變頻器(項目一 認識變頻器).

1、變頻器應用基礎變頻器應用基礎軌道供電與電氣學院軌道供電與電氣學院劉海龍劉海龍項目一項目一 認識變頻器認識變頻器1.普通空調(diào)與變頻空調(diào)的工作原理有何區(qū)別？ *普通空調(diào)工作時的電機的工作速度是一定的，以額定轉(zhuǎn)速運行；變頻空調(diào)工作時電機的速度是根據(jù)情況隨時變化的，以最高的效率運行，以達到節(jié)能的效果；變頻的本質(zhì)就是通過變頻給電動機調(diào)速。項目一項目一 認識變頻器認識變頻器1.什么變頻器，變頻器有哪些應用？ *變頻器是通過改變交流電源的頻率來調(diào)節(jié)控制交流電動機速度的電力設備，變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。通過改變電源的頻率來達到改變

2、電源電壓的目的，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。市場常見變頻器有ABB、西門子等公司。項目一項目一 認識變頻器認識變頻器1.變頻器的實物圖1.1 1.1 異步電動機異步電動機1.三相異步電機的結(jié)構(gòu)？*分類：籠型、繞線轉(zhuǎn)子式三相異步電機。*籠型：結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，維護方便，一般場合應用廣泛。*繞線轉(zhuǎn)子式：結(jié)構(gòu)復雜，價格較高，用于性能要求高的場合。繞線轉(zhuǎn)子式電動機的轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子式電動機的轉(zhuǎn)子部分部分1.1 1.1 異步電動機結(jié)構(gòu)及工作原理異

3、步電動機結(jié)構(gòu)及工作原理1.三相異步電動機的結(jié)構(gòu)？*定子：定子鐵芯定子：定子鐵芯(固定在外殼上固定在外殼上)、定子繞組、定子繞組(繞在鐵芯繞在鐵芯上上)；通常有三角形和星形接法兩種。；通常有三角形和星形接法兩種。2.思考：三角形接法和星形接法有何優(yōu)缺點？*三相電路中，星形接法線電三相電路中，星形接法線電壓與相電壓、相電流與線電流的壓與相電壓、相電流與線電流的關(guān)系是：線電壓相電壓的根號關(guān)系是：線電壓相電壓的根號3倍，線電流相電流；三角形倍，線電流相電流；三角形接法：線電壓相電壓，線電流接法：線電壓相電壓，線電流相電流的根號相電流的根號3倍，倍，目前國產(chǎn)目前國產(chǎn)Y系列三相異步電動機容量在系列三相異步

4、電動機容量在4KW以上時，均為三角形接法。以上時，均為三角形接法。1.1 1.1 異步電動機結(jié)構(gòu)及工作原理異步電動機結(jié)構(gòu)及工作原理1.旋轉(zhuǎn)磁場是如何產(chǎn)生的？*規(guī)定一個正方向：電壓為正時電流從首端流進，末端流出。規(guī)定一個正方向：電壓為正時電流從首端流進，末端流出。pfn10602.旋轉(zhuǎn)磁場的速度即同步轉(zhuǎn)速為：*f為電流的頻率；為電流的頻率；*p為電機的磁極對數(shù)；為電機的磁極對數(shù)；*改變改變f即可調(diào)節(jié)即可調(diào)節(jié)n的大小，這是變頻的大小，這是變頻調(diào)速基本原理。調(diào)速基本原理。1.1 1.1 異步電動機結(jié)構(gòu)及工作原理異步電動機結(jié)構(gòu)及工作原理1.異步電機是如何旋轉(zhuǎn)起來的？*電機的定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場后，這時

5、轉(zhuǎn)子是靜止的，這樣轉(zhuǎn)電機的定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場后，這時轉(zhuǎn)子是靜止的，這樣轉(zhuǎn)子線圈就切割了磁感應線而產(chǎn)生電流，通電導體在磁場的作用子線圈就切割了磁感應線而產(chǎn)生電流，通電導體在磁場的作用下就產(chǎn)生作用力，帶動轉(zhuǎn)子的運動。下就產(chǎn)生作用力，帶動轉(zhuǎn)子的運動。*轉(zhuǎn)子和定子是永遠不可能同步的，因為同步后轉(zhuǎn)子與定子就相轉(zhuǎn)子和定子是永遠不可能同步的，因為同步后轉(zhuǎn)子與定子就相對靜止狀態(tài)，沒有磁感應線而無法產(chǎn)生電流，因為這種特性叫對靜止狀態(tài)，沒有磁感應線而無法產(chǎn)生電流，因為這種特性叫三相異步電動機。三相異步電動機。2.異步電機的重要參數(shù)：轉(zhuǎn)差率.* *定義旋轉(zhuǎn)磁場的速度為定義旋轉(zhuǎn)磁場的速度為 ，轉(zhuǎn)子的速度為，轉(zhuǎn)子的速

6、度為 。轉(zhuǎn)差為：轉(zhuǎn)差為： 轉(zhuǎn)差是異步電機運行的必要條件。轉(zhuǎn)差是異步電機運行的必要條件。* *轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)差率： 轉(zhuǎn)差率的大小反映了電機性能。轉(zhuǎn)差率的大小反映了電機性能。0nnnnn000nnns1.2 1.2 變頻器的結(jié)構(gòu)變頻器的結(jié)構(gòu)1.變頻器的結(jié)構(gòu)？* 三輸入端，三輸出端；三輸入端，三輸出端；固定頻率的交流電固定頻率的交流電整流整流直流電直流電逆變逆變頻率可變頻率可變的交流電；的交流電；*主要部件：整流裝置、逆變裝置、控制電路、輸入電路等。主要部件：整流裝置、逆變裝置、控制電路、輸入電路等。任務二任務二 變頻器的主電路變頻器的主電路1.變頻器的用途分類有哪些？* 專用變頻器：針對某一個對象設計

7、，如起重機電機。專用變頻器：針對某一個對象設計，如起重機電機。*節(jié)能型：針對調(diào)速性能要求不高的場合，一般節(jié)能型：針對調(diào)速性能要求不高的場合，一般V/F控制即可；控制即可；*通用型：調(diào)速性能要求較高，有通用型：調(diào)速性能要求較高，有V/F控制，控制，PID、PLC或閉環(huán)?；蜷]環(huán)。2.變頻器的主電路分類有哪些？*交交交變頻器：省去中間環(huán)節(jié)，直接由交流電變換交流電，缺交變頻器：省去中間環(huán)節(jié)，直接由交流電變換交流電，缺點是變換的范圍很窄。點是變換的范圍很窄。*交交直直交變頻器：交流整流成直流電，再逆變成交流電，電交變頻器：交流整流成直流電，再逆變成交流電，電路復雜且成本較高，但性能優(yōu)異，為目前市場上主流

8、類型。路復雜且成本較高，但性能優(yōu)異，為目前市場上主流類型。任務二任務二 變頻器的主電路變頻器的主電路1.交直交變頻器主電路工作原理？*整流電路、逆變電路兩大部分組成。整流電路、逆變電路兩大部分組成。任務二任務二 變頻器的主電路變頻器的主電路1.第一部分：交直三相橋式整流電路。*整流單元：三相交流電從輸入整流單元：三相交流電從輸入端端R/S/T輸入，經(jīng)過三相橋式不輸入，經(jīng)過三相橋式不可控整流電路后變成直流電，可控整流電路后變成直流電，直流電壓大小為：直流電壓大小為：*濾波單元：濾波單元：Cf部分，由大容量部分，由大容量電容串并聯(lián)組成，主要對直流電電容串并聯(lián)組成，主要對直流電進行濾波使其平穩(wěn)，電容

9、濾波是進行濾波使其平穩(wěn)，電容濾波是電壓型變頻器的主要標志。電壓型變頻器的主要標志。其中其中Rc1/Rc2為均壓電阻，目的為均壓電阻，目的是為了維持電容是為了維持電容C1/C2兩端的電兩端的電壓基本相等。壓基本相等。VVUULd51322035. 135. 1任務二任務二 變頻器的主電路變頻器的主電路1.第一部分：交直三相橋式整流電路。*開啟電流吸收回路：開啟電流吸收回路：RL/SL組成限流組成限流回路，剛開機時，由于電容沒有充電，回路，剛開機時，由于電容沒有充電，直流電對電容的沖電電流非常大，對直流電對電容的沖電電流非常大，對電路造成影響甚至燒壞二極管，因此，電路造成影響甚至燒壞二極管，因此，

10、開機時串接電阻開機時串接電阻RL，待電容沖電到一，待電容沖電到一定程度后，閉合定程度后，閉合SL將電阻短路。將電阻短路。說明：電壓型變頻器濾波采用電容濾波，利用的是大電容兩端的電壓不能突變的特性；電流型變頻器濾波則采用大電感濾波，利用的是流經(jīng)電感的電流不能突變的特性。任務二任務二 變頻器的主電路變頻器的主電路1.第二部分：直交 逆變電路部分。*逆變橋部分：三相橋式逆變電路，可由晶閘管、逆變橋部分：三相橋式逆變電路，可由晶閘管、MOSFET組成。組成。*續(xù)流二極管部分：當電機處于發(fā)電機狀態(tài)時，產(chǎn)生的電能反饋續(xù)流二極管部分：當電機處于發(fā)電機狀態(tài)時，產(chǎn)生的電能反饋會電網(wǎng)，加續(xù)流二極管導通對電容進行充

11、電，對電路起保護作用。會電網(wǎng)，加續(xù)流二極管導通對電容進行充電，對電路起保護作用。任務二任務二 變頻器的主電路變頻器的主電路1.第二部分：制動電路部分。*能耗能耗(制動制動)電阻電阻Rb：當電機處于發(fā)：當電機處于發(fā)電狀態(tài)時，產(chǎn)生的電能對電容進行充電狀態(tài)時，產(chǎn)生的電能對電容進行充電，當充滿時電壓上升，需要將能量電，當充滿時電壓上升，需要將能量消耗掉。消耗掉。*制動單元制動單元VTb：對電壓進行比較和：對電壓進行比較和判斷，當電壓超過某個限值時導通，判斷，當電壓超過某個限值時導通，將能耗電阻將能耗電阻Rb接入電路中。接入電路中。*制動電路部分主要起到對電路進行制動電路部分主要起到對電路進行保護作用。

12、保護作用。2.2 2.2 逆變的原理逆變的原理1.單相逆變電路的工作模型。*S1/S4為一組，為一組，S2/S3為一組，為一組，當?shù)谝唤M導通、第二組斷開時，當?shù)谝唤M導通、第二組斷開時，Uab兩端的電壓上正下負；當兩端的電壓上正下負；當?shù)诙M導通、第一組斷開時，第二組導通、第一組斷開時，Uab兩端電壓上負下正，這樣兩端電壓上負下正，這樣就把直流電轉(zhuǎn)換成了交流電。就把直流電轉(zhuǎn)換成了交流電。2.在變頻中，交流電的頻率是我們控制的重點，如何調(diào)節(jié)交流電頻率?*兩組開關(guān)的導通時間是可以兩組開關(guān)的導通時間是可以調(diào)節(jié)的，當開關(guān)的導通時間變調(diào)節(jié)的，當開關(guān)的導通時間變短了，輸出的交流電的頻率就短了，輸出的交流電的

13、頻率就增大了。增大了。2.2 2.2 逆變的原理逆變的原理1.三相逆變電路的工作模型。*各個臂橋上的開關(guān)始終處于交各個臂橋上的開關(guān)始終處于交替打開、關(guān)斷的狀態(tài)，如替打開、關(guān)斷的狀態(tài)，如S1/S2開關(guān)交替通斷，相位相開關(guān)交替通斷，相位相差差180。*各相的開關(guān)以首端為準，相位各相的開關(guān)以首端為準，相位差差120。*輸出波形不是平滑的正弦波，輸出波形不是平滑的正弦波，而是階梯型。而是階梯型。這兩個模型中的開關(guān)在實用中采用半導體開關(guān)器件，一般為半控型或全控型器件，對其驅(qū)動電路的設計是該逆變電路設計的重點也是難點。2.2 2.2 逆變的原理逆變的原理1.變頻中的半導體開關(guān)器件。1.1 門極可關(guān)斷晶閘管

14、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)*導通條件：門極與陰極之間加導通條件：門極與陰極之間加正向電壓；如正向電壓；如S接接1點時導通。點時導通。*關(guān)斷條件：門極與陰極之間加關(guān)斷條件：門極與陰極之間加反向電壓；如反向電壓；如S接接2點時關(guān)斷。點時關(guān)斷。說明：門極可關(guān)斷晶閘管說明：門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)(GTO)由于其關(guān)斷時需要極大的反向由于其關(guān)斷時需要極大的反向脈沖，使驅(qū)動電路復雜，容易脈沖，使驅(qū)動電路復雜，容易觸發(fā)失敗，所以，在小容量變觸發(fā)失敗，所以，在小容量變頻器中很少使用，但在大容量頻器中很少使用，但在大容量變頻器中由于工作電壓電流大，變頻器中由于工作電壓電流大，耐壓性高等特點，應用廣泛。耐壓性高

15、等特點，應用廣泛。2.4 2.4 變頻器相關(guān)內(nèi)容擴展變頻器相關(guān)內(nèi)容擴展1.變頻器的應用。1.1 變頻調(diào)速的節(jié)能變頻調(diào)速的節(jié)能 采用變頻調(diào)速后，風機、泵類負載的節(jié)能效果最明顯，節(jié)電采用變頻調(diào)速后，風機、泵類負載的節(jié)能效果最明顯，節(jié)電效率可達到效率可達到20%70%,而且這類負載在交流電動機總?cè)萘空级疫@類負載在交流電動機總?cè)萘空?0%70%，目前應用成功的案例有恒壓供水系統(tǒng)。，目前應用成功的案例有恒壓供水系統(tǒng)。2.4 2.4 變頻器相關(guān)內(nèi)容擴展變頻器相關(guān)內(nèi)容擴展1.變頻器的應用。1.1 恒壓供水系統(tǒng)案例分析恒壓供水系統(tǒng)案例分析 設備以水泵出水端水壓為設定參數(shù)，通過微機自動控制變頻器的輸出頻設備以

16、水泵出水端水壓為設定參數(shù)，通過微機自動控制變頻器的輸出頻率從而調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)用戶管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使供水系統(tǒng)自率從而調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)用戶管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使供水系統(tǒng)自動恒壓穩(wěn)于設定的壓力值：即用水量增加時，頻率提高，水泵轉(zhuǎn)速加快；用動恒壓穩(wěn)于設定的壓力值：即用水量增加時，頻率提高，水泵轉(zhuǎn)速加快；用水量減少時，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢。這樣就保證了整個用戶管網(wǎng)隨時都水量減少時，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢。這樣就保證了整個用戶管網(wǎng)隨時都有充足的水壓（與用戶設定的壓力一致）和水量（隨用戶的用水情況變化而有充足的水壓（與用戶設定的壓力一致）和水量（隨用戶的用水情況變化而變化）。變化）。

17、2.4 2.4 變頻器相關(guān)內(nèi)容擴展變頻器相關(guān)內(nèi)容擴展1.變頻器的外接電路及器件。1.1 在變頻器的外接主電路中，以三相異步電機為例：主要由低在變頻器的外接主電路中，以三相異步電機為例：主要由低壓斷路器壓斷路器(保護作用保護作用)，接觸器，接觸器(開關(guān)控制作用開關(guān)控制作用)，熔斷器、熱繼電，熔斷器、熱繼電器器(保護電路保護電路)等組成。等組成。 思考題思考題1.變頻的內(nèi)涵是什么？答：（答：（P1）變頻的內(nèi)涵就是給電動機調(diào)速。）變頻的內(nèi)涵就是給電動機調(diào)速。2.變頻為什么可以調(diào)速？答：（答：（P2）在異步電動機中，當電機的磁極對數(shù)一定時，旋轉(zhuǎn)）在異步電動機中，當電機的磁極對數(shù)一定時，旋轉(zhuǎn)磁場的速度和頻率成正比：磁場的速度和頻率成正比： ，改變頻率，改變頻率f1即可以改變旋轉(zhuǎn)即可以改變旋轉(zhuǎn)磁場的速度，而從改變電動機的轉(zhuǎn)速。磁場的速度，而從改變電動