變頻器調(diào)速原理

1、 我們II打敗了敵人。 我們II （把敵人）打敗了。一、調(diào)速：1. 機(jī)械調(diào)速:在電動(dòng)機(jī)軸上安裝可調(diào)速的聯(lián)軸肖（如變間距皮帶輪、液壓聯(lián)軸節(jié)、變速 齒輪機(jī)構(gòu)）2. 變速電動(dòng)機(jī)：交流變極電動(dòng)機(jī)、直流發(fā)電機(jī)一直流電動(dòng)機(jī)組二、交流電動(dòng)機(jī)：同步速度 n（）= 6 0 f o / p轉(zhuǎn)差率 s= （n0- n ）/n（）n-轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速p極對(duì)數(shù)等值電路：x.rL1.1ITe_=ef r，； TxrCUl:定子相電壓II、I 2,淀、轉(zhuǎn)子電流rl、r2定、轉(zhuǎn)子電阻xl、x21定、轉(zhuǎn)子電抗xm、rm:、勵(lì)磁電抗和電阻El、E2:泄、轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)異步電動(dòng)機(jī)功率流程示意圖:Pm=P1 Pcul Pi elPi= Pm-

2、Pcu 2P 2= Pi PmI2 E2 r2 X2等轉(zhuǎn)子參數(shù)是經(jīng)過折算后得的值。輸入功率： 定子銅耗: 定子鐵耗: 轉(zhuǎn)子銅耗：P=rr)i.UI I COS 6)Pcunij.Ir.riPn=mi Im FmP ai2=mi b， r?總機(jī)械功率：Pi=mi.iy2-r2, ( 1 - s / s)（Pm為電磁功率,p !為電網(wǎng)輸入的電功率）（Pi為總機(jī)械功率）（Pm為機(jī)械損耗,P?為電機(jī)軸的輸出功率）電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式:P2 / w=Pi/co =pa/w 或T:= T Tm(3為電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度，3二2兀n/ 6 0; T 2為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；T為電磁轉(zhuǎn)矩)由此一系列關(guān)系式，還可得岀異步

3、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)差率(轉(zhuǎn)速)曲線，簡(jiǎn)稱T-S曲線。三、電力半導(dǎo)體器件：1. 晶閘管(SCR)： A為陽極;K為陰極;G為門極。2. 門極可關(guān)斷晶閘管(GTO):可以利用G極的正、負(fù)極性來導(dǎo)通和關(guān)斷電路。3. 功率晶閘管(BJT):亦稱巨型晶體管(GTR),類似于NPN的三極管，要在基極提供一泄的 電流才可正常工作。BJ T主要工作于開關(guān)狀態(tài)，即截止和飽合導(dǎo)通狀態(tài)。4. 功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(N4OSFET) :X稱功率MOSFET。5. 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT):它是一種結(jié)合了 BJT & M O SFET兩者特點(diǎn)的復(fù)合型 器件,它既有MOS器件的工作速度快、驅(qū)動(dòng)功率小的特點(diǎn)，又有大功率晶體

4、管的電流能 力大、導(dǎo)通壓降低的優(yōu)點(diǎn)。 它是以功率晶體管BJT為主導(dǎo)元件、MOSFET為驅(qū) 動(dòng)元件的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)器件。S6. 其它新型器件： 靜電感應(yīng)晶閘管（S I TH） 靜電感應(yīng)晶體管（SIT） M OS控制晶閘管（MCT） 功率集成電路（Power IC）7.電力半導(dǎo)體器件的比較:器件名稱BJTGTOIGBTVDMOSSITS I TH控制方式電流電流電壓電壓電壓電壓常態(tài)阻斷阻斷阻斷阻斷導(dǎo)通/關(guān) 斷導(dǎo)通/關(guān)斷反向電壓阻斷能 力（V）5050 0 65 0 02 00 250 0005004500正向阻斷電圧范 m（V）1 0 0 14 0 05 0 (T 900020 0 25 0050 1

5、0 0050150 050045 0 0正向電流范用（A）4003 5004 00 100100 1 220022 0 0正向?qū)娏髅?度（A/c m2）3500浪涌電流耐量3倍額定 值10倍額 定值5倍額泄 值5倍額左 值5倍額定值1 0倍額定 值最大開關(guān)速度（kHz）501 0502 0X103200X103100門柵汲驅(qū)動(dòng)功耗髙中等很低低低中等dv/dt中等低髙髙髙高di/dt中等低高高髙中等最髙工作結(jié)溫CC）1501 2 52抗輻射能力差很差中等中等好好制造工藝復(fù)雜復(fù)雜很復(fù)雜很復(fù)雜很復(fù)雜很復(fù)雜典型線寬（mm）20501 05. 1 055使用難易程度較難難中等很容易容易容易四、變頻器

6、的種類：1.從主回路分:交一直-交、交交。交一直交：可分為電壓型（電路中直流部分接有大容量的電容器）可分為電流型（電路中直流部分接有大容疑的電抗器）（用于頻繁啟動(dòng)和 運(yùn)行于第四象限）交-交：中間不需要直流環(huán)節(jié)，又稱為周波變頻器。它由兩套整流器組成。最高頻率只能達(dá)到電源頻率的1/31/2,不能髙速運(yùn)行。頻器類別 比較項(xiàng)目電流型電壓型直流回路濾波環(huán)節(jié)電抗器電容器輸出電壓波形決立于負(fù)載，當(dāng)負(fù)載為異步電 動(dòng)機(jī)時(shí)，近似為正鉉波矩形輸出電流波形矩形決左于逆變器電壓與電動(dòng)機(jī) 的電動(dòng)勢(shì)，有較大諧波分量輸出動(dòng)態(tài)阻抗k小再生制動(dòng)（發(fā)電制動(dòng)）方便、不需附加設(shè)備需要附加電源策反并聯(lián)逆變器過電流及短路保護(hù)容易困難動(dòng)態(tài)特

7、性快較慢，用PWM則快對(duì)晶閘管要求耐壓髙，對(duì)關(guān)斷時(shí)間無嚴(yán)格要 求一般耐壓較低，關(guān)斷時(shí)間要求 短線路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單較復(fù)雜適用范用單機(jī).多機(jī)多機(jī)，變頻或穩(wěn)頻電源五、PWM控制技術(shù)(脈寬調(diào)制):是一種可通過控制電壓脈沖寬度或周期以達(dá)到改變電壓目的，或可通過控制電壓脈沖寬度和脈沖序列的周期以達(dá)到變壓變頻的目的。六、n=n.; (1 -s)=60f0( 1-s) / p 變級(jí)調(diào)速：即適用于調(diào)速又適用于調(diào)速 定子調(diào)壓調(diào)速:這是一種改變轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方法。它即非調(diào)速，也非 調(diào)速。定子電壓越低，機(jī)械特性越軟。 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速：也屬于改變轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方法。 串極調(diào)速： 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速： 變頻調(diào)速：電機(jī)立子的感應(yīng)電

8、勢(shì)：Eu4. 44Kw1A. 異步電動(dòng)機(jī)的Wf比恒定控制：在電動(dòng)機(jī)額泄運(yùn)行情況下，電機(jī)泄子電阻和漏電抗的壓降較小，3和E!近似相等。由(31 )可知，若仇變化時(shí)，電機(jī)電壓不隨之變化，電機(jī)的Cm將出現(xiàn)飽和或欠勵(lì)磁。 若磁通出現(xiàn)飽和,會(huì)造成電機(jī)中流過很大的勵(lì)磁電流，增加電機(jī)的銅損耗和鐵損耗。當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)欠勵(lì)磁時(shí)，將會(huì)影響電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。因此，要維持磁通恒泄，就要保持E/f為恒左。此控制方法優(yōu)點(diǎn)：可進(jìn)行電機(jī)的開環(huán)速度控制缺點(diǎn):低速性能較差。(原因是不能忽略左子電阻壓將所占比例) 一般在基頻以下運(yùn)行。B. 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速(有兩種含義)：a. 負(fù)載具有恒轉(zhuǎn)矩特性:電機(jī)提供與速度基本無關(guān)的恒泄轉(zhuǎn)矩一-轉(zhuǎn)速特性。

9、隨負(fù)載的 變化，轉(zhuǎn)矩一-轉(zhuǎn)速特性也隨之變化。b. 電機(jī)在速度變化的動(dòng)態(tài)過程中，具有輸出恒圧轉(zhuǎn)矩的能力。上述V/f比恒定控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制。C. 恒功率調(diào)速(有兩種含義)：a. 負(fù)載具有恒功率的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性：b. 電機(jī)具有輸岀恒功率能力：D. 矢量控制:它基于電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型分別控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流，具有直流電機(jī)的類似控 制。直流電機(jī)具有兩套繞組：勵(lì)磁繞組和電樞繞組。這兩套繞組在機(jī)械上是獨(dú)立的、在空間上 互差90C：兩套繞組在電氣上也是分開的，分別由不同的電源供電。在勵(lì)磁電流恒定時(shí),直流電機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電流成正比，控制直流電機(jī)的電樞 電流可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，因此直流電機(jī)具有良

10、好的控制性能。而異步電動(dòng)機(jī)雖有兩套多相繞組，左子繞組和轉(zhuǎn)子繞組，但只有立子繞組和外部電源相連。 定子電流包括兩個(gè)分量:勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)子電流分量。勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)子電流分量并不成比例，泄子電流大并不保證電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大。但異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)方程式,它具有和直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)方程式相同的形式，因此如 果選擇合適的控制策略，異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)能得到和直流電動(dòng)機(jī)類似的控制性能，這就是矢量 控制。矢量控制經(jīng)常碰到3/2.2/3變換的計(jì)算，3相繞組中通3相對(duì)稱電流=2相繞組中通相差90。 的電流所產(chǎn)生的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（3 / 2轉(zhuǎn)換），交流的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)=直流轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的磁 場(chǎng)（旋轉(zhuǎn)變換是矢量控制的又一重要變換）。

11、七、制動(dòng)方式： 電阻制動(dòng)： 直流制動(dòng)： 采用PWM整流：八、異步電動(dòng)機(jī)的滑差頻率控制：異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模式：電磁轉(zhuǎn)矩為:Tc=3 np U/3訂2$ 3譏2當(dāng)頻率一立時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩正比于滑差，機(jī)械特性為直線。式中S3】為轉(zhuǎn)子 繞組感應(yīng)電勢(shì)的頻率，稱為滑差頻率，用，表示。因此控制電動(dòng)機(jī)的滑差頻率可達(dá)到控制電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。（待寫）六.制動(dòng)單元的工作原理通過檢測(cè)元件檢測(cè)直流母線電壓，當(dāng)電壓髙于直流母線額泄值通過MAST ER觸發(fā) IGBT導(dǎo)通與放電電阻形成回路放電，當(dāng)幾個(gè)制動(dòng)單元并聯(lián)通過5、6端子和1、2端子使下 而的SLAVE觸發(fā)IG BT導(dǎo)通,與放電電阻形成回路放電。一. 變頻器

12、的基本原理1. 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，也即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為：皿彳.q同步轉(zhuǎn)速r/min厲=/.定子頻率HZP磁極對(duì)數(shù)異步電動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)速為：n = n （1 一 s）=）人人（1 - s）PS稱為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率：S = （/Zj ）/?,可見，改變電動(dòng)機(jī)定子側(cè)供電電源頻率f1 ,即可以改變其同步 轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的目的。異步電機(jī)調(diào)速時(shí)，希望盡量保持主磁通m不變：1) 磁通太弱，鐵芯利用不充分，同樣的轉(zhuǎn)子電流下，電磁轉(zhuǎn)矩小, 電機(jī)負(fù)載能力下降。2) 磁通太強(qiáng)，則鐵芯處于過勵(lì)磁狀態(tài)，勵(lì)磁電流過大，限制了 定子電流的負(fù)載分量，電機(jī)負(fù)載能力下降。主磁通也即氣隙磁通是由定子、轉(zhuǎn)子合

13、成磁勢(shì)產(chǎn)生的，保持磁通恒 定的方法：三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為：E=4MftNinN1定子相繞組有效砸數(shù)m每極磁通量(Wb).可見， 是由E1和f 1共同決定的，對(duì)E 1和fl進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲?就可以使保持最佳額定值不變。2. 交流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的概念1)基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速由上節(jié)分析可知，基頻(電機(jī)額定頻率)以下調(diào)速時(shí)，為保證電 機(jī)負(fù)載能力，應(yīng)盡量保持主磁通不變，這就要求在降低供 電電源頻率fl的同時(shí)，也應(yīng)降低感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1,使E 1 / fl 等于常數(shù)，這種恒磁通控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制方式。由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1難于檢測(cè)和直接控制，且當(dāng)E1和fl值較 高時(shí)，定子漏阻抗壓降相對(duì)較小，

14、可近似認(rèn)為E 1/f 1 vl/flo因此，按恒定比例控制vl/fl,即可以達(dá)到恒磁通目 的。2)基頻以上的弱磁調(diào)速由于VI受電機(jī)額定電壓限制不能繼續(xù)升高，只能通過減小來獲得 基頻以上的調(diào)速特性，這種定子電壓不變,而減小T的調(diào)速區(qū)段 稱為弱磁調(diào)速，也叫恒功率調(diào)速。此時(shí)隨著速度的不斷升高，電 機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩是在逐漸減小的。3. v/f、矢量控制調(diào)速原理以上分析的調(diào)壓又調(diào)頻的方法稱為VV VF(V8ria b 1 e Voltage Variable Fr e que n cy ).1) v/ f控制基木實(shí)現(xiàn)方法PWM脈沖寬度調(diào)制方式(Pu I se Width Mod u iat i on)利用參考

15、電壓UR與載頻三角波UC互相比較，來決定主功率器件的導(dǎo) 通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。脈沖寬度調(diào)制是利用相當(dāng)于基波分暈的信號(hào)波對(duì) 三角載波進(jìn)行調(diào)制,達(dá)到調(diào)節(jié)輸出脈沖度的一種方法。2 ) v/f控制方式的缺點(diǎn) 在低頻時(shí)，由于V較小，定子阻抗壓降的分暈比較顯著，不 在能忽略。 當(dāng)轉(zhuǎn)矩增大到最大值以后，特性就向下彎了。 最大轉(zhuǎn)矩隨著fl的降低而減少。盡管可以采取低頻補(bǔ)償措施，但通常認(rèn)為v/f控制的下限頻率 應(yīng)不小于0. 3HZo3) 矢量控制市于v/f控制是基于異步電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型，因此，其動(dòng)態(tài)指 標(biāo)不高，對(duì)于軋鋼、造紙等行業(yè)，還需要高品質(zhì)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的控制方 式。矢屋控制是根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，利用坐

16、標(biāo)變換手段, 將電機(jī)的定子電流分解成磁場(chǎng)分量電流和轉(zhuǎn)矩分量電流，通過對(duì) 一次定子電流的大小、頻率及相位進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?可實(shí)現(xiàn)矢量分 解及控制。4) IGBT功率器件的迅速發(fā)展，使得變頻器的諸優(yōu)越性能得以實(shí) 現(xiàn)。 IGBTrfl于其開關(guān)損耗低,可使載波頻率大幅度提高到20K左右。 使電機(jī)電流更趨于止弦波，大大減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電機(jī)內(nèi)部因脈 動(dòng)而造成的損耗。 IGBT為壓控器件，門極觸發(fā)功率很小，使驅(qū)動(dòng)回路簡(jiǎn)單及體積 小。 由于開關(guān)頻率高，di/dt、dv/dt、通態(tài)電阻、阻斷電流(漏 電流)等內(nèi)部參數(shù)差異小,容易實(shí)現(xiàn)并聯(lián)擴(kuò)容。4)四種控制模式的特點(diǎn)控制模式V/ f控制帶PG v/f控 制開環(huán)矢量控 制閉環(huán)矢量控 制控制模式電壓/頻率控電壓/頻率控電流矢量不電流矢量帶$lj (Open 1 o o p )制帶速度補(bǔ) 償帶PG控制PG控制速度檢出 器不要要(PG)不要要(PG)速度檢岀器Opti o n不要PG-A2 ,PG-D2不要PG一B2, PG-X2速度控制 范圍1:401:401 :10 01:1 00啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩150% / 3 HZ1 50%/3HZ1 5 0 %/ 1HZ150%0r/min速度控制精度2% 3% 0.03%0. 2%0. 0 2