变频器-张春强教学资料

1、变频器-张春强原则原则: 轻理论、重基本概念、旨在解决轻理论、重基本概念、旨在解决实际问题实际问题内容内容: 变频器的基本原理、应用技术、变频器的基本原理、应用技术、维护修理维护修理 当三相对称的电流流入三相定子绕组后，电动机当三相对称的电流流入三相定子绕组后，电动机内便会产生旋转磁场内便会产生旋转磁场。 方向方向:相序决定相序决定 大小大小:电流决定电流决定 转速转速: f1=50 P 1 2 3 4 工频工频 n0= 3000 1500 1000 7501060Pfn (亦称同步转速亦称同步转速)3.异步电动机的旋转异步电动机的旋转 通入三相电源通入三相电源 产生旋转磁场产生旋转磁场 转子

2、导条切割转子导条切割磁场磁场 产生感应电动势产生感应电动势(电流电流) 带电导体在磁场中带电导体在磁场中 产生电磁力产生电磁力 对轴心产生二个方向相反、大小对轴心产生二个方向相反、大小相等的电磁转矩相等的电磁转矩 转子旋转转子旋转4.转速转速 转子与旋转磁场有相对运动是电动机旋转的原因转子与旋转磁场有相对运动是电动机旋转的原因000Snnnnn1060(1)(1)Pfnnss5.调速方法调速方法（1）.改变极对数改变极对数P 调速电机调速电机（2）.改变转差率改变转差率S 滑差电机滑差电机（3）.改变频率改变频率 f1 变频调速变频调速( (称异步电动机称异步电动机) )00nnn 输输 出出

3、三相三相 50Hz三相三相0-50(200)Hzn-380V等效正弦波等效正弦波 实际实际PWM波波输输 入入正弦波正弦波380V6.异步电动机变频调速异步电动机变频调速(实际应用实际应用)第二部分变频器基本原理变频器的基本结构变频器的基本结构 所有变频器其基本结构相同，但具体电所有变频器其基本结构相同，但具体电路各有差异。路各有差异。 A.主电路主电路(主回路主回路)整流电路整流电路:将三相交流电变成脉动直流电将三相交流电变成脉动直流电滤波电路滤波电路:使脉动直流电成为较平滑的直流电使脉动直流电成为较平滑的直流电 电容器电容器 电压型变频器电压型变频器 电感器电感器 电流型变频器电流型变频器

4、限流电路限流电路:限止刚接通电源时的充电电流，以限止刚接通电源时的充电电流，以 保护整流二极管保护整流二极管制动电路制动电路:吸收泵生电压和增大电机制动转矩吸收泵生电压和增大电机制动转矩逆变电路逆变电路:在驱动电路的控制，将直流电变成在驱动电路的控制，将直流电变成 交流电交流电.滤波元件滤波元件B.控制电路控制电路保护电路保护电路:由取样、放大、处理三部分电路组成由取样、放大、处理三部分电路组成驱动电路驱动电路:把把CPU送出的送出的PWM信号进行电压和功信号进行电压和功 率放大，控制逆变电路中六个开关器件率放大，控制逆变电路中六个开关器件I/O电路电路:处理变频器对外输入和输出相关信号的处理

5、变频器对外输入和输出相关信号的 电路电路操作面板操作面板:一是用于显示，另外作为操作键盘一是用于显示，另外作为操作键盘CPU:变频器的核心电路，按照相关信号控制变变频器的核心电路，按照相关信号控制变频器的工作频器的工作 开关电源开关电源:向控制电路提供所需的直流工作电压向控制电路提供所需的直流工作电压第三部分变频器的使用变频器的控制方式变频器的控制方式 变频器的输出电压必须与输出频率按比例变化。变频器的输出电压必须与输出频率按比例变化。忽略定子绕组漏阻抗忽略定子绕组漏阻抗,每相定子绕组上的电动势则每相定子绕组上的电动势则 U1E1=4.44K1w1f1m=Kf1m 设设 U1=C 不变不变 则

6、则m 1/f1 f1 m Tm 电动机功率变小电动机功率变小 定子电流增大定子电流增大 涡流严重涡流严重 所以所以 必须使必须使 m=C 要求要求U1/ f1=C f1 m 磁饱和磁饱和 发热发热1.U1 / f1=C 控制方式控制方式因为因为 U1=Z1I1+E1 f1较高时较高时 U1较大较大 Z1I1影响较小影响较小 f1较低时较低时 U1较低较低 Z1I1影响较大影响较大 对于风机水泵型负载能满对于风机水泵型负载能满 使用中发现节能效果显著使用中发现节能效果显著,同时控制也方便，广泛应用同时控制也方便，广泛应用于电力拖动于电力拖动(恒转矩或恒功率负载恒转矩或恒功率负载)。 （1）.采用

7、低频补偿采用低频补偿,将将Z1I1补上补上2）.E1/f1=C 控制方式控制方式2.矢量控制方式矢量控制方式目的目的:达到直流调速的性能达到直流调速的性能方法方法:仿直流调速仿直流调速 励磁电流励磁电流 控制磁场控制磁场 电枢电流电枢电流 控制转矩控制转矩交流电动机转换成直流电动机交流电动机转换成直流电动机 励磁电流分量励磁电流分量 转矩电流分量转矩电流分量直流调速直流调速交流电流分解交流电流分解（一）交流电动机转换成直流电动机（一）交流电动机转换成直流电动机 （2）构思框图）构思框图3.直接转矩控制方式直接转矩控制方式对于拖动系统而言对于拖动系统而言TMTL nTMTL nTM=TL n不变

8、不变TM电机转矩电机转矩TL负载转矩负载转矩 n 电机转速电机转速 电机的电磁转矩电机的电磁转矩TM决定于电机的定子磁链和决定于电机的定子磁链和转子磁链。转子磁链。 通过检测到的定子电压和电流直接在定子通过检测到的定子电压和电流直接在定子坐标下可计算出电动机的电磁转矩。转速和转坐标下可计算出电动机的电磁转矩。转速和转矩的测量值与给定值进行比较，通过磁通调节矩的测量值与给定值进行比较，通过磁通调节器和转速调节器控制逆变器的开关状态，获取器和转速调节器控制逆变器的开关状态，获取相应的空间电压矢量，由空间电压矢量直接相应的空间电压矢量，由空间电压矢量直接 控控制电机的转速和电磁转矩，达到调速的目的。

9、制电机的转速和电磁转矩，达到调速的目的。变频器的应用变频器的应用1.变频器的选择变频器的选择 U/f 控制方式控制方式 一般性能的调速一般性能的调速 矢量矢量 直接转矩直接转矩 高性能的调速高性能的调速 风机风机 水泵型水泵型 伺服型伺服型 高压型高压型 专用设备型专用设备型通用变频器通用变频器 专用变频器专用变频器 2.变频器容量的选择变频器容量的选择一拖一：一般与电动机的功率相同一拖一：一般与电动机的功率相同 以下情况需要高一档次以下情况需要高一档次:六极六极 八极电机，加减速时间八极电机，加减速时间较短，启动转矩要大。较短，启动转矩要大。 同时启动同时停止同时启动同时停止 不同时启动不同

10、时停止不同时启动不同时停止mIImMmsII0.9I一拖几一拖几3.变频器功能参数的设置变频器功能参数的设置无特殊要求默认无特殊要求默认“出厂设置出厂设置”，按要求重新设，按要求重新设置置主要功能参数名词解释主要功能参数名词解释 (1)基本频率基本频率 电动机电源的额定频率电动机电源的额定频率 (2)最高频率最高频率指给定信号为最大值时变频器的指给定信号为最大值时变频器的 输出频率输出频率 (3)上、下限频率上、下限频率变频器的输出频率被限制在变频器的输出频率被限制在这两个频率之间这两个频率之间既既 当当XXL fx=fL,，XXH fx=fH操作面板控制，效果相同操作面板控制，效果相同 (4

11、)回避频率回避频率能使调速系统产生共振或震动较大能使调速系统产生共振或震动较大 的输出频率的输出频率(5)点动频率点动频率调试点动时的输出频率，一般较低调试点动时的输出频率，一般较低(6)上升时间上升时间指变频器启动到输出最高频率所需指变频器启动到输出最高频率所需 的时间的时间 (7)下降时间下降时间变频器从最高频率下降到零频率变频器从最高频率下降到零频率 需的时间需的时间 (8)上升，下降方式上升，下降方式 线性方式线性方式 S型方式型方式(反反) 半半S型方式型方式(反反) 正常正常(停止停止)停止时输出频率逐渐停止时输出频率逐渐 下降下降 自由滑行自由滑行停止时变频器停止输出停止时变频器

12、停止输出 离线：输入相关电机参数离线：输入相关电机参数 在线：可以随温度变化而自动修正在线：可以随温度变化而自动修正 参数，使运行保持稳定参数，使运行保持稳定(9)停止方式停止方式(10)自整定自整定4.变频器输出频率的几种控制方法变频器输出频率的几种控制方法 操作面板控制操作面板控制电压控制电压控制 0-5V(0-10V、0-15V)电流控制电流控制 4-20mA(0-20mA)通讯控制通讯控制 通过通讯接口通过通讯接口脉冲控制脉冲控制变频器调速的问与答变频器调速的问与答如何选择变频器的载波频率如何选择变频器的载波频率? 答：所谓载波频率是指变频器输出的答：所谓载波频率是指变频器输出的PWM

13、信号信号的频率。一般的频率。一般0.5-12KHz之间可通过功能参数设之间可通过功能参数设定。载波频率较高时，噪音可以减小，电机发热定。载波频率较高时，噪音可以减小，电机发热和对外干扰会增强。和对外干扰会增强。使用变频器调速后，是否还需要减速机？使用变频器调速后，是否还需要减速机？ 答：一般不需要，但长期工作频率在低频时，加答：一般不需要，但长期工作频率在低频时，加减速机后效果更好。减速机后效果更好。变频器的输出电流为什么会大于输入电流？变频器的输出电流为什么会大于输入电流？ 答：测量误差。输出频率低于基本频率时，答：测量误差。输出频率低于基本频率时， ViIi=VoIo Vi=C 因为因为V

14、o下降下降 所以所以Io上升。上升。变频器驱动电机，电机为何易发热？变频器驱动电机，电机为何易发热？ 答：高频和高次谐波使电机定子绕组发热、涡答：高频和高次谐波使电机定子绕组发热、涡 流现象比较严重，冷却风机与定子同轴，低速流现象比较严重，冷却风机与定子同轴，低速时，风量减小，二者导致电机发热。可以降低时，风量减小，二者导致电机发热。可以降低载波频率，外加冷却风机和输出电抗器等方法载波频率，外加冷却风机和输出电抗器等方法减小发热程度。减小发热程度。 变频调速系统中，漏电断路器为什么易跳闸？变频调速系统中，漏电断路器为什么易跳闸？ 答：高频和高次谐波干扰所致。可以适当调高答：高频和高次谐波干扰所

15、致。可以适当调高 设定值或更换具有防干扰功能的断路器。设定值或更换具有防干扰功能的断路器。变频器驱动防爆电机时应注意什么？变频器驱动防爆电机时应注意什么？ 答：应选用防爆变频器，通用变频器无防爆功答：应选用防爆变频器，通用变频器无防爆功 能，必须置于安全的环境，电缆较长时应考虑能，必须置于安全的环境，电缆较长时应考虑 线经是否满足要求。线经是否满足要求。为什么变频器运行（减速）时或停止时主电路为什么变频器运行（减速）时或停止时主电路P N 之间电压较静态时高？之间电压较静态时高？ 答：泵生电压迭加所致。答：泵生电压迭加所致。 变频器选择矢量控制方式，不带电机为何不能启变频器选择矢量控制方式，不带电机为何不能启动？动？ 答：变频器获取不到电机的相关信息无法运算作答：变频器获取不到电机的相关信息无法运算作出判断，无法发出输出信息。出判断，无法发出输出信息。 变频器输入端与输出端相互接错有什么后果？变频器