1、变频调速原理；2、通用变频器的基本结构

变频调速原理《变频及伺服应用技术（西门子）》CONTENTS目录课堂导入01变频调速的条件02基频以下恒转矩调速03基频以上恒功率调速04变频调速特性的特点05课堂小结06学习目标能说出变频调速的条件；能列举基频以上调速和基频以下调速的机械特性；掌握变频调速特性的特点；厚植爱国精神和民族自豪感。2023/10/27数字400、300、200是指速度等级，“复兴号”已经形成时速160公里至350公里的全系列动车组CR是Chinarailway的缩写，即“中国铁路”的英文简写命名方式数字说明变频调速原理1、课堂导入由异步电动机的转速公式：改变频率改变速度2、变频调速的条件式中

f1———异步电动机定子绕组上交流电源的频率(Hz);p———异步电动机的磁极对数;s———异步电动机的转差率;

n———异步电动机的转速(r/min);n1———异步电动机的同步转速(r/min)。式中:

Φm——主磁通E1——气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值（V）；

N1——每相定子绕组的匝数；

KN1——定子绕组基波系数；

U1——定子绕组电压；

U——漏阻抗压降；ƒ1——定子绕组的电源频率。2、变频调速的条件三相异步电动机的主磁通Φm的表达式为:

根据三相异步电机的等效电路可知：E1=U1+△U2、变频调速的条件U1

≈E1式中:

E1——气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值（V）；U1——定子绕组电压；

U——漏阻抗压降。2、变频调速的条件当U1

≈E1=const时，由E1≈U1∝ƒ1Φm

知，ƒ1↓→Φm↑→电动机磁路过饱和，导致过大的励磁电流，电动机因绕组过热而损坏。当U1≈E1=const时，由E1≈U1∝ƒ1Φm

知，ƒ1↑

→Φm↓，铁芯利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩T↓

，电动机的负载能力下降，电动机的容量得不到充分利用。为维持电动机的输出转矩不变，必须使主磁通Φm

=const，即U1ƒ1=constE1ƒ1≈结论:变频调速的条件是主磁通Φm保持不变2、变频调速的条件Φm∝U1ƒ1=constE1ƒ1=因为变频的同时还要改变电压，所以称为v/f控制，也称为VVVF（VariableVoltageVariableFrequency）。3、基频以下恒转矩调速解决方法：可通过提高U1的方式来补偿

U的影响，使E1/ƒ1不变，即Φm不变，这种控制方法称为电压补偿，也称为转矩提升。3、基频以下恒转矩调速电压补偿示意图

此方法通过提高U1来保持Tm不变。定子电源频率f1越低，定子绕组电压补偿得越大。

基频以下调速时的机械特性11●理想空载转速：n1↓∝f1↓U1f1●频率在额定频率附近下调时，最大转矩可以近似认为不变。最大转矩：Tm∝

不变Tm●频率不同时，最大转矩点对应的转差

n=const，所以稳定工作区的机械特性基本是平行的。

n

n当f较低时，

U

不能忽略，需要U1

↑

→

Φm↑→Tm↑3、基频以下恒转矩调速3、基频以下恒转矩调速结论：从基频以下调速时，电磁转矩T恒定，电动机带负载的能力不变，属于恒转矩调速。

基频以下调速时的机械特性4、基频以上恒功率调速结论：从基频以上调速时，只能保持U1=U1N不变，ƒ1↑→Φm↓→T↓

，但是P=T（↓）ω（↑）=const，所以基频以上调速属于弱磁恒功率调速。

基频以上调速时的机械特性●最大转矩点对应的转差

n几乎不变，但由于最大转矩减小很多，所以机械特性斜度加大，曲线特性变软。4、基频以上恒功率调速●从额定频率向上调频时，理想空载转速增大，最大转矩大幅减小，机械特性上移。

基频以上调速时的机械特性◆f1＜f1N

U1ƒ1=constΦm不变，属于恒转矩调速。◆f1＞f1N

U1

=constΦm变小，电动机的功率不变，属于恒功率调速当f较低时，

U不能忽略通常U1

以保持Tm不变（电压补偿）P=T（↓）ω（↑）=const5、变频调速特性的特点异步电动机变频调速控制特性●基频以上属于恒功率调速6、课堂小结●基频以下属于恒转矩调速异步电动机变频调速控制特性通用变频器的基本结构《变频及伺服应用技术（西门子）》CONTENTS目录课堂导入01组成02主电路03控制电路04外部端子05课堂小结06学习目标①知道通用变频器的组成；②掌握主电路的组成及各部分的功能；③了解控制电路的作用；④通过中国变频器品牌的市场分布，增强学生“中国智造，强国有我”的使命感和担当意识。2023/10/27

一、课堂导入2019年中国变频器市场分布图

二、组成主电路控制电路通用变频器通常有两部分组成：主电路和控制电路。变频器的基本结构框图主电路由整流电路、能耗电路和逆变电路组成。

将交流变成直流

三、主电路交-直-交变频器的主电路由整流电路、能耗电路和逆变电路组成。

将交流变成直流

三、主电路限制启动电流

交-直-交变频器的主电路

三、主电路◆滤波电路：滤波电容器CF有两个功能：一是滤平全波整流后的电压纹波；二是当负载变化时，使直流电压保持平稳。◆电源指示HL：HL除了表示电源是否接通以外，还有一个十分重要的功能，即在变频器切断电源后，表示滤波电容器CF上的电荷是否已经释放完毕。交-直-交变频器的主电路

三、主电路由整流电路、能耗电路和逆变电路组成。

交-直-交变频器的主电路由整流电路、能耗电路和逆变电路组成。

将直流电逆变成频率可调的交流电续流二极管IGBT导通，并联二极管为再生电流及能量返回直流电路提供通路

三、主电路交-直-交变频器的主电路单管IGBT◆IGBT单管：IGBT，封装较模块小，电流通常在100A以下常用逆变模块有：GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等，一般都采用模块化结构有2单元、4单元、6单元。

三、主电路◆IGBT模块：就是将多个IGBT集成封装在一起。全桥IGBT单桥IGBT

三、主电路PIM（功率集成模块）

知识拓展功率集成模块PIMIGBT驱动电路过流保护过热保护欠压保护IPM（智能功率模块）

四、控制电路变频器的基本结构框图

五、外部端子变频器的基本结构框图类别作用主要构成器件主电路整流电路将工频交流变成直流，输入无相序要求整流桥逆变电路将直流转换为频率、电压均可变的交流电，输出无相序要求IGBT能耗电路消耗过多的回馈能量，保持直流母线电压不超过最大值单管IGBT和制动电阻,大功率制动单元外置上电缓冲降低上电冲击电流，上电结束后开关自动闭合，而后变频器允许运行限流电阻和开关储能部分保持直流母线电压恒定，降低电压脉动电解电容和均压电阻变频器的组成

五、课堂小结变频器的构成

五、课堂小结类别