第一章變頻器的主電路

PAGEPAGE1變頻調速應用技術講座第1章變頻器的主電路1．1三相交流異步電動機簡介圖1－1籠形轉子異步電動機的構造a）外形b）定子c）轉子（短路繞組）圖1－1籠形轉子異步電動機的構造a）外形b）定子c）轉子（短路繞組）1．籠形轉子異步電動機

2．繞線轉子異步電動機圖1－2繞線轉子異步電動機的構造圖1－2繞線轉子異步電動機的構造a）外形與接線b）轉子繞組3．旋轉原理圖1－3圖1－3三相交流異步電動機的旋轉原理a）三相交變電流b）三相繞組c）旋轉原理

4．基本公式 n0—同步轉速，即旋轉磁場的轉速。 n0＝f—電流的頻率；p—磁極對數； nM—轉子轉速。Δn＝n0－nM —轉差s＝＝ —轉差率Δn＝sn0nM＝n0－Δn＝n0－sn0＝n0（1－s）＝(1－s)p2pn0nMΔns備注12300029001000.0335.5～7.5kW2930700.02311～18.5kW2970300.0145～160kW2415001460400.02711～15kW1470300.0218.5～30kW1480200.01337～315kW361000960400.043～5.5kW970300.037.5～30kW980200.0237～250kW

圖1－4生產機械對無級調速的要求舉例1．1．2生產機械對無級調速的要求圖1－4生產機械對無級調速的要求舉例1．1．3異步電動機之夢圖1－5變頻可以調速圖1－5變頻可以調速

正方、反方要平衡正方、反方要平衡！1．2．1 負載得到機械能時的作功過程圖1－6拖動系統(tǒng)的轉矩平衡 1．能量的載體—機械的旋轉系統(tǒng)圖1－6拖動系統(tǒng)的轉矩平衡2．作功要點 作用的一方：電動機的電磁轉矩 TM＝KTI2’Φ1cosφ2 反作用的一方 ：負載的阻轉矩TL 作功的標志：拖動系統(tǒng)以一定的轉速nM（＝nL）運行

1．2．2電動機從電網取用電功率時的作功過程圖1－7定子取用電功率的電路a）定子繞組b）三相電路示意圖c）單相電路示意圖d）繞組的電動勢 圖1－7定子取用電功率的電路a）定子繞組b）三相電路示意圖c）單相電路示意圖d）繞組的電動勢2．作功要點 作用的一方：電源電壓U1 反作用的一方：定子繞組的反電動勢E1 作功的標志：電路內有電流I13．定子繞組的等效電路與電動勢平衡方程圖1－8圖1－8定子繞組的等效電路a）主磁通和漏磁通b）等效電路與電動勢平衡

1．2．3轉子從定子側吸收能量的作功過程圖1－9異步電動機的磁路a）定子電流的合成磁場b）定子磁動勢c）轉子磁動勢的去磁作用 圖1－9異步電動機的磁路a）定子電流的合成磁場b）定子磁動勢c）轉子磁動勢的去磁作用2．作功要點 作用的一方：定子繞組的磁動勢I1N1 反作用的一方：轉子繞組的磁動勢I2’N 作功的標志：磁路內有磁通Φ1

圖1－10圖1－10轉子的等效電路a）籠形轉子b）轉子電路c）等效轉子d）等效靜轉子e）輸出機械能f）一相等效電路圖1－11磁動勢的平衡圖1－11磁動勢的平衡a）磁動勢的平衡b）電流平衡c）電流矢量圖

1．2．4能量傳遞小結圖1－12能量傳遞小結

圖1－12能量傳遞小結休息15分鐘

1．3交－直－交變頻器的構成及演變百年懷胎盼百年懷胎盼開關！圖1－13交－直－交變頻器框圖1．基本框圖圖1－13交－直－交變頻器框圖2．單相逆變橋圖1－14單相逆變橋原理圖1－14單相逆變橋原理a）單相逆變橋電路b）負載所得電壓波形3．三相逆變橋 3．變頻方法3．變頻方法

3．變頻方法圖1－15變頻方法圖1－15變頻方法a）頻率較高b）頻率較低4．圖1－16三相逆變橋圖1－16三相逆變橋a）三相逆變電路b）輸出電壓波形4．三相逆變橋

1．3．2逆變器件的條件與發(fā)展圖1－17逆變器件承受的電壓和電流 1．逆變器件的條件圖1－17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）允許長時間頻繁地接通和關斷。（3）接通和關斷的控制必須十分方便。2．逆變器件的發(fā)展圖1－18SCR逆變ａ）逆變電路ｂ）電壓波形ｃ）電流波形圖1－18SCR逆變ａ）逆變電路ｂ）電壓波形ｃ）電流波形

（2）普及歸功GTR（BJT）圖1－19GTR逆變ａ）逆變電路ｂ）電壓波形ｃ）電流波形圖1－19GTR逆變ａ）逆變電路ｂ）電壓波形ｃ）電流波形（3）提高全靠IGBT圖1－20IGBT逆變圖1－20IGBT逆變ａ）逆變電路ｂ）電壓波形ｃ）電流波形

變頻變壓為哪般？1．4變頻變壓為哪般？1．4．1變頻調速出現(xiàn)的新問題圖1－21頻率下降出現(xiàn)的新問題1．從能量關系看主磁通的變化圖1－21頻率下降出現(xiàn)的新問題 2．從反電動勢看主磁通的變化∵ E1＝KEfXΦ1∴ Φ1＝KF·↑

3．磁通增大的后果圖1－22勵磁電流和飽和程度的關系圖1－22勵磁電流和飽和程度的關系a）簡單磁路b）磁路在不飽和段c）磁路在深度飽和段圖1－23保持磁通不變的途徑圖1－23保持磁通不變的途徑a）頻率下降的結果b）變頻也要變壓（1）從能量角度看

（2）從電動勢的角度看∵ E1＝KEfΦ1∴ ＝C→Φ1＝C即 E1X＝CfX →Φ1＝C頂替辦法：＝C→Φ1≈C設 kf＝ kU＝則 kU＝kf →Φ1≈C∴變頻的同時也要變壓，變頻器常稱為VVVF。kU＝kf 時，電壓與頻率的對應關系fXkf＝fX／fNUX＝kUUN50Hz1.0380V40Hz0.8304V30Hz0.6228V20Hz0.4152V10Hz0.276V5Hz0.138V

1．4．2變頻又變壓的具體方法1．ＰＷＭ（脈寬調制）圖1－24脈寬調制圖1－24脈寬調制a）電路框圖b）頻率較高c）頻率較低2．正弦脈寬調制（ＳＰＷＭ）圖1－25正弦脈寬調制a）電壓波形b）電流波形

圖1－25正弦脈寬調制a）電壓波形b）電流波形圖1－26單極性脈寬調制a）頻率較高b）頻率較低圖1－26單極性脈寬調制a）頻率較高b）頻率較低（2）雙極性調制圖1－27雙極性脈寬調制

整流濾波圖1－27雙極性脈寬調制整流濾波有特點！1．5．1整流與濾波電路圖1－28圖1－28整流及濾波電路

2．充電過程要限流圖1－圖1－29合上電源時的充電過程a）直接充電b）加入限流電阻3．直流電源指示為安全圖1－3圖1－30直流電路的電源指示

休息15分鐘

反 反向電流給出路！1．逆變電路的結構與輸出電壓圖1－31圖1－31逆變電路及其輸出電壓圖1－3圖1－32R、L電路的復習

3．逆變電路的電流路徑圖１－33電動機狀態(tài)a）空載示意圖b）矢量圖c）電路圖d）電壓、電流曲線（1）電動機狀態(tài)《nM＜n0圖１－33電動機狀態(tài)a）空載示意圖b）矢量圖c）電路圖d）電壓、電流曲線（2）發(fā)電機狀態(tài)（nM＞n0）圖1－34發(fā)電機狀態(tài)圖1－34發(fā)電機狀態(tài)a）重載示意圖b）矢量圖c）電路圖d）電壓、電流曲線

4．逆變橋輸出的禁忌圖1－35輸入、輸出不允許接錯a）電源接至輸出側b）接錯的后果 圖1－35輸入、輸出不允許接錯a）電源接至輸出側b）接錯的后果圖1－36輸出側接電容器的后果（2）輸出側不能接電容器圖1－36輸出側接電容器的后果電流電流大小分三片！1．5．3主電路各部分的電流 1．概述圖1－37變壓器與變頻器的輸入、輸出電流圖1－37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

圖1－38電動機的電流a）變壓器的輸出電流b）變頻器的輸出電流圖1－38電動機的電流a）變壓器的輸出電流b）變頻器的輸出電流由圖知，變頻器輸出電流的大小取決于負載的輕重。3．頻率下降時各部分的功率與電流圖1－39各部分電流的變化規(guī)律

圖1－39各部分電流的變化規(guī)律供電部門不能惱供電部門不能惱！圖1－40輸入電流的波形及其諧波分析a）輸入電流的形成b）輸入圖1－40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

1．6．2功率因數的完整定義圖1－41滯后電流與諧波電流的功率a）滯后電流的功率b）5圖1－41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 2．功率因數的公式 λ＝＝υ?cosφ ［PF＝DF·Kd］ 式中，λ─全功率因數（PF）； Ｐ─有功功率，kW； Ｓ─視在功率，kVA；cosφ─位移因數（DF）；υ─電流的畸變因數（Kd），等于電流基波分量的有效值與總有效值之比： υ＝

1．6．3提高功率因數的方法圖1－42交流電抗器1．配接交、直流電抗器圖1－42交流電抗器（1）交流電抗器除了可以將功率因數提高至（０.７５～０.８５）外，還具有削弱浪涌電流和電源電壓不平衡的影響。（2）配接直流電抗器，功率因數可提高至０.９以上。2．采用12脈波整流圖1－4312脈波整流圖1－4312脈波整流a）6脈波整流b）12脈波整流常規(guī)測量不可靠常規(guī)測量不可靠！1．7．1輸出電壓的測量1．電磁式儀表 fX↓→XL=2πfXL↓→IL↑圖1－44電磁式儀表測電壓a）電磁式儀表構造b）測量部位c）測量結果

圖1－44電磁式儀表測電壓a）電磁式儀表構造b）測量部位c）測量結果圖1－45數字式儀表測輸出電壓圖1－45數字式儀表測輸出電壓a）被測電壓波形b）數字表采樣過程c）測量結果圖1－46整流式儀表測輸出電壓圖1－46整流式儀表測輸出電壓a）磁電式儀表b）整流式儀表及測量電壓波形c）測量結果3．整流式儀表

1．7．2輸入電流的測量圖1－47非正弦電流的測量a）7次諧波電流b）電流互感器c）副方等效電路圖1－47非正弦電流的測量a）7次諧波電流b）電流互感器c）副方等效電路以7次諧波電流為例：（1）互感器繞組和儀表繞組的感抗 ∴ f7↑→XL7＝2πf7L↑→I7（2）繞組分布電容的分流作用加大f7↑→IC7↑→I7↓（3）鐵心的導磁率 f7↑→μ↓（μ－導磁率）（4）鐵心中的功率損失