《变频器破析》

1、变频器原理及应用 变频器的调速原理变频器的调速原理 变频器的调速原理变频器的调速原理 改变输入频率 （无级调速）变频器变频器 N=60F/P P：极对数 F：频率 N：转速 改变极对数 （有级调速） 调速原理：调速原理： 调速方法：调速方法： 交交-直直-交变频器的主要结构框图交变频器的主要结构框图 单向逆变桥 变频方法 三相逆变桥 变频器的输出和频率 即：变频的同时变压，也叫VVVF 变频又变压方法PWM n利用调制波与三角波信号比较后获得一系 列等幅不等宽的脉冲序列。 n原理：利用三角波载波作为信号与调制信 号（一般为正弦波）相比较，以确定各分 段矩形脉冲的宽度。 n改变调制波的电压脉冲频

2、率时，输出电压 基波的频率也随之改变，降低调制波的幅 值时，各段脉冲宽度都将变窄，从而使输 出电压基波的幅值也相应减少。 变频又变压方法PWM SPWM SPWM的实现单极性 SPWM的实现双极性 提问： n1.可否用万用表，测量变频器的输出电压？ 2.变频器输出的是什么波形？ 变频器的控制方法电动机调速基础 Td = Km Fs Fr sin Td:电动机的电磁转矩 Km：比例系数 Fs， Fr ：三相矢量中的任意两个矢量的模 ： Fs和 Fr的夹角 Fs Fr Fc 电动机统一转矩公式电动机统一转矩公式 电动机磁通矢量图 由电动机统一转矩公式可知，电动机的电磁转矩由电动机统一转矩公式可知，

3、电动机的电磁转矩 和三个磁通矢量中的任意两个矢量的模和夹角有和三个磁通矢量中的任意两个矢量的模和夹角有 的余弦成正比，所以要控制电磁转矩就必须控制的余弦成正比，所以要控制电磁转矩就必须控制 任意两个矢量的模和夹角任意两个矢量的模和夹角 变频器的控制方法U/F 1.恒恒U/F控制控制(属于标量控制属于标量控制) 定子电动势有效值为定子电动势有效值为: E=4.44F :电动机气隙磁链电动机气隙磁链 F:电动机工作频率电动机工作频率 为避免电动机因频率的变化而导致磁路饱和引起励磁电流增大,功 率因数和效率降低,需要维持气隙磁通,所以在调节F时,E也回相应地变 化,即:E/F=K(恒定值) 变频器的

4、控制方法矢量控制 n8.1 基本思想基本思想 n (1) 对直流电动机的分析 n 在变频调速技术成熟之前，直流电动机的调速特性被公认为是最好的。究 其原因，是因为它具有两个十分重要的特点: n (a) 磁场特点 n 它的主磁场和电 n枢磁场在空间是互相垂 n直的，如图(a)所示; n (b) 电路特点 n 它的励磁电路和 n电枢电路是互相独立的， n如图(b)所示。 n 在调节转速时， n只调节其中一个电路的 n参数。 变频器的控制方法矢量控制 仿照直流电动机的控制特点，对于调节频率的给定信号，分 解成和直流电动机具有相同特点的磁场电流信号i*M和转矩 电流信号i*T，并且假想地看作是两个旋转

5、着的直流磁场的 信号。当给定信号改变时，也和直流电动机一样，只改变其 中一个信号，从而使异步电动机的调速控制具有和直流电动 机类似的特点。 对于控制电路分解出的控制信号i*M和i*T，根据电 动机的参数进行一系列的等效变换，得到三相逆变桥的控制 信号i*A、i*B和i*C，对三相逆变桥进行控制，如图所示。 从而得到与直流电动机类似的硬机械特性, 提高了低频时的带负载能力。 变频器的控制方法矢量控制 无传感器和有传感器的矢量控制 n 根据在实行矢量控制时，是否需要转速反馈的特点，而 有无反馈和有反馈矢量控制之分。 n 无反馈矢量控制是根据测量到的电流、电压和磁 通等数据，简接地计算出当前的转速，

6、并进行必要的修 正，从而在不同频率下运行时，得到较硬机械特性的控 制模式。由于计算量较大，故动态响应能力稍差在许多 场合，安装编码器不方便，同时也是为了 n降低成本，要求使用无编码器系统。例如安装空 n间较小，控制精度要求不高的场合。 n 有反馈矢量控制则必须在电动机输出轴上增加转 速反馈环节，如图中的虚线所示。由于转速大小直接由 速度传感器测量得到，既准确、又迅速。与无反馈矢量 控制模式相比，具有机械特性更硬、频率调节范围更大 、动态响应能力强等优点。 变频器的控制方法直接转矩控制 3.直接转矩控制（基于定子磁场定向）直接转矩控制（基于定子磁场定向） 直接转矩控制的原理框图直接转矩控制的原理

7、框图 电动机变频调速时的机械特性电动机变频调速时的机械特性 n :定常系数定常系数 转矩调节器 T* T + - + - n* n T n 当TT*时，T0=1,磁场加速 n增大，转矩增加； 当TT*时，T0=0，磁场不变，电 动机转子因惯性使n减小，转矩 减小。 矢量控制与直接转矩控制 负载 n恒转矩负载 n恒功率负载 n风机泵类负载 普通异步电动机与变频电机区别普通异步电动机与变频电机区别 n一、普通异步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频 调速的要求。以下为变频器对电机的影响 n1、电动机的效率和温升的问题 不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和 电流，使电动

8、机在非正弦电压、电流下运行。拒资料介绍，以目前 普遍使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下 的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1（u为调制比） 。 高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加 损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。因为异步电动机是以 接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以 较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外 ，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机 额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运 行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加 10%20%

9、。 普通异步电动机与变频电机区别普通异步电动机与变频电机区别 n 2、电动机绝缘强度问题 目前中小型变频器，不少是采用PWM的控制 方式。他的载波频率约为几千到十几千赫，这就 使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率， 相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电 动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外，由 PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电 动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁 ，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。 普通异步电动机与变频电机区别？普通异步电动机与变频电机区别？ n。 3、谐波电磁噪声与震动 普通异步电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等 因素所引起的

10、震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时 间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁 激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接 近时，将产生共振现象，从而加大噪声。由于电动机工作频率范围 宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构 件的固有震动频率。 n4、电动机对频繁启动、制动的适应能力 由于采用变频器供电后，电动机可以在很低的频率和电压下以无 冲击电流的方式启动，并可利用变频器所供的各种制动方式进行快 速制动，为实现频繁启动和制动创造了条件，因而电动机的机械系 统和电磁系统处于循环交变力的作用下，给机械结构和绝缘结构带 来疲劳和加速老

11、化问题。 电机的极数对其选用有何影响？电机的极数对其选用有何影响？ n电机的极对数越多，电机的转速就越低，但它的 扭距就越大；在选用电机时，您要考虑负载需要 多大的起动扭距，比如象带负载起动的就比空载 起动的需要扭距就大，如果是大功率大负载起动 ，还要考虑降压启动（或星三角启动）；至于在 决定了电机极对数后和负载的转速匹配问题，则 可考虑用不同直径的皮带轮来传动或用变速齿轮 （齿轮箱）来匹配。如果由于决定了电机极对数 后经过皮带或齿轮传动后达不到负载的功率要求 ，那就要考虑电机的使用功率问题了。 变频器能否调至变频器能否调至1Hz1Hz吗，最高可吗，最高可 以调多少以调多少HZHZ使用？使用？

12、 n有的品牌变频器最低频率可以调至0.1HZ,最高频 率可以调至3000HZ. n如果变频器用在一般的交流异步电机上，变频器 调至1Hz时已经接近直流，是绝对不可以的，电 机将运行在变频器限制内的最大电流下工作，电 机将会发热严重，很有可能烧毁电机。 如果超过50Hz运行会增大电机的铁损，对电机也 是不利的，一般最好不要超过60Hz，（短时间内 超过是允许的）否则也会影响电机使用寿命。 使用变频器时，电机温升为什么使用变频器时，电机温升为什么 比工频时高呢比工频时高呢？ n因为变频器输出电压波形不是正弦波，而 是畸形波，在额定扭矩下的电机电流比工 频时要多出约10%左右，所以温升比工频时 略有

13、提高。 n另外还有一点：当电机转速降低的时候， 电机散热风扇速度不够，电机温升会高一 些。 交流伺服电机可以用变频器控制交流伺服电机可以用变频器控制 吗？吗？ n由于变频器和伺服在性能和功能上的不同，应用也不大相同，所以 是不可以的： n1、在速度控制和力矩控制的场合要求不是很高的一般用变频器，也 有在上位加位置反馈信号构成闭环用变频进行位置控制的，精度和 响应都不高。现有些变频也接受脉冲序列信号控制速度的，但好象 不能直接控制位置。 n2、在有严格位置控制要求的场合中只能用伺服来实现，还有就是伺 服的响应速度远远大于变频，有些对速度的精度和响应要求高的场 合也用伺服控制，能用变频控制的运动的场合几乎都能用伺服取代 。 n关键是两点：一是价格伺服远远高于变频，二是功率的原因：变频 最大的能做到几百KW，甚至更高，伺服最大就几十KW。伺服的基本 概念是准确、精确、快速定位。变频是伺服控制的一个必须的内部 环节，伺服驱动器中同样存在变频（要进行无级调速）。 为什么变频器不能用作变频电源为什么变频器不能用作变频电源 ？ n变