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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：变频器应用研究
学习中心：
层 次： 专科起点本科
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2021 年02月22日
内容摘要
随着科学技术的发展，电力电子技术的发展速度也快速提高。目前，工农业生产中，变频器的应用更广泛。因为变频器在交流拖动系统应用中呈现优良的控制性，可以实现软起动和无级调速，进行加减速控制，使电动机获得高性能，而且具有显著的节能效果。所以应用变频调速可以提高生产机械的控制精度、生产效率和产品质量，从而利于实现生产过程的自动化。但变频器在实际应用也暴露出一些问题需要引起重视。本文就以此为研究目标进行深入的分析和探讨，希望能够给变频器的研究领域带来有价值的参考和帮助。
关键词：变频器；发展现状；未来发展前景；存在问题；解决对策
目 录
1.1 国外变频器发展现状..................................................................................... 2
1.2 我国变频器发展现状..................................................................................... 2
2.4.1 U/f=C的正弦脉宽调制控制方式...................................................... 6
2.4.2 电压空间矢量控制方式..................................................................... 6
2.4.3 矢量控制方式..................................................................................... 6
2.4.4 直接转矩控制方式............................................................................. 7
2.4.5 矩阵式交交控制方式......................................................................... 7
4 变频器技术存在的问题和发展趋势....................................................................... 10
引 言
自80年代通用变频器进入中国市场以来，在短短的十几年时间里得到了非常广泛的应用。目前，通用变频器以其智能化、数字化、网络化等优点越来越受到人们的青睐。
随着新型电力电子器件的不断涌现和计算机技术的飞速发展，高性能的交流电动机变频调速系统得到了广泛的应用，其显著的节能效果和灵活的运行方式，给人们留下了深刻的印象。目前交流异步电动机的调速系统已经广泛应用于数控机床、风机、泵类、传送带、给料系统、空调器等设备的电力源和动力源，并起到了节省电能、提高设备自动化、提高产品质量的良好效果。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源（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。
随着通用变频器应用范围的扩大，暴露出来的问题也越来越多，主要有以下几方面:
1. 谐波问题
2. 变频器负载匹配问题
3. 发热问题
本文将对以上问题的解决方法进行讨论
1.1 国外变频器发展现状
变频器作为电力电子技术和交流传动的重要组成部分，由于具有高效、节能和智能自动化的特点而得以飞速发展，并广泛应用于各行各业。目前在美、英、日、德一些发达国家，已形成较完整的变频调速产业体系，并有下列动向:(a)出现以SCR、GTO为功率逆变器件的装置或系统，其输入电源电压为2000~8000V，功率400~20o00kw；甚至出现电压和功率更高的大功率变频调速装置或系统。(b)出现以GTR模块为功率逆变器件、输入电源电压为110~46oV、功率为0.4~400kw的中小功率变频器，这是近年来中小功率变频器的主体。出现以IGBT、IPM等新器件为基础的新一代高载波、低噪声变频器，其输入电压一般为110-120V，但目前功率等级已可达1200kW甚至更高[1]。这是近年变频器的发展方向。
1.2 我国变频器发展现状
我国50%～60%的发电量用于交流电动机，而容量在3kw以上，额定电压一般为3～10kV的电动机占电动机总装机容量的40%～50%。由于我国中压变频技术仍没有形成产业化，落后于国外发达国家，因此这部分电动机在负载工况变化时，缺少经济可靠的调速手段，天天都在浪费着大量的电能，因此国内潜伏着巨大的中压大功率变频器市场。国家计委预计在今后十五年内，使我国变频器总需求的投资额在500亿元以上，而其中60%～70%是中压大功率变频器。我国的高压变频器市场具有其特殊性，包括：（1）行业性很强，主要集中在冶金、电力、供水、石油、化工、煤炭等行业。在产业用电中石油、煤炭等能源行业耗电占22.34%；化工占14.73%；冶金占14.18%；机械建材占10.96%；供水占10.53%。（2）目前全国各行业中，只有少数企业的高压电机使用了调速方式，市场空缺点多。（3）高压变频器属投资类设备，主要用于节能和改善生产工艺。用户是否购买此类设备与政府的政策导向关系很大。如政府推广力度较大，市场启动会快一些，反之则慢。另一方面市场还受国际、国内经济大环境的影响以及国内某些行业的整体经济效益好坏的影响。因此在未来市场发展过程中仍存在着一些不确定的因素。（4）海外公司的着名品牌产品大举进进我国市场的可能性较大，各方应有所预备。
2.1 变频器的基本结构
通用变频器主要包括三个部分：一是主电路接线端，包括接工频电网的输入端（R、S、T），接电动机的频率、电压连续可调的输出端（U、V、W）；二是控制端子，包括外部信号控制端子、变频器工作状态指示端子、变频器与微机或其他变频器的通信接口；三是操作面板，包括液晶显示屏和键盘。
图2.1 通用变频器结构原理示意图
通用变频器由主电路和控制电路组成，其基本构成如图2.2所示。其中，给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分称为主电路，主电路包括整流器、中间直流环节（又称平波回路）和逆变器等。
图2.2 通用变频器的基本构成
1）整流器。电网侧的变流器为整流器，它的作用是把工频电源变换成直流电源。三相交流电源一般需经过压敏电阻网络引入到整流桥的输入端。压敏电阻网络的作用是吸收交流电网浪涌过电压，从而避免浪涌侵入，导致过电压而损坏变频器。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。电压型变频器的整流电路属于不可控整流桥直流电压源，当电源线电压为380V时，整流器件的最大反向电压一般为1000V，最大整流电流为通用变频器额定电流的2倍。
2）逆变器。负载侧的变流器为逆变器。与整流器的作用相反，逆变器是将直流功率变换为所需求频率的交流功率。逆变器最常见的结构形式是利用6个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。通过有规律地控制逆变器中主开关的导通和关断，可以得到任意频率的三相交流输出波形。
中间直流环节实际上是中间直流储能环节，另一个作用是承担对整流电路输出进行滤波，以减少电压或电流的波动。此外，由于异步电动机制动的需要，在直流中间电路中还设有制动电阻及其他辅助电路，这就是直流中间电路的作用。电压型变频器的直流中间电路的主要元器件是大容量电解电容，而电流型变频器则主要由大容量电感器组成。
控制电路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制，以及完成各种保护功能等。
通用变频器中的制动电路是为了满足异步电动机制动的需要而设置的 ，对于大、中容量的通用变频器来说，为了节约能源，一般采用电源再生单元将上述能
