探讨直流变频与交流变频区别.docx

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探讨直流变频与交流变频区别

空调多联机比较

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cas067076

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变频器

变频器的概念：

变频器是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。

VVVF：

改变电压、改变频率CVCF：

恒电压、恒频率。

各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均为400V/50Hz或200V/60Hz（50Hz），等等。

通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。

为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。

　　用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。

变频器的分类：

变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器;按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器;按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等;按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

变频器的工作原理

　　我们知道，交流电动机的同步转速表达式位：

　　n=60f（1-s）/p

（1）

　　式中

　　n———异步电动机的转速;

　　f———异步电动机的频率;

　　s———电动机转差率;

　　p———电动机极对数。

　　由式

（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。

变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

变频器控制方式

　　低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交—直—交电路。

其控制方式经历了以下四代。

　　1U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式

　　其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。

但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。

另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。

因此人们又研究出矢量控制变频调速。

　　2电压空间矢量（SVPWM）控制方式

　　它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。

经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差;通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响;将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。

但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。

　　矢量控制（VC）方式

　　矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。

其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。

通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。

矢量控制方法的提出具有划时代的意义。

然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。

　　直接转矩控制（DTC）方式

　　1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。

该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。

目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。

直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。

它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

　　矩阵式交—交控制方式

　　VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。

其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。

为此，矩阵式交—交变频应运而生。

由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。

它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。

该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。

其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。

具体方法是：

　　——控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式;

　　——自动识别（ID）依靠精确的电机数学模型，对电机参数自动识别;

　　——算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制;

　　——实现Band—Band控制按磁链和转矩的Band—Band控制产生PWM信号，对逆变器开关状态进行控制。

　　矩阵式交—交变频具有快速的转矩响应（<2ms），很高的速度精度（±2%，无PG反馈），高转矩精度（<+3%）;同时还具有较高的起动转矩及高转矩精度，尤其在低速时（包括0速度时），可输出150%～200%转矩。

电动机

电动机概念

应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械。

用于实现电能向机械能的转换。

运行时从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。

电动机分类

　1．按工作电源分类根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。

其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

　　2．按结构及工作原理分类电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。

同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同布电动机。

异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。

感应电动机又分为三相异步电动机等。

电动机

相异步电动机和罩极异步电动机等。

交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

3．按起动与运行方式分类电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。

　　4．按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。

驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。

控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。

　　5．按转子的结构分类电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。

　　6．按运转速度分类电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。

　　7.按防护型式分为

　　开启式（如IP11、IP22）：

电动机除必要的支撑结构外，对于转动及带电部分没有专门的保护。

　　封闭式（如IP44、IP54）：

电动机机壳内部的转动部分及带电部分有必要的机械保护，以防止意外的接触，但并不明显的妨碍通风。

防护式电动机按其通风防护结构不同，又分为：

　　网罩式：

电动机的通风口用穿孔的遮盖物遮盖起来，使电动机的转动部分及带电部分不能与外物相接触。

　　防滴式：

电动机通风口的结构能够防止垂直下落的液体或固体直接进入电动机内部。

　　防溅式：

电动机通风口的结构可以防止与垂直接成100度角范围内任何方向的液体或固体进入电动机内部。

　　封闭式：

电动机机壳的结构能够阻止机壳内外空气的自由交换，但并不要求完全的密封。

　　防水式：

电动机机壳的结构能够阻止具有一定压力的水进入电动机内部。

　　水密式：

当电动机浸在水中时，电动机机壳的结构能阻止水进入电动机内部。

　　潜水式：

电动机在额定的水压下，能长期在水中运行。

　　隔爆式：

电动机机壳的结构足以阻止电动机内部的气体爆炸传递到电动机外部，而引起电动机外部的燃烧性气体的爆炸。

　　例：

IP44标志电动机能防护大于1MM的固体异物入内，同时能防溅水。

　　IP后面第一位数字的意义

　　0无防护，没有专门的防护

　　1能防止直径大于50MM的固体异物进入机壳内，能防止人体的大面积（如手）偶然触及壳内带电或运动部分，但不能防止有意识的接近这些部分。

　　2能防止直径大于12MM的固体异物进入机壳内，能防止手指触及壳内带电或运动部分

　　3能防止直径大于2.5MM的固体异物进入机壳内，能防止厚度（或直径）大于2.5的工具、金属等触及壳内带电或运动部分。

　　4能防止直径大于1MM的固体异物进入机壳内，能防止厚度（或直径）大于1MM的工具、金属等触及壳内带电或运动部分。

　　5能防止灰尘进入达到影响产品正常运行的程度，完全防止触及壳内带电或运动部分。

　　6完全防止灰尘进入，完全防止触及壳内带电或运动部分。

　　IP后面第二位数字的意义

　　0无防护，没有专门的防护。

　　1防滴，垂直的滴水应不能直接进入产品内部。

　　215゜防滴，与铅垂线成15度角范围内的滴水应不能直接进入产品内部。

　　3防淋水，与铅垂线成60度角范围内的淋水应不能直接进入产品内部。

　　4防溅水，任何方向的溅水对产品应无有害的影响。

　　5防喷水，任何方向的喷水对产品应无有害的影响。

　　6猛烈的海浪或强力喷水对产品应无有害的影响。

　　7防浸水，产品在规定的时间和压力下浸在水中，进水量对产品应无有害影响。

　　8潜水，产品在规定的压力下长时间浸在水中，进水量对产品应无有害影响。

　　8.按通风冷却方式分为

　　1.自冷式：

电动机仅依靠表面的辐射和空气的自然流动获得冷却。

　　2.自扇冷式：

电动机由本身驱动的风扇，供给冷却空气以冷却电动机表面或其、内部。

　　3.他扇冷式：

供给冷却空气的风扇不是由电动机本身驱动，而是独立驱动的。

　　4.管道通风式：

冷却空气不是直接由电动机外部进入电动机或直接由电动机内部排出，而是经过管道引入或排出电动机，管道通风的风机可以是自扇冷式或他扇冷式。

　　5.液体冷却：

电动机用液体冷却。

　　6.闭路循环气体冷却：

冷却电动机的介质循环在包括电动机和冷却器的封闭回路里，却介质经过电动机时吸收热量，经过冷却器时放出热量。

　　7.表面冷却和内部冷却：

冷却介质不经过电动机导体内部称为表面冷却，冷却介质经过电动机导体内部者称为内部冷却。

　　9.按安装结构型式:

　　电动机安