變頻器的調(diào)速原理課件

變頻器的原理及其應(yīng)用1變頻器的原理及其應(yīng)用1變頻器的調(diào)速原理

改變輸入頻率（無級調(diào)速）——變頻器N=60F/PP：極對數(shù)F：頻率N：轉(zhuǎn)速改變極對數(shù)（有級調(diào)速）調(diào)速原理：調(diào)速方法：2變頻器的調(diào)速原理改變交-直-交變頻器的主要結(jié)構(gòu)框圖整流器逆變器中間電路電動機(jī)控制電路～～～3交-直-交變頻器的主要結(jié)構(gòu)框圖整流器逆變器中間電動機(jī)控制電路交-直-交變頻器原理圖M交交直4交-直-交變頻器原理圖交交直4RA變頻器制動方式—能耗制動1.能耗制動M當(dāng)泵升電壓超過一定值時，Ｖ。導(dǎo)通，從而把負(fù)載反饋的能量消耗在R。上。R。Ｖ。Ｃ5RA變頻器制動方式—能耗制動1.能耗制動當(dāng)泵升電壓超過一定RA變頻器制動方式—能量回饋制動2.能量回饋制動MＣ當(dāng)負(fù)載回饋能量是,可控變流器工作于有源逆變狀態(tài),將能量回饋電網(wǎng)6RA變頻器制動方式—能量回饋制動2.能量回饋制動Ｃ當(dāng)負(fù)載回變頻器的控制方法-電動機(jī)調(diào)速基礎(chǔ)電動機(jī)調(diào)速的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)矩控制GD2375dndt=Td

TL

GD^2:電動機(jī)和負(fù)載的飛輪轉(zhuǎn)矩Td:電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩TL:電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩n:轉(zhuǎn)速電動機(jī)調(diào)速基礎(chǔ)由上式可知:要控制轉(zhuǎn)速只需控制Td7變頻器的控制方法-電動機(jī)調(diào)速基礎(chǔ)電動機(jī)調(diào)速的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)矩控制G變頻器的控制方法-電動機(jī)調(diào)速基礎(chǔ)

Td=KmFsFrsinθTd:電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Km：比例系數(shù)Fs，F(xiàn)r：三相矢量中的任意兩個矢量的模θ：Fs和Fr的夾角FsFrθFc電動機(jī)統(tǒng)一轉(zhuǎn)矩公式電動機(jī)磁通矢量圖由電動機(jī)統(tǒng)一轉(zhuǎn)矩公式可知，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩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(zhuǎn)矩就必須控制任意兩個矢量的模和夾角8變頻器的控制方法-電動機(jī)調(diào)速基礎(chǔ)Td=KmFsFr變頻器的控制方法—恒U/F控制1.恒U/F控制(屬于標(biāo)量控制)定子電動勢有效值為:E=4.44ψFψ:電動機(jī)氣隙磁鏈F:電動機(jī)工作頻率為避免電動機(jī)因頻率的變化而導(dǎo)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(yīng)地變化,即:E/F=K(恒定值)9變頻器的控制方法—恒U/F控制1.恒U/F控制(屬于標(biāo)量控制變頻器的控制方法—矢量控制矢量變換（數(shù)學(xué)運(yùn)算）兩相固定坐標(biāo)系三相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)變頻器轉(zhuǎn)矩電流iT勵磁電流iMφ10變頻器的控制方法—矢量控制矢量變換（數(shù)學(xué)運(yùn)算）兩相固定兩相旋變頻器的控制方法—矢量控制2.矢量控制(基于轉(zhuǎn)子磁鏈定向)控制思想:iTiM轉(zhuǎn)速環(huán)矢量變換M編碼器電流環(huán)旋轉(zhuǎn)變頻器nφn*11變頻器的控制方法—矢量控制2.矢量控制(基于轉(zhuǎn)子磁鏈定向)控變頻器的控制方法—直接轉(zhuǎn)矩控制3.直接轉(zhuǎn)矩控制（基于定子磁場定向）直接轉(zhuǎn)矩控制的原理框圖電動機(jī)變頻調(diào)速時的機(jī)械特性Ｔ＝Ｋ２△nＫ２:定常系數(shù)ＳＴ轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器T*T+-+-n*nT０△n當(dāng)T＜T*時，T0=1,磁場加速△n增大，轉(zhuǎn)矩增加；當(dāng)T>T*時，T0=0，磁場不變，電動機(jī)轉(zhuǎn)子因慣性使△n減小，轉(zhuǎn)矩減小。12變頻器的控制方法—直接轉(zhuǎn)矩控制3.直接轉(zhuǎn)矩控制（基于定子磁場無速度傳感器矢量控制利用自適應(yīng)控制法通過電壓和電流模型運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩的解藕，并分別進(jìn)行控制。在許多場合，安裝編碼器不方便，同時也是為了降低成本，要求使用無編碼器系統(tǒng)。例如安裝空間較小，控制精度要求不高的場合。13無速度傳感器矢量控制利用自適應(yīng)控制法通過電壓和電流變頻器在風(fēng)機(jī)負(fù)載和14變頻器在風(fēng)機(jī)負(fù)載和14直流傳動和交流傳動的比較—電機(jī)直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜有電刷,維護(hù)困難轉(zhuǎn)子粗短，轉(zhuǎn)矩慣量大交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單無電刷,維護(hù)簡單轉(zhuǎn)子細(xì)長，轉(zhuǎn)矩慣量小無電刷，適用環(huán)境較廣變流裝置較貴因?yàn)橛须娝?，所以在環(huán)境惡劣的不適用變流裝置較便宜功率注入轉(zhuǎn)子，散熱所需通風(fēng)機(jī)功率較大功率注入定子子，散熱所需通風(fēng)機(jī)功率較小效率０.７～０.７５效率０.８５～０.９15直流傳動和交流傳動的比較—電機(jī)直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜有電刷,維護(hù)困直流傳動和交流傳動的比較—應(yīng)用傳動按應(yīng)用領(lǐng)域的分類：

1、通用機(jī)械的節(jié)能調(diào)速：

指風(fēng)機(jī)，泵等機(jī)械，它們的用電量占全國發(fā)電總量的1/3，此類機(jī)械在不調(diào)速交流電機(jī)調(diào)速時，風(fēng)量和流量使用擋板和閥門調(diào)節(jié)，調(diào)速后可節(jié)電30％～40％，而且優(yōu)化了工藝過程，減少了管道和閥門的壓力，提高了設(shè)備的壽命，減少了維修。

2、工藝調(diào)速：由于工藝的要求需要調(diào)速運(yùn)行的機(jī)械，如金屬加工，造紙等需要穩(wěn)態(tài)精度很高的領(lǐng)域，目前該領(lǐng)域正在向交流調(diào)速過渡。

16直流傳動和交流傳動的比較—應(yīng)用傳動按應(yīng)用領(lǐng)域的分類：16直流傳動和交流傳動的比較--應(yīng)用

3、牽引調(diào)速：運(yùn)輸機(jī)械的電驅(qū)動，此類機(jī)械對設(shè)備的尺寸，重量和防護(hù)等級有有嚴(yán)格的要求，所以交流調(diào)速比較占優(yōu)勢。如火車，輪船等系統(tǒng)。

4、

特殊調(diào)速：對調(diào)速有特殊要求的調(diào)速系統(tǒng)，如調(diào)速范圍達(dá)到1：50000～1：100000的場合，只能由特殊的永磁交流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)。如高精度磨床，車床等

17直流傳動和交流傳動的比較--應(yīng)用3、牽引調(diào)速：風(fēng)機(jī)負(fù)載和泵類負(fù)載的負(fù)載特性由此可知二次方律負(fù)載遵循如下規(guī)律(n:轉(zhuǎn)速):流量Q∝

n

揚(yáng)程H∝

n2

功率P∝n3風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載屬于二次方律負(fù)載特性(除羅茨風(fēng)機(jī)):功率公式:PL=P0+KPnL3轉(zhuǎn)矩(揚(yáng)程)公式:TL=T0+KTnL2流量公式:QL=Q0+KQnL也可以轉(zhuǎn)化為:PL=KFP0+KF3PN空載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩系數(shù)工作與額定F的比值18風(fēng)機(jī)負(fù)載和泵類負(fù)載的負(fù)載特性由此可知二次方律負(fù)載遵循如下規(guī)律

用三臺變頻器控制三臺風(fēng)機(jī)，其中兩用一備，電機(jī)的功率P=55KW，設(shè)計風(fēng)量為Q?？蛰d損耗為10%，轉(zhuǎn)速1250轉(zhuǎn)/分。若風(fēng)機(jī)正常在970轉(zhuǎn)/分以下連續(xù)可調(diào)，每天所需的供風(fēng)量為1.5Q。（1）一臺工頻運(yùn)行，一臺變頻運(yùn)行；則全速

P0=55*10%=5.5KW

P1=55KW

由PL=P0+KPnL3得:KP=55-5.5=49.5KWP2=5.5+49.5*（50%）3=11.7KW

總消耗的功率為55+11.7=67KW風(fēng)機(jī)的節(jié)電率統(tǒng)計舉例19用三臺變頻器控制三臺風(fēng)機(jī)，其中兩用一備，電機(jī)的功率P=5風(fēng)機(jī)的節(jié)電率統(tǒng)計舉例（2）兩臺變頻運(yùn)行時每臺的平均供風(fēng)量為75%QP1=P2=5.5+49.5（75%）3=26.4KW

總消耗的功率為P1+P2=52.8KW（3）三臺變頻運(yùn)行時，每臺的平均供風(fēng)量為50%QP1=P2=P3=5.5+49.5(50%)3=11.7KW

總消耗的功率為P1+P2+P3=35.1KW可見三臺風(fēng)機(jī)全投入變頻運(yùn)行時效果最好。假定每月工作30天，每天工作24小時，按每度0.7元計，則方案三可以比其他兩個方案多節(jié)省電費(fèi)8000元左右。

兩臺工作是最多可節(jié)能30*24*0.7*(111-52.8)=29332.8元三臺工作是最多可節(jié)能30*24*0.7*(111-35.4)=38102.4元

20風(fēng)機(jī)的節(jié)電率統(tǒng)計舉例20

潛水泵起動時的水錘現(xiàn)象往往容易造成管道松動或破裂甚至損壞；電機(jī)起動/停止時需開啟/關(guān)閉閥門來減小水錘的影響，如此操作一方面工作強(qiáng)度大，且難以滿足工藝的需要。在潛水泵安裝變頻調(diào)速器以后，可以根據(jù)工藝的需要，使電機(jī)軟啟/軟停，從而使急扭及水錘現(xiàn)象得到解決。而且在流量不大的情況下，可以降低泵的轉(zhuǎn)速，一方面可以避免水泵長期工作在滿負(fù)荷狀態(tài)，造成電機(jī)過早的老化，而且變頻的軟啟動大大的減小水泵啟動時對機(jī)械的沖擊。并且具有明顯的節(jié)電效果。

變頻器在潛水泵上的應(yīng)用泵類負(fù)載和風(fēng)機(jī)負(fù)載都屬于二次方律，所以節(jié)能效果相同21潛水泵起動時的水錘現(xiàn)象往往容易造成管道松動或破裂甚至損壞系統(tǒng)應(yīng)用效果