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1、变频器应用技术变频器应用技术 AC Inverter Application Technology李方园2008年4月18日培训课程培训课程1入门篇（第一部分）:变频器基础知识 l 交流电机的调速方式交流电机的调速方式 l 变频器的电路结构变频器的电路结构 l 交流异步电机的调速原交流异步电机的调速原理理 l 变频器的分类与特点变频器的分类与特点 2入门篇（第一部分）:变频器基础知识 l 交流电机的调速方式交流电机的调速方式 l 变频器的电路结构变频器的电路结构 l 交流异步电机的调速原交流异步电机的调速原理理 l 变频器的分类与特点变频器的分类与特点 3异步电机和同步电机的概念异步电机和同步
2、电机的概念 1.1.异步电机异步电机 三相异步电机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。三相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，其产生的过程如图所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/P4异步电机和同步电机的概念异步电机和同步电机的概念 1.1.异步电机异步电机5异步电机和同步电机的概念异步电机和
3、同步电机的概念 2.2.同步电机同步电机6交流电机的调速交流电机的调速 1.1.交流电机的调速交流电机的调速 基于节能角度，通常把交流调速分为高效调速和低效调速。高效调速指基本上不增加转差损耗的调速方式，在调节电机转速时转差率基本不变，不增加转差损失，或将转差功率以电能形式回馈电网或以机械能形式回馈机轴；低效调速则存在附加转差损失，在相同调速工况下其节能效果低于不存在转差损耗的调速方式。7交流电机的调速交流电机的调速分类情况 8交流电机的调速交流电机的调速异步电机的变极调速异步电机的变极调速 9交流电机的调速交流电机的调速电磁调速电磁调速 电电磁磁调调速速技技术术是是通通过过电电磁磁调调速速电
4、电机机实实现现调调速速的的技技术术。电电磁磁调调速速电电机机(又又称称滑滑差差电电机机)由由三三相相异异步步电电机机、电电磁磁转转差差离离合合器器和和测测速速发发电电机机组组成成，三三相相异异步步电电机机作作为为原原动动机机工工作作。该该技技术术是是传传统统的的交交流流调调速速技技术术之之一一，适适用用于于容容量量在在0.55630kW范围内的风机、水泵或压缩机。范围内的风机、水泵或压缩机。10交流电机的调速交流电机的调速电磁调速电磁调速 11交流电机的调速交流电机的调速串级调速串级调速串串级级调调速速的的典典型型调调速速系系统统有有两两种种：一一种种是是电电气气串串级级调调速速系系统统，另另
5、一一种种是是电电机机串串级级调调速速系系统统。电电气气串串级级调调速速电电路路是是由由异异步步机机转转子子一一侧侧的的整整流流器器和和电电网网一一侧侧的的晶晶闸闸管管逆逆变变器器组组成成。用用改改变变逆逆变变器器的的逆逆变变角角来来调调节节异异步步机机转转速速，将将整整流流后后的的直直流流通通过过逆逆变变器器变变换换成成具具有有电电网网频频率率的的交交流流，将将转转差差功功率率回回馈馈电电网网。电电机机串串级级调调速速电电路路是是把把转转子子整整流流后后的的直直流流作作为为电电源源接接到到一一台台直直流流电电机机的的电电枢枢两两端端，用用调调节节励励磁磁电电流流来来调调节节异异步步机机转转速速
6、，直直流流机机与与异异步步机机同同轴轴相相接接，将将转转差差功功率率变变为为直直流流器器的的输输入入功功率率与与异异步步机机一一起起拖拖动动负负载载，使使转转差差功功率率回回馈馈机机轴轴。电电机机串串级级调调速速的的调调速速范范围围不不大大，又又增增加加了了一一台台直直流流电电机机，使使系系统统复复杂杂化化，应应用用不不多多。电电气气串串级级调调速速系系统统比比较较简简单单，控制方便，应用比较广泛。控制方便，应用比较广泛。12交流电机的调速交流电机的调速定子调压调速定子调压调速定定子子调调压压调调速速是是用用改改变变定定子子电电压压实实现现调调速速的的方方法法来来改改变变电电机机的的转转速速，
7、调调度度过过程程中中它它的的转转差差功功率率以以发发热热形形式式损损耗耗在在转转子子绕绕组组中中，属属于于低低效效调调速速方方式式。由由于于电电磁磁转转矩矩与与定定子子电电压压的的平平方方成成正正比比，改改变变定定子子电电压压就就可可以以改改变变电电机机的的机机械械特特性性，与与某某一一负负载载特特性性相相匹匹配配就就可可以以稳稳定定在在不不同同的的转速上，从而实现调速功能。转速上，从而实现调速功能。13交流电机的调速交流电机的调速转子串电阻调速转子串电阻调速14交流电机的调速交流电机的调速 变频调速变频调速 15交流电机的调速交流电机的调速调速方式汇总调速方式汇总 16入门篇（第一部分）:变
8、频器基础知识 l 交流电机的调速方式交流电机的调速方式 l 变频器的电路结构变频器的电路结构 l 交流异步电机的调速原交流异步电机的调速原理理 l 变频器的分类与特点变频器的分类与特点 17交流电机的调速交流电机的调速 N0=60f/pN0=60f/p（同步电机）（同步电机）N=N0(1-s)=60f/P(1-s)N=N0(1-s)=60f/P(1-s)（异步（异步电机）电机）式中：式中：f-f-频率；频率；p-p-极对数；极对数；s-s-转差率（转差率（0 03%3%或或0 06%6%）。）。由由转转速速公公式式可可见见，只只要要设设法法改改变变三三相相交交流流电电机机的的供供电电率率f f
9、，就就十十分分方方便便地地改改变变了了电电机机的的转转速速N N。实实际际上上仅仅仅仅改改变变电机的频率并不能获得良好的变频特性。电机的频率并不能获得良好的变频特性。18交流电机的调速交流电机的调速感应电机稳态模型感应电机稳态模型:T:T型等效电路型等效电路 19交流电机的调速交流电机的调速感应电机稳态模型感应电机稳态模型:简化等效电路简化等效电路 20交流电机的调速交流电机的调速感应电机稳态模型感应电机稳态模型:简化等效电路简化等效电路 21交流电机的调速交流电机的调速基频以下调速基频以下调速 基频以上调速基频以上调速 22交流电机的调速交流电机的调速矢量控制与矢量控制与DTCDTC控制控制
10、 23入门篇（第一部分）:变频器基础知识 l 交流电机的调速方式交流电机的调速方式 l 变频器的电路结构变频器的电路结构 l 交流异步电机的调速原交流异步电机的调速原理理 l 变频器的分类与特点变频器的分类与特点 24变频器的电路结构变频器的电路结构 交交流流变变频频调调速速技技术术是是强强弱弱电电混混合合、机机电电一一体体的的综综合合性性技技术术，既既要要处处理理巨巨大大电电能能的的转转换换（整整流流、逆逆变变），又又要要处处理理信信息息的的收收集集、变变换换和和传传输输，因因此此它它的的共共性性技技术术必必定定分分成成功功率率转转换换和和弱弱电电控控制制两两大大部部分分。前前者者要要解解决
11、决与与高高压压大大电电流流有有关关的的技技术术问问题题和和新新型型电电力力电电子子器器件件的的应应用用技技术术问问题题，后后者者要要解解决决基基于于现现代代控控制制理理论论的的控控制制策策略略和和智智能能控控制制策策略略的的硬硬、软软件件开开发发问问题题，在在目目前前状状况况下下主主要要全全数数字字控制技术。控制技术。25变频器的电路结构变频器的电路结构通用变频器的构造通用变频器的构造 1.1.主回路主回路 包包括括整整流流部部分分、直直流流环环节节、逆逆变变部部分分、制制动动或或回回馈馈环环节等部分。节等部分。26变频器的电路结构变频器的电路结构通用变频器的构造通用变频器的构造 2.2.控制
12、回路控制回路控控制制回回路路包包括括变变频频器器的的核核心心软软件件算算法法电电路路、检检测测传传感感电电路路、控控制制信信号号的的输输入入输输出出电电路路、驱驱动动电电路路和和保保护护电电路路组组成。成。27变频器的电路结构变频器的电路结构通用变频器的构造通用变频器的构造 2.2.控制回路控制回路控控制制回回路路包包括括变变频频器器的的核核心心软软件件算算法法电电路路、检检测测传传感感电电路路、控控制制信信号号的的输输入入输输出出电电路路、驱驱动动电电路路和和保保护护电电路路组组成。成。28入门篇（第一部分）:变频器基础知识 l 交流电机的调速方式交流电机的调速方式 l 变频器的电路结构变频
13、器的电路结构 l 交流异步电机的调速原交流异步电机的调速原理理 l 变频器的分类与特点变频器的分类与特点 29变频器的分类与特点变频器的分类与特点根据变频器的变流环节的不同进行分类根据变频器的变流环节的不同进行分类 ：（1 1）交直交变频器）交直交变频器交交直直交交变变频频器器是是先先将将频频率率固固定定的的交交流流电电 整整流流 成成直直流流电电，再再把把直直流流电电 逆逆变变 成成频频率率任任意意可可调调的的三三相相交交流流电电，又又称称间间接接式式变变频频器器。目目前前应应用用广广泛泛的的通通用用型型变变频频器器都都是是交交直直交变频器。交变频器。（2 2）交交变频器）交交变频器交交交交
14、变变频频器器就就是是把把频频率率固固定定的的交交流流电电直直接接转转换换成成频频率率任任意意可可调调的的交交流流电电，而而且且转转换换前前后后的的相相数数相相同同，又又称称直直接接式变频器。式变频器。30变频器的分类与特点变频器的分类与特点根根据据直直流流电电路路的的储储能能环环节节（或或滤滤波波方方式式）分分类类频频器器的的变变流环节的不同进行分类流环节的不同进行分类 ：（1 1）电压型变频器）电压型变频器电电压压型型变变频频器器的的储储能能元元件件为为电电容容器器，其其特特点点是是中中间间直直流流环环节节的的储储能能元元件件采采用用大大电电容容，负负载载的的无无功功功功率率将将由由它它来来
15、缓缓冲冲，直直流流电电压压比比较较平平稳稳，直直流流电电源源内内阻阻较较小小，相相当当于于电电压压源源，故故称称电电压压型型变变频频器器，常选用于负载电压变化较大的场合。常选用于负载电压变化较大的场合。（2 2）电电流流型型变变频频器器电电流流型型变变频频器器的的储储能能元元件件为为电电感感线线圈圈，因因此此其其特特点点是是中中间间直直流流环环节节采采用用大大电电感感作作为为储储能能环环节节，缓缓冲冲无无功功功功率率，即即扼扼制制电电流流的的变变化化，使使电电压压接接近近正正弦弦波波，由由于于该该直直流流内内阻阻较较大大，故称电流型变频器。故称电流型变频器。31变频器的分类与特点变频器的分类与
16、特点 根据电压的调制方式分类根据电压的调制方式分类 （1 1）正弦波脉宽调制（）正弦波脉宽调制（SPWMSPWM）变频器）变频器正正弦弦波波脉脉宽宽调调制制变变频频器器是是指指输输出出电电压压的的大大小小是是通通过过调调节节脉脉冲冲占占空空比比来来实实现现的的，且且载载频频信信号号用用等等腰腰三三角角波波，而而基基准准信信号号采采用用正正弦弦波波。中、小容量的通用变频器几乎全都采用此类变频器。中、小容量的通用变频器几乎全都采用此类变频器。（2 2）脉幅调制（）脉幅调制（PAMPAM）变频器）变频器脉脉幅幅调调制制变变频频器器是是指指将将变变压压与与变变频频分分开开完完成成，即即在在把把交交流流
17、电电整整流流为为直直流流电电的的同同时时改改变变直直流流电电压压的的幅幅值值，而而后后将将直直流流电电压压逆逆变变为为交交流电时改变交流电频率的变压变频控制方式。流电时改变交流电频率的变压变频控制方式。32变频器的分类与特点变频器的分类与特点根据输入电源的相数分类根据输入电源的相数分类 （1 1）三进三出变频器）三进三出变频器变变频频器器的的输输入入侧侧和和输输出出侧侧都都是是三三相相交交流流电电。绝绝大大多多数数变变频频器器都都属属此类。此类。（2 2）单进三出变频器）单进三出变频器变变频频器器的的输输入入侧侧为为单单相相交交流流电电，输输出出侧侧是是三三相相交交流流电电，俗俗称称“单单相相
18、变变频频器器”。该该类类变变频频器器通通常常容容量量较较小小，且且适适合合在在单单相相电电源源情情况况下使用，如家用电器里的变频器均属此类。下使用，如家用电器里的变频器均属此类。33变频器的分类与特点变频器的分类与特点根据负载转矩特性分类根据负载转矩特性分类 （1 1）P P型机变频器型机变频器适用于变转矩负载的变频器。适用于变转矩负载的变频器。（2 2）G G型机变频器型机变频器适用于恒转矩负载的变频器。适用于恒转矩负载的变频器。（3 3）P/GP/G合一型变频器合一型变频器同同一一种种机机型型既既可可以以使使用用变变转转矩矩负负载载，又又可可以以适适用用于于恒恒转转矩矩负负载载；同时在变转
19、矩方式下，其标称功率大一档。同时在变转矩方式下，其标称功率大一档。34变频器的分类与特点变频器的分类与特点根据应用场合分类根据应用场合分类 （1 1）通用变频器）通用变频器通通用用变变频频器器的的特特点点是是其其通通用用性性，可可应应用用在在标标准准异异步步电电机机传传动动、工工业业生生产产及及民民用用、建建筑筑等等各各个个领领域域。通通用用变变频频器器的的控控制制方方式式，已已经经从从最最简简单单的的恒恒压压频频比比控控制制方方式式向向高高性性能能的的矢矢量量控控制制、直直接接转转矩矩控控制等发展。制等发展。（2 2）专用变频器）专用变频器专专用用变变频频器器的的特特点点是是其其行行业业专专
20、用用性性，它它针针对对不不同同的的行行业业特特点点集集成成了了可可编编程程控控制制器器以以及及很很多多硬硬件件外外设设，可可以以在在不不增增加加外外部部板板件件的的基基础础上上直直接接应应用用于于行行业业中中。比比如如，恒恒压压供供水水专专用用变变频频器器就就能能处处理理供供水中变频与工频切换、一拖多控制等。水中变频与工频切换、一拖多控制等。35变频器的分类与特点变频器的分类与特点根据系统应用分类根据系统应用分类 （1 1）部件级变频器）部件级变频器又又称称元元器器件件级级变变频频器器。如如ABBABB的的ACS400ACS400系系列列变变频频器器，能能够够非非常常方方便地当作电气元器件来实
21、现其调速功能。便地当作电气元器件来实现其调速功能。（2 2）工程型变频器）工程型变频器又又称称自自动动化化级级变变频频器器。如如西西门门子子的的6SE706SE70系系列列、ABBABB的的ACS800ACS800系系列列、ABAB的的powerflex7powerflex7系列。系列。36变频器的技术规范变频器的技术规范根据系统应用分类根据系统应用分类 1.1.输入侧的额定数据输入侧的额定数据变频器输入侧的额定数据包括以下内容：变频器输入侧的额定数据包括以下内容：（1 1）输输入入电电压压U(IN)U(IN)即即电电源源侧侧的的电电压压。在在我我国国，低低压压变变频频器器的的输输入入电电压压
22、通通常常为为380V380V（三三相相）和和220V220V（单单相相）。此此外外，变变频频器器还还对对输入电压的允许波动范围作出规定，如输入电压的允许波动范围作出规定，如10%10%、-15%+10%-15%+10%等。等。（2 2）相数如单相、三相。）相数如单相、三相。（3 3）频频率率f(IN)f(IN)即即电电源源频频率率（常常称称工工频频），我我国国为为50Hz50Hz。频频率率的的允许波动范围通常规定允许波动范围通常规定5%5%。37变频器的技术规范变频器的技术规范根据系统应用分类根据系统应用分类 2.2.输出侧的额定数据输出侧的额定数据变频器输出侧的额定数据包括以下内容：变频器输
23、出侧的额定数据包括以下内容：（1 1）额额定定电电压压U(N)U(N)因因为为变变频频器器的的输输出出电电压压要要随随频频率率而而变变，所所以以，U(N)U(N)定定义义为为输输出出的的最最大电压。通常它总是和输入电压大电压。通常它总是和输入电压U(IN)U(IN)相等的。相等的。（2 2）额定电流）额定电流I(N)I(N)变频器允许长时间输出的最大电流。变频器允许长时间输出的最大电流。（3 3）额额 定定 容容 量量 S(N)S(N)由由 额额 定定 线线 电电 压压 U(N)U(N)和和 额额 定定 线线 电电 流流 I(N)I(N)的的 乘乘 积积 决决 定定：S(N)=1.732U(N
24、)I(N)S(N)=1.732U(N)I(N)（4 4）容容量量P(N)P(N)在在连连续续不不变变负负载载中中，允允许许配配用用的的最最大大电电机机容容量量。必必须须注注意意：在在生生产产机机械械中中，电电机机的的容容量量主主要要是是根根据据发发热热状状况况来来定定的的。在在变变动动负负载载、断断续续负负载载及及短短时时负负载载中中，只只要要温温升升不不超超过过允允许许值值，电电机机是是允允许许短短时时间间（几几分分钟钟或或几几十十分分钟钟）过过载载的的，而而变变频频器器则不允许。所以，在选用变频器时，应充分考虑负载的工况。则不允许。所以，在选用变频器时，应充分考虑负载的工况。（5 5）过过
25、载载能能力力指指变变频频器器的的输输出出电电流流允允许许超超过过额额定定值值的的倍倍数数和和时时间间。大大多多数数变变频频器器的的过过载载能能力力规规定定为为：150%150%，1min1min。可可见见，变变频频器器的的允允许许过过载载时时间间与与电电机机的的允允许许过过载载时时间间相相比，是微不足道的。比，是微不足道的。38变频器的个性化特点变频器的个性化特点 发展：发展：交交流流变变频频器器自自2020世世纪纪6060年年代代左左右右在在西西方方工工业业化化国国家家问问世世以以来来，到到现现在在已已经经在在中中国国得得到到了了大大面面积积的的普普及及，并并业业已已形形成成6060亿亿元元
26、以以上上的的年年销销售售规规模模。根根据据变变频频器器在在不不同同行行业业的的应应用用特特点点，很很多多厂厂家家都都推推出出非非常常新新颖颖的的变变频频器器，并并将将个个性性化化发发挥挥得得淋淋漓漓尽尽致致。所所谓谓变变频频器器个个性性化化，就就是是指指变变频频器器本本体体按按照照各各自自特特定定的的方方式式发发展展自自己己的的风风格格，并完善变频器本体，从而形成相对稳定而独特的变频器特性。并完善变频器本体，从而形成相对稳定而独特的变频器特性。39变频器的个性化特点变频器的个性化特点 最新特点：最新特点：1.1.智能智能ICIC卡参数存取方式。卡参数存取方式。40变频器的个性化特点变频器的个性化特点 最新特点：最新特点：2.2.变频器的变频器的PDAPDA界面界面41变频器的个性化特点变频器的个性化特点 最新特点：最新特点：3.3.高功率变频器模块的立体封装形式高功率变频器模块的立体封装形式 42完Thank you for listening43谢 谢！44