第一章变频器的主电路

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

1.1.1三相交流异步电动机的构造和原理

1.笼形转子异步电动机

图1一1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）

M

图1一2绕线转子异步电动机的构造

a）外形与接线b）转子绕组

2.绕线转子异步电动机

3.旋转原理

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

no一同步转速，即旋转磁场的转速。

no-_---6-0-/

P

尸电流的频率；〃一磁极对数；〃M一转子转速。

=—〃M—转差

包=一转差率

〃0〃0

AH=S〃0

—/io—An=no—sno

=%)(1—S)=也々1—5)

P

P2P如Ans备注

29001000.0335.5-7.5kW

1230002930700.02311〜18.5kW

2970300.0145〜160kW

1460400.02711〜15kW

2415001470300.0218.5〜30kW

1480200.01337〜315kW

960400.043〜5.5kW

361000970300.037.5-30kW

980200.0237〜250kW

1.1-2生产机械对无级调速的要求

1.2电动机在能量转换中的作功过程

正方'反方

要平衡?

・1负载得到机械能时的作功过程

1.能量的载体一机械的旋转系统

九+70一A(

”乙

%nL

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7M=KT/2'6cos02

反作用的一方：负载的阻转矩九

作功的标志：拖动系统以一定的转速〃M（=/兀）运行

1.2.2电动机从电网取用电功率时的作功过程

1.能量的载体一电动机的定子电路

L

J

3

b)，二J

图1一7定子取用电功率的电路

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Ui

反作用的一方：定子绕组的反电动势B

作功的标志：电路内有甩流八

3.定子绕组的等效电路与电动势平衡方程

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

S1-9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AM

反作用的一方：转子绕组的磁动势

作功的标志：磁路内有磁通内

3.转子的等效电路

Ei-io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

1.2.4能量传递小结

%=%+70

%=_£[+△%Zi=-Z2+Zo

J-SL

为门M

~9550

门M普L

图1-12能量传递小结

1.3交一直一交变频器的构成及演变

1.3.1交一直一交变频器的结构与原理

1.基本框图

图1—13交一直一交变频器框图

2.单相逆变桥

aab

txdtxd

+-o—o-4

V

VI、V2导通空

V；导通?D7

V3、

b)

图1一14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.变频方法

图1一15变频方法

a）频率较高b）频率较低

4.三相逆变桥

P(+)

N(-)

UVW

a)

图1—16三相逆变桥

a）三相逆变电路b）输出电压波形

1.3.2逆变器件的条件与发展

1.逆变器件的条件

全

暮

流

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

（1）起步始于晶闸管

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1一19GTR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

a）逆变电路b）电压波形c）电流波形

1.4变频器的输出电压与频率

1.4.1变频调速出现的新问题

1.从能量关系看主磁通的变化

频率下降出现的新问题

2.从反电动势看主磁通的变化

Ei=Rfxei

0I=KF•刍f

JXJ

3.磁通增大的后果

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

3.保持磁通不变的途径

（1）从能量角度看

L

a）b）

图1-23

保持磁通不变的途径

（2）从电动势的角度看

••

•E1=K^6

•

••2=C-01=C

f

即E\x=CJx-*01=C

顶替办法：5=c—⑦产c

f

,u

设kf=^-kv=­x

fN%

则ku=kjf①产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

仅k尸仅/RUx=kuUN

50Hz1.0380V

40Hz0.8304V

30Hz0.6228V

20Hz0.4152V

10Hz0.276V

5Hz0.138V

1.4.2变频又变压的具体方法

1.PWM（脉宽调制）

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

3.正弦脉宽调制的实现

(1)单极性调制

(2)双极性调制

A(+)

qimnnmuijur:<

咫%

RJUmEOl监

ofTrnnH........”.B(-)u

彳

a)Mujuumb)

图1—27双极性脉宽调制

1.5交一直一交变频器的主电路

1.5.1整流与滤波电路

1.滤波电容要均压

=537V

%=

380V

=513V

图1—28整流及滤波电路

3.直流电源指示为安全

1.逆变电路的结构与输出电压

图1—31逆变电路及其输出电压

2.R、L电路的复习

图1一32R、L电路的复习

3.逆变电路的电流路径

（1）电动机状态

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>no）

G

a）b）d)

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

（1）主电路的输入、输出不允许接错

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

（2）输出侧不能接电容器

图1一36输出侧接电容器的后果

1.5.3主电路各部分的电流

1.概述

工

变压器

380V50Hz36V50Hz

5.5kVA88A

8.4A%r>2

UihxU2I2

a)

当变频器

380V50Hz40V5Hz

8.4A5.5kVA79.5A

Sv

Us[s*

b)

图137变压器与变频器的输入、输山电流

a）变压器的输入、输出电流b）变频器的输入、输出电流

2.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

1.6变频器的功率因数

1.6.1变频器的输入电流

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

2.功率因数的公式

A=^=vcosg)\_PF=DF•K(i]

式中，z一全功率因数(PF)；

P一有功功率，kW；

S一视在功率，kVA；

cos(p一位移因数(DF)；

。一电流的畸变因数(K),等于电流基波分量的有效值与总有

效值之比：

1.6.3提高功率因数的方法

1.配接交、直流电抗器

r-D-L-n

।»P

।____i

AL_

Rrm_；

sfYYy4

UD

Trm_L

>(95%〜98%)%_vN