变频器的基本原理.doc

一. 变频器的基本原理1. 异步电动机的调速原理异步电动机的同步转速,也即旋转磁场的转速为:异步电动机的轴转速为:s称为异步电动机转差率: 可见,改变电动机定子侧供电电源频率f1 ,即可以改变其同步转速,实现无级调速的目的。异步电机调速时，希望尽量保持主磁通m 不变：1 磁通太弱，铁芯利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电机负载能力下降。2 磁通太强，则铁芯处于过励磁状态，励磁电流过大，限制了定子电流的负载分量，电机负载能力下降。主磁通也即气隙磁通是由定子、转子合成磁势产生的，保持磁通恒定的方法：三相异步电动机定子每相电动势的有效值为：N1定子相绕组有效砸数 m 每极磁通量(Wb).可见, 是由E1和f1共同决定的,对E1和f1进行适当的控制,就可以使 保持最佳额定值不变。2. 交流电动机弱磁调速的概念1) 基频以下的恒磁通变频调速由上节分析可知,基频(电机额定频率)以下调速时,为保证电机负载能力,应尽量保持主磁通m 不变,这就要求在降低供电电源频率f1的同时,也应降低感应电动势E1,使E1/f1等于常数,这种恒磁通控制属于恒转矩控制方式。由于感应电动势E1难于检测和直接控制，且当E1和f1值较高时，定子漏阻抗压降相对较小，可近似认为E1/f1v1/f1。因此，按恒定比例控制v1/f1，即可以达到恒磁通目的。2 基频以上的弱磁调速由于V1受电机额定电压限制不能继续升高，只能通过减小来获得基频以上的调速特性，这种定子电压不变，而减小 的调速区段称为弱磁调速，也叫恒功率调速。此时随着速度的不断升高，电机输出转矩是在逐渐减小的。3. v/f、矢量控制调速原理以上分析的调压又调频的方法称为VVVF(Variable Voltage Variable Frequency).1) v/f控制基本实现方法PWM脉冲宽度调制方式(Pulse Width Moduiation)利用参考电压UR与载频三角波UC互相比较，来决定主功率器件的导通时间，实现调压。脉冲宽度调制是利用相当于基波分量的信号波对三角载波进行调制，达到调节输出脉冲度的一种方法。2v/f控制方式的缺点v1v1mv1N 0f1f1Nf1 在低频时，由于V较小，定子阻抗压降的分量比较显著，不在能忽略。当转矩增大到最大值以后，特性就向下弯了。最大转矩随着f1的降低而减少。尽管可以采取低频补偿措施，但通常认为v/f控制的下限频率应不小于0.3HZ。3 矢量控制由于v/f控制是基于异步电动机的静态数学模型，因此，其动态指标不高，对于轧钢、造纸等行业，还需要高品质动态指标的控制方式。矢量控制是根据交流电动机的动态数学模型，利用坐标变换手段，将电机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流，通过对一次定子电流的大小、频率及相位进行适当的控制，可实现矢量分解及控制。4IGBT功率器件的迅速发展，使得变频器的诸优越性能得以实现。 IGBT电于其开关损耗低，可使载波频率大幅度提高到20K左右。 使电机电流更趋于正弦波，大大减小转矩脉动和电机内部因脉动而造成的损耗。IGBT为压控器件，门极触发功率很小，使驱动回路简单及体积小。由于开关频率高，di/dt、dv/dt、通态电阻、阻断电流（漏电流）等内部参数差异小，容易实现并联扩容。4 四种控制模式的特点控制模式V/f控制带PG v/f控制开环矢量控制闭环矢量控制控制模式电压/频率控制(Open loop)电压/频率控制带速度补偿电流矢量不带PG控制电流矢量带PG控制速度检出器不要要(PG)不要要(PG)速度检出器Option不要PG-A2,PG-D2不要PG-B2,PG-X2速度控制范围1:401:401:1001:100启动转矩150%/3HZ150%/3HZ150%/1HZ150%0r/min速度控制精度2%3%0.03%0.2%0.02%转矩控制不可不可不可可以适用用途同时驱动多台电机,电机参数不知道,不能做Autotuning机械侧已安装PG需多种调速的场合简易伺服驱动,高精度控制,转矩控制二. 安川变频器的结构形式1. 一般变频器的基本构成与功能1) 主回路给异步电动机提供调频调压电源的电力变换部分,称为主回路.a. 整流器把工频电源变换为直流电源,