變頻器培訓—20131209

1、變頻器培訓1.變頻器工作原理2.變頻器控制電路3.電力拖動基礎4.變頻器選型問題5.變頻器常見問題及解決方法 主講：主講： 黃勇黃勇 2013年年12月月9日日交-直-交變頻器原理圖M交 交 直交-直-交變頻器主電路 交一直一交變頻器交一直一交變頻器PWM電壓型變頻器電壓型變頻器的主電路的主電路交-直-交變頻器主電路交一直部分 (1)整流管VD1VD6 VD1VD6組成三相整流橋，將電源三相交流整流成直流。 (2)濾波電容器Cd 濾平全波整流后的電壓紋波； 當負載變化時，使直流電壓保持平穩(wěn)。 (3)限流電阻RL與開關SL當變頻器剛合上電源的瞬間，濾波電容器Cd的充電電流很大，過大的沖擊電流將可

2、能使三相整流橋的二極管損壞。為了保護整流橋，在變頻器剛接通電源后的一段時間里，電路內(nèi)串入限流電阻RL，其作用是將電容器Cd的充電電流限制在容許范圍以內(nèi)。開關SL的功能是：當Cd充電到一定程度時，令開關SL接通，將限流電阻RL短路掉。在許多新系列的變頻器里，SL已由晶閘管代替，如圖527中虛線所示。 (4)電源指示HLHL除了表示電源是否接通以外，還有一個十分重要的功能，即在變頻器切斷電源后，表示濾波電容器Cd上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢交-直-交變頻器主電路直一交部分 (1)逆變管VT1VT6 VT1VT6組成逆變橋，把VD1VD6整流所得的直流電，再逆變成頻率可調(diào)的交流電。這是變頻器實現(xiàn)變頻的具

3、體執(zhí)行環(huán)節(jié)，是變頻器的核心部分。 當前常用的逆變管有IGBT、GTR、GTO等。 (2)續(xù)流二極管VD7VD12 電動機的繞組是電感性的，其電流具有無功分量。VD7VD12為無功電流返回直流電源時提供通道。 當頻率下降，電動機處于再生制動狀態(tài)時，再生電流將通過VD7VD12返回給直流電路。 VT1VT6進行逆變的基本工作過程是，同一橋臂的兩個逆變管，處于不停的交替導通和截止的狀態(tài)。這種交替導通和截止的換相過程中，也不時地需要VD7VD12提供通路。 (3)緩沖電路(C01C06.R01R06、VDO1VD06) 不同型號的變頻器中，緩沖電路也不盡相同。圖5.27所示是比較典型的一種。其功能如下

4、： C01C06 逆變管VT1VT6每次由導通狀態(tài)切換成截止狀態(tài)的關斷瞬間，集電極(C極)和發(fā)射極（E極）間的電壓UCE將迅速地從OV上升到直流電壓UD，過高的電壓變化率警將導致逆變管損壞。通過C01C06的充電來減小在每次關斷時的電壓變化率。 R01R06交-直-交變頻器主電路逆變管VTiVTe每次由截止狀態(tài)切換成導通狀態(tài)的瞬間，C01C06上所充的電壓(等于UD)將向VT1VT6放電。此放電電流的初始值將很大，并且將疊加到負載電流上，導致VT1VT6過載而損壞。因此，R01R06的功能是限制逆變管在接通瞬間CoiC06的放電電流。 (3) VD01VD06 R01R06的接人，又會影響C0

5、1C06在VT1VT6關斷時減小電壓變化率的效果。VD01VD06接人后，在VT1VT6的關斷過程中，使R01R06不起作用；而在VT1VT6的接通過程中，又迫使C01C06的放電電流流經(jīng)R01R06。制動電阻和制動單元 (1)制動電阻RB 電機在工作頻率下降過程中，將處于再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要反饋到直流電路中，使直流電壓UD不斷上升，甚至可達到危險的地步。因此，必須將再生到直流電路的能量消耗掉，使UD保持在容許范圍內(nèi)。制動電阻RB就是用來消耗這部分能量的。 (2)制動單元VB 制動單元VB由大功率晶體管及其驅(qū)動電路構成。其功能是為制動電流IB流經(jīng)RB提供通路。變頻器工作原理 調(diào)速原理

6、：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)速方法：調(diào)速方法：變頻器工作原理 變頻器的基本構成變頻器的基本構成整流部分整流部分商用電源商用電源逆變部分逆變部分平平波波電電容容整流整流逆變逆變直流電壓直流電壓電源電壓電源電壓輸出電壓輸出電壓輸出電壓的平均值是正弦波馬達馬達正弦波（正弦波（脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制） ）控制控制方式方式 變頻器基本構成圖變頻器基本構成圖 馬達電源驅(qū)動回路保護回路控制回路防沖擊防沖擊回路回路（逆變回路）（逆變回路）DC/DCDC/DC電電源源變換變換回路回路MDBMDB（整流回路）整流回路）MDBM

7、DB（整流回路）整流回路）平波電容平波電容制動回制動回路路操作面板 可變速運轉(zhuǎn)的原理可變速運轉(zhuǎn)的原理 變頻器是：變頻器是： 將商用交流電源通過整流回路變換成直流，將商用交流電源通過整流回路變換成直流， 將變換后的直流經(jīng)過逆變回路變換成電壓、將變換后的直流經(jīng)過逆變回路變換成電壓、頻率可調(diào)節(jié)的交流電，頻率可調(diào)節(jié)的交流電， 利用交流三相異步電動機的轉(zhuǎn)速與頻率成利用交流三相異步電動機的轉(zhuǎn)速與頻率成正比的特點，通過改變電源的頻率和幅度正比的特點，通過改變電源的頻率和幅度以達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。以達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。變頻器工作原理變頻器主回路介紹 目前,通用型變頻器絕大多數(shù)是交直交型變頻器,通常以電

8、壓型變頻器為主,其主回路如下圖,它是變頻器的核心電路,由整流回路(交直變換),直流濾波電路、制動能耗電路、逆變電路(直交變換)組成,當然還包括有限流電路、制動電路、控制電路等組成部分. 1) 整流電路 通用型變頻器的整流電路是由三相橋式整流橋組成.它的功能是將工頻電源進行整流,經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)平波后為逆變電路和控制電路提供所需的直流電源.三相交流電源一般需經(jīng)過吸收電容和壓敏電阻網(wǎng)絡引入整流橋的輸入端.壓敏電阻網(wǎng)絡的作用,是吸收交流電網(wǎng)的浪涌過電壓,從而避免由此而損壞變頻器.三相380V的變頻器,整流器件的最大反向電壓一般為12001600V,最大整流電流為變頻器額定電流的兩倍. 2) 濾波電路

9、逆變器的負載屬感性負載的異步電動機,無論異步電動機處于電動或發(fā)電狀態(tài),在直流濾波電路和異步電動機之間,都會有無功功率的交換,這種無功能量要靠直流中間電路的儲能元件來緩沖.同時,三相整流橋輸出的電壓和電流屬直流脈沖電壓和電流,為了減小直流電壓和電流的波動,直流濾波電路起到對整流電路的電壓進行濾波作用. 變頻器工作原理3) 通用變頻器直流濾波電路的大容量鋁電解電容,通常是由若干個電容器串聯(lián)和并聯(lián)構成電容器組,以得到所需的耐壓值和容量.另外,因為電解電容器容量有較大的離散性,這將使它們單個的所承受的負荷不相等.因此,電容器要各并聯(lián)一個阻值等相的均壓電阻,消除離散性的影響,否則電容的壽命會大大縮短,嚴

10、重制約變頻器的壽命. 4) 制動電路 即能耗制動,在大慣量的負載停止時提供能量泄放回路,在P和PB接制動電阻即可. 5) 逆變電路 逆變電路的作用是在控制電路的作用下,將直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源.逆變電路的輸出就是變頻器的輸出,所以逆變電路是變頻器的核心電路之一,起著非常重要的作用. 最常見的逆變電路結構形式是利用六個功率開關器件(GTR、IGBT、GTO等)組成的三相橋式逆變電路,有規(guī)律的控制逆變器中功率開關器件的導通與關斷,可以得到任意頻率的三相交流輸出. 變頻器工作原理變頻器控制電路組成控制電路由以下電路組成：頻率、電壓的運算電路、主電路的電壓、電流

11、檢測電路、電動機的速度檢測電路、將運算電路的控制信號進行放大的驅(qū)動電路，以及逆變器和電動機的保護電路。1)運算電路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 2)電壓、電流檢測電路 與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。 3)驅(qū)動電路 為驅(qū)動主電路器件的電路，它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。 4)I/0輸入輸出電路 為了變頻器更好人機交互，變頻器具有多種輸入信號的輸入 (比如運行、多段速度運行等)信號，還有各種內(nèi)部參數(shù)的輸出“比如電流、頻率、保護動作驅(qū)動等)信號。 5)速度檢測電路 以裝在異步電動軸機上的速度檢測器 (TG、PLG等)的信號

12、為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。 6)保護電路 檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。變頻器的控制方法變頻器的控制方法恒恒U/F控制控制 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(shù)和效率降低,需要維持氣隙磁通,所以在調(diào)節(jié)F時,E也回相應地變化,即:E/F=K(恒定值)變頻器的控制方法變

13、頻器的控制方法恒恒U/F控制控制 在額定頻率以下，如果電壓一定而只降低頻率，那么氣隙磁通就要過大，造成磁路飽和，嚴重時燒毀電動機。因此為了保持氣隙磁通不變，就要求在降低供電頻率的同時降低輸出電壓，保持u/f=常數(shù)，即保持電壓與頻率之比為常數(shù)進行控制。這種控制方式為恒壓頻比控制方式，又稱恒磁通控制方式。 在額定頻率以下，磁通恒定時轉(zhuǎn)矩也恒定，因此，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。變頻器的控制方法變頻器的控制方法恒恒U/F控制控制 基頻向下調(diào)速，希望保持磁通不變。從公式U=E=4.44*f*N*看出，磁通正比與E/f(近似正比與U/f)，所以保持E/f（U/f）的比值不變，就可以保證磁通不變。基頻向上調(diào)速時候，因

14、為電壓不能再升了，所以可以看成弱磁調(diào)速。弱磁調(diào)速交流磁通產(chǎn)生原理：=kE/f其中： 為氣隙磁通幅值，k為常數(shù)，E為感應電動勢，f為輸出頻率。1何為弱磁調(diào)速何為弱磁調(diào)速1、在直流電機理論中，改變直流電機轉(zhuǎn)速的方法有：改變電樞電壓調(diào)速，還有就是減小電樞電阻、減弱主極磁通調(diào)速；2、在變頻器對異步電機的調(diào)速中，當變頻器的輸出頻率高于電機額定頻率時，電機鐵芯磁通開始減弱，電機轉(zhuǎn)速高于額定轉(zhuǎn)速，此時我們稱電機進入弱磁調(diào)速；3、變頻器對異步電機調(diào)速時，一旦進入弱磁調(diào)速，變頻器輸出電壓不再改變，一般為電機額定電壓。而電機電流增大，超過額定電流，速度增大時電磁轉(zhuǎn)矩減小，電機功率為恒功率，所以有人把弱磁調(diào)速又叫做

15、恒功率調(diào)速。弱磁調(diào)速 2弱磁調(diào)速的目的與方法弱磁調(diào)速的目的與方法 1、在額定轉(zhuǎn)速以上，為了不產(chǎn)生過流或過載； 2、電機在弱磁調(diào)速運行時，只有保證轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n成反比，即恒功率P運行，電流才基本不變保持額定電流； 因為：U = 4.44fN , M I ，M = P/n ； 如：f增大2倍，縮小1/2，M縮小1/2 ，n增大2倍，這個過程中電壓U不變，電流I不變，頻率f增大2倍，n增大2倍，縮小1/2，M縮小1/2，功率P不變 。弱磁調(diào)速 3弱磁調(diào)速注意點弱磁調(diào)速注意點 理論情況是，進入弱磁調(diào)速，電機電流變化情況與負載性質(zhì)有關，恒功率P運行，電流基本不變保持額定電流。實際工程應用中，一般變頻異步

16、電動機交流調(diào)速系統(tǒng)的最大電流出現(xiàn)在滿載啟動的時刻，進入弱磁區(qū)的電機電流不會比最大啟動電流大。由于負載性質(zhì)的不同，電流增大、功率增大的情況是經(jīng)常的，這時要防止電機過流或過載。變頻器的控制方法變頻器的控制方法矢量控制矢量控制 一、矢量控制思想的引入 異步電機的動態(tài)數(shù)學模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，通過坐標變換，可以使之降階并化簡，但并沒有改變其非線性、多變量的本質(zhì)。需要高動態(tài)性能的異步電機調(diào)速系統(tǒng)必須在其動態(tài)模型的基礎上進行分析和設計，但要完成這一任務并非易事。經(jīng)過多年的潛心研究和實踐，有幾種控制方案已經(jīng)獲得了成功的應用，目前應用最廣的就是按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)。變頻器的控制方

17、法變頻器的控制方法矢量控制矢量控制 二、二、 矢量控制系統(tǒng)的基本思路矢量控制系統(tǒng)的基本思路 以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準則，在三相坐標系上的定子交流電流 iA、 iB 、iC ，通過三相/兩相變換可以等效成兩相靜止坐標系上的交流電流 i、i ，再通過同步旋轉(zhuǎn)變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系上的直流電流 id 和 iq變頻器的控制方法變頻器的控制方法矢量控制矢量控制 如果觀察者站到鐵心上與坐標系一起旋轉(zhuǎn)，他所看到的便是一臺直流電機，可以控制使交流電機的轉(zhuǎn)子總磁通 r 就是等效直流電機的磁通，如果把d軸定位于 的方向上，稱作M（Magnetization）軸，把q軸稱作T（Torque）軸，則M繞組相

18、當于直流電機的勵磁繞組，im 相當于勵磁電流，T 繞組相當于偽靜止的電樞繞組，it 相當于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。變頻器的控制方法變頻器的控制方法矢量控制矢量控制 把上述等效關系用結構圖的形式畫出來，便得到如圖所示。從整體上看，輸入為A，B，C三相電壓，輸出為轉(zhuǎn)速 ，是一臺異步電機。從內(nèi)部看，經(jīng)過3/2變換和同步旋轉(zhuǎn)變換，變成一臺由 im 和 it 輸入，由 輸出的直流電機。變頻器的控制方法變頻器的控制方法矢量控制矢量控制圖：異步電動機的坐標變換結構圖3/2三相/兩相變換; VR同步旋轉(zhuǎn)變換; M軸與軸（A軸）的夾角 3/2VR等效直流等效直流電機模型電機模型ABC iAiBiCitimii異

19、步電動機異步電動機 異步電機的坐標變換結構圖變頻器的控制方法變頻器的控制方法矢量控制矢量控制 既然異步電機經(jīng)過坐標變換可以等效成直流電機，那么，模仿直流電機的控制策略，得到直流電機的控制量，經(jīng)過相應的坐標反變換，就能夠控制異步電機了。 由于進行坐標變換的是電流（代表磁動勢）的空間矢量，所以這樣通過坐標變換實現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫作矢量控制系統(tǒng)（Vector Control System），控制系統(tǒng)的原理結構如下圖所示。變頻器的控制方法變頻器的控制方法矢量控制矢量控制 矢量控制系統(tǒng)原理結構圖 控制器控制器VR-12/3電流控制電流控制變頻器變頻器3/2VR等效直流等效直流電機模型電機模型+i*mi*t

20、 si*i*i*Ai*Bi*CiAiBiCiiimit反饋信號異步電動機給定信號 圖： 矢量控制系統(tǒng)原理結構圖變頻器的控制方法變頻器的控制方法矢量控制矢量控制 在設計矢量控制系統(tǒng)時，可以認為，在控制器后面引入的反旋轉(zhuǎn)變換器VR-1與電機內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)VR抵消，2/3變換器與電機內(nèi)部的3/2變換環(huán)節(jié)抵消，如果再忽略變頻器中可能產(chǎn)生的滯后，則圖中虛線框內(nèi)的部分可以完全刪去，剩下的就是直流調(diào)速系統(tǒng)變頻器的控制方法變頻器的控制方法矢量控制矢量控制 設計控制器時省略后的部分控制器控制器VR-12/3電流控制電流控制變頻器變頻器3/2VR等效直流等效直流電機模型電機模型+i*mi*t si*i*i*A

21、i*Bi*CiAiBiCiiimit反饋信號異步電動機給定信號 圖5-10 簡化控制結構圖變頻器的控制方法變頻器的控制方法矢量控制矢量控制 可以想象，這樣的矢量控制交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在靜、動態(tài)性能上完全能夠與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。 電力拖動基礎 直流電機的物理模型直流電機的數(shù)學模型比較簡單，先分析一下直流電機的磁鏈關系。圖中繪出了二極直流電機的物理模型，圖中 F為勵磁繞組，A 為電樞繞組，C 為補償繞組。 F 和 C 都在定子上，只有 A 是在轉(zhuǎn)子上。 把 F 的軸線稱作直軸或 d 軸（direct axis），主磁通的方向就是沿著 d 軸的；A和C的軸線則稱為交軸或q 軸（quadratur

22、e axis）。電力拖動基礎圖： 二極直流電機的物理模型dqFACifiaic勵磁繞組電樞繞組補償繞組電力拖動基礎主極磁場在空間固定不動；由于換向器作用，電樞磁動勢的軸線始終被電刷限定在 q 軸位置上，其效果好象一個在 q 軸上靜止的繞組一樣。 但它實際上是旋轉(zhuǎn)的，會切割 d 軸的磁通而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動勢，這又和真正靜止的繞組不同，通常把這種等效的靜止繞組稱作“偽靜止繞組” 。電力拖動基礎 雖然電樞本身是旋轉(zhuǎn)的，但其繞組通過換向器電刷接到端接板上，電刷將閉合的電樞繞組分成兩條支路。當一條支路中的導線經(jīng)過正電刷歸入另一條支路中時，在負電刷下又有一根導線補回來。電力拖動基礎 分析結果 電樞磁動勢的作用

23、可以用補償繞組磁動勢抵消，或者由于其作用方向與 d 軸垂直而對主磁通影響甚微，所以直流電機的主磁通基本上唯一地由勵磁繞組的勵磁電流決定，這是直流電機的數(shù)學模型及其控制系統(tǒng)比較簡單的根本原因。電力拖動基礎 交流電機的物理模型如果能將交流電機的物理模型（見下圖）等效地變換成類似直流電機的模式，分析和控制就可以大大簡化。坐標變換正是按照這條思路進行的。 在這里，不同電機模型彼此等效的原則是：在不同坐標下所產(chǎn)生的磁動勢完全一致。 電力拖動基礎 眾所周知，交流電機三相對稱的靜止繞組 A 、B 、C ，通以三相平衡的正弦電流時，所產(chǎn)生的合成磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速 s （即電流

24、的角頻率）順著 A-B-C 的相序旋轉(zhuǎn)。這樣的物理模型繪于下圖中。電力拖動基礎 （1）交流電機繞組的等效物理模型ABCABCiAiBiCFs圖a： 三相交流繞組電力拖動基礎 旋轉(zhuǎn)磁動勢的產(chǎn)生 然而，旋轉(zhuǎn)磁動勢并不一定非要三相不可，除單相以外，二相、三相、四相、 等任意對稱的多相繞組，通以平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，當然以兩相最為簡單。電力拖動基礎 （2）等效的兩相交流電機繞組Fiis圖b： 兩相交流繞組 電力拖動基礎 圖b中繪出了兩相靜止繞組 和 ，它們在空間互差90，通以時間上互差90的兩相平衡交流電流，也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢 F 。 當圖a和b的兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢大小和轉(zhuǎn)速都相等時，即認為圖

25、b的兩相繞組與圖a的三相繞組等效。 電力拖動基礎 （3）旋轉(zhuǎn)的直流繞組與等效直流電機模型sFdqidiqdq圖c 旋轉(zhuǎn)的直流繞組 電力拖動基礎再看圖c中的兩個匝數(shù)相等且互相垂直的繞組 d 和 q，其中分別通以直流電流 id 和iq，產(chǎn)生合成磁動勢 F ，其位置相對于繞組來說是固定的。 如果讓包含兩個繞組在內(nèi)的整個鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則磁動勢 F 自然也隨之旋轉(zhuǎn)起來，成為旋轉(zhuǎn)磁動勢。電力拖動基礎把這個旋轉(zhuǎn)磁動勢的大小和轉(zhuǎn)速也控制成與圖 a 和圖 b 中的磁動勢一樣，那么這套旋轉(zhuǎn)的直流繞組也就和前面兩套固定的交流繞組都等效了。當觀察者也站到鐵心上和繞組一起旋轉(zhuǎn)時，在他看來，d 和 q 是兩個通以直

26、流而相互垂直的靜止繞組。 如果控制磁通的位置在 d 軸上，就和直流電機物理模型沒有本質(zhì)上的區(qū)別了。這時，繞組d相當于勵磁繞組，q 相當于偽靜止的電樞繞組。 電力拖動基礎 等效的概念 由此可見，以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準則，圖a的三相交流繞組、圖b的兩相交流繞組和圖c中整體旋轉(zhuǎn)的直流繞組彼此等效。或者說，在三相坐標系下的 iA、iB 、iC，在兩相坐標系下的 i、i 和在旋轉(zhuǎn)兩相坐標系下的直流 id、iq 是等效的，它們能產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動勢。電力拖動基礎 就圖c 的 d、q 兩個繞組而言，當觀察者站在地面看上去，它們是與三相交流繞組等效的旋轉(zhuǎn)直流繞組；如果跳到旋轉(zhuǎn)著的鐵心上看，它們就的的確確是

27、一個直流電機模型了。這樣，通過坐標系的變換，可以找到與交流三相繞組等效的直流電機模型。電力拖動基礎 現(xiàn)在的問題是，如何求出iA、iB 、iC 與 i、i 和 id、iq 之間準確的等效關系，這就是坐標變換的任務。 電力拖動基礎 2. 三相-兩相變換（3/2變換） 現(xiàn)在先考慮上述的第一種坐標變換 在三相靜止繞組A、B、C和兩相靜止繞組、 之間的變換，或稱三相靜止坐標系和兩相靜止坐標系間的變換，簡稱 3/2 變換。 電力拖動基礎 圖d中繪出了 A、B、C 和 、 兩個坐標系，為方便起見，取 A 軸和 軸重合。設三相繞組每相有效匝數(shù)為N3，兩相繞組每相有效匝數(shù)為N2，各相磁動勢為有效匝數(shù)與電流的乘積

28、，其空間矢量均位于有關相的坐標軸上。由于交流磁動勢的大小隨時間在變化著，圖中磁動勢矢量的長度是隨意的。電力拖動基礎 3/2變換CAN2iN3iAN3iCN3iBN2i60o60oB 圖d 三相和兩相坐標系與繞組磁動勢的空間矢量 電力拖動基礎 設磁動勢波形是正弦分布的，當三相總磁動勢與二相總磁動勢相等時，兩套繞組瞬時磁動勢在 、 軸上的投影都應相等， )2121(60cos60cosCBA3C3B3A32iiiNiNiNiNiN)(2360sin60sinCB3C3B32iiNiNiNiN電力拖動基礎寫成矩陣形式，得CBA232323021211iiiNNii（1-1） 電力拖動基礎 考慮變換前

29、后總功率不變，在此前提下，可以證明，匝數(shù)比應為 （1-2） 3223NN電力拖動基礎 代入式（1-1），得 （1-3）CBA232302121132iiiii電力拖動基礎 三相兩相坐標系的變換矩陣 令 C3/2 表示從三相坐標系變換到兩相坐標系的變換矩陣，則 （1-4） （1-5）2323021211322/3C電力拖動基礎如果三相繞組是Y形聯(lián)結不帶零線，則有 iA + iB + iC = 0，或 iC = iA iB 。代入式（1-4）和（1-5）并整理后得 （1-6）BA221023iiii電力拖動基礎 三相兩相坐標系的變換矩陣 （1-7） 按照所采用的條件，電流變換陣也就是電壓變換陣，同

30、時還可證明，它們也是磁鏈的變換陣。BA2161032iiii電力拖動基礎 三相異步電動機在兩相坐標系上的三相異步電動機在兩相坐標系上的 數(shù)學模型數(shù)學模型 前已指出，異步電機的數(shù)學模型比較復雜，坐標變換的目的就是要簡化數(shù)學模型。異步電機數(shù)學模型是建立在三相靜止的ABC坐標系上的，如果把它變換到兩相坐標系上，由于兩相坐標軸互相垂直，兩相繞組之間沒有磁的耦合，僅此一點，就會使數(shù)學模型簡單了許多。電力拖動基礎 要把三相靜止坐標系上的電壓方程、磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程，都變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系上來，可以先利用 3/2 變換將方程式中定子和轉(zhuǎn)子的電壓、電流、磁鏈和轉(zhuǎn)矩都變換到兩相靜止坐標系 、 上，然后再用旋轉(zhuǎn)變

31、換陣 C2s/2r 將這些變量變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系 dq 上。電力拖動基礎 變換過程ABC坐標系 坐標系dq坐標系3/2變換C2s/2r變頻器選型 電源電源（電源等級選擇電源等級選擇） ） 相數(shù)相數(shù) ： ： 三相三相 電壓電壓 ： ： 頻率頻率 ： ： 電源電源容量容量 ： ： 應在變頻器額定電源容量以上應在變頻器額定電源容量以上注意注意 電源電壓的容許波動范圍為電源電壓的容許波動范圍為、。、。 過高電壓的輸入會導致變頻器損壞過高電壓的輸入會導致變頻器損壞。 。損壞損壞！上限値（上限値（230V AC10%） ）2高電圧！高電圧！電源電圧波形電源電圧波形上限値（）電電 源源斷路器斷路器（ （M

32、CCB） ）變頻器變頻器馬達馬達功率改善功率改善扼流圈扼流圈選擇與供電電源和電動機選擇與供電電源和電動機的額定電壓兩者相匹配的的額定電壓兩者相匹配的電壓等級。電壓等級。 變頻器選型 變頻器容量的選擇： 1 所選的變頻器容量應大于等于電動機容量 2 所選的變頻器額定輸出電流應滿足電動機的額定電流電電 源源斷路器斷路器（ （MCCB） ）變頻器變頻器馬達馬達功率改善功率改善扼流圈扼流圈 馬達馬達（額定電壓、容量的選擇額定電壓、容量的選擇） ） 種類種類 ： ： 三相三相異步電動機異步電動機 電壓電壓 ： ： 容量容量 ： ： 、 額定電流額定電流 ： ： 、 根據(jù)變頻器的電壓選定根據(jù)變頻器的電壓選

33、定 不要用變頻器驅(qū)動除三相異步電動機以外的任何負載。不要用變頻器驅(qū)動除三相異步電動機以外的任何負載。 單相馬達不能使用單相馬達不能使用。 。 使用特殊馬達時，應使用特殊馬達時，應注意。注意。注意注意根據(jù)變頻器的容量選定根據(jù)變頻器的容量選定變頻器選型 帶缺相保護帶缺相保護的熱繼電器的熱繼電器電電 源源斷路器斷路器（ （MCCB） ）變頻器變頻器馬達馬達功率改善功率改善扼流圈扼流圈斷路器斷路器 ： ：在選擇斷路器時，其動作特性應符合變頻器電流特性匹配的需要，避免因變頻器接入在選擇斷路器時，其動作特性應符合變頻器電流特性匹配的需要，避免因變頻器接入電源時產(chǎn)生的浪涌而誤動作，應使用產(chǎn)品說明書上所推薦的

34、斷路器等級。電源時產(chǎn)生的浪涌而誤動作，應使用產(chǎn)品說明書上所推薦的斷路器等級。 熱繼電器熱繼電器 ： ： 變頻器內(nèi)置的熱敏元件是作為過負載保護之用的。變頻器內(nèi)置的熱敏元件是作為過負載保護之用的。對于缺相保護，請使用帶缺相保護的熱敏繼電器。對于缺相保護，請使用帶缺相保護的熱敏繼電器。電磁接觸器電磁接觸器 ： ：一般使用時不需要電磁接觸器。如果安裝了電磁接器，不要一般使用時不需要電磁接觸器。如果安裝了電磁接器，不要 用它控制變頻器的啟動或停止。用它控制變頻器的啟動或停止。輸入濾波器輸入濾波器： ： 對外圍設備造成電氣干擾時使用對外圍設備造成電氣干擾時使用。 。功率改善扼流圈功率改善扼流圈 ： ： 需

35、改善功率因素時予以連接需改善功率因素時予以連接。 。對抑制高次諧波有一定的對抑制高次諧波有一定的 效果效果。 。 電源側(cè)頻繁的進行電源側(cè)頻繁的進行ONOFF操作會導致變頻器發(fā)生故障操作會導致變頻器發(fā)生故障。 在變頻器在變頻器運行時負載側(cè)進行運行時負載側(cè)進行ONOFF操作，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，導致變頻器操作，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，導致變頻器 異常跳閘。甚至損壞變頻器。異常跳閘。甚至損壞變頻器。 馬達的啟動和停止應使用變頻器的運行信號來進行馬達的啟動和停止應使用變頻器的運行信號來進行。 。不要用電源側(cè)或負載側(cè)接裝的電磁接觸器控制變頻器的啟動、停止。不要用電源側(cè)或負載側(cè)接裝的電磁接觸器控制變頻器的

36、啟動、停止。變頻器選型 故故 障障變頻器運行中運行中電磁接觸器（或斷路器）產(chǎn)生的沖擊電流是馬達額定產(chǎn)生的沖擊電流是馬達額定電流的電流的6倍以上倍以上如果輸出側(cè)安裝了電磁接觸器（或斷路器），如果輸出側(cè)安裝了電磁接觸器（或斷路器），在變頻器在變頻器運行運行中進行中進行ONOFF操作，操作，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，導致變頻器損壞。會產(chǎn)生很大的沖擊電流，導致變頻器損壞。 馬達的啟動和停止應使用變頻器的運行信號來進行馬達的啟動和停止應使用變頻器的運行信號來進行不可！不可！變頻器選型變頻器的選型原則及注意事項（1） 變頻器容量的選擇選擇變頻器時，應以電動機的額定電流和負載特性為依據(jù)選擇變頻器的額定容量。變頻

37、器額定電流是反映半導體變頻器裝置能力的關鍵量，總負載電流不超過變頻器的額定電流時現(xiàn)則變頻器的基本原理。6極以上電動機的額定電流都有可能大于上述電動機的額定電流。從常識來看，6極以上異步電動機在同樣功率下的效率特別是功率因數(shù)，都低于4極異步電動機，其額定電流自然要高。在現(xiàn)場原有的電動機選配變頻器，絕不可僅看額定功率值一致盲目地選用變頻器。（2） 變頻器與電動機的選配 變頻器用于控制高速電動機時，由于高速電動機的電抗小，會產(chǎn)生較多的諧波，這些諧波會使變頻器的出處電流值增加。因此，選擇變頻器容量應比拖動普通電動機的變頻器容量稍大一些。變頻器用于壓縮機 振動機等轉(zhuǎn)矩波動大的負載及油壓泵等有功率峰值的負

38、載時，按照電動機的額定電流量選擇變頻器有可能發(fā)生因峰值電流使過電流保護動作的情況。因此，應選擇比其在工頻運行下的最大電流更大的運行電流作為選擇變頻器容量的依據(jù)。變頻器用于驅(qū)動潛水泵電動機時，因為潛水泵電動機的額定電流比通常電動機的額定電流大，所選擇變頻器時，其額定電流大于潛水泵電動機的額定電流。（3） 變頻器容量與加減速時間變頻器常見問題及解決方法 使用一臺變頻器控制多臺馬達時，變頻器的容量應如何選擇？使用一臺變頻器控制多臺馬達時，變頻器的容量應如何選擇？MCCB熱繼電器Th-1馬達額定電流變頻器Th-2nTh-n 電源選型要點選型要點變頻器的額定輸出電流變頻器的額定輸出電流 馬達額定電流的總

39、和馬達額定電流的總和 （12n） ）注）注）為了保護馬達，請在各個馬達前安裝熱繼電器為了保護馬達，請在各個馬達前安裝熱繼電器用用1臺變頻器切替使用臺變頻器切替使用2臺以上馬達時的注意事項是什么？臺以上馬達時的注意事項是什么？MCCB熱敏繼電器Th-1馬達變頻器Th-2電源MC1MC2電磁接觸器注意事項注意事項 應在變頻器和馬達停止的狀態(tài)下，進行應在變頻器和馬達停止的狀態(tài)下，進行 馬達切替。馬達切替。 請不要在變頻器運行中進行電磁接觸器的請不要在變頻器運行中進行電磁接觸器的 ON/OFF操作。操作。 注意：變頻器運行中接通馬達，會產(chǎn)生馬達額定電流注意：變頻器運行中接通馬達，會產(chǎn)生馬達額定電流 的

40、的68倍的電流。倍的電流。 如一定要在變頻器運行中進行切換，應充分考如一定要在變頻器運行中進行切換，應充分考 慮由此產(chǎn)生的沖擊電流對變頻器和馬達的影響，慮由此產(chǎn)生的沖擊電流對變頻器和馬達的影響， 選擇選擇容量更大的變頻器和馬達。容量更大的變頻器和馬達。注意注意變頻器常見問題及解決方法 用小容量的變頻器拖動輕負載的大容量電動機可以嗎用小容量的變頻器拖動輕負載的大容量電動機可以嗎？ 不可以不可以。 。 因為不同容量的電動機的電感量不因為不同容量的電動機的電感量不同，容量同，容量 大的電機波動電流大，易造成過流大的電機波動電流大，易造成過流跳閘跳閘輕負載運行輕負載運行變頻器變頻器變頻器變頻器輕負載運

41、行輕負載運行變頻器常見問題及解決方法參數(shù)設置類故障常用變頻器在使用中,是否能滿足傳動系統(tǒng)的要求,變頻器的參數(shù)設置非常重要,如果參數(shù)設置不正確,會導致變頻器不能正常工作。 1參數(shù)設置 常用變頻器,一般出廠時,廠家對每一個參數(shù)都幸桓瞿現(xiàn)?這些參數(shù)叫工廠值.在這些參數(shù)值的情況下,用戶能以面板操作方式正常運行的,但以面板操作并不滿足大多數(shù)傳動系統(tǒng)的要求.所以,用戶在正確使用變頻器之前,要對變頻器參數(shù)時從以下幾個方面進行: 1.1確認電機參數(shù),變頻器在參數(shù)中設定電機的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率,這些參數(shù)可以從電機銘牌中直接得到。 1.2變頻器采取的控制方式,即速度控制、轉(zhuǎn)距控制、PID控制或其他方

42、式。采取控制方式后,一般要根據(jù)控制精度,需要進行靜態(tài)或動態(tài)辨識。 1.3設定變頻器的啟動方式,一般變頻器在出廠時設定從面板啟動,用戶可以根據(jù)實際情況選擇啟動方式,可以用面板、外部端子、通訊方式等幾種。 1.4給定信號的選擇,一般變頻器的頻率給定也可以有多種方式,面板給定、外部給定、外部電壓或電流給定、通訊方式給定,當然對于變頻器的頻率給定也可以是這幾種方式的一種或幾種方式之和.正確設置以上參數(shù)之后，變頻器基本上能正常工作,如要獲得更好的控制效果則只能根據(jù)實際情況修改相關參數(shù)。變頻器常見問題及解決方法過壓類故障變頻器的過電壓集中表現(xiàn)在直流母線的支流電壓上.正常情況下,變頻器直流電為三相全波整流后

43、的平均值.若以380V線電壓計算,則平均直流電壓Ud= 1.35 U線513V.在過電壓發(fā)生時,直流母線的儲能電容將被充電,當電壓上至760V左右時,變頻器過電壓保護動作.因此,變頻器來說,都有一個正常的工作電壓范圍,當電壓超過這個范圍時很可能損壞變頻器,常見的過電壓有兩類。 1 發(fā)電類過電壓 這種情況出現(xiàn)的概率較高,主要是電機的同步轉(zhuǎn)速比實際轉(zhuǎn)速還高,使電動機處于發(fā)電狀態(tài),而變頻器又沒有安裝制動單元,有兩起情況可以引起這一故障。 1.1、當變頻器拖動大慣性負載時,其減速時間設的比較小,在減速過程中,變頻器輸出的速度比較快,而負載靠本身阻力減速比較慢,使負載拖動電動機的轉(zhuǎn)速比變頻器輸出的頻率所

44、對應的轉(zhuǎn)速還要高,電動機處于發(fā)電狀態(tài),而變頻器沒有能量回饋單元,因而變頻器支流直流回路電壓升高,超出保護值,出現(xiàn)故障,而紙機中經(jīng)常發(fā)生在稍鋝糠?處理這種故障可以增加再生制動單元,或者修改變頻器參數(shù),把變頻器減速時間設的長一些.增加再生制動單元功能包括能量消耗型,并聯(lián)直流母線吸收型、能量回饋型.能量消耗型在變頻器直流回路中并聯(lián)一個制動電阻, 通過檢測直流母線電壓來控制功率管的通斷.并聯(lián)直流母線吸收型使用在多電機傳動系統(tǒng),這種系統(tǒng)往往有一臺或幾臺電機經(jīng)常工作于發(fā)電狀態(tài),產(chǎn)生再生能量.這些能量通過并聯(lián)母線被處于電動狀態(tài)的電機吸收,能量回饋型的變頻器網(wǎng)側(cè)變流器是可逆的,當有再生能量產(chǎn)生時可逆變流器就將

45、再生能量回饋給電網(wǎng)。 1.2、多個電動施動同一個負載時,也可能出現(xiàn)這一故障,主要由于沒有負荷分配引起的.以兩臺電動機拖動一個負載為例,當一臺電動機的實際轉(zhuǎn)速大于另一臺電動機的同步轉(zhuǎn)速時,則轉(zhuǎn)速高的電動機相當于原動機,轉(zhuǎn)速低的處于發(fā)電狀態(tài),引起故障.在紙機經(jīng)常發(fā)生在榨部及網(wǎng)部,處理時需加負荷分配控制.可以把處于紙機傳動速度鏈分支的變頻器特性調(diào)節(jié)軟一些。 2 輸入交流電源過壓 這種情況是指輸入電壓超過正常范圍,一般發(fā)生在節(jié)假日負載較輕,電壓升高或降低而線路出現(xiàn)故障,此時最好斷開電源,檢查、處理。變頻器常見問題及解決方法 過載故障 過載故障包括變頻過載和電機器過載.其可能是加速時間太短,直流制動量過

46、大、電網(wǎng)電壓太低、負載過重等原因引起的.一般可通過延長加速時間、延長制動時間、檢查電網(wǎng)電壓等.負載過重,所選的電機和變頻器不能拖動該負載,也可能是由于機械潤滑不好引起.如前者則必須更換大功率的電機和變頻器;如后者則要對生產(chǎn)機械進行檢修。變頻器常見問題及解決方法 過流故障 過流故障可分為加速、減速、恒速過電流.其可能是由于變頻器的加減速時間太短、負載發(fā)生突變、負荷分配不均,輸出短路等原因引起的.這時一般可通過延長加減速時間、減少負荷的突變、外加能耗制動元件、進行負荷分配設計、對線路進行檢查，檢查霍爾CT電流檢測元件，如果斷開負載變頻器還是過流故障,明說變頻器逆變電路已環(huán),需要更換變頻器。變頻器常

47、見問題及解決方法 其他故障 欠壓 說明變頻器電源輸入部分有問題,需檢查后才可以運行。 欠壓故障主要體現(xiàn)在三個方面，1個是交流電源的欠電壓過缺電相，1個事故直流母線上的電壓過低還有就是欠壓檢測電流過元件出現(xiàn)問題電源前電壓過缺相直流電壓過低 變頻器常見問題及解決方法 過熱故障 溫度過高 如電動機有溫度檢測裝置,檢查電動機的散熱情況;變頻器溫度過高,檢查變頻器的通風情況。 變頻器的過熱故障由電動機過熱故障和變頻器過熱故障兩種，引起過熱的原因也是由多方面的，一般地，電動機過熱保護動作應檢查電動機的散熱和通風情況，變頻器過熱保護動作，應檢查變頻器的冷卻風扇和通風情況。變頻器常見問題及解決方法 變頻器過熱

48、一般來說，變頻器產(chǎn)生過熱故障的原因由以下幾種1環(huán)境溫度高2變頻器通風不良3變頻器風扇故障4功率模塊的散熱問題，變頻器內(nèi)的模塊都有溫度限制，動超過模塊就會炸掉，所以在變頻器散熱鋁板上安裝溫度檢測電阻，動溫度達到檢測值是傳到CPU板，從而產(chǎn)生報警信號，一保護模塊的安全。5溫度檢測故障，由溫度檢測元件過檢測電路出現(xiàn)問題產(chǎn)生的誤報警信號變頻器常見問題及解決方法 電機過熱采用變頻器礦質(zhì)的電機產(chǎn)生電機過熱故障的原因，主要是以下幾種1高次諧波引起電機的效率和功率因數(shù)變差，電機損耗增加，由于普通電機是按正常弦波電源制造的，當有高次諧波流過電動機繞組時，銅損增大，并引起附加損耗，從而引起繞組發(fā)熱。變頻器傳動與工

49、頻電暈傳動相比，電流約增加10%，溫升約增加20%2 電機低速運轉(zhuǎn)，散熱能力變差。3 電壓變化率du/dt增高，電機故障率增加。由于電機繞組匝間電壓變化率du/dt很高，電機繞組的電壓分布變得很不均勻，使繞組匝間短路的故障增加。變頻器常見問題及解決方法 引發(fā)變頻器故障的外部因素引發(fā)變頻器故障的外部因素主要是由于使用哪個安裝不正確或安裝的環(huán)境不合理，容易引發(fā)變頻器誤動作或發(fā)生故障。在變頻器調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生故障時，應分析故障現(xiàn)象及起的原因，首先應確定變頻器的故障范圍。（1） 外部的電磁感應干擾（2） 變頻器的工作環(huán)境 變頻器若安裝在振動沖擊較大的場合 變頻器若安裝在潮濕 變頻器的安裝環(huán)境應具有良好的通

50、風條件變頻器常見問題及解決方法 （3） 供電電源變頻器供電電源異常表現(xiàn)的形式由缺相 電壓波動及瞬間停電，有時幾種異常形式可同時出現(xiàn) 缺相 電壓波動（4） 感應雷電和 操作過電壓（5） 電壓高次諧波（6） 震動 噪聲變頻器常見問題及解決方法引發(fā)變頻器故障的內(nèi)部因素（1） 變頻器的軟件的診斷微處理器技術的發(fā)展極大的提高了變頻器的自診斷能力，變頻器出現(xiàn)故障大多可通過故障代碼的形式顯示，同時，通過檢查詢問廠家提供的技術手冊，可以大體辨出故障的類型進行簡單的故障排除和處理（2） 變頻器的硬件故障因素的日常檢查定期檢查的主要遠近的盡早的發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，清楚塵埃，禁錮檢查，排除事故隱患。日常檢查包括不停止變頻

51、器運行或不拆卸其蓋板進行通電和啟動試驗，通過目測變頻器的運行情況確認無異常情況，通常檢查如下內(nèi)容。*鍵盤面板顯示是否正常，有無缺少字符，儀表指示是否正確*冷卻風扇部分是否運轉(zhuǎn)正常，是否有異常聲音等*變頻器及引出電纜是否有過熱 變色 變形 異味 噪聲 振動等異常現(xiàn)象*變頻器周圍環(huán)境是否符合標準規(guī)范，溫度與濕度是否正常*變頻器控制系統(tǒng)是否由積聚塵埃的情況*變頻器控制的各連接線外圍電器元件是否有松動等異常現(xiàn)象*檢查變頻器的進線電源是否正常，電源開關是否有電火花 缺相引線壓接螺栓松，電壓是否正常等變頻器常見問題及解決方法機械負載與電動機的轉(zhuǎn)矩特性選擇電動機及變頻器容量決定其控制方式的基礎。機械負載種類眾多，但歸納其轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩的特性，主要有以下三大類：恒轉(zhuǎn)矩負載，平方轉(zhuǎn)矩負載 恒功率負載。下面就各類負載特性進行說明。（1） 恒轉(zhuǎn)矩負載對于傳送帶 攪拌機 擠壓成形機等摩擦負載，吊車或升降機等重力負載，無論其速度變化與否，負載所需要的轉(zhuǎn)矩大體上是一個定位稱此類負載為恒轉(zhuǎn)矩負載（2）平方降轉(zhuǎn)矩負載風扇 風機 泵 空調(diào)設備，干燥機等流體機械，在低速時由