变频技术课件：变频器基础知识

§1-1三相交流异步电动机的调速原理学习目标1．理解三相交流异步电动机的工作原理。2．掌握三相交流异步电动机的调速方法。3．理解三相交流异步电动机变频调速的机械特性。1.旋转磁场与转差率（1）旋转磁场的产生一、三相交流异步电动机的工作原理旋转磁场的产生过程旋转磁场的产生过程（2）旋转磁场转速（同步转速）式中n1—旋转磁场的转速，r/min；f1—电源的频率，Hz；p—电动机旋转磁场的磁极对数。（3）旋转磁场的转向旋转磁场的转向由电源的相序决定：电源为正序（或顺序，按U-V-W排列），则旋转磁场为顺时针方向旋转；电源为逆相序（或反序，按W-V-U排列），旋转磁场为逆时针方向旋转。（4）三相交流异步电动机的工作原理三相交流异步电动机的工作原理2.转差率s式中s—转差率；n1—同步转速，r/min；n—转子转速，r/min。二、三相交流异步电动机的调速转子转速n

的表达式为：根据三相交流异步电动机的转速公式可知，三相交流异步电动机的调速方法有:变频（f1）调速、变极（p）

调速、变转差率（s）调速三种。1.变极调速定义：电源频率不变的条件下，通过改变定子空间磁极对数的方式改变同步转速，从而达到调速的目的。三相交流异步电动机的变极调速是有级调速，通过改变磁极对数p，可以得到2∶1调速、3∶2调速、4∶3调速及三速电动机等，调速的级数很少。2.变转差率调速变转差率调速一般仅适用于绕线型异步电动机，具体实现调速的方法很多。例如：转子串电阻的串级调速、调压调速等。随着s的增大，电动机的机械特性变软，效率降低。3.变频调速（1）基频以下恒磁通（恒转矩）变频调速1）恒磁通变频调速的原因。恒磁通变频调速实质上就是调速时要保证电动机的电磁转矩恒定不变，这是因为电磁转矩与磁通成正比的关系。2）保证变频调速时磁通恒定恒压频比控制方程式：U1/f1

与E1/f1

的关系图中，1为U1/f1=const时的电压与频率关系曲线；2为有电压补偿时，近似的E1/f1=const的电压与频率关系曲线。笼型异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率，采用所谓变压变频（VariableVoltageVariableFrequency，VVVF）调速控制。3）恒磁通变频调速机械特性变频调速机械特性a)U1/f1=const

b)定子电压补偿c)端电压补偿的U1

和f1之间的函数关系（2）基频以上恒功率（恒电压）变频调速随着f1升高，即转速升高，ω1

越大，主磁通Φ1

必须相应下降，才能保持平衡，而电磁转矩越低，T

与ω1的乘积可以近似认为不变，即随着转速的提高，电压恒定，磁通就自然下降，当转子电流不变时，其电磁转矩就会减小，而电磁功率却保持恒定不变。变频调速控制特性技能训练1认识变频器训练目标1．认识各种品牌的变频器。2．能正确理解变频器的型号含义。3．掌握变频器的拆装方法及步骤。4．认识变频器的主控端子。

实训设备及工具材料

序号分类名称型号规格数量单位备注1工具电工常用工具1套2仪表万用表MF47型（自定）1块3设备器材变频器FR-A7400.75kW或自定1台拆装各种品牌若干台识别4资料变频器手册A700使用手册（基础篇）1本一、认识变频器的铭牌英威腾变频器台达VFD-B变频器各种品牌变频器外形二、变频器的硬件拆装与认识1．操作面板的拆装操作面板的拆卸方法及步骤2．前盖板的拆装（1）额定容量在22kW以下的A700系列变频器前盖板的拆装1）拆卸2）安装前盖板的安装步骤（2）额定容量在30kW以上的A700系列变频器前盖板的拆装1）拆卸前盖板的拆卸方法及步骤前盖板的安装步骤2）安装前盖板的安装步骤3．认识主控制板及端子排变频器的控制电路板及主控端子排示意图变频器的控制电路板及主控端子排示意图变频器的控制电路板及主控端子排示意图§1-2通用变频器的组成与工作原理学习目标1．了解变频器的分类。2．理解变频器的工作原理和结构。3．了解变频器中常用的电力半导体器件。三菱A700变频器的外形图变频器的作用分类方法按照主电路工作方式电压型变频器电流型变频器按照输出电压调制方式PAM（脉冲幅度调制）控制变频器PWM（脉冲宽度调制）控制变频器高载频PWM控制变频器按照工作原理分类U/f控制变频器转差频率控制变频器矢量控制变频器直接转矩控制变频器按照用途分类通用变频器高性能专用变频器高频变频器一、变频器的分类变频器的其他分类方式分类方式变频器种类分类方式变频器种类按其供电电压分低压变频器中压变频器高压变频器按输出功率大小分小功率变频器中功率变频器大功率变频器按供电电源的相数分单相输入变频器三相输入变频器按主开关器件分IGBT变频器GTO变频器GTR变频器按变换环节分交-直-交变频器交-交变频器按机壳外型分塑壳变频器铁壳变频器柜式变频器二、变频器的铭牌变频器的铭牌一般分为额定铭牌和容量铭牌。三菱FR-A740-3.7K变频器的铭牌三、通用变频器基本结构变频器的基本构成变频器的内部电路1．变频器的主电路通用变频器的主电路交-直-交变频器主电路各元件的作用电路名称元器件作用整流电路三相整流桥VD1～VD6将交流电变换成脉动直流电。滤波电容器CF滤除桥式整流后的电压纹波，保持直流电压平稳限流电阻RL与开关S将电容器CF的充电冲击电流限制在允许的范围内，以保护整流桥。电源指示灯HLHL除了表示电源是否接通外，另一个功能是当变频器切断电源后，指示电容器CF上的电荷是否已经释放完毕。能耗制动电路制动电阻RB将回馈能量以热能形式消耗掉。制动三极管VB为放电电流IB流经RB提供通路逆变电路三相逆变桥Vl～V6通过逆变管Vl～V6按一定规律轮流导通和截止，将直流电逆变成频率、幅值都可调的三相交流电续流二极管VD7～VD12在换相过程中为电流提供通路缓冲电路R01～R06、VD01～VD06、C01～C06限制过高的电流和电压，保护逆变管免遭损坏2．变频器的控制电路通用变频器的控制框图（1）主控制板（2）键盘与显示板（3）电源板与驱动板（4）外接控制电路三菱A700变频器的键盘与显示板示意图四、变频器中常用电力半导体器件1．整流器整流电路一般采用整流二极管组成的三相或单相整流桥，其作用是把交流电整流成直流电，给逆变电路和控制电路提供所需直流电源。

整流模块2．逆变器逆变器是变频器的核心器件，它在控制电路的作用下，将直流电路输出的直流电源转换成频率和电压都可以任意调节的交流电源。最常见的逆变电路结构形式是利用六个功率开关器件组成的三相桥式逆变电路。（1）晶闸管(SCR)晶闸管从外形上可分为平板式和螺栓式两种。晶闸管（SCR）（2）门极可关断晶闸管(GTO)门极可关断晶闸管是一种多元功率集成器件，属于电流控制型元件，一般由十几个甚至数百个共阳极的小GTO元件组成。门极可关断晶闸管（GTO）（3）电力晶体管(GTR)电力晶体管外形及内部结构（4）电力场效应晶体管(MOSFET)电力场效应晶体管是一种单极型的电压控制器件，输入阻抗高，驱动功率小，驱动电路简单；开关速度快，开关频率在500kHz以上。电力场效应晶体管外形（5）绝缘栅双极晶体管(IGBT)绝缘栅双极晶体管外形（6）

集成门极换流型晶闸管(IGCT)集成门极换流型晶闸管（7）智能功率模块(IPM)智能功率模块外形和内部结构功率集成模块外形技能训练2常用电力半导体器件的识别与检测训练目标1．能正确识别三菱FR-A740变频器中的电力半导体器件。2．能掌握变频器中常用电力半导体器件的检测方法。实训设备及工具材料

序号分类名称型号规格数量单位备注1工具电工常用工具1套2仪表万用表MF47型（自定）1块3设备器材变频器FR-A7400.75kW或自定1台识别4电力半导体器件整流模块、逆变模块（型号自定）若干个检测一、变频器中电力半导体器件的识别变频器中的电力半导体器件二、常用电力半导体器件的检测1.整流模块在线检测主电路简化图三菱FR-A740变频器的主回路端子图a)主回路端子外形图b)主回路端子示意图①必须确认主回路滤波电解电容放电完毕后,才能进行测量。②由于主回路电解电容的影响,测量时应等万用表指示值稳定后再读数。2.逆变模块在线检测检测的方法及步骤如下：将红表笔接到P+端，黑表笔分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。将黑表笔接N-端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块有故障。①用上述方法来检测逆变模块只能初步认为逆变模块正常,但还不能完全确定。②逆变旦查出损坏,就不能再通电,以免进一步产生不良后果。3.IGBT管的检测①用指针式万用表判断IGBT管好坏时,应将万用表拨在R×10kΩ挡,否则因其他各挡的内部电池电压太低,无法正确判断IGBT管的好坏。②此方法也可以用于检测功率场效应晶体管(P-MOSFET)的好坏。评分标准§1-3通用变频器的控制方式学习目标1．理解U/f恒定控制方式。2．理解转差频率控制方式。3．理解矢量控制方式。4．理解直接转矩控制方式。一、U/f恒定控制定义：按照电压、频率关系对变频器的电压和频率进行控制，称为U/f恒定控制，又称为VVVF控制方式。实现方法：脉冲幅值调制(PAM)、脉冲宽度调制(PWM)和正弦脉冲宽度调制(SPWM)等多种。1．PAM方式原理：通过改变直流侧的电压幅值进行调压。在变频器中，逆变器只负责调节输出频率，而输出电压则由相控整流器或直流斩波器通过调节直流电压去实现。应用：晶闸管逆变器的中大功率变频器中。2．PWM方式PWM逆变器输出电压波形3．SPWM方式SPWM逆变器输出电压波形调制方式的特点：半个周期内脉冲中心线等距，脉冲等幅、变宽，脉冲宽度变化呈正弦分布，各脉冲面积之和与正弦波下的面积成比例。例如：

U/f恒定控制的PWM变频器主控电路框图二、转差频率控制转差频率控制方式：实现转差补偿的闭环控制方式。优点：与U/f控制方式相比，其调速精度大为提高。缺点：使用速度传感器求取转差频率，要针对具体电动机的机械特性调整控制参数，因而通用性较差。三、矢量控制方式（1）基于转差频率的矢量控制定义：要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。优点：基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善。缺点：应用范围受到限制。（2）无速度传感器矢量控