变频器(第一章)ppt课件.ppt

变频器应用技术 ACInverterApplicationTechnology 李方园 2008年4月18日 培训课程 1 入门篇 第一部分 变频器基础知识 交流电机的调速方式 变频器的电路结构 交流异步电机的调速原理 变频器的分类与特点 2 入门篇 第一部分 变频器基础知识 交流电机的调速方式 变频器的电路结构 交流异步电机的调速原理 变频器的分类与特点 3 异步电机和同步电机的概念 1 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 P 4 异步电机和同步电机的概念 1 异步电机 5 异步电机和同步电机的概念 2 同步电机 6 交流电机的调速 1 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 分类情况 8 交流电机的调速 异步电机的变极调速 9 交流电机的调速 电磁调速电磁调速技术是通过电磁调速电机实现调速的技术 电磁调速电机 又称滑差电机 由三相异步电机 电磁转差离合器和测速发电机组成 三相异步电机作为原动机工作 该技术是传统的交流调速技术之一 适用于容量在0 55 630kW范围内的风机 水泵或压缩机 10 交流电机的调速 电磁调速 11 交流电机的调速 串级调速串级调速的典型调速系统有两种 一种是电气串级调速系统 另一种是电机串级调速系统 电气串级调速电路是由异步机转子一侧的整流器和电网一侧的晶闸管逆变器组成 用改变逆变器的逆变角来调节异步机转速 将整流后的直流通过逆变器变换成具有电网频率的交流 将转差功率回馈电网 电机串级调速电路是把转子整流后的直流作为电源接到一台直流电机的电枢两端 用调节励磁电流来调节异步机转速 直流机与异步机同轴相接 将转差功率变为直流器的输入功率与异步机一起拖动负载 使转差功率回馈机轴 电机串级调速的调速范围不大 又增加了一台直流电机 使系统复杂化 应用不多 电气串级调速系统比较简单 控制方便 应用比较广泛 12 交流电机的调速 定子调压调速定子调压调速是用改变定子电压实现调速的方法来改变电机的转速 调度过程中它的转差功率以发热形式损耗在转子绕组中 属于低效调速方式 由于电磁转矩与定子电压的平方成正比 改变定子电压就可以改变电机的机械特性 与某一负载特性相匹配就可以稳定在不同的转速上 从而实现调速功能 13 交流电机的调速 转子串电阻调速 14 交流电机的调速 变频调速 15 交流电机的调速 调速方式汇总 16 入门篇 第一部分 变频器基础知识 交流电机的调速方式 变频器的电路结构 交流异步电机的调速原理 变频器的分类与特点 17 交流电机的调速 N0 60f p 同步电机 N N0 1 s 60f P 1 s 异步电机 式中 f 频率 p 极对数 s 转差率 0 3 或0 6 由转速公式可见 只要设法改变三相交流电机的供电率f 就十分方便地改变了电机的转速N 实际上仅仅改变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 感应电机稳态模型 T型等效电路 19 交流电机的调速 感应电机稳态模型 简化等效电路 20 交流电机的调速 感应电机稳态模型 简化等效电路 21 交流电机的调速 基频以下调速 基频以上调速 22 交流电机的调速 矢量控制与DTC控制 23 入门篇 第一部分 变频器基础知识 交流电机的调速方式 变频器的电路结构 交流异步电机的调速原理 变频器的分类与特点 24 变频器的电路结构 交流变频调速技术是强弱电混合 机电一体的综合性技术 既要处理巨大电能的转换 整流 逆变 又要处理信息的收集 变换和传输 因此它的共性技术必定分成功率转换和弱电控制两大部分 前者要解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题 后者要解决基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略的硬 软件开发问题 在目前状况下主要全数字控制技术 25 变频器的电路结构 通用变频器的构造 1 主回路包括整流部分 直流环节 逆变部分 制动或回馈环节等部分 26 变频器的电路结构 通用变频器的构造 2 控制回路控制回路包括变频器的核心软件算法电路 检测传感电路 控制信号的输入输出电路 驱动电路和保护电路组成 27 变频器的电路结构 通用变频器的构造 2 控制回路控制回路包括变频器的核心软件算法电路 检测传感电路 控制信号的输入输出电路 驱动电路和保护电路组成 28 入门篇 第一部分 变频器基础知识 交流电机的调速方式 变频器的电路结构 交流异步电机的调速原理 变频器的分类与特点 29 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 1 交直交变频器交直交变频器是先将频率固定的交流电 整流 成直流电 再把直流电 逆变 成频率任意可调的三相交流电 又称间接式变频器 目前应用广泛的通用型变频器都是交直交变频器 2 交交变频器交交变频器就是把频率固定的交流电直接转换成频率任意可调的交流电 而且转换前后的相数相同 又称直接式变频器 30 变频器的分类与特点 根据直流电路的储能环节 或滤波方式 分类频器的变流环节的不同进行分类 1 电压型变频器电压型变频器的储能元件为电容器 其特点是中间直流环节的储能元件采用大电容 负载的无功功率将由它来缓冲 直流电压比较平稳 直流电源内阻较小 相当于电压源 故称电压型变频器 常选用于负载电压变化较大的场合 2 电流型变频器电流型变频器的储能元件为电感线圈 因此其特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节 缓冲无功功率 即扼制电流的变化 使电压接近正弦波 由于该直流内阻较大 故称电流型变频器 31 变频器的分类与特点 根据电压的调制方式分类 1 正弦波脉宽调制 SPWM 变频器正弦波脉宽调制变频器是指输出电压的大小是通过调节脉冲占空比来实现的 且载频信号用等腰三角波 而基准信号采用正弦波 中 小容量的通用变频器几乎全都采用此类变频器 2 脉幅调制 PAM 变频器脉幅调制变频器是指将变压与变频分开完成 即在把交流电整流为直流电的同时改变直流电压的幅值 而后将直流电压逆变为交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 根据输入电源的相数分类 1 三进三出变频器变频器的输入侧和输出侧都是三相交流电 绝大多数变频器都属此类 2 单进三出变频器变频器的输入侧为单相交流电 输出侧是三相交流电 俗称 单相变频器 该类变频器通常容量较小 且适合在单相电源情况下使用 如家用电器里的变频器均属此类 33 变频器的分类与特点 根据负载转矩特性分类 1 P型机变频器适用于变转矩负载的变频器 2 G型机变频器适用于恒转矩负载的变频器 3 P G合一型变频器同一种机型既可以使用变转矩负载 又可以适用于恒转矩负载 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 根据应用场合分类 1 通用变频器通用变频器的特点是其通用性 可应用在标准异步电机传动 工业生产及民用 建筑等各个领域 通用变频器的控制方式 已经从最简单的恒压频比控制方式向高性能的矢量控制 直接转矩控制等发展 2 专用变频器专用变频器的特点是其行业专用性 它针对不同的行业特点集成了可编程控制器以及很多硬件外设 可以在不增加外部板件的基础上直接应用于行业中 比如 恒压供水专用变频器就能处理供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 根据系统应用分类 1 部件级变频器又称元器件级变频器 如ABB的ACS400系列变频器 能够非常方便地当作电气元器件来实现其调速功能 2 工程型变频器又称自动化级变频器 如西门子的6SE70系列 ABB的ACS800系列 AB的powerflex7系列 36 变频器的技术规范 根据系统应用分类 1 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 1 输入电压U IN 即电源侧的电压 在我国 低压变频器的输入电压通常为380V 三相 和220V 单相 此外 变频器还对输入电压的允许波动范围作出规定 如 10 15 10 等 2 相数如单相 三相 3 频率f IN 即电源频率 常称工频 我国为50Hz 频率的允许波动范围通常规定 5 37 变频器的技术规范 根据系统应用分类 2 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 1 额定电压U N 因为变频器的输出电压要随频率而变 所以 U N 定义为输出的最大电压 通常它总是和输入电压U IN 相等的 2 额定电流I N 变频器允许长时间输出的最大电流 3 额定容量S N 由额定线电压U N 和额定线电流I N 的乘积决定 S N 1 732U N I N 4 容量P N 在连续不变负载中 允许配用的最大电机容量 必须注意 在生产机械中 电机的容量主要是根据发热状况来定的 在变动负载 断续负载及短时负载中 只要温升不超过允许值 电机是允许短时间 几分钟或几十分钟 过载的 而变频器则不允许 所以 在选用变频器时 应充分考虑负载的工况 5 过载能力指变频器的输出电流允许超过额定值的倍数和时间 大多数变频器的过载能力规定为 150 1min 可见 变频器的允许过载时间与电机的允许过载时间相比 是微不足道的 38 变频器的个性化特点 发展 交流变频器自20世纪60年代左右在西方工业化国家问世以来 到现在已经在中国得到了大面积的普及 并业已形成60亿元以上的年销售规模 根据变频器在不同行业的应用特点 很多厂