变频器第二章

1、变频器第二章第1页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二学习目标 1、了解“变频调速器”的控制方式及基本控制原理。2、掌握变频调速器的安装方法。3、掌握变频调速器的应用 1第2页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二 交流电动机变频调速技术是20世纪70年代发展起来的，随着电力电子技术、控制技术的高速发展，高性能、高可靠性的变频调速器已在世界各国工业、生活等领域中得到广泛应用。与传统的调速技术相比，变频调速技术有着极大的优越性。 目前，我国的工厂、住宅的生活用水系统、电梯拖动控制系统、工厂各类水泵与风机、空调器与中央空调系统、各类机床电机控制，都已大量使用了变频

2、调速器作节能和改善控制特性。相信，随着变频调速器的控制数字化、体积小型化、功能多样化、工作可靠性的进一步提高，其应用将会更深入和广泛。 变频调速器简介2.1第3页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二 节能效果显著、采用变频调速技术后，将使泵类与机械类在工作运行中产生约3040%的节能效果。 控制精度高、调速范围宽、操作方便、工作可靠。变频器优点第4页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二 从异步电动机的基本工作原理可知：异步电动机的同步转速是由磁极对数（P）和电源频率（f）决定的，当用n0表示异步电动机的同步转速时，则有： n0 = 60f / P 若以n表示

3、异步电动机的实际转速，则异步电动机的转差率（s）为： s =（n0 - n）/ n0 100%因此，异步电动机的实际转速可以下式来表示： n=(1-s) n0=(1-s)60 f1 /p1、异步电动机调速的基本方法 变频调速器的控制方式2.2第5页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二1、变极（P）调速：如通过改变定子绕组的联接方式来进行电动机变极的双速、三速电动机。 2、变转差率（s）调速：如晶闸管调压调速系统、线绕转子异步电动机的转子串电阻调速等。 3、变频（f）调速：利用变频器向异步电动机提供频率可变的电源来控制电动机的转速。 交流电动机三种调速方式1）三种变频调速的特点

4、a、变极调速只能实现二种或三种速度的跳变，而且要通过控制线路进行定子绕组接法的变换；第6页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二b、变极调速只能实现二种或三种速度的跳变，而且要通过控制线路进行定子绕组接法的变换；c、变转差率调速晶闸管调压调速系统只适用于中小型电动机，而转子串电阻调速仅能用于线绕转子的异步电动机，它们的应用都有一定的缺点和受到一定的限制。d、变频调速可以通过连续地改变电源频率，实现电动机转速连续平滑地调节。大功率的电力电子元件的发展与应用变频器拖动大容量电动机已完全不成问题， 数字技术变频器的控制精度之高与控制功能之多更是其它交流调速方式远不能及的。 变频调速的

5、性能已不亚于传统的直流调速，而直流调速由于直流电动机需要定期更换碳刷，故更显出变频器的运行的高可靠性。 第7页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二2.3通用变频器工作的基本原理 我国生产的异步电动机运行频率是50Hz，我们把这一频率称为基频。 基频以下采用V/f比值恒定控制调速。 基频以上即使频率升高，电压也要保持不变。变压变频（VVVF）装置 随着频率升高，转速增加，但电动机转矩会减少，这一过程称为恒功率调速过程(P=FV,力F减少,但转速V增加,使P值保持恒定)。 这样的装置通称变压变频（VVVF）装置。第8页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二v/f

6、恒定控制的必要 保持电动机的磁通恒定 通过改变频率可以改变异步电动机的转速，但仅改变电动机的频率而电动机的电压保持不变，电动机的磁通就会随着频率的变大、变小而出现饱和或欠励磁情况。当磁通饱和时，励磁电流急剧增加，导致绕组过分发热，功率因数降低；而欠励磁时，电动机的输出转矩下降，若此时负载转矩保持不变，势必导致定子、转子线圈过电流，也会产生过热。 因此，要保持电动机的磁通恒定，就必须要在改变电动机的频率的同时改变电动机的感应电动势E。 由于电动机的感应电动势E不好测定，而当电动机定子阻抗与定子电压V相比很小时，可忽略定子阻抗的电压降，即有VE。所以在电动机作变频控制时，用保持V/f比值恒定的方式

7、来维持磁通的恒定。 第9页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二V/f恒定控制调速存在的主要问题 低速性能较差 原因：在低速时，由于电动机定子阻抗的电压降与定子电压V相比已不能忽略，仍按V/f比值恒定控制已不能保持电动机的磁通恒定，而电动机的磁通在低速区的减少，就必然造成电动机在低速区输出的电磁转矩减少，因此，需要在低速区对电动机进行转矩提升。 各种通用变频器都有低速时转矩提升功能，一般是在低速区提升电压V，使V/f比值增加，以达到提升转矩的目的。 第10页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二变频调速的基本构成与工作原理 2.31、变频调速器基本结构 通用变频

8、器把工频电流（50Hz）变成各种频率的交流电流，以实现电动机的变速运转。整流电路逆变电路控 制 电 路交流电工频电源电机主电路第11页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二主电路 整流电路把工频电源的交流电变换 成直流电，并对直流电进行平滑滤波。 逆变电路直流电变成频率可调的交 流电供电动机变速运行。控制电路-处理外部接口电路送来的各种检测信号 和参数设定值、并将其变为控制信号和显 示信息，进行V/f控制、加减速速率调节控 制及提供各种变频器与电机的保护功能 第12页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二2、整流电路的基本工作原理 由6个整流元件组成三相桥式全波

9、整流 有一个浪涌电流的吸收装置 整流后的直流电经电容平滑后供给逆变器 电源接通时电容将流过较大的充电电流（浪涌电流），容易引起对二极管和其它控制装置的损坏， 整流元件可采用二极管或晶闸管 第13页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二 当开关S1、S4与S2、S3交替接通，就产生了交变电流。其变化快慢可通过两个开关组接通时间的改变来实现，这样就可达到改变交流电频率的目的 。 逆变电路的主要作用将平滑后的直流电转换为具有可调频率的交流电。直流电变交流电的基本原理：第14页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二 顺次通断开关S1S6，在UV、VW、WU端产生等效于单

10、相逆变器的脉冲波形，从而形成三相交流电压给电机供电，通过改变开关的通断周期，可以得到要求的频率，亦可通过改变DC电压来改变交流电压。 三相逆变器电路原理：逆变电路逆变电路产生的三相交变电压第15页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二 变频器是用半导体开关元件作逆变控制开关，通过半导体开关元件的交替导通产生交流电。 用晶体三极管作逆变器开关，用基极驱动信号使用晶闸管作逆变器开关，用门极驱动信号 作开关用的半导体元件是交流调速的关键器件，它们都是大功率的半导体元件，一般称电力半导体元件 晶闸管（SCA） 门极可关断晶闸管（GTO） 双极型功率晶体管（GTR） 功率场效应管（功率M

11、OSFET） 绝缘栅双极晶体管（IGBT） 智能功率模块（IPM） 第16页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二3、变频器的调制方式 PWM方法是通过控制逆变器功率开关的通、断来获得一组等幅而不等宽的矩形脉冲，改变矩形脉冲的宽度即可改变输出电压幅值。这样，变频器的调压、调频同在逆变器中完成，二者始终配合一致，不受其它环节的影响，因此能较好地解决了PAM存在的问题。 。T2T1第17页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二检测电路保护电路：变频器保护、电机保护、驱动系统保护操作显示电路运行操作、参数设置、参数显示、故障显示驱动电路主控电路输入信号处理、频率（速度

12、指令）运行（ON/OFF）指令加减速调节控制运算V/f设定转矩电流、励磁电流PWM波形运行、频率指令运行操作变频器控制电路基本结构第18页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二 利用变频器去拖动鼠笼式异步电动机，能够实现鼠笼式异步电动机的无级调速，实现电动机的软起动，方便地进行加减速控制，从而使鼠笼式异步电动机获得高运行性能却基本上不需对电机进行过多的维护。利用这些优点，变频器广泛应用于大幅度节能、控制传动系统自动化与高性能化，提高生产效率等等方面。 变频调速的应用2.3第19页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二风机与水泵属于流体机械，在低速时由于流体流速低

13、，负载只需要很小转矩，而随着电动机转速的增加，所需转矩会越来越大，其转矩大小与转速的平方成比例增减。因此，通常称此类机械为“负载转矩与转速成平方比例”（平方转矩）特性的负载。即：M=Kn2 （1）（式中：M转矩； K比例系数； n电动机转速）1、风机与水泵的节能应用可得出风机和水泵的电动机的轴动力（功率输出）与转速的三次方成比例。即：P=Dn3 （2）（式中：P轴功率、 D比例系数、 n电动机转速 ）第20页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二 用变频器对拖动风机的电动机进行转速控制，由于风机风量与转速成正比，当实际需求风量减少时，可调低转速，从而使运行电耗大大减少。而变频器

14、具有的优越性能，使之能高效率地实现需用功率与实际供给功率的最佳匹配。达到大幅度节 能的目的。 对水泵，由于在运转过程中受扬程与流量两个因素的影响，对于高扬程的水泵，采用变频调速节能效果会不显著。但由于低扬程水泵轴功率与转速仍符合12式的关系，因此，在功率较大、流量大、对扬程要求不高的场合，采用变频调速控制节能效果特别好。对多台水泵构成的机组，使用变频调速控制，效果也很好。第21页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二 用变频器改造后的轧钢加热炉鼓风机系统。轧钢加热炉是对需要轧制的钢材进行加热用的，工艺要求加热炉内保持一定的温度。通过燃烧重油来维持炉内温度，用控制鼓风机吹入风量的

15、大小来调节重油的有效燃烧。针对原系统的缺点，用变频器对风机实行调速控制，通过改变风机的转速实现风机的风量与风压的调节，同时实现远距离控制。图中通过检测变送器，将检测到的实际风压与风量变换为一直流信号，反馈到传感调节器，调节器通过比较环节，将风量或风压的设定值与此反馈值相比较及对其差值进行PID运算（P为比例运算、I为积分运算、D为微分运算；是自动控制的一种调控手段），产生一个控制信号，并将此信号作为变频调速装置的指令信号输入，去调节控制电机转速。这样，无论风机实际负荷需求怎样变化，风机的鼓风量总能围绕设定值变化并自动进行过程调节，产生显著的节能效果。 轧钢加热炉鼓风机系统第22页，共26页，2

16、022年，5月20日，5点55分，星期二 恒压供水系统，该系统是变频调速技术最典型的应用。由于使用了变频调速，减少了供水水泵的频繁起动，使水泵工作在高效率状态，从而节约了能源、减少了对电网的冲击。该系统根据供水系统中瞬时变化的流量和相应的压力两个参数，通过PLC和变频器自动调节水泵的转速和运转的台数，改变水泵出口压力与流量，从而达到提高供水质量与高效节能的目的。系统能实现变频自动、工频自动、手动等三种控制方式。 对水泵（风机）变频调速控制系统，从节能目的出发，在电机被变频器软起动后，若需持续满载运行，一般会将系统转由工频电源直接供电，到需要低速运行时，再将系统转换到变频控制。恒压供水系统第23

17、页，共26页，2022年，5月20日，5点55分，星期二 电弧炉自动配料系统。自动配料系统由称量和加料两部份组成，称量部分由几组料仓及量斗、测压头、微机配料控制器、若干台变频器及多速振动给料器组成。加料系统由2台可逆皮带机、溜槽组成。冶炼不同钢种时，称量系统需将入炉的各种原料称量好。加料及配料分粗加料及细加料两个阶段。粗加料时，变频输出高频率给出多速振动给料机的电动机进行快速下料，下料重量经压力传感器测出、经重量变送器比较后送至微机控制，当接近标定重量时，控制器输出信号给变频器，降低输出频率，使多速振动给料器频率降低，变为慢速加料即细加料。至各种配料达到要求值，即关闭加料系统。 第24页，共2

18、6页，2022年，5月20日，5点55分，星期二 系统优点是： 利用变频器的转差补偿功能，根据实际负荷的变化，自动进行频率补偿，避免了超速、欠速运行，保证了轻、重车的运行平稳。 利用变频器在电梯启动、变速、制动时设置“S”字曲线运行，使电梯在加、减速过程中无冲击感。当需要电梯远程运行时，自动选择快速，当电梯需要近今邻层运行时，自动选择中速，行驶到换速点时自动减速至平层，到平层立即停车，然后执行开门曲线特性。 利用变频器灵敏的故障检测、诊断、显示和记忆功能，实现维护与维修的简便化。系统中使用PLC处理电梯选层信号、上、下楼呼号、楼层信号、拖动信号、开关门信号等，并用数字显示方式作业正常的数层显示和门联锁及安全保护信号的故障自诊断优先显示。整个系统具有高速转矩计算、多段速控制、高性能的自动补偿功 变频器与PLC控制电