變頻器破析PPT課件

1、變頻器破析 變頻器原理及應用 變頻器破析 變頻器的調速原理變頻器的調速原理 變頻器的調速原理變頻器的調速原理 改變輸入頻率 （無級調速）變頻器變頻器 N=60F/P P：極對數 F：頻率 N：轉速 改變極對數 （有級調速） 調速原理：調速原理： 調速方法：調速方法： 變頻器破析 交交-直直-交變頻器的主要結構框圖交變頻器的主要結構框圖 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：變頻的同時變壓，也叫VVVF 變頻器破析 變頻又變壓方法PWM n利用調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改變調制波的電壓脈沖頻率時，輸出電壓 基波的頻率也隨之改變，降低調制波的幅 值時，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的實現單極性 變頻器破析 SPWM的實現雙極性 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機調速基礎 Td = Km Fs Fr sin Td:電動機的電磁轉矩 Km：比例系數 Fs， Fr ：三相矢量中的任意兩個矢量的模

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

4、動機工作頻率 為避免電動機因頻率的變化而導致磁路飽和引起勵磁電流增大,功 率因數和效率降低,需要維持氣隙磁通,所以在調節(jié)F時,E也回相應地變 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) 對直流電動機的分析 n 在變頻調速技術成熟之前，直流電動機的調速特性被公認為是最好的。究 其原因，是因為它具有兩個十分重要的特點: n (a) 磁場特點 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 n 它的勵磁電路和 n電樞電路是互相獨立的， n如圖(b)所示。 n 在調節(jié)轉速時， n只調節(jié)其中一個電

5、路的 n參數。 變頻器破析 變頻器的控制方法矢量控制 仿照直流電動機的控制特點，對于調節(jié)頻率的給定信號，分 解成和直流電動機具有相同特點的磁場電流信號i*M和轉矩 電流信號i*T，并且假想地看作是兩個旋轉著的直流磁場的 信號。當給定信號改變時，也和直流電動機一樣，只改變其 中一個信號，從而使異步電動機的調速控制具有和直流電動 機類似的特點。 對于控制電路分解出的控制信號i*M和i*T，根據電 動機的參數進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，對三相逆變橋進行控制，如圖所示。 從而得到與直流電動機類似的硬機械特性, 提高了低頻時的帶負載能力。 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 根據在實行矢量控制時，是否需要轉速反饋的特點，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測量到的電流、電壓和磁 通等數據，簡接地計算出當前的轉速，并進行必要的修 正，從而在不同頻率下運行時，得到較硬機械特性的控 制模式。由于計算量較大，故動態(tài)響應能力稍差在許多 場合，安裝編碼器不方便，同時也是為了 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機輸出軸上增加轉 速反饋環(huán)節(jié)，如圖中的虛線所示。由于轉速大小直接由 速度傳感器測量得到，既準確、又迅速。與

7、無反饋矢量 控制模式相比，具有機械特性更硬、頻率調節(jié)范圍更大 、動態(tài)響應能力強等優(yōu)點。 變頻器破析 變頻器的控制方法直接轉矩控制 3.直接轉矩控制（基于定子磁場定向）直接轉矩控制（基于定子磁場定向） 直接轉矩控制的原理框圖直接轉矩控制的原理框圖 電動機變頻調速時的機械特性電動機變頻調速時的機械特性 n :定常系數定常系數 轉矩調節(jié)器 T* T + - + - n* n T n 當TT*時，T0=1,磁場加速 n增大，轉矩增加； 當TT*時，T0=0，磁場不變，電 動機轉子因慣性使n減小，轉矩 減小。 變頻器破析 矢量控制與直接轉矩控制 變頻器破析 負載 n恒轉矩負載 n恒功率負載 n風機泵類負

8、載 變頻器破析 普通異步電動機與變頻電機區(qū)別普通異步電動機與變頻電機區(qū)別 n一、普通異步電動機都是按恒頻恒壓設計的，不可能完全適應變頻 調速的要求。以下為變頻器對電機的影響 n1、電動機的效率和溫升的問題 不論那種形式的變頻器，在運行中均產生不同程度的諧波電壓和 電流，使電動機在非正弦電壓、電流下運行。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為調制比） 。 高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉子銅（鋁）耗、鐵耗及附加 損耗的增加，最為顯著的是轉子銅（鋁）耗。因為異步電動機是以 接近于基波頻率所對應的同步轉

9、速旋轉的，因此，高次諧波電壓以 較大的轉差切割轉子導條后，便會產生很大的轉子損耗。除此之外 ，還需考慮因集膚效應所產生的附加銅耗。這些損耗都會使電動機 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機運 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 普通異步電動機與變頻電機區(qū)別普通異步電動機與變頻電機區(qū)別 n 2、電動機絕緣強度問題 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 使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率， 相當于對電動機施加陡度很大的沖擊電壓，使電 動機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗。另外，由 PW

10、M變頻器產生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電 動機運行電壓上，會對電動機對地絕緣構成威脅 ，對地絕緣在高壓的反復沖擊下會加速老化。 變頻器破析 普通異步電動機與變頻電機區(qū)別？普通異步電動機與變頻電機區(qū)別？ n。 3、諧波電磁噪聲與震動 普通異步電動機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等 因素所引起的震動和噪聲變的更加復雜。變頻電源中含有的各次時 間諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁 激振力。當電磁力波的頻率和電動機機體的固有振動頻率一致或接 近時，將產生共振現象，從而加大噪聲。由于電動機工作頻率范圍 寬，轉速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各構 件的固有震動

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

12、 決定了電機極對數后和負載的轉速匹配問題，則 可考慮用不同直徑的皮帶輪來傳動或用變速齒輪 （齒輪箱）來匹配。如果由于決定了電機極對數 后經過皮帶或齒輪傳動后達不到負載的功率要求 ，那就要考慮電機的使用功率問題了。 變頻器破析 變頻器能否調至變頻器能否調至1Hz1Hz嗎，最高可嗎，最高可 以調多少以調多少HZHZ使用？使用？ n有的品牌變頻器最低頻率可以調至0.1HZ,最高頻 率可以調至3000HZ. n如果變頻器用在一般的交流異步電機上，變頻器 調至1Hz時已經接近直流，是絕對不可以的，電 機將運行在變頻器限制內的最大電流下工作，電 機將會發(fā)熱嚴重，很有可能燒毀電機。 如果超過50Hz運行會增

13、大電機的鐵損，對電機也 是不利的，一般最好不要超過60Hz，（短時間內 超過是允許的）否則也會影響電機使用壽命。 變頻器破析 使用變頻器時，電機溫升為什么使用變頻器時，電機溫升為什么 比工頻時高呢比工頻時高呢？ n因為變頻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電流比工 頻時要多出約10%左右，所以溫升比工頻時 略有提高。 n另外還有一點：當電機轉速降低的時候， 電機散熱風扇速度不夠，電機溫升會高一 些。 變頻器破析 交流伺服電機可以用變頻器控制交流伺服電機可以用變頻器控制 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成閉環(huán)用變頻進行位置控制的，精度和 響應都不高?，F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、在有嚴格位置控制要求的場合中只能用伺服來實現，還有就是伺 服的響應速度遠遠大于變頻，有些對速度的精度和響應要求高的場 合也用伺服控制，能用變頻控制的運動的場合幾乎都能用伺服取代 。 n關鍵是兩點：一是價格伺服遠遠高于變頻，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 概念是準確、精確、快速定位。變頻是伺服控制的一個必須的內部 環(huán)節(jié)，伺服驅動器中同樣存在變頻（要進行無級調速）。 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