高频电子线路-林鲁冲.doc

高频电子线路
课 程 论 文

论文题目： 浅谈变频器工作原理
专 业： 2010级 网络工 程
小组成员： 林鲁冲
学 号: 20102831320077

1.摘要 ``````````````````````` (1)
2.关键词``````````````````````` `(2)
3.引言``````````````````````` ``(2)
4.基本概念`````````````````````````(2)
5.关于散热的问题```````````````````````````(5)
6.变频器主要指标```````````````````````````(6)

浅谈变频器工作原理
【摘要】
变频器的发展依托于电力电子技术的发展，随着科学技术的发展，变频技术在人们 生活中的作用越来越大。变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广 泛应用。 变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值， 因而改变其运动磁场的周期， 达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，使技术发展到新阶段。
当今许多因素正冲击着全球电力工业，在国外电力生产商之间有着十分激烈的竞争， 而世界范围内电力生产的市场化加速了生产商采用新技术；尤其是近两三年来，夏季持续 高温造成许多省市电力供应紧张，供电已经不能满足急速膨胀的电力需求，拉闸限电现象 日趋严重。由于电力网负担过重，造成局部电力系统极其不稳定，这种现象已经严重影响 了人民的日常生活和经济的正常运行。我们注意到的全国节能活动中，宣传重点是民用电 和商业用电的节约，而工业用电的节约则被淡化了。其实工业所耗用的电量占总用电量的 比重极大，因此我们更应该把更多的目光投入到工业用电的节约上来。 这样环境要求给所有的电力供应商增加了额外的责任，使高压大功率变频器的市场开 发空间大大拓展。另外高压变频器的最终用户对变频器的自动控制、节能、环保意识越来 越强烈，迫使其上游提供者尤其是系统集成商更加重视顾客变频调速技术方面的需要。一 般讲，在占工业用电 50%～60%的风机、泵和压缩机等通用机械上使用变频调速装置，可 以节电 30%左右。这一类通用机械的驱动电机一般是工频电机，具有各种可供选择功能的 通用变频器，其输出频率在 0～400Hz 之间，正适合这类机械。 变频器技术具有“工业维生素”之誉， 是工业企业和日常生活工作中普遍需要的新技术； 是高科技领域的综合性技术；是替代进口，节约投资的最大领域之一；是节约能源的高新 技术。目前，低压变频器已经非常普及和成熟，高压变频器也正在被人们关注和逐步应用。 变频器除了有卓越的调速性能之外，还有显著的节约电能和保护环境等重大作用，是企业 技术改造和产品更新换代的理想调速装置，变频器的出现让工业领域的节能闪现了新的亮 点。 但由于变频器进入我国的时间还不久，对于变频器的认识还不够，误用了变频器，使 设备损坏，没有达到预期的效果。所以我们要对变频器进一步的学习和研究，能够在今后的使用中达到理想的效果。
【关键词】
变频器 ；电子技术;
【引言】
从高频调幅波中取出调制信号的过程叫检波，检波由检波器实现，根据信号大小的不同，检波器一般分为小信号平方律检波和大信号峰值包络检波两种类型，检波器的性能通常用检波失真，检波效率和等效输入电阻等参数来衡量，检波效率和等效输入电阻高，检波失真小是设计检波器的一般性要求。
小信号平方律检波因其检波效率和等效输入电阻均低而非线性失真却很大等缺点而很少应用于广播通信设备中，通常用于需检测信号功率或信号很小的测量仪表中。比较而言，大信号峰值包络检波具有检波效率和等效输入电阻大，非线性失真小的优点，因而在广播通信设备和电测仪表中都有广泛应用。所以我们系统阐述了峰值包络检波器的检波原理及失真分析，为学习包络检波的有关知识奠定了良好的基础，同时为电子设计提供了可靠的理论依据。

基本概念
（1） VVVF  改变电压、改变频率（Variable Voltage and Variable Frequency）的缩写。 
（2） CVCF  恒电压、恒频率（Constant Voltage and Constant Frequency）的缩写。 
　　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200V/60Hz（50Hz或100V/60Hz（50Hz）。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，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC），我们把实现这种转换的装置称为“变频器”（inverter）。
　　变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
整流器
　　最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。
平波回路
　　在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。
逆变器
　　同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。 　　
控制电路
是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。 　　
（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。 　　
（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。 　　
（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。 　　（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。 　　
（5）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。
关于散热的问题
如果要正确的使用变频器, 必须认真地考虑散热的问题。变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。因此，我们要重视散热问题啊！在变频器工作时，流过变频器的电流是很大的, 变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响。
 通常，变频器安装在控制柜中。我们要了解一台变频器的发热量大概是多少，可以用以下公式估算： 发热量的近似值＝ 变频器容量（KW）×55 [W]在这里, 如果变频器容量是以恒转矩负载为准的(过流能力150% * 60s) 如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器, 并且也在柜子里面, 这时发热量会更大一些。 电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。这时可以用估算: 变频器容量（KW）×60 [W]因为各变频器厂家的硬件都差不多, 所以上式可以针对各品牌的产品. 注意： 如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大， 因此最好安装位置最好和变频器隔离开， 如装在柜子上面或旁边等。那么, 怎样采能降低控制柜内的发热量呢? 当变频器安装在控制机柜中时，要考虑变频器发热值的问题。根据机柜内产生热量值的增加，要适当地增加机柜的尺寸。因此，要使控制机柜的尺寸尽量减小，就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。如果在变频器安装时，把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面，将会使变频器有70％的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。还可以用隔离板把本体和散热器隔开, 使散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果也很好。变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差的! 关于冷却风扇一般功率稍微大一点的变频器， 都带有冷却风扇。同时，也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。 注意控制柜和变频器上的风扇都是要的，不能谁替代谁。
　　另外，散热问题还要注意以下两个问题：
　　（1）在海拔高于1000m的地方，因为空气密度降低，因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果。理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大， 所以也要看具体应用。 比方说在1500m的地方，但是周期性负载，如电梯，就不必要降容。 
　　（2）开关频率：变频器的发热主要来自于IGBT，IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。 因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。有的厂家宣称降低开关频率可以扩容， 就是这个道理。
【变频器主要指标】
（1）变频增益

变频器中频输出电压振幅Vim与高频输入信号电压振幅Vsm之比，称之为变频电压增益或变频放大系数，表示如下：

变频电压增益 Avc=Vim/Vsm

另一种表示方法为：

变频功率增益 Apc=中频输出信号功率Pi/高频输入信号功率Ps
显然，变频增益对提高接收机的灵敏度有利。

（2）失真和干扰

失真有频率失真与非线性失真。由于非线性还会产生组合频率、交叉调制与互相调制、堵塞和倒易困频等干扰。这些是变频产生的特有干扰。

（3）选择性

接受有用信号（中频），排除干扰信号的能力决定于中频输出回路的选择性是否良好。

(4)噪声系数

变频器的噪声系数对接受设备的总噪声系数影响很大，应尽量降低。这就要求很好地选择所用器件和工作点电流。