信息與通信DX01新36變頻器的主電路

1、變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)講座變頻本來(lái)不姓“節(jié)”張燕賓（07176833317zyanbin）第1講變頻器的主電路11開發(fā)變頻器的初衷111異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)很突出1三相交流異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造和原理圖11籠形轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造a）外形b）定子c）轉(zhuǎn)子（短路繞組）定子繞組：三相繞組：中心線互差23電角度。轉(zhuǎn)子繞組：短路繞組：形如松鼠籠，和外電路無(wú)聯(lián)系。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，價(jià)格低廉。（1）籠形轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)圖12繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造a）外形與接線b）轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組：也是三相繞組，可通過(guò)集電環(huán)和電刷和外部的電阻相接（2）繞純轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)2旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)圖13三相交流電的合成磁場(chǎng)a）A

2、相電流最大b）B相電流最大c）C相電流最大三相電流：相位（時(shí)間）上互差23電角度。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：三相電流分別通入三相繞組，合成磁場(chǎng)是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。圖14異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)原理a）轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電流b）轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子電流：轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。電磁轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)子電流與定子磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。3異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)原理4基本公式n0n0同步轉(zhuǎn)速；f電流的頻率；p磁極對(duì)數(shù)。nn0nM轉(zhuǎn)差s轉(zhuǎn)差率p2pn0nMns備注12300029001000.0335.57.5kW2930700.0231118.5 kW2970300.0145160 kW2415001460400

3、.0271115 kW1470300.0218.530 kW1480200.01337315 kW361000960400.0435.5 kW970300.037.530 kW980200.0237250 kW112異步電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)也很突出圖15生產(chǎn)機(jī)械對(duì)無(wú)級(jí)調(diào)速的要求舉例本來(lái)只需一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，卻用了三臺(tái)同容量的電機(jī)。不惜工本！這說(shuō)明：生產(chǎn)機(jī)械對(duì)無(wú)級(jí)調(diào)速要求何等迫切！生產(chǎn)機(jī)械要求無(wú)級(jí)調(diào)整調(diào)速圖16變頻可以調(diào)速要使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、價(jià)格低廉的異步電動(dòng)機(jī)也能無(wú)級(jí)調(diào)速！113異步電動(dòng)機(jī)的世紀(jì)之夢(mèng)電動(dòng)機(jī)怎樣把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能？12異步電動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程121異步電動(dòng)機(jī)輸入電功率的過(guò)程（能量載體定子電路）1

4、作功要點(diǎn)圖17定子取用電功率的電路a）電動(dòng)機(jī)輸入電能b）三相電路示意圖c）單相電路示意圖作功的主體：施加于定子繞組的電源電壓，它要產(chǎn)生交變電流。受體的反作用：定子繞組的自感電動(dòng)勢(shì)（反電動(dòng)勢(shì)），它要阻礙電流交變。作功的標(biāo)志：電路內(nèi)有電流。2反電動(dòng)勢(shì)圖18反電動(dòng)勢(shì)的實(shí)質(zhì)與相關(guān)因素a）定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)b）線圈的自感電動(dòng)勢(shì)c）相關(guān)因素電動(dòng)機(jī)中自感電動(dòng)勢(shì)的表現(xiàn)形式：（1）線圈因切割自己電流的磁場(chǎng)而感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。（2）線圈因自身電流的變化而感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值：與磁通的變化率成正比：e1感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值：與磁通和頻率的乘積成正比：E1KEf13電動(dòng)勢(shì)平衡方程圖19定子繞組的等效電路a）主磁

5、通和漏磁通b）等效電路主磁通：能夠穿過(guò)空氣隙，把能量傳遞到轉(zhuǎn)子的磁通。在繞組中形成反電動(dòng)勢(shì)。漏磁通：不能穿過(guò)空氣隙，不能傳遞能量的磁通。在繞組中形成漏磁電抗。電動(dòng)勢(shì)平衡方程：122電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率的過(guò)程（能量載體輸出軸）1作功要點(diǎn)圖110拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩平衡作功的主體：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。受體的反作用：負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩。作功的標(biāo)志：拖動(dòng)系統(tǒng)以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。2轉(zhuǎn)矩平衡方程TMTLT0nTMTLT0nTMTLT0nC123定、轉(zhuǎn)子傳遞能量的過(guò)程（能量載體磁路）圖111異步電動(dòng)機(jī)的磁路a）電動(dòng)機(jī)的磁路b）定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)作功的主體：定子電流的磁動(dòng)勢(shì)：I1N1它要產(chǎn)生交變磁通。受體的反作用：轉(zhuǎn)子電流的磁動(dòng)勢(shì)

6、：I2N1它要阻止磁通變化。作功的標(biāo)志：磁路內(nèi)有交變磁通。1作功要點(diǎn)2轉(zhuǎn)子的等效電路圖112轉(zhuǎn)子的等效變換電路a）多相電路b）三相等效c）靜止等效電路轉(zhuǎn)子的每一根短路繞組都是一相。所以，轉(zhuǎn)子繞組為具有n相電路的多相繞組。其等效電路的等效步驟如下：第一步：用等效三相繞組代替多相繞組。要點(diǎn)：等效繞組的匝數(shù)與定子繞組相同。第二步：用等效靜止電路代替旋轉(zhuǎn)電路。要點(diǎn)：負(fù)載等效電阻消耗的功率等于軸上的機(jī)械功率。3磁動(dòng)勢(shì)平衡方程（電流平衡方程）圖113磁動(dòng)勢(shì)的平衡a）轉(zhuǎn)子等效電路b）磁動(dòng)勢(shì)的平衡轉(zhuǎn)子等效電路的電源：轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。轉(zhuǎn)子等效電路的負(fù)載：與機(jī)械功率等效的電阻。磁動(dòng)勢(shì)平衡方程：電流平衡方程：

7、電動(dòng)勢(shì)平衡方程U1E1U1磁動(dòng)勢(shì)平衡方程I1N1I2N1I0N1（電流平衡方程）I1I2I0轉(zhuǎn)矩平衡方程TMTLT0圖114電動(dòng)機(jī)的等效電路輸入功率：電功率，主要因素是電壓和電流：P13U1I1cos1USI1cos1輸出功率：機(jī)械功率，主要因素是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速：P2傳遞功率：電磁功率，主要因素是磁動(dòng)勢(shì)和磁通，用PM表示。124 電動(dòng)機(jī)的等效電路休息15分鐘百年懷胎盼開關(guān)！13交直交變頻器的構(gòu)成131交直交變頻器的結(jié)構(gòu)與原理1基本框圖圖115 交直交變頻器框圖輸入側(cè)：頻率和電壓都不可變的三相交流電：fS50Hz；US380V。中間環(huán)節(jié)：直流電：fD0Hz；UD1.35 US513VUDM1.41

8、US537V輸出側(cè)：頻率和電壓都可變的三相交流電：fX050Hz；UX0380V。2單相逆變橋圖116 單相逆變橋原理a）V1、V2導(dǎo)通b）負(fù)載所得電壓波形c）V3、V4導(dǎo)通負(fù)載的正方向電流：由V1、V2導(dǎo)通得到。電流路徑：P（）V1aZLbV2N（）電流方向：ab電壓：uab為“”負(fù)載的反方向電流：由V3、V4導(dǎo)通得到。電流路徑：P（）V3bZLaV4N（）電流方向：b a電壓：uab為“”3變頻方法圖117變頻方法a）逆變橋b）交替導(dǎo)通c）頻率較高d）頻率較低交流電的得到：V1、V2和V3、V4不斷交替導(dǎo)通。變頻的方法：改變交替導(dǎo)通的快慢。交替快T小fX高；交替慢T大fX低。4三相逆變橋圖

9、118 三相逆變橋a）三相逆變電路b）輸出電壓波形三相逆變橋：由六個(gè)開關(guān)器件組成。逆變要點(diǎn)：三相之間互差（23）電角度。132逆變器件1逆變器件的條件圖119 逆變器件承受的電壓和電流（1）能承受足夠大的電壓和電流。（2）允許長(zhǎng)時(shí)間頻繁地接通和關(guān)斷。有觸點(diǎn)器件都不能滿足，只能用無(wú)觸點(diǎn)器件。（3）接通和關(guān)斷的控制必須十分方便。2IGBT管圖120 IGBT逆變）逆變電路 ）電壓波形 ）電流波形絕緣柵晶體管：主體部分：與晶體管相同：有集電極和發(fā)射極；驅(qū)動(dòng)部分：與絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管相同，為控制極。優(yōu)點(diǎn)：工作頻率高，可達(dá)20kHz。故：超靜音；高轉(zhuǎn)矩。14變頻器的輸出電壓與頻率變頻變壓為哪般？141電動(dòng)機(jī)

10、變頻時(shí)出現(xiàn)的新問(wèn)題圖121頻率下降出現(xiàn)的新問(wèn)題頻率下降后各部分功率的變化輸入功率：幾乎不變。輸出功率：隨轉(zhuǎn)速的下降而減小。電磁功率：P1P2PM增加。1從能量關(guān)系看主磁通的變化圖122勵(lì)磁電流和飽和程度的關(guān)系a）簡(jiǎn)單磁路b）磁路在不飽和段c）磁路在深度飽和段磁化曲線：描繪磁路中的磁通和勵(lì)磁電流之間關(guān)系的曲線。磁路飽和的結(jié)果：勵(lì)磁電流發(fā)生畸變，產(chǎn)生尖峰電流。2磁通增大的后果3保持磁通不變的途徑E1KEf11KC1C頂替辦法：C1C設(shè)kfkU則kUkf1C變頻的同時(shí)也要變壓，變頻器常稱為VVVF。142變頻又變壓的具體方法圖123 脈寬調(diào)制a）電路框圖b）頻率較高c）頻率較低脈寬調(diào)制：改變脈沖的占

11、空比，達(dá)到在調(diào)頻的同時(shí)也調(diào)壓的目的。好處：只需由逆變電路一側(cè)進(jìn)行調(diào)節(jié)。1PWM（脈寬調(diào)制）2SPWM（正弦脈寬調(diào)制）圖124 正弦脈寬調(diào)制a）電壓波形b）電流波形SPWM：使脈沖序列的占空比按正弦規(guī)律分布。3正弦脈寬調(diào)制的實(shí)現(xiàn)圖125 單極性脈寬調(diào)制a）頻率較高b）頻率較低載波：振幅和頻率都不變的等腰三角波。調(diào)制波：振幅和頻率都按所要求的電壓頻率比改變的正弦波。脈沖序列：由調(diào)制波和載波的交點(diǎn)決定。單極性調(diào)制交點(diǎn)方程：tf（Um，T）雙極性調(diào)制圖126 雙極性脈寬調(diào)制a）雙極性調(diào)制的波形b）雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)調(diào)制特點(diǎn)：調(diào)制波和載波都是雙極性的。逆變特點(diǎn)：同一橋臂的逆變管總是處于交替導(dǎo)通狀態(tài)。變

12、頻器的輸出電壓圖127變頻器的輸出電壓輸出電壓波形：高頻、高壓的脈沖序列。輸出電壓高：脈沖序列的占空比大。輸出電壓低：脈沖序列的占空比小。載波頻率的影響143載波頻率的影響1載波頻率含義（開關(guān)頻率、脈沖頻率）圖128載波頻率的含義a）載波頻率低b）載波頻率高載波頻率：載波（三角波）的頻率，也叫開關(guān)頻率或脈沖頻率。載波頻率與輸出電壓的波形。載波頻率的高低，只改變每半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)，理論上不影響電壓的有效值。2載波頻率對(duì)輸出電壓的影響（1）雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)圖129雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)a）上、下兩管交替導(dǎo)通b）交替導(dǎo)通時(shí)的死區(qū)設(shè)置死區(qū)的意義：逆變管交替導(dǎo)通時(shí)，為保證在已導(dǎo)通的IGBT管充分截止

13、后，才允許另一個(gè)IGBT管導(dǎo)通所必須的“等待時(shí)間”。死區(qū)的定義：從V1的截止指令到V4的導(dǎo)通指令之間的間隔時(shí)間。（2）載圖130載波頻率與輸出電壓a）載波頻率低b）載波頻率高c）輸出電壓與載波頻率的關(guān)系載波頻率高交替次數(shù)多死區(qū)個(gè)數(shù)多總死區(qū)大輸出電壓低。（2）載波頻率對(duì)輸出電壓的影響圖131載波頻率的影響a）影響輸出電流的因素b）輸出電流與載波頻率的關(guān)系載波頻率高：（1）通過(guò)分布電容的漏電流I00大，加重了IGBT管的負(fù)擔(dān)；（2）開關(guān)損耗pC增加，加大了IGBT管產(chǎn)生的熱量。允許的輸出電流減小。3載波頻率對(duì)輸出電流的影響變頻整流有特色！15交直交變頻器的主電路圖132 整流及濾波電路a）低壓整流

14、濾波電路b）變頻器整流濾波電路低壓濾波電路：常用形濾波。變頻器濾波電路：不允許濾波電路有電壓降，故不能用形濾波。均壓電路：使互相串聯(lián)的電容器組的電壓分配均衡。151整流與濾波電路1濾波電路的特點(diǎn)圖133合上電源時(shí)的充電過(guò)程a）低壓直接充電b）變頻器直接充電c）加入限流電阻合閘前狀態(tài)：濾波電容器兩端的電壓為0V，相當(dāng)于短路。合閘時(shí)特點(diǎn)：（1）沖擊電流很大；（2）輸入側(cè)電壓瞬間為0V。限流電阻的作用：減小沖擊電流，改善輸入側(cè)電壓波形。2充電過(guò)程要限流圖134直流電路的電源指示直流電路指示燈的作用：指示濾波電容器上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。3直流電源指示為安全休息15分鐘152逆變電路圖135逆變電路

15、逆變電路特點(diǎn)：逆變管旁都反并聯(lián)二極管。能量交換給出路！1逆變電路的結(jié)構(gòu)與輸出電壓2逆變電路工況圖136逆變電路工況a）R、L電路復(fù)習(xí)b）變頻器輸出的R、L電路0t1：i1與u反方向，與eL同方向，是磁場(chǎng)作功；t1t2：i1與u同方向，與eL反方向，是電源作功。電動(dòng)機(jī)也要對(duì)濾波電容器充、放電。輸入電流為啥名堂多？16變頻器的輸入電流161輸入電流為啥比輸出電流?。?概述圖139變壓器與變頻器的輸入、輸出電流a）變壓器的輸入、輸出電流b）變頻器的輸入、輸出電流變壓器特點(diǎn)：根據(jù)能量守恒原理，低壓側(cè)電流大于高壓側(cè)電流。變頻器特點(diǎn)：低頻時(shí)，輸出電壓低，故輸出電流大于輸入電流。2變頻器的輸出電流2變頻器的

16、輸出電流圖140電動(dòng)機(jī)的電流a）變壓器的輸出電流b）變頻器的輸出電流變壓器的輸出電流：取決于負(fù)載的多少：負(fù)載多R小I2變頻器的輸出電流：即電動(dòng)機(jī)電流，取決于負(fù)載輕重：TLTMKMI2cos2I2IM3頻率下降時(shí)各部分的功率與電流圖141 各部分電流的變化規(guī)律當(dāng)頻率下降時(shí)，變頻調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的功率同時(shí)下降，但下降的原因各不相同。162輸入電流為啥三相不平衡？1整流及濾波后的電壓波形圖142整流及濾波后的電壓波形a）三相交流電壓b）整流及濾波后波形負(fù)載為電阻時(shí)的特點(diǎn)：各脈波電壓對(duì)濾波電容器有序充電、均等放電。結(jié)果：三相輸入電流是平衡的。2低頻帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的電壓波形圖143低頻帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的電壓

17、波形a）電壓波形b）輸出電流波形特點(diǎn)：負(fù)載也要向?yàn)V波電容器充、放電，且：（1）因頻率較低，充、放電的節(jié)奏與整流后的脈波不一致，故各脈波向電容器充電的有序性被破壞。（2）因輸出電流按正弦規(guī)律變化，各脈波和電容器向負(fù)載放電的均等性也被破壞。結(jié)果：三相輸入電流不平衡。163輸入電流為啥功率因數(shù)低？圖144 輸入電流的波形及其諧波分析a）輸入電流的形成b）輸入電流c）輸入電流的頻諳分析輸入電流特點(diǎn)：（1）只有當(dāng)電源電壓高于直流電壓時(shí)才有電流。（2）高次諧波成分十分豐富。1輸入電流的波形及其頻譜圖145 滯后電流與諧波電流的功率a）滯后電流的功率b）5次諧波電流的功率滯后電流的特點(diǎn)：部分時(shí)間出現(xiàn)負(fù)功率，

18、使平均功率下降，功率因數(shù)降低。諧波電流的特點(diǎn)：所有高次諧波電流的平均功率都等于0，都是無(wú)功電流。2功率因數(shù)的兩個(gè)方面功率因數(shù)的公式cosPFDF·Kd式中，全功率因數(shù)（PF）；有功功率，kW；視在功率，kVA；cos位移因數(shù)（DF）；電流的畸變因數(shù)（Kd），等于電流基波分量的有效值與總有效值之比：3提高功率因數(shù)的方法（1）配接交、直流電抗器圖146 交、直流電抗器基本途徑：接入電抗器，削弱高次諧波電流。交流電抗器：因受阻抗壓降的制約，只能將功率因數(shù)提高到0.85。直流電抗器：可將功率因數(shù)提高到0.9。圖14712脈波整流a）6脈波整流b）12脈波整流要點(diǎn)：輸入變壓器有兩個(gè)副方繞組，一