變頻器的原理和應(yīng)用介紹_第1頁
變頻器的原理和應(yīng)用介紹_第2頁
變頻器的原理和應(yīng)用介紹_第3頁
變頻器的原理和應(yīng)用介紹_第4頁
變頻器的原理和應(yīng)用介紹_第5頁
已閱讀5頁,還剩27頁未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

1、變頻器的原理和應(yīng)用介紹編制:祝廣場 彭紹偉校核:高水華 日期:2012-4-13變頻器的原理和應(yīng)用介紹 變頻器原理和特點(diǎn)變頻器的組成變頻器的控制方式變頻器的應(yīng)用變頻器常用電力電子器件一、變頻器的原理和特點(diǎn) 1、變頻器的原理變頻器是把恒壓恒頻的交流電源(50Hz或60Hz)變換成各種電壓等級(jí)和頻率的交流電源的裝置,能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護(hù)等功能。2、變頻器的特點(diǎn)(1)無極調(diào)速(2)啟動(dòng)平穩(wěn),速度平穩(wěn)上升,停止平穩(wěn),速度平滑下降,沒有沖擊(3)它具備多種信號(hào)輸入輸出端口,接收和輸出模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào),電流、電壓信號(hào)一、變頻器的原理和特

2、點(diǎn) 1、變頻器的結(jié)構(gòu)圖二、變頻器的組成整流部分中間電路逆變部分M控制系統(tǒng)交流直流直流交流圖1 變頻器的結(jié)構(gòu)圖2、變頻器的組成二、變頻器的組成(1)整流器,它與單相或三相交流電源相連接,產(chǎn)生脈動(dòng)的直流電壓。圖2 三相橋式可控硅整流電路2、變頻器的組成二、變頻器的組成(2)中間電路,有以下三種作用:u 濾波,使脈動(dòng)的直流電壓變得穩(wěn)定或平滑,供逆變器使用。u 通過開關(guān)電源為各個(gè)控制線路供電。u 可以配置濾波或制動(dòng)裝置以提高變頻器性能。2、變頻器的組成二、變頻器的組成(3)逆變器,將固定的直流電壓變換成可變電壓和頻率的交流電壓。圖3 單相橋式逆變電路S1S4S2S3EdU1S1,S3導(dǎo)通S2,S4導(dǎo)通

3、 S1,S3導(dǎo)通S2,S4導(dǎo)通S1,S3導(dǎo)通S2,S4導(dǎo)通f1f2EdU1特點(diǎn):u 通過改變開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間改變輸出電壓的頻率u 通過改變開關(guān)管導(dǎo)通順序改變輸出電壓的相序2、變頻器的組成二、變頻器的組成(3)逆變器,將固定的直流電壓變換成可變電壓和頻率的交流電壓。圖4 三相橋式逆變電路缺點(diǎn):u 輸出電壓的諧波分量太大u 電機(jī)諧波損耗增加,發(fā)熱嚴(yán)重甚至燒壞電機(jī)u 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大,低速運(yùn)行時(shí)影響轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)u 直到從通信技術(shù)中采用PWM調(diào)制才大大的緩解了以上問題S1S4S5S2S3S6UVEdW561UUVUVWUVW612123 234 345 456 561 612Ed電機(jī)2、變頻器的組成二、變頻器

4、的組成將信號(hào)傳送給整流器、中間電路和逆變器,同時(shí)它也接收來自這些部分的信號(hào)。其主要組成部分是:輸出驅(qū)動(dòng)電路、操作控制電路。主要功能是:u 利用信號(hào)來開關(guān)逆變器的半導(dǎo)體器件。u 提供操作變頻器的各種控制信號(hào)。u 監(jiān)視變頻器的工作狀態(tài),提供保護(hù)功能 (4)控制電路1、功率二極管(D) 三、變頻器常用電力電子器件功率二極管的內(nèi)部是P-N或P-I-N結(jié)構(gòu) ,圖示為功率二極管的電路符號(hào)和外形。 (a) (b) (c) 圖5 功率二極管的符號(hào)和外形 a) 功率二極管的符號(hào) b) 螺旋式二極管的外形 c) 平板式二極管的外形2、晶閘管(SCR) 三、變頻器常用電力電子器件晶閘管是四層(P1N1P2N2)三端

5、(A、K、G)器件,其符號(hào)和外形如圖所示。 (a) (b) (c) 圖6 晶閘管的外形及符號(hào) (a)晶閘管的符號(hào) (b)螺栓式外形 (c)帶有散熱器平板式外形3、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO) 三、變頻器常用電力電子器件GTO也是四層PNPN結(jié)構(gòu)、三端引出線器件。 和晶閘管不同的是,GTO內(nèi)部由許多四層結(jié)構(gòu)的小晶閘管并聯(lián)二乘,這些小晶閘管的門極和陰極并聯(lián)在一起,成為GTO元,而普通的晶閘管是獨(dú)立元件結(jié)構(gòu)。 (a) (b) 圖7 GTO的結(jié)構(gòu)與符號(hào) (a)GTO的結(jié)構(gòu)剖面 (b) 圖形符號(hào)4、功率晶體管(GTR)三、變頻器常用電力電子器件GTR的結(jié)構(gòu) (a) (b) (c) 圖8 GTR 摸塊(a)

6、GTR的結(jié)構(gòu)示意圖 (b)GTR摸塊的外形(c) GTR摸塊的等效電路5、功率場效應(yīng)晶體管(P-MOSFET) 三、變頻器常用電力電子器件功率場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu) (a) (b) 圖9 P-MOSFET的結(jié)構(gòu)與符號(hào) (a) P-MOSFET的結(jié)構(gòu) (b)P-MOSFET符號(hào)6、絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 三、變頻器常用電力電子器件IGBT具有場效應(yīng)管高速、高輸入阻抗的特性,又具有晶體管飽和電壓低、電壓大、反壓高的特性,應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛;IGBT也是三端器件:柵極,集電極和發(fā)射極。 (a) (b) (c) 圖10 IGBT結(jié)構(gòu)示意圖、電路符號(hào)和等效電路(a)IGBT模塊 (b)IGBT結(jié)構(gòu)示意圖(c)

7、電路符號(hào)(d)等效電路1、U/f控制四、變頻器的控制方式U/f控制原理 在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí),通常是希望保持電機(jī)中每極磁通量為額定值,并保持不變。如果磁通太弱就等于沒有充分利用電機(jī)的鐵心,是一種浪費(fèi);如果過分增大磁通,又會(huì)使鐵心飽和,過大的勵(lì)磁電流使繞組過熱損壞電機(jī)。 U/f控制是使變頻器的輸出在改變頻率的同時(shí)也改變電壓,通常是使U/f為常數(shù),這樣可使電動(dòng)機(jī)磁通保持一定,在較寬的調(diào)速范圍內(nèi),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、效率、功率因數(shù)不下降。1、 U/f控制四、變頻器的控制方式U/f控制的優(yōu)點(diǎn):u 控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低。u 機(jī)械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求,已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

8、U/f控制的缺點(diǎn):u 在低頻時(shí),由于輸出電壓較低,轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著,使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。u 機(jī)械特性終究沒有直流電動(dòng)機(jī)硬,動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能稍差。u 系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化。u 轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高,低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降,穩(wěn)定性變差。2、轉(zhuǎn)差頻率控制(SF控制)四、變頻器的控制方式轉(zhuǎn)差頻率控制原理轉(zhuǎn)差頻率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為圖11所示的特性,在電動(dòng)機(jī)允許的過載轉(zhuǎn)矩以下,大體可以認(rèn)為產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差頻率成比例。另外,電流隨轉(zhuǎn)差頻率的增加而單調(diào)增加。所以,如果我們給出的轉(zhuǎn)差頻率不超過允許過載時(shí)的轉(zhuǎn)差頻率,那么就可以具有限制

9、電流的功能。U/f控制的特點(diǎn):u 為了控制轉(zhuǎn)差頻率需要檢出電動(dòng)機(jī)的速度,增加成本。u 系統(tǒng)的加減速特性和穩(wěn)定性比開環(huán)的U/f控制提高很多,過電流的限制效果也變好。圖11 轉(zhuǎn)差頻率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系2、轉(zhuǎn)差頻率控制(SF控制)四、變頻器的控制方式轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)圖圖12為轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)構(gòu)成圖。速度調(diào)節(jié)器通常采用PI控制。它的輸入為速度設(shè)定信號(hào)2*和檢測的電機(jī)實(shí)際速度2之間的誤差信號(hào)。速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率設(shè)定信號(hào)s*。變頻器的設(shè)定頻率即電動(dòng)機(jī)的定子電源頻率1*為轉(zhuǎn)差頻率設(shè)定值s*與實(shí)際轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速2的和。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí),定子頻率設(shè)定將會(huì)自動(dòng)補(bǔ)償由負(fù)載所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差,保持電動(dòng)機(jī)的速度為設(shè)定速度。速度

10、調(diào)節(jié)器的限幅值決定了系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)差頻率。圖12 轉(zhuǎn)差頻率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系3、矢量控制 (VC控制) 四、變頻器的控制方式矢量控制示意圖圖13 矢量控制示意圖3、矢量控制 (VC控制) 四、變頻器的控制方式矢量控制中的反饋:電流反饋用于反映負(fù)載的狀態(tài),使iT*能隨負(fù)載而變化。速度反饋反映出拖動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和給定值之間的差異,從而以最快的速度進(jìn)行校正,提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。速度反饋的反饋信號(hào)可由脈沖編碼器PG測得?,F(xiàn)代的變頻器又推廣使用了無速度傳感器矢量控制技術(shù),它的速度反饋信號(hào)不是來自速度傳感器,而是通過CPU對(duì)電動(dòng)機(jī)的各種參數(shù),如I1、r2等經(jīng)過計(jì)算得到的一個(gè)轉(zhuǎn)速的實(shí)在值,由這個(gè)計(jì)算出的轉(zhuǎn)速實(shí)在

11、值和給定值之間的差異來調(diào)整iM*和iT*,改變變頻器的輸出頻率和電壓。3、矢量控制 (VC控制) 四、變頻器的控制方式選擇矢量控制模式,對(duì)變頻器和電動(dòng)機(jī)有如下要求:u 一臺(tái)變頻器只能帶一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。u 電動(dòng)機(jī)的極數(shù)要按說明書的要求,一般以4極電動(dòng)機(jī)為最佳。u 電動(dòng)機(jī)容量與變頻器的容量相當(dāng),最多差一個(gè)等級(jí)。u 變頻器與電動(dòng)機(jī)間的連接線不能過長,一般應(yīng)在30m以內(nèi)。如果超過30m,需要在連接好電纜后,進(jìn)行離線自動(dòng)調(diào)整,以重新測定電動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)。3、矢量控制 (VC控制) 四、變頻器的控制方式矢量控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)u 動(dòng)態(tài)的高速響應(yīng) u 低頻轉(zhuǎn)矩增大 u 控制靈活 矢量控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍 u 要求高速響

12、應(yīng)的工作機(jī)械 u 適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境 u 高精度的電力拖動(dòng) u 四象限運(yùn)轉(zhuǎn) 4、直接轉(zhuǎn)矩控制四、變頻器的控制方式直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)是繼矢量控制之后發(fā)展起來的另一種高性能的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。直接轉(zhuǎn)矩控制把轉(zhuǎn)矩直接作為控制量來控制。直接轉(zhuǎn)矩控制是直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的模型,控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)化成等效直流電動(dòng)機(jī),因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算,它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制,也不需要為解耦而簡化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。4、直接轉(zhuǎn)矩控制四、變頻器的控制方式圖14所示為按定子磁場控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理框圖,采用在轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)設(shè)置轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的方法,以抑制磁鏈變化對(duì)轉(zhuǎn)

13、子系統(tǒng)的影響,因此,轉(zhuǎn)速與磁鏈子系統(tǒng)也是近似獨(dú)立的。圖14 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理圖4、直接轉(zhuǎn)矩控制四、變頻器的控制方式直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)勢(shì) 轉(zhuǎn)矩控制是控制定子磁鏈,在本質(zhì)上并不需要轉(zhuǎn)速信息;控制上對(duì)除定子電阻外的所有電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化魯棒性好;所引入的定子磁鏈觀測器能很容易地估算出同步速度信息。因而能方便地實(shí)現(xiàn)無速度傳感器化。這種控制也稱為無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制。u 然而,這種控制要依賴于精確的電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型和對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自動(dòng)識(shí)別(ID) 。矢量控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍 u 要求高速響應(yīng)的工作機(jī)械 u 適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境 u 高精度的電力拖動(dòng) u 四象限運(yùn)轉(zhuǎn) 恒壓供水系統(tǒng)五、變頻器的應(yīng)用1、閥門控制法

14、通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量,而轉(zhuǎn)速保持不變。閥門控制法的實(shí)質(zhì)是水泵本身的供水能力不變,而是通過改變水路中的阻力大小來強(qiáng)行改變流量,以適應(yīng)用戶對(duì)流量的要求。這時(shí),管阻特性將隨閥門開度的改變而改變,但是揚(yáng)程特性不變。2、恒壓控制法通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量,而閥門開度保持不變,也稱為轉(zhuǎn)速控制法。轉(zhuǎn)速控制法的實(shí)質(zhì)是通過改變水泵的供水能力來適應(yīng)用戶對(duì)流量的要求。當(dāng)水泵的餓轉(zhuǎn)速改變時(shí),揚(yáng)程特性將隨之改變,而管阻特性不變。恒壓供水系統(tǒng)五、變頻器的應(yīng)用設(shè)用戶所需流量QX為額定流量的60%(即QX=60%QN)。當(dāng)通過關(guān)小閥門來實(shí)現(xiàn)時(shí),管阻特性將改變?yōu)榍€,而揚(yáng)程特性則仍為曲線,故供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)移至E點(diǎn),流量減小為QE(=Qx),揚(yáng)程增加為HE,供水功率PC與面積ODEJ成正比;當(dāng)通過降低轉(zhuǎn)速使得Qx=60%Qn時(shí),揚(yáng)程特性仍為曲線,故工作點(diǎn)移向C點(diǎn),流量減小為QE(

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論