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1、变频器的基础知识 第1页，共23页，编辑于2022年，星期六变频器的基础知识变频器的基础知识第2页，共23页，编辑于2022年，星期六 目目 标标知识目标：知识目标：能力目标：能力目标：1变频器的引入。变频器的引入。2 了解变频器的发展史。了解变频器的发展史。3掌握通用变频器的基本组成结构、原理。掌握通用变频器的基本组成结构、原理。（重点）（重点）4熟悉变频器的分类熟悉变频器的分类。1熟悉变频器的发展和分类；熟悉变频器的发展和分类；2.掌握变频器的组成、原理。掌握变频器的组成、原理。3熟悉变频器的熟悉变频器的U/F控制方法。控制方法。第3页，共23页，编辑于2022年，星期六 教教 学学 内内
2、 容容电机调速电机调速1.1 变频器的引入变频器的引入 水泵调速水泵调速空压机空压机电梯、起重机、行车、机器人电梯、起重机、行车、机器人第4页，共23页，编辑于2022年，星期六提高生产率提高生产率 提高生产率是变频器传动的另一个重要目的。提高生产率的措施有提高生产率是变频器传动的另一个重要目的。提高生产率的措施有很多种，利用通用变频器可以实现这些措施。很多种，利用通用变频器可以实现这些措施。1）保证加工工艺中的最佳转速；）保证加工工艺中的最佳转速；2）适应负载不同工况的最佳转速；）适应负载不同工况的最佳转速；3）原有设备的增速运转；）原有设备的增速运转；4）高精度准确停车生产机械的轻载运行。
3、）高精度准确停车生产机械的轻载运行。第5页，共23页，编辑于2022年，星期六设备的合理化设备的合理化 高性能的调速系统实现交流化，逐步取代直流电动机，以克服直流电动机电高性能的调速系统实现交流化，逐步取代直流电动机，以克服直流电动机电刷、换向器难于维护的困难，这是设备合理化的一个侧面。另一个侧面，则是充刷、换向器难于维护的困难，这是设备合理化的一个侧面。另一个侧面，则是充分利用通用变频器的功能，改造传统的恒速运行的异步电动机传动的生产机械，分利用通用变频器的功能，改造传统的恒速运行的异步电动机传动的生产机械，使一大部分生产机械的功能得以使一大部分生产机械的功能得以“升级升级”。提高产品质量提
4、高产品质量 1）加工对象的最佳速度）加工对象的最佳速度 2）平滑的加、减速）平滑的加、减速 3）高精度转矩控制）高精度转矩控制第6页，共23页，编辑于2022年，星期六 教教 学学 内内 容容1.2.1 变频器的定义变频器的定义变频器是交流电气传动系统的一种变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变换装置，英文简称适合交流电机调速的电力电子变换装置，英文简称VVVF(Variable Voltage Variable Frequency）1.2 变频器的原理、结构变频器的原理、结构第7页，共23页
5、，编辑于2022年，星期六交流异步电机的机械特性公式交流异步电机的机械特性公式 n n60f/p(1-s)60f/p(1-s)n：电机转速 f：给电机供电的交流电频率 p：电机极对数 s：转差率 T：电机力矩N：速度n0负载1异步机机械特性负载21.2.2 变频器的原理变频器的原理第8页，共23页，编辑于2022年，星期六1.2.3 变频器的基本构成变频器的基本构成 变频器由主电路（整流器、中间直流环节（中间直流储能环节）、逆变器）和变频器由主电路（整流器、中间直流环节（中间直流储能环节）、逆变器）和控制电路组成。控制电路组成。第9页，共23页，编辑于2022年，星期六整流器：整流器：将交流电
6、变换成直流电将交流电变换成直流电的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波有丰富的谐波逆变器：逆变器：将直流电转换成交流电将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电流的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电流近似正弦近似正弦第10页，共23页，编辑于2022年，星期六1.2.4 变频器的主电路结构框图变频器的主电路结构框图第11页，共23页，编辑于2022年，星期六 1）限流电阻限流电阻RL和短接开关和短接开关S 由于中间直流电路并联着容量很大的电容器，在突加电源时，电源由于中间直流电路并联
7、着容量很大的电容器，在突加电源时，电源通过二极管整流桥对电容充电（突加电压时，电容相当于短路），会产通过二极管整流桥对电容充电（突加电压时，电容相当于短路），会产生很大的冲击电流，使元器件损坏。为此在充电回路上，设置电阻生很大的冲击电流，使元器件损坏。为此在充电回路上，设置电阻RL（或电抗器）来限制电流。待电源合上，起动过渡过程结束以后，为避免（或电抗器）来限制电流。待电源合上，起动过渡过程结束以后，为避免RL上继续上继续消耗电能，可延时以自动开关消耗电能，可延时以自动开关S将将RL短接。短接。2）电压检测与泵升限制）电压检测与泵升限制当异步电动机减速制动时，它相当一个感应发电机，由于二极管不
8、能反向导通，电当异步电动机减速制动时，它相当一个感应发电机，由于二极管不能反向导通，电动机将通过续流二极管向电容器充电，使电容动机将通过续流二极管向电容器充电，使电容C的电压随着充电而不断升高的电压随着充电而不断升高（称泵升电压），这样的高电压将使元器件损坏。为此，在主电路设置（称泵升电压），这样的高电压将使元器件损坏。为此，在主电路设置了电压检测电路，当电压过高时，通过泵升限制保护环节，使开关管了电压检测电路，当电压过高时，通过泵升限制保护环节，使开关管Vb导通，使电机制动时释放的电能在电阻导通，使电机制动时释放的电能在电阻Rb上消耗掉。上消耗掉。第12页，共23页，编辑于2022年，星期六
9、1.2.5 变频的实现变频的实现S1S1S4S4S5S5S2S2S3S3S6S6U UV VEdEdW W561561U UUVUVU UVWVWU UWUWU612612 123123234234 345345456456561561612612三相逆变电路三相逆变电路EdEd电机电机调节逆变开关管的通断速度，即可实现交流电的频率调节逆变开关管的通断速度，即可实现交流电的频率f调节！调节！第13页，共23页，编辑于2022年，星期六 IGBT的特点的特点：耐压高，可达到耐压高，可达到1200V 开关频率高达开关频率高达30 40KHZ 驱动电路简单，电流小，功耗很少驱动电路简单，电流小，功耗
10、很少能承受电流大能承受电流大1.2.6 绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管 IGBT第14页，共23页，编辑于2022年，星期六 变频器主要利用了变频器主要利用了 IGBT 的开关功能：的开关功能：其开通和关断是由栅极（其开通和关断是由栅极（G）和发射极（）和发射极（e）间的电压）间的电压UGE 控制控制 当当UGE 为正且大于开启电压为正且大于开启电压UT 时，时，IGBT 导通。导通。当当UGE 为零或者为负电压时为零或者为负电压时，IGBT 随即关断。随即关断。第15页，共23页，编辑于2022年，星期六1.2.7 变频器的控制方式变频器的控制方式变频器控制的核心变频器控制的核心 为了
11、保持电动机的负载能力，应保持气隙主磁通为了保持电动机的负载能力，应保持气隙主磁通m不变，只有保持电不变，只有保持电机磁通恒定才能保证电机出力，从而获得理想的调速效果。机磁通恒定才能保证电机出力，从而获得理想的调速效果。异步电动机转矩公式异步电动机转矩公式 T=KmI2cos2 （转矩常数（转矩常数Km，转子电流，转子电流I2，转子电路功率因素，转子电路功率因素cos2）得得T，即，即“恒磁通变频调速恒磁通变频调速”属于属于“恒转矩调速方式恒转矩调速方式”。第16页，共23页，编辑于2022年，星期六U/F控制：控制：U=-E+UE=4.44fknNMM式中式中U加在定子每相绕组上的电压，加在定
12、子每相绕组上的电压，V；E每相绕组的反电动势，每相绕组的反电动势，V；U定子阻抗压降，定子阻抗压降，V；f定子频率，定子频率，Hz；kn与绕组有关的结构常数；与绕组有关的结构常数；N定子每相绕组串联匝数；定子每相绕组串联匝数；M每极气隙磁通量，每极气隙磁通量，Wb；UEUE fMM第17页，共23页，编辑于2022年，星期六（1）基频以上的弱磁变频调速（）基频以上的弱磁变频调速（ffN）频率由额定值频率由额定值fn向上增大，但电压向上增大，但电压U1受额定电压受额定电压U1N的限制不能再升高，只的限制不能再升高，只能保持能保持U1=U1N不变。必然会使主磁通随着不变。必然会使主磁通随着f1的上
13、升而减小，相当于直流电的上升而减小，相当于直流电动机弱磁调速的情况，属于近似的恒功率调速方式。动机弱磁调速的情况，属于近似的恒功率调速方式。即速度增加，但是输出力矩变小！即速度增加，但是输出力矩变小！第18页，共23页，编辑于2022年，星期六（2）基频以下的变频调速（）基频以下的变频调速（ffN）频率由额定值频率由额定值fn向下减小，转速相应的减小，由向下减小，转速相应的减小，由UE fM可知，通过控可知，通过控制制U即可实现调速的同时保持输出力矩不变。即可实现调速的同时保持输出力矩不变。U/f常数常数U/F控制的特点：控制的特点：结构简单结构简单成本低成本低机械特性硬度较好机械特性硬度较好
14、低频下需要进行转矩补偿低频下需要进行转矩补偿较为常用，但不适宜控制性能要求特别高的场合较为常用，但不适宜控制性能要求特别高的场合第19页，共23页，编辑于2022年，星期六1.3 通用变频器的分类通用变频器的分类供电电源供电电源低压低压220V/1PH220V/1PH、220V/3PH220V/3PH、380V/3PH380V/3PH高压高压30003000、60006000、10000V/3PH10000V/3PH控制算法控制算法通用通用内置内置V/FV/F控制方式，简单，性能一般控制方式，简单，性能一般高性能高性能内置矢量控制方式，复杂，高性能内置矢量控制方式，复杂，高性能变换方法变换方法
15、（拓朴结构）（拓朴结构）交直交交直交电压型（储能环节为电解电容）电压型（储能环节为电解电容）电流型电流型(储能环节为电抗器）储能环节为电抗器）交交交交无储能环节无储能环节第20页，共23页，编辑于2022年，星期六其他分类：其他分类：1）按输入电源的相数分类）按输入电源的相数分类 三进三出变频器三进三出变频器 单进三出变频器单进三出变频器 2）按用途分类）按用途分类 通用型变频器通用型变频器 风机、泵类专用变频器风机、泵类专用变频器 注塑机专用变频器注塑机专用变频器 其他专用变频器，如电梯、能量回馈型、地铁机车变频器其他专用变频器，如电梯、能量回馈型、地铁机车变频器第21页，共23页，编辑于2
16、022年，星期六1.4 常见变频器常见变频器MICROMASTER 4(MM4)系列（通用型变频器）系列（通用型变频器）第22页，共23页，编辑于2022年，星期六 课课 外外 任任 务务1作业作业（1）为什么变频器的输入端与输出端不允许反接？）为什么变频器的输入端与输出端不允许反接？（2）变频器主要由哪几个部分组成，各部分的作用？）变频器主要由哪几个部分组成，各部分的作用？（3）变频器变频时为什么还要变压）变频器变频时为什么还要变压2进行学习经验总结进行学习经验总结3预习学习性工作任务：变频器的操作及参数设定预习学习性工作任务：变频器的操作及参数设定 第23页，共23页，编辑于2022年，星期六