變頻器破析PPT課件

1、變頻器破析 變頻器原理及應(yīng)用 變頻器破析 變頻器的調(diào)速原理變頻器的調(diào)速原理 變頻器的調(diào)速原理變頻器的調(diào)速原理 改變輸入頻率 （無級調(diào)速）變頻器變頻器 N=60F/P P：極對數(shù) F：頻率 N：轉(zhuǎn)速 改變極對數(shù) （有級調(diào)速） 調(diào)速原理：調(diào)速原理： 調(diào)速方法：調(diào)速方法： 變頻器破析 交交-直直-交變頻器的主要結(jié)構(gòu)框圖交變頻器的主要結(jié)構(gòu)框圖 變頻器破析 單向逆變橋 變頻器破析 變頻方法 變頻器破析 三相逆變橋 變頻器破析 變頻器的輸出和頻率 即：變頻的同時(shí)變壓，也叫VVVF 變頻器破析 變頻又變壓方法PWM n利用調(diào)制波與三角波信號比較后獲得一系 列等幅不等寬的脈沖序列。 n原理：利用三角波載波作為

2、信號與調(diào)制信 號（一般為正弦波）相比較，以確定各分 段矩形脈沖的寬度。 n改變調(diào)制波的電壓脈沖頻率時(shí)，輸出電壓 基波的頻率也隨之改變，降低調(diào)制波的幅 值時(shí)，各段脈沖寬度都將變窄，從而使輸 出電壓基波的幅值也相應(yīng)減少。 變頻器破析 變頻又變壓方法PWM 變頻器破析 SPWM 變頻器破析 SPWM的實(shí)現(xiàn)單極性 變頻器破析 SPWM的實(shí)現(xiàn)雙極性 變頻器破析 提問： n1.可否用萬用表，測量變頻器的輸出電壓？ 2.變頻器輸出的是什么波形？ 變頻器破析 變頻器的控制方法電動(dòng)機(jī)調(diào)速基礎(chǔ) Td = Km Fs Fr sin Td:電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 Km：比例系數(shù) Fs， Fr ：三相矢量中的任意兩個(gè)矢量的模

3、 ： Fs和 Fr的夾角 Fs Fr Fc 電動(dòng)機(jī)統(tǒng)一轉(zhuǎn)矩公式電動(dòng)機(jī)統(tǒng)一轉(zhuǎn)矩公式 電動(dòng)機(jī)磁通矢量圖 由電動(dòng)機(jī)統(tǒng)一轉(zhuǎn)矩公式可知，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩由電動(dòng)機(jī)統(tǒng)一轉(zhuǎn)矩公式可知，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 和三個(gè)磁通矢量中的任意兩個(gè)矢量的模和夾角有和三個(gè)磁通矢量中的任意兩個(gè)矢量的模和夾角有 的余弦成正比，所以要控制電磁轉(zhuǎn)矩就必須控制的余弦成正比，所以要控制電磁轉(zhuǎn)矩就必須控制 任意兩個(gè)矢量的模和夾角任意兩個(gè)矢量的模和夾角 變頻器破析 變頻器的控制方法U/F 1.恒恒U/F控制控制(屬于標(biāo)量控制屬于標(biāo)量控制) 定子電動(dòng)勢有效值為定子電動(dòng)勢有效值為: E=4.44F :電動(dòng)機(jī)氣隙磁鏈電動(dòng)機(jī)氣隙磁鏈 F:電動(dòng)機(jī)工作頻率電

4、動(dòng)機(jī)工作頻率 為避免電動(dòng)機(jī)因頻率的變化而導(dǎo)致磁路飽和引起勵(lì)磁電流增大,功 率因數(shù)和效率降低,需要維持氣隙磁通,所以在調(diào)節(jié)F時(shí),E也回相應(yīng)地變 化,即:E/F=K(恒定值) 變頻器破析 變頻器的控制方法矢量控制 n8.1 基本思想基本思想 n (1) 對直流電動(dòng)機(jī)的分析 n 在變頻調(diào)速技術(shù)成熟之前，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性被公認(rèn)為是最好的。究 其原因，是因?yàn)樗哂袃蓚€(gè)十分重要的特點(diǎn): n (a) 磁場特點(diǎn) n 它的主磁場和電 n樞磁場在空間是互相垂 n直的，如圖(a)所示; n (b) 電路特點(diǎn) n 它的勵(lì)磁電路和 n電樞電路是互相獨(dú)立的， n如圖(b)所示。 n 在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)， n只調(diào)節(jié)其中一個(gè)電

5、路的 n參數(shù)。 變頻器破析 變頻器的控制方法矢量控制 仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制特點(diǎn)，對于調(diào)節(jié)頻率的給定信號，分 解成和直流電動(dòng)機(jī)具有相同特點(diǎn)的磁場電流信號i*M和轉(zhuǎn)矩 電流信號i*T，并且假想地看作是兩個(gè)旋轉(zhuǎn)著的直流磁場的 信號。當(dāng)給定信號改變時(shí)，也和直流電動(dòng)機(jī)一樣，只改變其 中一個(gè)信號，從而使異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制具有和直流電動(dòng) 機(jī)類似的特點(diǎn)。 對于控制電路分解出的控制信號i*M和i*T，根據(jù)電 動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行一系列的等效變換，得到三相逆變橋的控制 信號i*A、i*B和i*C，對三相逆變橋進(jìn)行控制，如圖所示。 從而得到與直流電動(dòng)機(jī)類似的硬機(jī)械特性, 提高了低頻時(shí)的帶負(fù)載能力。 變頻器破析 變頻器的

6、控制方法矢量控制 變頻器破析 無傳感器和有傳感器的矢量控制 n 根據(jù)在實(shí)行矢量控制時(shí)，是否需要轉(zhuǎn)速反饋的特點(diǎn)，而 有無反饋和有反饋矢量控制之分。 n 無反饋矢量控制是根據(jù)測量到的電流、電壓和磁 通等數(shù)據(jù)，簡接地計(jì)算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，并進(jìn)行必要的修 正，從而在不同頻率下運(yùn)行時(shí)，得到較硬機(jī)械特性的控 制模式。由于計(jì)算量較大，故動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力稍差在許多 場合，安裝編碼器不方便，同時(shí)也是為了 n降低成本，要求使用無編碼器系統(tǒng)。例如安裝空 n間較小，控制精度要求不高的場合。 n 有反饋矢量控制則必須在電動(dòng)機(jī)輸出軸上增加轉(zhuǎn) 速反饋環(huán)節(jié)，如圖中的虛線所示。由于轉(zhuǎn)速大小直接由 速度傳感器測量得到，既準(zhǔn)確、又迅速。與

7、無反饋矢量 控制模式相比，具有機(jī)械特性更硬、頻率調(diào)節(jié)范圍更大 、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 變頻器破析 變頻器的控制方法直接轉(zhuǎn)矩控制 3.直接轉(zhuǎn)矩控制（基于定子磁場定向）直接轉(zhuǎn)矩控制（基于定子磁場定向） 直接轉(zhuǎn)矩控制的原理框圖直接轉(zhuǎn)矩控制的原理框圖 電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性 n :定常系數(shù)定常系數(shù) 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器 T* T + - + - n* n T n 當(dāng)TT*時(shí)，T0=1,磁場加速 n增大，轉(zhuǎn)矩增加； 當(dāng)TT*時(shí)，T0=0，磁場不變，電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子因慣性使n減小，轉(zhuǎn)矩 減小。 變頻器破析 矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制 變頻器破析 負(fù)載 n恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 n恒功率負(fù)載 n風(fēng)機(jī)泵類負(fù)

8、載 變頻器破析 普通異步電動(dòng)機(jī)與變頻電機(jī)區(qū)別普通異步電動(dòng)機(jī)與變頻電機(jī)區(qū)別 n一、普通異步電動(dòng)機(jī)都是按恒頻恒壓設(shè)計(jì)的，不可能完全適應(yīng)變頻 調(diào)速的要求。以下為變頻器對電機(jī)的影響 n1、電動(dòng)機(jī)的效率和溫升的問題 不論那種形式的變頻器，在運(yùn)行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和 電流，使電動(dòng)機(jī)在非正弦電壓、電流下運(yùn)行。拒資料介紹，以目前 普遍使用的正弦波PWM型變頻器為例，其低次諧波基本為零，剩下 的比載波頻率大一倍左右的高次諧波分量為：2u+1（u為調(diào)制比） 。 高次諧波會(huì)引起電動(dòng)機(jī)定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗、鐵耗及附加 損耗的增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗。因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)是以 接近于基波頻率所對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)

9、速旋轉(zhuǎn)的，因此，高次諧波電壓以 較大的轉(zhuǎn)差切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條后，便會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子損耗。除此之外 ，還需考慮因集膚效應(yīng)所產(chǎn)生的附加銅耗。這些損耗都會(huì)使電動(dòng)機(jī) 額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn) 行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加 10%20%。 變頻器破析 普通異步電動(dòng)機(jī)與變頻電機(jī)區(qū)別普通異步電動(dòng)機(jī)與變頻電機(jī)區(qū)別 n 2、電動(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)度問題 目前中小型變頻器，不少是采用PWM的控制 方式。他的載波頻率約為幾千到十幾千赫，這就 使得電動(dòng)機(jī)定子繞組要承受很高的電壓上升率， 相當(dāng)于對電動(dòng)機(jī)施加陡度很大的沖擊電壓，使電 動(dòng)機(jī)的匝間絕緣承受較為嚴(yán)酷的考驗(yàn)。另外，由 PW

10、M變頻器產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電 動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓上，會(huì)對電動(dòng)機(jī)對地絕緣構(gòu)成威脅 ，對地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊下會(huì)加速老化。 變頻器破析 普通異步電動(dòng)機(jī)與變頻電機(jī)區(qū)別？普通異步電動(dòng)機(jī)與變頻電機(jī)區(qū)別？ n。 3、諧波電磁噪聲與震動(dòng) 普通異步電動(dòng)機(jī)采用變頻器供電時(shí)，會(huì)使由電磁、機(jī)械、通風(fēng)等 因素所引起的震動(dòng)和噪聲變的更加復(fù)雜。變頻電源中含有的各次時(shí) 間諧波與電動(dòng)機(jī)電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁 激振力。當(dāng)電磁力波的頻率和電動(dòng)機(jī)機(jī)體的固有振動(dòng)頻率一致或接 近時(shí)，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而加大噪聲。由于電動(dòng)機(jī)工作頻率范圍 寬，轉(zhuǎn)速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動(dòng)機(jī)的各構(gòu) 件的固有震動(dòng)

11、頻率。 n4、電動(dòng)機(jī)對頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的適應(yīng)能力 由于采用變頻器供電后，電動(dòng)機(jī)可以在很低的頻率和電壓下以無 沖擊電流的方式啟動(dòng)，并可利用變頻器所供的各種制動(dòng)方式進(jìn)行快 速制動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng)造了條件，因而電動(dòng)機(jī)的機(jī)械系 統(tǒng)和電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變力的作用下，給機(jī)械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)帶 來疲勞和加速老化問題。 變頻器破析 電機(jī)的極數(shù)對其選用有何影響？電機(jī)的極數(shù)對其選用有何影響？ n電機(jī)的極對數(shù)越多，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就越低，但它的 扭距就越大；在選用電機(jī)時(shí)，您要考慮負(fù)載需要 多大的起動(dòng)扭距，比如象帶負(fù)載起動(dòng)的就比空載 起動(dòng)的需要扭距就大，如果是大功率大負(fù)載起動(dòng) ，還要考慮降壓啟動(dòng)（或星三角啟動(dòng)）；至于在

12、 決定了電機(jī)極對數(shù)后和負(fù)載的轉(zhuǎn)速匹配問題，則 可考慮用不同直徑的皮帶輪來傳動(dòng)或用變速齒輪 （齒輪箱）來匹配。如果由于決定了電機(jī)極對數(shù) 后經(jīng)過皮帶或齒輪傳動(dòng)后達(dá)不到負(fù)載的功率要求 ，那就要考慮電機(jī)的使用功率問題了。 變頻器破析 變頻器能否調(diào)至變頻器能否調(diào)至1Hz1Hz嗎，最高可嗎，最高可 以調(diào)多少以調(diào)多少HZHZ使用？使用？ n有的品牌變頻器最低頻率可以調(diào)至0.1HZ,最高頻 率可以調(diào)至3000HZ. n如果變頻器用在一般的交流異步電機(jī)上，變頻器 調(diào)至1Hz時(shí)已經(jīng)接近直流，是絕對不可以的，電 機(jī)將運(yùn)行在變頻器限制內(nèi)的最大電流下工作，電 機(jī)將會(huì)發(fā)熱嚴(yán)重，很有可能燒毀電機(jī)。 如果超過50Hz運(yùn)行會(huì)增

13、大電機(jī)的鐵損，對電機(jī)也 是不利的，一般最好不要超過60Hz，（短時(shí)間內(nèi) 超過是允許的）否則也會(huì)影響電機(jī)使用壽命。 變頻器破析 使用變頻器時(shí)，電機(jī)溫升為什么使用變頻器時(shí)，電機(jī)溫升為什么 比工頻時(shí)高呢比工頻時(shí)高呢？ n因?yàn)樽冾l器輸出電壓波形不是正弦波，而 是畸形波，在額定扭矩下的電機(jī)電流比工 頻時(shí)要多出約10%左右，所以溫升比工頻時(shí) 略有提高。 n另外還有一點(diǎn)：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低的時(shí)候， 電機(jī)散熱風(fēng)扇速度不夠，電機(jī)溫升會(huì)高一 些。 變頻器破析 交流伺服電機(jī)可以用變頻器控制交流伺服電機(jī)可以用變頻器控制 嗎？嗎？ n由于變頻器和伺服在性能和功能上的不同，應(yīng)用也不大相同，所以 是不可以的： n1、在速度控制

14、和力矩控制的場合要求不是很高的一般用變頻器，也 有在上位加位置反饋信號構(gòu)成閉環(huán)用變頻進(jìn)行位置控制的，精度和 響應(yīng)都不高。現(xiàn)有些變頻也接受脈沖序列信號控制速度的，但好象 不能直接控制位置。 n2、在有嚴(yán)格位置控制要求的場合中只能用伺服來實(shí)現(xiàn)，還有就是伺 服的響應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于變頻，有些對速度的精度和響應(yīng)要求高的場 合也用伺服控制，能用變頻控制的運(yùn)動(dòng)的場合幾乎都能用伺服取代 。 n關(guān)鍵是兩點(diǎn)：一是價(jià)格伺服遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻，二是功率的原因：變頻 最大的能做到幾百KW，甚至更高，伺服最大就幾十KW。伺服的基本 概念是準(zhǔn)確、精確、快速定位。變頻是伺服控制的一個(gè)必須的內(nèi)部 環(huán)節(jié)，伺服驅(qū)動(dòng)器中同樣存在變頻（要進(jìn)行無級調(diào)速）。 變頻器破析 為什么變頻器不能用作變頻電源為什么變頻器不能用作