电机与变频调速原理课件

ABB传动

变频器工作原理

北京ABB

市场部

技术支持与销售工程师

电机功率与速度计算功率计算：p=(2/60)*N*T*10ˆ³kwN:rpmT:N*m转动惯量，起动转矩，加减速时间，制动转矩变频器控制电机转速的原理,旋转磁场同步转速N=n=N*(1-s)v/f这里，N为电机旋转磁场同步转速n为电机额定转速S为电机转差率f为电机进线频率p为电机的极数转矩示例LTorque=F*L*sin()LFTorqueisthearmlengthmultipliedbyforceinrightangletoshaftIGBT开关图列Inverter&motor-statorvoltagephasorsMSSSABC+--++--+--++--++-+2/3*Udc+++---电机工频起动运行曲线交流鼠笼感应电机的典型转矩/转速曲线(机械特性曲线)电机电流电机变频起动运行曲线由变频器供电的交流鼠笼感应电机的转矩曲线电机运行的负载与电流电流和负载普通电机的允许负载曲线120%110%100%90%80%70%60%50%40%00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0相对转速T/TnACS800

MotorloadcapacityT =loadtorqueTN

=ratedmotortorquef =ACS800outputfrequencyTypicalcontinuousloadcapacitycurveofanIEC34self-ventilatedmotorcontrolledbyACS800

1.21.00.80.60.40.20.0TTN0102030405060708090100f(Hz)自通风电机的负载能力典型的连续负载能力曲线自通风电机电机负载类型可变转矩负载：风机水泵。恒转矩负载：皮带运输机恒转矩恒功率负载卷曲周期性恒转矩负载提升机Cranes,Centrifuges高起动转矩负载挤出机Kilns,RubberMixersTSpeedSpeedSpeedTTTTTimeTime变频器基本结构1整流部分逆变部分能量流动方向主要由三部分组成（如下图所示）：整流部分：将交流电变换成直流电中间直流环节：充电、滤波并保持电压稳定逆变部分：将直流电变换成电压与频率都可变的交流电中间直流环节输入输出变频器基本结构2变频系统的功能示意图ACS800EvolutionofACdrivesVfFrequencyreferenceModu-latorV/FratioACSpeedcontrolTorquecontrolAC1970’s:FrequencyControl1990’s:DirectTorqueControlVfTorquecontrolModu-latorSpeedcontrolACT1980’s:FluxVectorControlTraditionalPWMControlinshortstepstoavoidovershootingControllooptime1-3msbecauseofmodulatorTachometerfeedbackrequiredControllooptime1-3msbecauseofmodulatorTorquecontrolledbyasinglestepNoriskofovershootwithfast25scontrolloop交流传动的进化和发展标量控制V/F控制：保持磁通恒定，从而使电机输出比较大的转矩在基频（50Hz）以下，变频器能保持恒转矩输出；基频以上，变频器保持恒功率输出。F/HzU/V（0，0）380V50HzIRvoltageACS800EvolutionofACdrivesVfFrequencyreferenceModu-latorV/FratioAC1970’s:FrequencyControlTraditionalPWMControlinshortstepstoavoidovershootingControllooptime1-3msbecauseofmodulator交流传动的进化和发展F=50HzF=25HzF=0HzSPWM无速度传感器的矢量控制无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照转矩计算公式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压和频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。矢量控制优点采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器，并需使用厂商指定的变频器专用电动机进行控制，否则难以达到理想的控制效果。VfTorquecontrolModu-latorSpeedcontrolACT1980’s:FluxVectorControlTachometerfeedbackrequiredControllooptime1-3msbecauseofmodulator交流传动的进化和发展ACS800EvolutionofACdrivesM=CmFMuvw12SpeedcontrolTorquecontrolAC1990’s:DirectTorqueControlTorquecontrolledbyasinglestepNoriskofovershootwithfast25scontrolloop交流传动的进化和发展ACS800EvolutionofACdrivesuvwInput:VoltageCurrentfrequencyAftermath:MagnetizationTorquespeedInput:VoltageCurrentOn-offAftermath:MagnetizationTorqueSpeedfrequencymotormoduleACS800 ExcellenttorquecontrolTorque:PWMDTC

Torquesteprisetime

力矩阶越上升时间DTCFluxvectorOpenloopPWM<5msec.10to20msec.>100msec.Noencoderrequiredforaccuratetorquecontrol

无编码器，可精确控制力矩Fulltorqueatzerospeed

零速满转矩Directcontroloftorquenonuisancetrips

转矩直接被控制0,000,501,00CurrentTorqueDTCPWMNewCurrentlevelNewTorquelevelTime变频器的节能原理对于风机水泵负载，是平方转矩负载T=K*ω2，但是我们又知道功率P=T*ω，因此P=K*ω3。从这个意义上说，当我们需要风机在较低转速下运行时，输出功率就小，从而可以达到节能的效果。对于恒转矩负载，只要变频器在较低转速下满足了恒转速的要求，那么同样根据

P=T*ω，低速下也可以节能。在过去多数情况下，我们常采用减速箱来调速，而现在变频器调速范围大，转矩特性也不错，减速