附件1：文献综述
变频器控制技术
班级：电气116 姓名：金柯炜 学号：2011013791
摘要：本文首先介绍了变频器的发展过程，其次介绍了它的工作原理和应用实例，让大家对变频器有个基本的概念，再对变频器深入研究，详细讲诉了内部结构和一些相关电路的组成。
关键词：变频器
一、前言
随着科学的发展，变频器的使用也越来越广泛，不管是工业设备上还是家用电器上都会使用到变频器，可以说，只要有三相异步电动机的地方，就有变频器的存在，要熟练地使用变频器，变频器与三相异步电动机有着密切的联系。在工业自动化控制系统中，最为常见的是PLC和变频器的组合应用，并且产生了多种多样的PLC控制变频器的方法。
二、变频器在国内外的发展
2.1国内发展
国内变频器产品多为通用的电压等级为AC(Alternating Current) 380V的中小功率产品，而在变速恒频风力发电系统所需要的高压大功率双向变频器，成熟产品不多。国内对变速恒频风力发电有较深研究的大学有：清华大学、沈阳工业大学、浙江大学等。目前，哈尔滨九洲电气股份公司研制出兆瓦级变速恒频风力发电用的变频器样品。
2.2.国外发展
国外各大品牌的变频器生产商，起步较早，初步形成了系列化的产品，如ABB公司的
ACS-1000系列，Simense公司的SIMOVERT MV系列，AB公司的Power Flex 7000系列等，其控制系统也己实现全数字化。ABB公司的ACS-1000系列采用了IGCT（Intergrated Gate Commutated Thyristors）器件，功率范围为315KW-5000KW，输出电压范围为2.3 kV-4 kV，采用电压型三电平结构，并提供有源前端( AFE
，Active Front End)技术，可以实现能量双向流动。SIMENSE公司的SIMOVERT MV系列采用最新的HV-IGBT(High-Voltage Insulated Gate Bipolar Transistor)器件，输出电压范围为
2.3 kV-6 kV，电压源型三电平结构并提供有源前端( AFE，Active Front End)技术。AB公司的Power Flex 7000系列采用6.SKV 800A/1500A的SGCT (Symmetrical Gate Commutated Thyristors)器件，功率范围为150KW-6770KW，输出电压范围为2.3 kV-6 kV，无需熔断器，有脉冲整流和PWM整流两种整流方式，提供AFE有源前端技术，可以实现能量的双向流动。
三、变频器的工作原理和应用
为了产生可变的电压和频率，变频器是首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），再把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置。变频器同时改变输出频率与电压，也就是改变了电机运行曲线上的n0，使电机运行曲线平行下移，因此变频器可以使电机以较小的启动电流，获得较大的启动转矩，即变频器可以启动重载负荷。
变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，应用了现代的科学技术，价格昂贵但性能良好，内部结构复杂但使用简单，所以不只是用于启动电动机，而是广泛的应用到各个领域，各种各样的功率、各种各样的外形、各种各样的体积、各种各样的用途等都有。随着技术的发展，成本的降低，变频器还会得到更广泛的应用，如风机、泵类负载采用变频调速后，保瓦博士变频器隆重登场,节电率可达到20%--60%，这是因为风机、泵类负载的实际消耗功率基本与转速的3次方成比例。由于风机、泵类负裁在采用变频调速后可以节省大量的电能，所需的投资在较短的时间内就可以收回，因此在这一领域的应用最广泛。目前，应用较成功的有恒压供水、各类风机、中央空调和液压泵的变频调速。
四、变频器的硬件组成及其主要的内部电路
通常变频器由驱动电路、保护电路、开关电源电路、通信电路以及显示屏和按键组成。
4.1驱动电路
驱动电路是将主控电路中CPU产生的六个PWM信号，经光电隔离和放大后，作为逆变电路的换流器件（逆变模块）提供驱动信号。
驱动电路由隔离放大电路、驱动放大电路和驱动电路电源组成。下图所示的电路是绝大部分变频器的驱动电路。三个上桥臂驱动电路是三个独立驱动电源电路，三个下桥臂驱动电路是一个公共的驱动电源电路。
4.2保护电路
当变频器出现异常时，为了使变频器因异常造成的损失减少到最小，甚至减少到零。每个品牌的变频器都很重视保护功能，都设法增加保护功能，提高保护功能的有效性。
在变频器保护功能的领域，厂商可谓使尽解数，作好文章。这样，也就形成了变频器保护电路的多样性和复杂性。有常规的检测保护电路，软件综合保护功能。有些变频器的驱动电路模块、智能功率模块、整流逆变组合模块等，内部都具有保护功能。
下图所示的电路是较典型的过流检测保护电路。由电流取样、信号隔离放大、信号放大输出三部分组成。
4.3开关电源电路
开关电源电路向操驱动电路、保护电路、通信电路以及风机等电路提供低压电源。直流高压P端加到高频脉冲变压器初级端，开关调整管串接脉冲变压器另一个初级端后，再接到直流高压N端。开关管周期性地导通、截止，使初级直流电压换成矩形波。由脉冲变压器耦合到次级，再经整流滤波后，获得相应的直流输出电压。它又对输出电压取样比较，去控制脉冲调宽电路，以改变脉冲宽度的方式，使输出电压稳定。
下图为开关电源电路组成的结构图。
4.4主控板上通信电路
当变频器由可编程控制器（PLC）或上位计算机、人机界面等进行控制时，必须通过通信接口相互传递信号。频器通信时，通常采用两线制的RS485接口。西门子变频器也是一样。两线分别用于传递和接收信号。变频器在接收到信号后传递信号之前，这两种信号都经过缓冲器A1701、75176B等集成电路，以保证良好的通信效果。所以，变频器主控板上的通信接口电路主要是指这部分电路，还有信号的抗干扰电路。
下图是变频器的通讯接口电路。
五、总结
变频器是通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备，其操作简单，使用方便，能使电动机获得高性能，可以提高生产机械的控制精度、生产效率和产品质量，而且具有显著的节能效果。所以变频器是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术进步的一种主要智能化电气设备。
六、参考文献
1.《变频器原理及应用（第2版）》
主编：王延才 出版社：机械工业出版社 出版时间：2009年7月
2.《通用变频器及其应用》
主编：满永奎，韩安荣 出版社：机械工业出版社 出版时间：2012年1月1日
3.《变频器原理与维修》
主编：李方圆 出版社：机械工业出版社 出版时间：2010年5月1日
4.《开关电源原理与设计》
主编：沈显庆 出版社：东南大学出版社 出版时间：2012年12月1日
5.《变频器实用电路图集与原理图解》
主编：咸庆信 出版社：机械工业出版社 出版时间：2009年7月
附件1：文献综述
变频器控制技术
班级：电气116 姓名：金柯炜 学号：2011013791
摘要：本文首先介绍了变频器的发展过程，其次介绍了它的工作原理和应用实例，让大家对变频器有个基本的概念，再对变频器深入研究，详细讲诉了内部结构和一些相关电路的组成。
关键词：变频器
一、前言
随着科学的发展，变频器的使用也越来越广泛，不管是工业设备上还是家用电器上都会使用到变频器，可以说，只要有三相异步电动机的地方，就有变频器的存在，要熟练地使用变频器，变频器与三相异步电动机有着密切的联系。在工业自动化控制系统中，最为常见的是PLC和变频器的组合应用，并且产生了多种多样的PLC控制变频器的方法。
二、变频器在国内外的发展
2.1国内发展
国内变频器产品多为通用的电压等级为AC(Alternating Current) 380V的中小功率产品，而在变速恒频风力发电系统所需要的高压大功率双向变频器，成熟产品不多。国内对变速恒频风力发电有较深研究的大学有：清华大学、沈阳工业大学、浙江大学等。目前，哈尔滨九洲电气股份公司研制出兆瓦级变速恒频风力发电用的变频器样品。
2.2.国外发展
国外各大品牌的变频器生产商，起步较早，初步形成了系列化的产品，如ABB公司的
ACS-1000系列，Simense公司的SIMOVERT MV系列，AB公司的Power Flex 7000系列等，其控制系统也己实现全数字化。ABB公司的ACS-1000系列采用了IGCT（Intergrated Gate Commutated Thyristors）器件，功率范围为315KW-5000KW，输出电压范围为2.3 kV-4 kV，采用电压型三电平结构，并提供有源前端( AFE
，Active Front End)技术，可以实现能量双向流动。SIMENSE公司的SIMOVERT MV系列采用最新的HV-IGBT(High-Voltage Insulated Gate Bipolar Transistor)器件，输出电压范围为
2.3 kV-6 kV，电压源型三电平结构并提供有源前端( AFE，Active Front End)技术。AB公司的Power Flex 7000系列采用6.SKV 800A/1500A的SGCT (Symmetrical Gate Commutated Thyristors)器件，功率范围为150KW-6770KW，输出电压范围为2.3 kV-6 kV，无需熔断器，有脉冲整流和PWM整流两种整流方式，提供AFE有源前端技术，可以实现能量的双向流动。
三、变频器的工作原理和应用
为了产生可变的电压和频率，变频器是首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），再把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置。变频器同时改变输出频率与电压，也就是改变了电机运行曲线上的n0，使电机运行曲线平行下移，因此变频器可以使电机以较小的启动电流，获得较大的启动转矩，即变频器可以启动重载负荷。
变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，应用了现代的科学技术，价格昂贵但性能良好，内部结构复杂但使用简单，所以不只是用于启动电动机，而是广泛的应用到各个领域，各种各样的功率、各种各样的外形、各种各样的体积、各种各样的用途等都有。随着技术的发展，成本的降低，变频器还会得到更广泛的应用，如风机、泵类负载采用变频调速后，保瓦博士变频器隆重登场,节电率可达到20%--60%，这是因为风机、泵类负载的实际消耗功率基本与转速的3次方成比例。由于风机、泵类负裁在采用变频调速后可以节省大量的电能，所需的投资在较短的时间内就可以收回，因此在这一领域的应用最广泛。目前，应用较成功的有恒压供水、各类风机、中央空调和液压泵的变频调速。
四、变频器的硬件组成及其主要的内部电路
通常变频器由驱动电路、保护电路、开关电源电路、通信电路以及显示屏和按键组成。
4.1驱动电路
驱动电路是将主控电路中CPU产生的六个PWM信号，经光电隔离和放大后，作为逆变电路的换流器件（逆变模块）提供驱动信号。
驱动电路由隔离放大电路、驱动放大电路和驱动电路电源组成。下图所示的电路是绝大部分变频器的驱动电路。三个上桥臂驱动电路是三个独立驱动电源电路，三个下桥臂驱动电路是一个公共的驱动电源电路。
4.2保护电路
当变频器出现异常时，为了使变频器因异常造成的损失减少到最小，甚至减少到零。每个品牌的变频器都很重视保护功能，都设法增加保护功能，提高保护功能的有效性。
在变频器保护功能的领域，厂商可谓使尽解数，作好文章。这样，也就形成了变频器保护电路的多样性和复杂性。有常规的检测保护电路，软件综合保护功能。有些变频器的驱动电路模块、智能功率模块、整流逆变组合模块等，内部都具有保护功能。
下图所示的电路是较典型的过流检测保护电路。由电流取样、信号隔离放大、信号放大输出三部分组成。
4.3开关电源电路
开关电源电路向操驱动电路、保护电路、通信电路以及风机等电路提供低压电源。直流高压P端加到高频脉冲变压器初级端，开关调整管串接脉冲变压器另一个初级端后，再接到直流高压N端。开关管周期性地导通、截止，使初级直流电压换成矩形波。由脉冲变压器耦合到次级，再经整流滤波后，获得相应的直流输出电压。它又对输出电压取样比较，去控制脉冲调宽电路，以改变脉冲宽度的方式，使输出电压稳定。
下图为开关电源电路组成的结构图。
4.4主控板上通信电路
当变频器由可编程控制器（PLC）或上位计算机、人机界面等进行控制时，必须通过通信接口相互传递信号。频器通信时，通常采用两线制的RS485接口。西门子变频器也是一样。两线分别用于传递和接收信号。变频器在接收到信号后传递信号之前，这两种信号都经过缓冲器A1701、75176B等集成电路，以保证良好的通信效果。所以，变频器主控板上的通信接口电路主要是指这部分电路，还有信号的抗干扰电路。
下图是变频器的通讯接口电路。
五、总结
变频器是通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备，其操作简单，使用方便，能使电动机获得高性能，可以提高生产机械的控制精度、生产效率和产品质量，而且具有显著的节能效果。所以变频器是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术进步的一种主要智能化电气设备。
六、参考文献
1.《变频器原理及应用（第2版）》
主编：王延才 出版社：机械工业出版社 出版时间：2009年7月
2.《通用变频器及其应用》
主编：满永奎，韩安荣 出版社：机械工业出版社 出版时间：2012年1月1日
3.《变频器原理与维修》
主编：李方圆 出版社：机械工业出版社 出版时间：2010年5月1日
4.《开关电源原理与设计》
主编：沈显庆 出版社：东南大学出版社 出版时间：2012年12月1日
5.《变频器实用电路图集与原理图解》
主编：咸庆信 出版社：机械工业出版社 出版时间：2009年7月