电机变频器基本原理概述ppt课件

1、交流电机、变频器根本原理概述 商用车事业部焊接二车间机电技术组. 目 录 一、三相交流异步电机的根本原理 二、三相交流异步电机的根本运用 三、变频器的根本原理 四、变频器的根本运用 五、电动机与变频器的运用.一、三相交流异步电动机的根本原理1.右手螺旋定那么磁场是由电流产生，磁场的情况可笼统地用磁感线来描画。右手螺旋定那么的用法是：在图a中用右手大拇指表示电流的方向，其他四指的回转方向待变磁感线的方向；在b图中有右手四个手指的回转方向代表电流的方向，大拇指表示线圈内部磁感线的方向。a直导线电流的磁场b线圈电流的磁场.一、三相交流异步电动机的根本原理2.旋转磁场的产生在匝数一样，外形尺寸一样，轴

2、线在空间互差120。的三相绕组上通以三相电流。a三相绕组b三相电流U1、 V1 、W1为绕组的首段， U2、 V2 、W2为绕组的末段，i1、 i2 、i3为相应电流。.一、三相交流异步电动机的根本原理2.旋转磁场的产生at=00bt=900当t=00时，i1=0， i20 ，i30，根据右手螺旋定那么，产生合成磁场如虚线所示。当t=900时，i10， i20 ，i30，根据右手螺旋定那么，产生合成磁场如虚线所示。三相电流经过三相绕组是所产生的合成旋转磁场是个空间旋转磁场。.一、三相交流异步电动机的根本原理3.电磁转矩的产生a转子电流有功分量与旋转磁场的相互作用b转子电流无功分量与旋转磁场的相

3、互作用c右手定那么d左手定那么.一、三相交流异步电动机的根本原理4.三相交流电动机任务原理由此可见，三相异步电机的任务原理可以简述如下：定子三相电压U1产生定子三相电流I1，三相电流经过定子三相绕组产生旋转磁场，由于转子与磁场存在着相对运动，在转子绕组中产生了感应电动势E2。由于转子绕组是闭合的，因此产生了感应电流I2， I2与旋转磁场相互作用产生了电磁转矩T，从而使转子拖动消费机械以转速n运转。这一任务过程可以表示成：U1 I1 E2 I2 T n.一、三相交流异步电动机的根本原理5.三相交流电动机根本公式符号称号称号符号符号称号称号 符号符号额定功率PN同步转速n0额定电压UN磁极对数p额

4、定电流IN转差率s额定频率fN电磁转矩T额定转速nN槽距角额定功率因数N极距额定效率N节距y.一、三相交流异步电动机的根本原理6.三相交流电动机根本公式a转差率转子转速n与同步转速n0之差，与同步转速n0的比值称作转差率slip，用s表示，即s= n0 -n/ n0。因此转子转速： n=1-s n0b三相异步电动机的功率 其中 m1为定子绕组的相数；U1为定子电压；I1为定子电流；cos1为功率因数.一、三相交流异步电动机的根本原理6.三相交流电动机根本公式c槽距角 其中 p为磁极对数 z为电机的槽数 d极距其中 p为磁极对数 z为电机的槽数 .一、三相交流异步电动机的根本原理6.三相交流电动

5、机根本公式c定子铜损耗 d定子铁损耗e电磁功率利用T形等效电路可知继续转化f转子铜损耗由e和f可以得出.一、三相交流异步电动机的根本原理6.三相交流电动机根本公式g电动机转轴上的机械功率由e和g可得出由f和g可得f电动机的输出功率其中机械损耗Pme，附加损耗Pad空载损耗总损耗铜损耗平衡方程.一、三相交流异步电动机的根本原理6.三相交流电动机根本公式h电动机的效率i电动机电磁转矩j电磁转矩的物理公式.一、三相交流异步电动机的根本原理6.三相交流电动机根本公式其中 CT由电机构造决议的常数 m为磁通最大值 I2cos2为转子每相电流的有功分量令k电磁转矩的参数公式其中.二、三相交流异步电动机的根

6、本运用1.三相交流异步电动机任务形状转子转速n与同步转速n0之差，与同步转速n0的比值称作转差率slip，用s表示，即s= n0 -n/ n0。因此转子转速：n=1-s n0异步电机的各种运转形状形状形状制动制动形状形状堵转形状堵转形状电动机形状电动机形状理想空理想空载形状载形状发电机发电机形状形状转子转速n0n00nn0 nn0 nn0 转差率s1s11s0s0s0.二、三相交流异步电动机的根本运用1.三相交流异步电动机任务形状电动机转子绕组的构造有笼型又称鼠笼型和绕线型两种。因此三相异步电动机也分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机两种。.二、三相交流异步电动机的根本运用1.三相交流异步电动

7、机任务形状笼型绕组为自行闭合的对称多相绕组。额定功率在100kw以上的笼型异步电动机，转子铁心槽内嵌放的是 铜条，铜条的两端各用一个铜欢焊接起来，构成闭合回路。100kw以下的笼型异步电动机，转子绕组以及作冷却用的风扇那么常用铝一同铸成。.二、三相交流异步电动机的根本运用1.三相交流异步电动机任务形状绕线型异步电动机的转子绕组与定子绕组一样也是三相绕组，都是采用星形结合。它的首端分别与转轴上的三个彼此绝缘的铜质滑环集电环相衔接。每个滑环上都用弹簧压着一个固定不动的电刷，转子转动时滑环与滑刷之间坚持滑动解除。转子绕组的三个首端经过电刷引到接线盒中，以便在转子电路中串入附加电阻，改动电动机的起动和

8、调速性能。.二、三相交流异步电动机的根本运用2.三相交流异步电动机起动电机类型电机类型起动方式起动方式笼型异步电动机直接起动减压起动1.定子串电阻或电抗减压起动2.星形-三角形减压起动3.自耦变压器减压起动4.软启动器起动绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动1.无级起动2.有级起动.二、三相交流异步电动机的根本运用2.三相交流异步电动机起动直接起动直接起动又称全压起动，就是将电动机的定子绕组直接加上额定电压起动。直接起动缺陷：短时电流过大、频繁起动引起电动机过热，引起供电电压下降。直接起动要求：电源容量足够大、电源额定电流远大于电动机的起动电流，起动转矩满足。普通规定，7.5kw一下的笼型异步

9、电动机可以直接起动。7.5kw以上，电源容量能满足下述条件者可以直接起动，即起动电流倍数：.二、三相交流异步电动机的根本运用2.三相交流异步电动机起动减压起动定子串联电阻或电抗a定子串电阻起动b定子串电抗起动经过开关断开闭合，定子电流在电阻和电抗上产生电压降，使定子电压降低，减小起动电流。起动后开封锁合，切除电阻或电抗。起动方法简单，但定子串电阻起动耗能较多，主要用于低压小功率电动机。定子串电抗起动投资较大，主要用于高压大功率电动机。.二、三相交流异步电动机的根本运用2.三相交流异步电动机起动减压起动星形-三角形减压起动星形-三角形减压起动只适用于正常运转是为三角形结合的电动机。起动时，定子绕

10、组先按星形结合，起动后再换成三角形结合。a星形-三角形减压起动工程工程等式等式定子线电压比定子相电压比定子相电流比起动电流比电源电流比起动转矩比.二、三相交流异步电动机的根本运用2.三相交流异步电动机起动减压起动自耦变压器减压起动自耦变压器起动又称为自耦减压起动或自耦变压器起动。起动时，先经过三相自耦变压器将电动机的定子电压降低。起动后再将电压恢复到额定值。a自耦变压器减压起动工程工程等式等式定子线电压比定子相电压比定子相电流比起动电流比电源电流比起动转矩比.二、三相交流异步电动机的根本运用2.三相交流异步电动机起动减压起动软启动器起动随着电力电子技术和微机控制技术的开展出现了软启动器。软启动

11、器是一种集成器件，利用软起动器起动可以在电动机的起动过程中，经过自动调理电动机的电压，得到期望的起动性能。软启动器通常有限压起动和限流起动两种方式。a接线图b限压起动方式的起动过程c限流起动方式的起动过程.二、三相交流异步电动机的根本运用3.三相交流异步电动机调速电机类型电机类型调速方式调速方式笼型异步电动机变频调速变极调速变压调速绕线型异步电动机转子串联电阻调速.二、三相交流异步电动机的根本运用3.三相交流异步电动机调速变频调速减速af1fN当变频调速加速时，U1UN是不被允许的，因此只能坚持U1=UN不变，最大转矩与f12成反比。因此添加后的机械特性曲线如下图。.二、三相交流异步电动机的根

12、本运用3.三相交流异步电动机调速变极调速aY-YY变极时b-YY变极时经过改动绕组的结合方式改动旋转磁场的磁极对数，而磁极对数的改动导致其转速，电磁转矩的改动。.二、三相交流异步电动机的根本运用3.三相交流异步电动机调速变压调速a恒转矩负载b恒功率负载c通风机负载变压调速经过降低定子电压，改动电动机的机械特性，使得任务点由a点变到b点，从而降低了电动机的转速。但是对于恒转矩负载和恒功率负载来说只需转速大于nM运转才稳定，调速范围过小，通风机调速范围大，但需留意电流不可超越额定值。.二、三相交流异步电动机的根本运用3.三相交流异步电动机调速转子串联电阻调速a转子串联电阻调速添加转子电阻R2便可改

13、动电动机的机械特性，使得任务点由a点变到c点，从而降低了转速。R2越大，n越低。经过公式的推导，可推出其为恒转矩调速。.二、三相交流异步电动机的根本运用4.三相交流异步电动机制动制动类型制动类型制动特点制动特点能耗制动1.能耗制动过程迅速停机2.能耗制动运转下放重物反接制动1.定子反相的反接制动迅速停机2.转子反向的反接制动下放重物回馈制动1.调速过程中的回馈制动2.下放重物的回馈制动.二、三相交流异步电动机的根本运用4.三相交流异步电动机制动能耗制动a能耗制动电路图b制动转矩的原理图.二、三相交流异步电动机的根本运用4.三相交流异步电动机制动反接制动转子反相的反接制动a制动前电路b制动时电路

14、c机械特性.二、三相交流异步电动机的根本运用4.三相交流异步电动机制动反接制动定子反相的反接制动a制动前电路b制动时电路c机械特性.二、三相交流异步电动机的根本运用4.三相交流异步电动机制动回馈制动a调速中的回馈制动b下放重物时的回馈制动.三、变频器的根本原理1.变频器的根本概念改动频率的电路称为变频电路。变频电路有交交变频电路和交直交变频电路两种方式。前者直接把一种频率的交流便哼另一种频率或可变频率的交流，也称为直接变频电路。后者先把交流整流成直流，再把直流逆变成另一种频率或可变频率的交流，这种经过直流中间环节的变频电路也称为间接变频电路。直接变频电路中又包含晶闸管交交变频和矩阵式变频电路。

15、.三、变频器的根本原理2.晶闸管交交变频单相交交变频电路单相交交变频电路是由P组和N组反并联的晶闸管变流电路构成。电流器P和N都是相控整流电路，P组任务时负载电流为正，N组任务是负载电流为负。让两组变流器按一定的频率交替任务，负载就得到该频率的交流电。改动变流电路任务时的控制角就可以改动交流输出电压的幅值。其中甲流电路通常采用6脉波的三相桥式电路或12脉波变流电路。图4-8.三、变频器的根本原理2.晶闸管交交变频三相桥式全控整流电路图2-7三相桥式全控整流电路的原理如下图，将阴极连在一同的3个晶闸管称为共阴极组；将阳极连在一同的3个晶闸管称为共阳极组。晶闸管导通的顺序为1-2-3-4-5-6。

16、.三、变频器的根本原理2.晶闸管交交变频晶闸管的构造晶闸管是晶体闸流的简称，又称为可控硅整流器。其内部是PNPN四层半导体构造。晶闸管导通的任务原理可以用双晶体管模型来解释。图1-7.三、变频器的根本原理2.晶闸管交交变频晶闸管的根本特性静态特性1.当晶闸管接受反向电压时，不论门极能否有触发电流，晶闸管都不会道童2.当晶闸管接受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才干导通3.晶闸管一旦导通，门极就失去控制造用，不论门极触发电流能否还存在，进闸管都坚持导通。4.假设要使已导通的进闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值一下。图1-8.三、变频器的根

17、本原理2.晶闸管交交变频晶闸管的根本特性图1-9动态特性1.开经过程2.关断过程.三、变频器的根本原理2.晶闸管交交变频三相桥式全控整流电路电阻负载 图2-17三相桥式全控整流电路电阻负载=0度时晶闸管任务情况.三、变频器的根本原理2.晶闸管交交变频三相桥式全控整流电路电阻负载 三相桥式全控整流电路电阻负载0度时的波形.三、变频器的根本原理2.晶闸管交交变频三相桥式全控整流电路电阻负载 三相桥式全控整流电路电阻负载30度时的波形.三、变频器的根本原理2.晶闸管交交变频三相桥式全控整流电路电阻负载 三相桥式全控整流电路电阻负载60度时的波形.三、变频器的根本原理2.晶闸管交交变频三相桥式全控整流

18、电路电阻负载 三相桥式全控整流电路电阻负载90度时的波形.三、变频器的根本原理2.晶闸管交交变频三相桥式全控整流电路阻感负载 三相桥式全控整流电路电阻负载0度时的波形.三、变频器的根本原理2.晶闸管交交变频三相桥式全控整流电路阻感负载 三相桥式全控整流电路电阻负载30度时的波形.三、变频器的根本原理2.晶闸管交交变频三相桥式全控整流电路阻感负载 三相桥式全控整流电路电阻负载90度时的波形.三、变频器的根本原理2.晶闸管交交变频单相交交变频电路图4-8.三、变频器的根本原理2.晶闸管交交变频单相交交变频电路图4-19.三、变频器的根本原理2.晶闸管交交变频单相交交变频电路图4-20单相交交变频电路输出电压和电流波形.三、变频器的根本原理3.晶闸管交交变频三相交交变频电路根本原理图公共甲流母线进线三相交交变频电路图4-24.三、变频器的根本原理图4-25输出星形结合方式三星爱那个交交变频电路3.晶闸管交交变频三相交交变频电路.三、变频器的根本原理3.晶闸管交交变频三相交交变频电路图4-26交交变频电路的输入电流波形.三、变频器的根本原理3.晶闸管交交变频三相交交变频电路图2-27梯形波控制方式的理想输出电压波形.三、变频器的根本原理4.矩阵式变频电路图4-28电路所用的开关器件是全控型的，控制方式不是相控方式而是斩控方式。.三、变频器的根本原理图4