变频器工作原理及控制过程 变频器工作原理 直流->振荡电路->变压器(隔离、变压)->交流输出 方波信号发生器使直流以50Hz的频率突变,用正弦和准正弦的振荡器,波形类似于长城的垛口,一上一下的方波,突变量约为5V;再经过信号放大器使突变量扩大至12V左右;经变压器升压至220V输出 怎样将直流电转换成交流电? 有三种方法: 1、用直流电源动员直流马达----机械传动到交流发机电发出交流电;这是一种最古老的方法,但现在仍有人在用,特点是成本低,易维护。今朝在大功率转换中还在使用。 2、用振荡器(就是今朝市场上的逆变器);这是比较先进的方法,成本高,多用于小功率变换; 3、机械振子变换器,其原理就是让直流电流断断续续,通过变压器后就能在变压器的次级输出交流电,这是一种比较老的方法,今朝基本上已被淘汰。 现在日本发现一种有机物可以转换 2交流电是指电压或电流的幅值在0值相近震荡,也就是有正有负,标的目的会发发生变故化,而并未必是正弦的。 直流电也其实不是恒定不变的,它的幅值也是可以变化的,但不会改变标的目的。也就是说恒为正或恒为负。 在逆变器中不能单独应用可控硅,它仅仅是起一个开关作用,必须要由振荡电路来控制可控硅的开/关状态,得到方波形的交流电,再经变压、滤波,得到较纯的正弦波交流电。 UPS电源(Uninterruptible Power System 不中断电源系统)哄骗逆变电路,即用直流电驱动一个振荡器,产生交流振荡,一般得到的是方波。如果经过滤波电路去除50Hz的谐波,就能得到比较纯的50Hz交流电。 变频器1 1.1变频技术的概念 1.常用的调速方法变极调速、定子调压调速、转差离合器调速 2.变频技术的概念把直流电逆酿成不同频率的交流电,或是把交流电酿成直流电再逆酿成不同频率的交流电,或是把直流电酿成交流电再把交流电酿成直流电等技术的总称。特点:电能不变,只有频率变。 3.变频技术的发展应交流机电无级调速的需要而诞生的。 自20世纪60年代以来,电力电子技术、计算机技术、不用人力控制技术的快速发展,电气传动技术面临着一场革命,即交流调速取代直流调速、计算机数字控制技术取代模拟控制技术已经成为发展趋势。机电变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、落空技术前进的一种主要手段。变频调速以其优秀的调速起动、制动性能,高效率、高功率因数和节电效果,得到广泛应用。 变频调速技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术,既要处理巨大电能的转换(整流、逆变),又要处理信息的收集、交换和传输,因此它的共性技术必定分成功率和控制两大部分。前者要解决与高电压大电流有关的技术问题,后者要解决控制模块的硬、软件开发问题 4.变频调速的主要发展标的目的 (1)实现高水平的控制 (2)开发清洁电能的变流器 (3)缩小装置的尺寸 (4)高速度的数字控制 (5)模拟器与计算机辅助设计(CAD)技术 1.2变频技术的类型及用途 1.变频技术的类型主要有以下几种 (1)交-直变频技术(即整流技术)通过整流元件实现功率转换 。 (2)直-直变频技术(即斩波技术)通过改变电力电子器件的通断时间即改变脉冲频率或宽度,从而达到调治直流均等电压的目的 (3)直-交变频技术(即逆变技术)哄骗功率开关将直流电酿成不同频率的交流电。 (4)交-交变频技术(即移相技术)通过控制电力电子器件的导通与关断时间,实现交流无触点的开关、调压、调光、调速等的目的 2.变频技术的主要用途 (1)标准50HZ电源对于频率、电压波形和幅值及电网滋扰等有较高要求的。 (2)不中断电源(UPS)停电时,将蓄干电池的直流电逆酿成50HZ的交流电,对于装备姑且供电。 (3)中频装置广泛应用于金属熔炼、感应加热及机械零件的淬火。 (4)变频调速产生频率、电压可调的电源。 (5)节能降耗 1.3常用电力电子器件简介 1)晶闸管(SCR)没有自关断能力,逆变时需要另设换流电路,造成电路结构复杂,增加变频器成本。但由于元件容量大,在1000KVA以上的大容量变频器中得到广泛的应用。 2)门极可关断晶闸管(GTO) 可通过门极信号控制导通和关断。它是哄骗门极反向电流而获得自关断能力,属于全控器件,无需换流电路。已经逐步取代SCR。 3)电力结晶体管(GTR)是一种高反压结晶体管,具有自关断能力,并有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等优点。它被广泛用于交直流机电调速、中频电源等电力变流装置中。主要用作开关,工作于高电压大电流的场合,一般为模块化。 4)功率场效应管(MOSFET)根据门极电压的电场效应进行导通与关断的单极结晶体管。具有自关断能力强、驱动功率小、工作速度高、无二次击穿现象、安全工作区宽等。用于小容量变频器中。 3)电力结晶体管(GTR) 主要特点: 输出电压 可以采用脉宽调制方式 载波频率 较低(开关时间较长)1.2-1.5KHZ 电流波形 高次谐波成分较大,噪声大。 输出转矩 与工频运行时相比,略有下降 5)绝缘栅双极结晶体管(IGBT)集GTR和P-MOSFET的优点于一身,具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简略、通态电压低、能承受高电压大电流等优点。今朝中小容量变频器新产品中都采用它。适于高压的为HV-IGBT。 6)智能功率模块(IPM) 是一种将功率开关器件及其驱动电路、保护电路等集成在统一封装内的集成模块。今朝采用较多的是IGBT作为大功率开关器件的模块,器件模块内集成了电流传感器,可以检测电流通过流及短路电流。具有电流通过流保护、过载保护和驱动电流电压不足时的保护功能。 7)集成门极换流晶闸管(IGCT)是一种中压、大功率半导体开关器件。它是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT集成于一体,集GTO和IGBT的优点于一身。 2.1 变频器的基本结构 主要由主电路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路组成。 整流器将三订交流电转换成直流电。 中间直流环节中间直流储能环节,在它和马达之间进行无功功率的交换。 控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号输入/输出电路和驱动电路组成。主要任务是完成对于逆变器的开关控制、对于整流器的电压控制和完成各种保护功能等,其控制方法可以采用模拟控制或数字控制。今朝许多变频器已经采用微机来进行全数字控制,采竭尽可能简略的硬件电路,靠软件来完成各种功能。
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