项目5：探秘变频器

任务5.1认识变频器【知识目标】1.了解变频器产生、定义与分类；2.了解变频器基本结构与控制原理；3.了解变频器典型应用与发展前景。【能力目标】1.能够利用互联网查找变频器相关资料；2.能够撰写变频器应用调研报告.

任务描述通过互联网查找、收集变频器应用工程案例以及应用场景，了解变频器的起源、发展、特点、基本应用，列举市场上的变频器品牌和主流型号，完成变频器应用调研报告。【任务要求】1.通过互联网了解变频器的起源、发展以及变频器常用品牌与主流型号。2.在互联网上收集变频器应用工程案例。3.讨论变频器的特点、典型应用领域。4.完成变频器应用调研报告。【任务环境】1.具备网络功能的变频器实训室。2.变频器应用技术课程网站。

1.变频器的产生直流电动机拖动系统和交流电动机拖动系统先后诞生于19世纪，距今已有100多年的历史，并已成为动力机械的主要驱动装置。由于技术上的原因，在很长一段时期内，占整个电力拖动系统80%左右的不变速拖动系统中采用的是交流电动机，而在需要进行调速控制的拖动系统中则基本上采用直流电动机。但由于结构上的原因，直流电动机存在以下显著缺点：（1）需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命较短。（2）由于直流电动机存在换向火花，难以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境。（3）结构复杂，难以制造大容量、高转速和高电压的直流电动机。上述存在问题解决途径之一是利用可调速交流电动机代替直流电动机。因此，很久以来，交流调速系统成为电动机领域主要研究方向之一。但直至20世纪70年代，交流调速系统的研究开发一直未能得到真正能够令人满意的成果，也因此限制了交流调速系统的推广应用。也正是因为这个原因，在工业生产中大量使用的诸如风机、水泵等需要进行调速控制的电力拖动系统中不得不采用挡板和阀门来调节风速和流量。这种做法不但增加了系统的复杂性，也造成了能源的浪费，。经历了20世纪70年代中期的第二次石油危机之后，人们充分认识到了节能工作的重要性，并进一步重视和加强了对交流调速系统的研究开发工作，随着同时期内电力电子技术的发展，作为交流调速系统核心的变频技术也得到了显著的发展，并逐渐进入了实用阶段。关联知识☆5.1.1变频器的产生与定义

第一代电力半导体器件是以1956年出现的晶闸管为代表。晶闸管是电流控制型开关器件，只能通过门极控制其导通而不能控制其关断，因此也称为半控器件。由晶闸管组成的变频器工作频率较低，应用范围很窄。第二代电力半导体器件以门极可关断晶闸管（GTO）和电力晶体管（GTR）为代表。这两种电力半导体器件是电流控制型自关断开关器件，可以方便地实现逆变和斩波，但其工作频率仍然不高，一般在5kHz以下。尽管该阶段已经出现了脉宽调制（PWM）技术，但因斩波频率和最小脉宽都受到限制，难以获得较为理想的正弦脉宽调制波形，会使异步电动机在变频调速时产生刺耳的噪声，因而限制了变频器的推广和应用。第三代电力半导体器件是以电力MOS场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极性晶体管（IGBT）为代表，在20世纪70年代开始应用。这两种电力半导体器件是电压型自关断器件，其开关频率可达到20kHz以上，由于采用脉宽调制（PWM）技术，由MOSFET或IGBT构成的变频器应用于异步电动机变频调速时，噪声可大大降低。目前，由MOSFET或IGBT构成的变频器已在工业控制等领域得到了广泛应用。第四代电力半导体器件是以智能化功率集成电路（PIC）和智能功率模块（IPM）为代表。它们实现了开关频率的高速化、低导通电压的高效化和功率器件的集成化，另外还可集成逻辑控制、保护、传感及测量等变频器辅助功能。目前，由PIC或IPM构成的变频器是众多变频器生产厂家的主要研究、生产方向。

2.变频器的定义变频器的发展初期，不同的开发制造商对变频器有不同的定义。为使这一新型的工业控制装置的生产和发展规范化，工控行业对变频器作了如下精确定义：“利用电力半导体器件的通断作用将电压和频率固定不变的工频交流电源变换成电压和频率可变的交流电源，供给交流电动机实现软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能的电能变换控制装置称为变频器（VariableVoltageVariableFrequency，简称VVVF）。

3.变频器的分类变频器可按照用途、控制方式、主电路结构、变频电源性质、调压方式等方法进行分类，见表5-1。

1.变频器基本结构目前，变频器的变换环节大多采用交—直—交变频变压方式。该方式是先把工频交流电通过整流器变换成直流电，然后再把直流电逆变成频率、电压连续可调的交流电。变频器主要由主电路和控制电路组成，其中主电路包括整流电