10.2 变频器 教学讲义 -2023-2024学年高一下学期（中职）物理（高教版·第3版）《电工电子技术与技能》

【课题】 10.2 变频器 【教学目标】 了解变颜器的基本原理及其应用。 【教学重点】 变频器的基本原理。 【教学难点】 交一直一交变烦器的分类及工作。 【教学过程】 【一、复习】 PLC的工作原理。 【二、引入新课】 变频空调对室温的控制。 【三、讲授新课】 10.2.1变频器的用途及结构 1.变频器的功效 (1)功效之一是节能。电机在设计过程中都留有一定的余量，变频器通过降低电机转 速减少输出功耗，实现“按需供能”例如变频空调通过改变电机转速“按需供能”，这样压 缩机就不会颜繁起动，会使压缩机保持稳定的工作状态，可以使空调达到节电的效果，同时 减少噪音，延长空调使用寿命。 (2)功效之二就是与PLC、计算机配合，达到精确控制、改善产品品质、提高生产效 率、降低维护费用、提高生产自主化水平的目的。 2.变须器工作过程。 变频器工作过程示意图如图10.4所示。变频器是利用电力半导体器件的通新作用将工 频电源电压变换为另一频率的电能的控制装置。变频器在改变电源颜率的同时，也对输出电 源的电压进行线性调节，从而实现对交流电动机无级调速。 工颜电源S0Hz u 戏 变频器 电动机 (输出变须变压电源) 人人X 图10.4变频器工作过程示意图 3.变频器的结构 变频器的结构如图10.5所示。变频器由整流器、中间储能环节、逆变器和控制器组成。 中间储 0 整流器 逆变器 M 环节 AC AC ) ) 控制电路 图10.5变频器的基本结构 (1)整流器的作用：将单相或三相交流电整流成直流电。变频器的负载为电动机，属 于感性负载，会与电网之间有无功功率的交换。这种无功功率的交换要靠中间储能环节的储 能元件来缓冲，储能元件主要是电感元件和电容元件。 (2)逆变器是利用半导体开关器件组成的逆变电路。逆变是相对整流而言，即将直流 电逆变为交流电。逆变电路通过有规律地控制逆变器中开关器件的通与断，得到所需频率的 三相交流电。 (3)控制电路由运算电路、检测电路和驱动电路等组成。其作用是对逆变电路的开关 控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。 10.2.2变频器的种类 变频器分为交一交、交一直一交两种形式，其结构如图10.6所示。 。交流 交流 、交流 直流 交流 滤 逆 流器 波器 M (a)交-交变频器 b)交-直交变频器 图10.6变频器结构 √交一交变频器是将工颜交流电直接变换成频率、电压均可调的交流电。 交一直一交变频器是先将工颜交流电通过整流滤波转换成直流电，然后再把直流 电变换成频率、电压均可调的交流电，这种方式又称为间接式变颜器。目前，广 泛应用的是交一直一交变频器。 1.按照输出性质分类 (1) 电流型变频器。特点：采用大电感作为中间储能环节。这种变倾器直流内阻较 大，接近于电流源，称为电流型变频器。用途：用于频繁急加速、减速的大容 量电动机的传动。 (2) 电压型变频器。特点：采用大电容作为中间储能环节。由于大电容的作用，主 电路直流电压比较平稳，输出到负载电动机端的电压为方波或阶梯波。由于这 种变频器的直流电源内阻较小，相当于电压源，称为电压型变频器。 2.按照输出电压调节方式分类 变频器在调速时，需要同时调节逆变器的输出电压和输出频率，以保证电动机能正 常工作，对输出电压的调节主要有两种方式。 (1)PAM方式。通过改变直流电压的幅值进行调压的方式，又称为脉冲幅值调节方 式。 (2) PWM方式。变压器的输出频率和输出电压的调节均由逆变器按PWM方式来完 成，又称为脉冲方式调节方式。 3.按照控制方式分类 (1)Uf控制。对变频器的输出频率和电压分别控制，称为Uf控制。 (2)转差率控制。转差率控制方式可以有效地提高调速精度，它是针对具体电动机 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。Uf控制方式和转差率控制方式的动态指标不高，利用矢量控制主要 是为了提高变频器调速的动态性能，主要用于轧钢、造纸设备等对动态性能要 求较高的应用场合。 10.2.3变频器参数的设定 (1)起动时间。起动时间的设定不宜长。经验值1.5一2skW,小功率电动机要取大 些；大于30kW的电动机取大于2skW。 (2)制动时间。制动时间的设定宜长不宜短。对水泵、风机以自由停车为宜。 (3)起动烦率。起动颜率的设定值大一些，对电动机加速起动有利，尤以轻载时更 适用。对重载负荷起动，如果频率值设定过大，会造成起动电流加大，一般起 动频率从OHz开始合适。 (4)起动转矩。与起动频率设定基本一致。 (5)基本频率。基本频率的标准是50Hz380V,即Uf=380/50=7.6,但在因重载负 荷起动不了，而调整其它参数也无效时，调整基本频率是最效的方法，即将50Hz 的频率跳到30Hz或以下，此时乙f值大于7.6，即