变频器结构与控制技术简介.ppt

1、7/27/2020,变频器基础原理培训,动力技术部 空调 李勇,培训内容,变频器运行原理 变频器的基本结构 变频器的控制方式及功能 京东方厂区所用变频器介绍,变频器运行原理,变频器是一种控制交流电机运转的控制器。它把固定频率（我国为50HZ）的交流电源变成频率电压可调的交流电源，从而控制电机的转速。异步电机转速公式如式所示： n=60*f/p*(1-s) n：电机转速（r/min） f：电源频率（HZ） p：电机磁极对数 s：转差率 由上式可见转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。,变频器

2、运行原理,交流电机是通过内部的旋转磁场来传递能量的，为了保证交流电机能量传递的效率，必须保持气隙磁通量为恒定值。如果磁通量太小，则没有充分发挥电机的能力，导致出力不足。反之，如果磁通量太大，铁心过度饱和，会导致励磁电流过大，严重时会因绕组过热而损坏电机。因此，保持气隙磁通量的值恒定不变，是变频变压的基本原则。 三相异步电动机定子每相电动势的有效值为 E=4.44f1N1M E：定子每相由气隙磁通感应的电动势的方均根值（V） f1：定子频率（Hz）； N1：定子相绕组有效匝数； m：每极磁通量（Wb）。 由上式可见，只要控制好E和f1,便可达到控制磁通m的目的。,变频器运行原理,要保持m不变，当

3、频率f1从额定值f2向下调,必须同时降低E， 使E1/f1=E2/f2 即采用恒定的电动势频率比的控制方式。 然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压 U1E，则得 U1/f1=U2/f2,变频器运行原理,这是所谓恒压频比的控制方式，如图所示。,变频器的基本结构,变频器由整流、滤波、逆变及控制回路组成。 交流电源经整流、滤波后变成直流电源，控制回路有规则的 控制逆变器的导通与截至，使之向电机输出电压和频率可变的电源。,变频器的基本结构,主回路： 给异步电动机提供调压调频的电力变换部分。 主回路分三部分 整流器： 将工频电源变换为

4、直流电源。 滤波回路： 吸收由整流器和逆变器回路产生 的电压脉动，也是储能回路。 逆变器： 将直流功率变换为交流功率。,变频器的基本结构,整流器：与三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压。 目前使用的整流电路有可控整流桥和不可控整流桥两种，通用变频器大多采用不可控整流桥。 滤波回路：整流后的得直流电压中，含有六倍电源频率的脉动电压，逆变器回路产生的脉动电流也使直流电压脉动。为了抑制这些电压波动采用电容器吸收脉动电压。,变频器的基本结构,作用： 将整流电压变换成直流电流。 使脉动的直流电压变得稳定或平滑。 将整流后固定的直流电压变换成可变的 直流电压 。,变频器的基本结构,逆变器：同整流器相反，

5、逆变器的作用是在所确定的时间有规则的使用六个功率开关器件导通、截止，从而将电流功率变换所需的电压和频率的交流输出功率。 最常见的结构形式是利用六个开关器件（如IGBT、GTO逆变模块）组成的三相桥式逆变电路。 IGBT-绝缘栅双极型晶体管。 GTO-门极关断晶闸管。,变频器的基本结构,控制电路 控制电路是整个系统的核心电路，系统所实现的各种不同的功能主要是由其控制电路决定的。控制电路将信号传递给整流器、滤波回路和逆变器，同时也接受其反馈信号。控制电路的结构和复杂程度取决于不同的变频器设计。,变频器的基本结构,控制电路的构成： 运算回路 电压/电流检测回路 驱动回路 速度检测回路 保护回路,变频

6、器的控制方式,变频器可以根据电动机的特性对供电电压、频率进行适当控制， 不同的控制方式所得到的调速性能、特性以及用途是不同的。控制方式可分为V/F控制、矢量控制、直接转矩控制等。,变频器的控制方式,变频器可以根据电动机的特性对供电电压、频率进行适当控制， 不同的控制方式所得到的调速性能、特性以及用途是不同的。控制方式可分为V/F控制、矢量控制、直接转矩控制等。 V/F控制： V/F控制是在改变功率的同时控制变频器输出电压，在较宽的调速范围内，电动机的效率、功率因数不下降。 V/F通用变频器主要用于风机水泵的节能的调速设备，以及调速范围要求不高场合。 V/F存在问题是低速性能差，其原因是低速时一

7、定子电阻压降所占比例增大。,变频器的控制方式,直接转矩控制： 空间电压矢量控制：普通V/F通用变频器的SPWM（正弦脉宽调制）波控制主要着眼于使逆变器输出电压尽量接近正弦波，或者说，希望SPWM波的基波成分尽量大，谐波成分尽量小，在控制上没有考虑负载电路参数对转子磁通的影响。如果采用磁通反馈控制让异步电机所输入的三相正弦电流在空间产生圆形旋转磁场，那么就会产生恒定的电磁转矩，这样的方法，是靠电压空间矢量相加得到的，所以称为空间电压矢量控制。这种功能的实现是通过控制定子电压和频率之间的关系来实现的，所以其本质上仍然是V/F方式。,变频器的控制方式,电流矢量控制： 一种高性能异步电动机控制方式，它

8、基于电动机的动态数学模型，分别控制电机的转矩电流和励磁电流，具有直流电动机相类似的控制性能。我们把电流矢量控制统称为矢量控制。,变频器的控制方式,电动机负载的转矩特性 P=Tn/9550 P-功率 T-转矩 n-转速 由式可见不同其转矩与转速的关系亦不同，变频器的选用应根据夫在性质正确选择。,变频器的控制方式,负载种类： 恒转矩：速度发生变化时，转矩应保持恒定 （如起重）。 恒功率：输出功率为恒定值与转速无关，转 矩随转速反比变化（张力卷曲）。 平方转矩负载：转矩随转速按平方关系发生 变化（流体机械）。,变频器实例,MAIN SCRUBBER VFD ACS 800,MAIN SCRUBBER

9、 VFD ACS 800,VOC AB 变频器,VOC AB 变频器,MAU 丹佛斯变频器,MAU 变频器接线图,MAU 变频器接线图,丹佛斯变频器接线,变频器的节能效果计算,从水泵调速节能原理得知，当水泵拖动电机工频运行时，出力为额定值，转速及功耗为额定值，当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变水泵的性能曲线，使水泵的额定参数满足工艺要求，根据水泵的相似定律，变速前后流量、扬程、功率与转速之间关系为： Q1/Q2=n1/n2H1/H2=（n1/n2）2P1/P2=（n1/n2）3Q1 、H1、P1水泵在n1转速时的流量、扬程、功率；Q2、H2、P2水泵在n2转速时相似工况条件下的流量、 扬程、功率 当负荷变化时，调节带动风机的电动机，转速随之变化，可降低功耗 节约电能。由流体力学理论可知，风机风量Q与转速n的一次方成正比， 风压H与转速的平方成正比，轴功率N与转速的三次方成正比，和水泵 相似。,节能效果计算：,节能效果计算： 假设ARRAY 的需要20万的风量，每台MAU 风为10万，电机功率为110Kw，如果不用变频器的话，则开2台MAU 可以满足，假设我们使用变频器，开启3台，则每台风量为7万，根据上面的定律，则运行的频率为35Hz: 单台电机功率为： P1=1