第一章变频器的主电路

PAGEPAGE1变频调速应用技术讲座第1章变频器的主电路1．1三相交流异步电动机简介图1－1笼形转子异步电动机的构造a）外形b）定子c）转子（短路绕组）图1－1笼形转子异步电动机的构造a）外形b）定子c）转子（短路绕组）1．笼形转子异步电动机

2．绕线转子异步电动机图1－2绕线转子异步电动机的构造图1－2绕线转子异步电动机的构造a）外形与接线b）转子绕组3．旋转原理图1－3图1－3三相交流异步电动机的旋转原理a）三相交变电流b）三相绕组c）旋转原理

4．基本公式 n0—同步转速，即旋转磁场的转速。 n0＝f—电流的频率；p—磁极对数； nM—转子转速。Δn＝n0－nM —转差s＝＝ —转差率Δn＝sn0nM＝n0－Δn＝n0－sn0＝n0（1－s）＝(1－s)p2pn0nMΔns备注12300029001000.0335.5～7.5kW2930700.02311～18.5kW2970300.0145～160kW2415001460400.02711～15kW1470300.0218.5～30kW1480200.01337～315kW361000960400.043～5.5kW970300.037.5～30kW980200.0237～250kW

图1－4生产机械对无级调速的要求举例1．1．2生产机械对无级调速的要求图1－4生产机械对无级调速的要求举例1．1．3异步电动机之梦图1－5变频可以调速图1－5变频可以调速

正方、反方要平衡正方、反方要平衡！1．2．1 负载得到机械能时的作功过程图1－6拖动系统的转矩平衡 1．能量的载体—机械的旋转系统图1－6拖动系统的转矩平衡2．作功要点 作用的一方：电动机的电磁转矩 TM＝KTI2’Φ1cosφ2 反作用的一方 ：负载的阻转矩TL 作功的标志：拖动系统以一定的转速nM（＝nL）运行

1．2．2电动机从电网取用电功率时的作功过程图1－7定子取用电功率的电路a）定子绕组b）三相电路示意图c）单相电路示意图d）绕组的电动势 图1－7定子取用电功率的电路a）定子绕组b）三相电路示意图c）单相电路示意图d）绕组的电动势2．作功要点 作用的一方：电源电压U1 反作用的一方：定子绕组的反电动势E1 作功的标志：电路内有电流I13．定子绕组的等效电路与电动势平衡方程图1－8图1－8定子绕组的等效电路a）主磁通和漏磁通b）等效电路与电动势平衡

1．2．3转子从定子侧吸收能量的作功过程图1－9异步电动机的磁路a）定子电流的合成磁场b）定子磁动势c）转子磁动势的去磁作用 图1－9异步电动机的磁路a）定子电流的合成磁场b）定子磁动势c）转子磁动势的去磁作用2．作功要点 作用的一方：定子绕组的磁动势I1N1 反作用的一方：转子绕组的磁动势I2’N 作功的标志：磁路内有磁通Φ1

图1－10图1－10转子的等效电路a）笼形转子b）转子电路c）等效转子d）等效静转子e）输出机械能f）一相等效电路图1－11磁动势的平衡图1－11磁动势的平衡a）磁动势的平衡b）电流平衡c）电流矢量图

1．2．4能量传递小结图1－12能量传递小结

图1－12能量传递小结休息15分钟

1．3交－直－交变频器的构成及演变百年怀胎盼百年怀胎盼开关！图1－13交－直－交变频器框图1．基本框图图1－13交－直－交变频器框图2．单相逆变桥图1－14单相逆变桥原理图1－14单相逆变桥原理a）单相逆变桥电路b）负载所得电压波形3．三相逆变桥 3．变频方法3．变频方法

3．变频方法图1－15变频方法图1－15变频方法a）频率较高b）频率较低4．图1－16三相逆变桥图1－16三相逆变桥a）三相逆变电路b）输出电压波形4．三相逆变桥

1．3．2逆变器件的条件与发展图1－17逆变器件承受的电压和电流 1．逆变器件的条件图1－17逆变器件承受的电压和电流（1）能承受足够大的电压和电流。 （2）允许长时间频繁地接通和关断。（3）接通和关断的控制必须十分方便。2．逆变器件的发展图1－18SCR逆变ａ）逆变电路ｂ）电压波形ｃ）电流波形图1－18SCR逆变ａ）逆变电路ｂ）电压波形ｃ）电流波形

（2）普及归功GTR（BJT）图1－19GTR逆变ａ）逆变电路ｂ）电压波形ｃ）电流波形图1－19GTR逆变ａ）逆变电路ｂ）电压波形ｃ）电流波形（3）提高全靠IGBT图1－20IGBT逆变图1－20IGBT逆变ａ）逆变电路ｂ）电压波形ｃ）电流波形

变频变压为哪般？1．4变频变压为哪般？1．4．1变频调速出现的新问题图1－21频率下降出现的新问题1．从能量关系看主磁通的变化图1－21频率下降出现的新问题 2．从反电动势看主磁通的变化∵ E1＝KEfXΦ1∴ Φ1＝KF·↑

3．磁通增大的后果图1－22励磁电流和饱和程度的关系图1－22励磁电流和饱和程度的关系a）简单磁路b）磁路在不饱和段c）磁路在深度饱和段图1－23保持磁通不变的途径图1－23保持磁通不变的途径a）频率下降的结果b）变频也要变压（1）从能量角度看

（2）从电动势的角度看∵ E1＝KEfΦ1∴ ＝C→Φ1＝C即 E1X＝CfX →Φ1＝C顶替办法：＝C→Φ1≈C设 kf＝ kU＝则 kU＝kf →Φ1≈C∴变频的同时也要变压，变频器常称为VVVF。kU＝kf 时，电压与频率的对应关系fXkf＝fX／fNUX＝kUUN50Hz1.0380V40Hz0.8304V30Hz0.6228V20Hz0.4152V10Hz0.276V5Hz0.138V

1．4．2变频又变压的具体方法1．ＰＷＭ（脉宽调制）图1－24脉宽调制图1－24脉宽调制a）电路框图b）频率较高c）频率较低2．正弦脉宽调制（ＳＰＷＭ）图1－25正弦脉宽调制a）电压波形b）电流波形

图1－25正弦脉宽调制a）电压波形b）电流波形图1－26单极性脉宽调制a）频率较高b）频率较低图1－26单极性脉宽调制a）频率较高b）频率较低（2）双极性调制图1－27双极性脉宽调制

整流滤波图1－27双极性脉宽调制整流滤波有特点！1．5．1整流与滤波电路图1－28图1－28整流及滤波电路

2．充电过程要限流图1－图1－29合上电源时的充电过程a）直接充电b）加入限流电阻3．直流电源指示为安全图1－3图1－30直流电路的电源指示

休息15分钟

反 反向电流给出路！1．逆变电路的结构与输出电压图1－31图1－31逆变电路及其输出电压图1－3图1－32R、L电路的复习

3．逆变电路的电流路径图１－33电动机状态a）空载示意图b）矢量图c）电路图d）电压、电流曲线（1）电动机状态《nM＜n0图１－33电动机状态a）空载示意图b）矢量图c）电路图d）电压、电流曲线（2）发电机状态（nM＞n0）图1－34发电机状态图1－34发电机状态a）重载示意图b）矢量图c）电路图d）电压、电流曲线

4．逆变桥输出的禁忌图1－35输入、输出不允许接错a）电源接至输出侧b）接错的后果 图1－35输入、输出不允许接错a）电源接至输出侧b）接错的后果图1－36输出侧接电容器的后果（2）输出侧不能接电容器图1－36输出侧接电容器的后果电流电流大小分三片！1．5．3主电路各部分的电流 1．概述图1－37变压器与变频器的输入、输出电流图1－37变压器与变频器的输入、输出电流a）变压器的输入、输出电流b）变频器的输入、输出电流

图1－38电动机的电流a）变压器的输出电流b）变频器的输出电流图1－38电动机的电流a）变压器的输出电流b）变频器的输出电流由图知，变频器输出电流的大小取决于负载的轻重。3．频率下降时各部分的功率与电流图1－39各部分电流的变化规律

图1－39各部分电流的变化规律供电部门不能恼供电部门不能恼！图1－40输入电流的波形及其谐波分析a）输入电流的形成b）输入图1－40输入电流的波形及其谐波分析a）输入电流的形成b）输入电流c）输入电流的频谙分析

1．6．2功率因数的完整定义图1－41滞后电流与谐波电流的功率a）滞后电流的功率b）5图1－41滞后电流与谐波电流的功率a）滞后电流的功率b）5次谐波电流的功率 2．功率因数的公式 λ＝＝υ•cosφ ［PF＝DF·Kd］ 式中，λ─全功率因数（PF）； Ｐ─有功功率，kW； Ｓ─视在功率，kVA；cosφ─位移因数（DF）；υ─电流的畸变因数（Kd），等于电流基波分量的有效值与总有效值之比： υ＝

1．6．3提高功率因数的方法图1－42交流电抗器1．配接交、直流电抗器图1－42交流电抗器（1）交流电抗器除了可以将功率因数提高至（０.７５～０.８５）外，还具有削弱浪涌电流和电源电压不平衡的影响。（2）配接直流电抗器，功率因数可提高至０.９以上。2．采用12脉波整流图1－4312脉波整流图1－4312脉波整流a）6脉波整流b）12脉波整流常规测量不可靠常规测量不可靠！1．7．1输出电压的测量1．电磁式仪表 fX↓→XL=2πfXL↓→IL↑图1－44电磁式仪表测电压a）电磁式仪表构造b）测量部位c）测量结果

图1－44电磁式仪表测电压a）电磁式仪表构造b）测量部位c）测量结果图1－45数字式仪表测输出电压图1－45数字式仪表测输出电压a）被测电压波形b）数字表采样过程c）测量结果图1－46整流式仪表测输出电压图1－46整流式仪表测输出电压a）磁电式仪表b）整流式仪表及测量电压波形c）测量结果3．整流式仪表

1．7．2输入电流的测量图1－47非正弦电流的测量a）7次谐波电流b）电流互感器c）副方等效电路图1－47非正弦电流的测量a）7次谐波电流b）电流互感器c）副方等效电路以7次谐波电流为例：（1）互感器绕组和仪表绕组的感抗 ∴ f7↑→XL7＝2πf7L↑→I7（2）绕组分布电容的分流作用加大f7↑→IC7↑→I7↓（3）铁心的导磁率 f7↑→μ↓（μ－导磁率）（4）铁心中的功率损失