—— 《西门子 PLC 技术应用》

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变频调速的原理

设计者：杨宏 学校：福建省高级技工学校

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1 、变频器实用原理框图

变频器的原理

图 05-04 变频器实用原理框图

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2 、变频器构成器件简介– 如表 05-03 所示

类别 作用 主要构成器件

主回路

整流部分 1 将工频交流变成直流，输入无相序要求 整流桥

逆变部分 2 将直流转换为频率电压均可变的交流电，输出无相序要求

IGBT

制动部分 3/4 消耗过多的回馈能量，保持直流母线电压不超过最大值

单管 IGBT 和制动电阻 , 大功率制动单元外置

上电缓冲 6 降低上电冲击电流，上电结束后接触器自动吸合，而后变频器允许运行

限流电阻和接触器

储能部分 5 保持直流母线电压恒定，降低电压脉动 电解电容和均压电阻

控制回路

键盘 7对变频器参数进行调试和修改，并实时监控变频器状态

MCU( 单片机）

控制电路 8 交流电机控制算法生成，外部信号接收处理及保护

DSP( 或两个 MCU ）

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类别 作用

结构件 散热器 将整流桥、逆变器产生的热量散发出去

温度传感器 检测散热器温度，确保模块工作在允许温度环境下

风扇 配合散热器，将变频器内部的热量带走，有直流风扇（ 24V) 和交流风扇两种

变频器的原理

表 05-03 变频器构成器件简介

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3 、 PWM （ Pulse Width Moduration ）调制– PWM 调制是：脉冲宽度调制技术，利用半导体开关器件的导通和

关断通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。把直流电压调制成电压可变、频率可变的电压脉冲列。

– SPWM 调制是：脉冲宽度按正弦规律变

化而和正弦波等效的 PWM 波形。能获

得理想的控制效果：输出电流近似正弦

图 05-05 用 PWM波代替正弦半波

变频器的原理

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– 要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。

– 等幅 PWM 波和不等幅 PWM 波：由直流电源产生的 PWM 波通常是等幅PWM 波；输入电源是交流，得到不等幅 PWM 波，基于面积等效原理，本质是相同的。

– SPWM 波：等效正弦波形，还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原

理和 SPWM 控制相同，也基

于等效面积原理。

O t

U d

U d

U

o ω t

变频器的原理

图 05-06 等幅 PWM 波和不等幅 PWM 波

图 05-07 SPWM 波

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– 载波频率必须高，才能保证调制后得到的波形与调制前效果相同

– GTR 变频器由于开关频率太低，电机噪声较大， IGBT 有效的解决了这个问题

– 目前中小功率的逆变电路几乎都采用 PWM 技术。逆变电路是PWM 控制技术最为重要的应用场合。 PWM 逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实用的几乎都是电压型。

变频器的原理

图 05-08 SPWM 调制

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4 、交流调速的控制核心– 只有保持电机磁通恒定才能保证电机出力，才能获得理想的调速

效果

（ 1 ） V/F 控制－－－－简单实用，性能一般，使用最为广泛

– 只要保证输出电压和输出频率恒定就能近似保持磁通保持恒定

– 例 : 对于 380V 50Hz 电机，当运行频率为 40HZ 时，要保持 V/F

恒定，则 40HZ 时电机的供电电压 :380× （ 40/50)＝ 304V

– 低频时，定子阻抗压降会导致磁通下降，需将输出电压适当提高

变频器的原理

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（ 2 ）矢量控制－－－性能优良，可以与直流调速媲美，技术成熟较晚

– 模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变换来实现对异步电机定子励磁电流分量和转矩电流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，进而达到良好的转矩控制性能，实现高性能控制。性能优良，控制相同复杂，直到 90代计算机技术迅速发展才真正大范围使用。

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