3）控制装置设计可以达到和直流调速控制同样良好的控制性能，交流电动机
9、设计可以满足各种工业现场，实现了交流电动机调速系统的高性能、高精度转速控制；（4）交流电动机调速系统已从原来作为直流电动机调速系统的补充手段，发展到已在大部分场合取而代之的应用状态。2.交流电动机调速系统的技术发展趋势：（1）新型开关元件和储能元件的研制；（2）最新控制思想、控制算法、控制技术不断应用于交流调速产品；（3）控制装置设计可靠性越来越高性能，不断解决瞬时停电后的装置安全及恢复正常问题；（4）高运算速度、高控制性能的微型计算机产品在现代交流调速装置中不断应用，充分显示了现代控制手段的优越性；（5）进行大容量、特大容量等级的新型交流调速动机技术研究。同时也在进行结构精巧的高效能、高精度
10、交流控制电机技术研究。1.2 1.2 交流电动机调速基础知识交流电动机调速基础知识1.2.3 1.2.3 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 机械特性是异步电动机的主要特性，它是指在一定的电源电压 和转子电阻下，电动机的转速与转矩的关系曲线，称为电动机的机械特性。机械特性如图1-1所示：图1-1 三相异步电动机的机械特性反映异步电动机机械的三个特殊转矩:1.额定转矩TN 2.最大转矩TM 3起动转矩Tst 1.2 1.2 交流电动机调速基础知识交流电动机调速基础知识1.2.41.2.4交流电动机调速系统及性能指标交流电动机调速系统及性能指标 衡量一种交流调速的优劣，应该依据生产实践的需求
11、，从技术和经济衡量一种交流调速的优劣，应该依据生产实践的需求，从技术和经济角度全面评价，综合各种应用实践，可以总结出以下的技术性能指标作角度全面评价，综合各种应用实践，可以总结出以下的技术性能指标作为考评依据：为考评依据：调速效率调速平滑性调速范围动态速降恢复时间1.2 1.2 交流电动机调速基础知识交流电动机调速基础知识1.3 1.3 变频器的结构及主要技术参数变频器的结构及主要技术参数1.3.11.3.1变频器的型号变频器的型号 本书以欧姆龙3G3MX2变频器为例，来介绍通用变频器的原理及应用。3G3MX2系列变频器是欧姆龙公司于2009年年末推出的紧凑型多功能小型变频器。图1-2所示为欧姆龙3G3MX2的铭牌。图1-2 欧姆龙3G3MX2变频器铭牌1.3.11.3.1变频器的型号变频器的型号 欧姆龙3G3MX2变频器型号说明：图1-3 欧姆龙3G3MX2变频器型号说明1.3 1.3 变频器的结构及主要技术参数变频器的结构及主要技术参数 1.3.21.3.2主要性能指标主要性能指标 不同型号的变频器的性能指标有所不同，随着变频器功能增加，变频器重量、外形尺寸以及变频器额定输出电流和额定输出容量都在增大。下面介绍通用变频器的主要性能指标。输入电压输出电压输出电流 输出容量 过载能力输出频率1.3 1.3 变频器的结构及主要技术参数变频器的结构及主要技术参数
