《变频软起原理培训》PPT课件.ppt

1 变频器原理概述 2 调速的需求 n工艺需要变速 风机水泵（节能） 机床加工 n高精度、高动态响应的需要 造纸、轧钢. 传统的调速方法 机械变速 直流电机 3 电机的分类 单相 三相 4 变频器原理概述 n异步电机的结构和原理 n异步电机的机械特性 n异步电机的调速方法及其效果 n变频器的一般结构和工作原理 n矢量控制的原理 n直接转矩控制的原理 n软起动器的原理简述 5 V V W U U W 定子 转子 异步电机的结构和原理 6 三相异步机的结构 V V W U U W 转子 定子 定子绕组 （三相） 机 座 转子：在旋转磁场作用下，产 生感应电动势或电流。 三相定子绕组：产生旋转磁场 线绕式 鼠笼式 鼠笼转子 7 异步电动机的原理-旋转磁场的产生 U V W V W 异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极 ()电流出 ()电流入 U 8 对应电流各时刻的合成磁场方向: 结论：电流变化一周，磁场旋转3600。 N N N 定子通入三相电流，定子内产生旋转磁场 N 9 两对极定子旋转磁场 Stator 1 0 异步电动机的工作原理- 异步电动机的转动原理 1. 转子电动势和转子电流 2. 电磁转距和转子旋转方向 定子绕组通入电流后，产生旋转磁场 ，与转子绕组间产生相 对运动 ，由于转子电路是闭合的，产生转子感应电流。根据 左手定则可知在转子绕组上产生了电磁力。 电磁力分布在转子两侧，对转轴形成一个电磁转距 T ，电磁 转距的作用方向与电磁力的方向相同，因此转子顺着旋转磁 场的旋转方向转动起来。 1 1 定子滑差 Rotor Stator 1 2 转矩、电流与速度的关系 No-Load Slip Pull out Torque 额定转速 电机速度 20% 40% 60% 80% 100% 电机转矩 250% 200% 150% 100 % 50% 电机速度 电机电流 600% 400% 300% 500% 200% 100% 20% 40% 60% 80% 100% No Load Current Starting Current Torque Vs Speed Current Vs Speed 异步电机的机械特性 1 3 异步电机的机械特性 异步电机转矩公式：T2Tm/(S/Sm+Sm/S) S=(n0-n)/n0 n0=60f/P 定子电压和转子电子恒定的情况下 式中 K是常数; U1是电源电压;s是电动机的转差率；R2 是转子每相绕组的电阻;X20是转子静止时每相绕组的感 抗。 1 4 电动机在额定负载时的转矩。电动机在额定负载时的转矩。 1 1. .额定转矩额定转矩 T TN N 三个重要转矩三个重要转矩 O T (N m) Tn 1 5 额定转矩额定转矩 如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额 定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转 矩为 1 6 2 2. .最大转矩最大转矩 T Tmax max 电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。 令：求得 临界转差率 O T T Tmax 将sm代入转矩公式，可得 Sm 1 7 转子轴上机械负载转矩转子轴上机械负载转矩T T 2 2 不能大于不能大于T Tmax max ， ，否则将否则将 造成堵转造成堵转( (停车停车) )。 当当 U U 1 1 一定时，一定时，T Tmax max为定值 为定值 (2) sm与 R2 有关， R2 sm n 。绕线式电 机改变转子附加电阻R2 可实现调速。 1 8 过载系数过载系数( (能力能力) ) 一般三相异步电动机的过载系数为 工作时必须使工作时必须使T T 2 2 T T =T2 n T T2 达到新的平衡 T2 常用特常用特 性段性段 T O 4. 4. 电动机的运行分析电动机的运行分析 2 1 异步电动机的调速方法及其效果 n 调压调速 特点：实现简单；转矩随电压 下降呈二次方下降；特性变软 ； U 2 2 n转子串电阻调速 特性：特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。动特性好。 2 3 n 变频调速 特点：特性平移，不变软；最大转矩随频率降低略 有降低； 频率 下降 2 4 n变频调速需要注意的问题 必须保持磁通恒定 每相电动势 Eg=4.44f N K 为使磁通不变，Eg/ f 必须保持不变 若忽略定子压降，可近似认为U/f不变。但在电压较低（ 低频）时，应给予一定量的电压补偿。 100% 电压提升量 弱磁调速区 输出电压 50Hz 输出频率 2 5 变频器的一般结构和工作原理 n一般通用变频器为交直交结构 2 6 整流器及滤波器 2 7 n直流逆变成交流的方法 正弦波脉宽调制技术（SPWM) 2 8 2 9 nSPWM的产生办法 规则采样法 参考波与三角波比较决定开关时刻。 指定谐波消去法 将PWM波形傅立叶展开，指定谐波消去 的次数，通过求解相应方程，得出开关时刻。 电流滞环比较法 设定电流滞环，根据实际电流的大小 决定相应桥臂开通、关断。 空间电压向量法 不以生成正弦波为最终目的，以产生圆 形磁场为目的，调整开关组合形成的磁通矢量的 作用时间，来实现以尽量多的多边形来模拟圆形 磁场。 Power rating 3 0 矢量控制的原理简述 n直流调速系统有着优异的动静态调速性能。原因是直 流电机的磁通可通过单独调节励磁电流来实现控制， 与电枢电流调节彼此互不影响，容易做到磁通恒定， 在磁通恒定的情况下，扭矩与电枢电流成正比。而交 流电机的磁通无法单独控制。异步电机的模型是多输 入（电压，电流，频率，相位）、多输出（磁通、转 矩），并且多个变量耦合在一起的调节电压 、电流既影响磁通又同时影响转矩。 n矢量控制的出发点是通过数学的方法，对交流电机的 模型进行解耦，使各物理量分解为励磁分量和转矩分 量，然后模仿直流电机的控制方法进行控制。 3 1 n解耦的基本方法 以产生同样的旋转磁场为约束条件 产生旋转磁场不一定非用三相绕组、通三相交流电 不可。也可采用通两相交流电的两相绕组。 再进一步采用以同步速旋转的坐标系，则两相绕组 中通的就是直流电，此时的模型与直流电机一样。 3 2 n坐标变换矩阵 3 3 n矢量控制的具体思路 3 4 n矢量控制的原理框图 3 5 n直接转矩控制摈弃了解耦的思想，取消了旋转坐标变换， 简单地通过检测定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论 计算电机地磁链和转矩，并根据与给定值比较所得的差值 ，实现磁链和转矩的直接控制。 直接矢量控制的原理 3 6 Part 2 降压软起动原理 3 7 2.1电机直接起动 20% 40% 60% 80% 100% 电机转速 起动转矩 电机转矩 250% 200% 150% 100% 50% 最大转矩 电机转速 起动电流 电机电流 600% 400% 300% 500% 200% 100% 20% 40% 60% 80% 100% 直接起动时过大的加速转矩 负载转矩 3 8 2.2 Y-起动 启动电流、起动转矩为直接起动时的1/3 起动转矩和相电压的平方成正比 TUP2 Y 接时，相电压为 接时，相电压为 3 9 2.2 Y-起动 (1) 仅适用于正常运行为三角形接法的电机。 (2) 适合于空载或轻载起动的场合 4 0 2.3 定子串电阻或电抗器降压起动 n启动转距随定子电压的平方关系，故它 只适用于空载或轻载启动的场合。 n不经济，在启动过程中，电阻器上消耗 能量大，不适用于经常启动的电动机， 若采用电抗器代替电阻器所需设备较贵 ，且体积大 4 1 2.4软起动器的原理简述 n软起动器的基本结构 n软起动器的基本原