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交流变频调速

2. 4. 1 交流调速系统的发展

桂林电子科技大学毕业设计（论文） 报告用纸 第 6 页 共 37 页

在现代工业和经济生活中， 随着电力电子技术、 微电子技术及现代控制理论的发展，

交流变频调速技术作为高新技术、 节能技术已经广泛应用于各个领域。

交流调速技术是强弱电混合， 机电一体化的综合性技术， 既要处理巨大电能的转换

问题， 同时又要处理信息的收集、 变化和传输问题。 在巨大电能转换的功率部分要解决

高电压、 大电流的技术问题及新型电力电子器件的应用技术问题， 而在信息的收集、 变

换和传输的控制部分， 则主要解决控制的硬件、 软件问题。 目前交流变频调速主要发展

方向为：

（1） 高水平的控制

矢量控制、 磁场控制、 转矩控制、 模糊控制等高水平的控制技术以应用在交流变频

调中。

（2） 开发清洁电能的交流器

随着变频技术的不断发展和人们对环境问题的重视， 不断减少变频器对环境的影响

已经是大势所趋。 尽可能降低网侧和负载的谐波分量， 减少对电网的公害和电机转矩的

脉动， 实现清洁电能变换。

（3） 结构小型化

紧凑型的变频系统要求功率和控制原件具有高的集成度。 主电路**率电路的模块

化， 控制电路采用大规模集成电路和数字技术控制技术， 均促进了变频装置结构小型化。

（4） 高集成化

提高集成电路技术机采用表面贴片技术， 使装置的容量体积比得到进一步的提高。

2. 4. 2 变频调速的现实意义

在电力拖动领域， 广泛采用变频调速具有十分重要的意义：

（1） 能够大大提高生产设备的工艺水平， 加工精度和工作效率， 从而提高产品的

质量。

（2） 能够大大减少小生产机械的体积和质量， 减少金属耗用量。

（3） 对风机和水泵类负载， 采用变频调速技术， 可以显著的节省能源。

变频调速技术在国民经济和日常生活中占有十分重要的地位， 变频调速技术使频率

变为可充分利用的资源。 近年来， 变频调速技术获得了飞速的发展， 取得了显著的社会

效益和经济效益。

2. 4. 3 变频器的结构和工作原理

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图 3 变频器的基本构成

一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥构成。 它的主要作用是对工频的外

部电源进行整流， 并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。 整流电路按其控制

方式可以是直流电压源也可以是直流电流源。

直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑， 以保证逆变电路和控制电路能

够的到较高质量的直流电源。

逆变电路是变频器*主要的部分之一， 它的主要作用是在控制电路的控制下将平滑

电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。 逆变器的输出就是变频

器的输出， 它被用来实现对异步电动机的调速控制。

变频器的控制电路包括主控制电路， 信号检测电路， 门极驱动电路， 外部接口电路

和保护电路等几个部分组成， 也是变频器的核心部分之一。 控制电路的好坏决定了变频

器的性能优略。 控制电路的主要作用是将检测电路得到的各种信号送至运算电路， 使运

算电路能够根据需要为变频器提供必要的门极驱动信号， 并对变频器和异步电动机提供

必要的保护。 控制电路还通过 A/D， D/A 等外部接口电路接受和发送多种形式的外部信

号和给出系统内部工作状态， 以便使变频器能够和外部设备配合进行各种高性能的控

制。 变频器按主电路工作形式可以分为电压型和电流型。

在电压型变频器中整流电路或者斩波电路产生逆变电路所需要的直流电压， 并通过

直流中间电路的电容进行平滑后输出。 整流回路和直流中间回路起直流电压源的作用。

电压源输出的直流电压在逆变电路中被转换为所需要的频率交流电压。

在电流型变频器中， 整流回路给出直流电流， 并通过中间回路的电抗器将电流进行

平滑后输出。 整流电路和直流中间回路起直流电流源的作用， 而直流源输出的电流在逆

变电路中被转换为具有所需要频率的交流电流， 并被分配给各个输出相后作为交流电流

共给电动机。