变频器工作原理

1、12变频器的调速原理变频器的调速原理 改变输入频率 （无级调速）变频器变频器N=60F/P P：极对数 F：频率N：转速改变极对数 （有级调速）调速原理：调速原理：调速方法：调速方法：3交交-直直-交变频器的主要结构框图交变频器的主要结构框图整流器逆变器中间电路电动机控制电路4交交-直直-交变频器原理图交变频器原理图M交交直5RA 变频器制动方式变频器制动方式能耗制动能耗制动1.能耗制动能耗制动M当泵升电压超过一定值时，。导通，从而把负载反馈的能量消耗在R。上。R。6RA 变频器制动方式变频器制动方式能量回馈制动能量回馈制动2.能量回馈制动能量回馈制动M当负载回馈能量是,可控变流器工作于有源逆

2、变状态,将能量回馈电网7变频器的控制方法变频器的控制方法-电动机调速基础电动机调速的关键是转矩控制GD2375d nd t=Td TL GD2:电动机和负载的飞轮转矩Td:电动机的电磁转矩TL:电动机的负载转矩n:转速电动机调速基础电动机调速基础由上式可知由上式可知:要控制转速只需控制要控制转速只需控制Td8变频器的控制方法变频器的控制方法-电动机调速基础 Td = Km Fs Fr sinTd:电动机的电磁转矩Km：比例系数Fs， Fr ：三相矢量中的任意两个矢量的模： Fs和 Fr的夹角 FsFrFc电动机统一转矩公式电动机统一转矩公式电动机磁通矢量图由电动机统一转矩公式可知，电动机的电磁

3、转矩由电动机统一转矩公式可知，电动机的电磁转矩和三个磁通矢量中的任意两个矢量的模和夹角有和三个磁通矢量中的任意两个矢量的模和夹角有的余弦成正比，所以要控制电磁转矩就必须控制的余弦成正比，所以要控制电磁转矩就必须控制任意两个矢量的模和夹角任意两个矢量的模和夹角9变频器的控制方法变频器的控制方法恒恒U/F控制控制1.恒恒U/F控制控制(属于标量控制属于标量控制)定子电动势有效值为定子电动势有效值为:E=4.44F:电动机气隙磁链电动机气隙磁链 F:电动机工作频率电动机工作频率 为避免电动机因频率的变化而导致磁路饱和引起励磁电流增大,功率因数和效率降低,需要维持气隙磁通,所以在调节F时,E也回相应地

4、变化,即:E/F=K(恒定值)10变频器的控制方法变频器的控制方法矢量控制矢量控制矢量变换（数学运算）矢量变换（数学运算）两相固定两相固定坐标系坐标系三相旋三相旋转坐标系转坐标系两相旋转两相旋转坐标系坐标系旋转变频器变频器转矩电流iT励磁电流iM11变频器的控制方法变频器的控制方法矢量控制矢量控制2.矢量控制矢量控制(基于转子磁链定向基于转子磁链定向)控制思想控制思想:iTiM转速环转速环矢量矢量变换变换M编码器电流环电流环旋转变频器变频器nn*12变频器的控制方法变频器的控制方法直接转矩控制直接转矩控制3.直接转矩控制（基于定子磁场定向）直接转矩控制（基于定子磁场定向）直接转矩控制的原理框图

5、直接转矩控制的原理框图电动机变频调速时的机械特性电动机变频调速时的机械特性n:定常系数定常系数 转矩调节器T*T+-+-n*nTn当TT*时，T0=1,磁场加速n增大，转矩增加；当TT*时，T0=0，磁场不变，电动机转子因惯性使n减小，转矩减小。13无速度传感器矢量控制无速度传感器矢量控制 利用自适应控制法通过电压和电流模型运算，从而实现磁通和转矩的解藕，并分别进行控制。在许多场合，安装编码器不方便，同时也是为了降低成本，要求使用无编码器系统。例如安装空间较小，控制精度要求不高的场合。1415直流传动和交流传动的比较直流传动和交流传动的比较电机电机直流电机直流电机结构复杂有电刷,维护困难转子粗

6、短，转矩惯量大交流电机交流电机结构简单无电刷,维护简单转子细长，转矩惯量小无电刷，适用环境较广变流装置较贵因为有电刷，所以在环境恶劣的不适用变流装置较便宜功率注入转子，散热所需通风机功率较大功率注入定子子，散热所需通风机功率较小效率.效率.16直流传动和交流传动的比较直流传动和交流传动的比较应用应用传动按应用领域的分类：传动按应用领域的分类： 1、 通用机械的节能调速：通用机械的节能调速： 指风机，泵等机械，它们的用电量占全国发电总量的1/3，此类机械在不调速交流电机调速时， 风量和流量使用挡板和阀门调节，调速后可节电30 40，而且优化了工艺过程，减少了管道和阀门的压力，提高了设备的寿命，减

7、少了维修。 2、工艺调速：工艺调速： 由于工艺的要求需要调速运行的机械，如金属加工，造纸等需要稳态精度很高的领域，目前该领域正在向交流调速过渡。 17直流传动和交流传动的比较直流传动和交流传动的比较-应用应用 3、牵引调速：牵引调速： 运输机械的电驱动，此类机械对设备的尺寸，重量和防护等级有有严格的要求，所以交流调速比较占优势。如火车，轮船等系统。 4、 特殊调速：特殊调速： 对调速有特殊要求的调速系统，如调速范围达到1：500001：100000的场合，只能由特殊的永磁交流电动机实现。如高精度磨床，车床等 18风机负载和泵类负载的负载特性由此可知二次方律负载遵循如下规律(n: 转速):流量Q

8、 n 扬程H n2 功率P n3风机和泵类负载属于二次方律负载特性(除罗茨风机):功率公式:PL=P0+KPnL3转矩(扬程)公式:TL=T0+KTnL2流量公式:QL=Q0+KQnL也可以转化为:PL=KFP0+KF3PN空载转矩转矩系数工作与额定F的比值19用三台变频器控制三台风机，其中两用一备，电机的功率P=55KW，设计风量为Q。空载损耗为10%，转速1250转/分。若风机正常在970转/分以下连续可调，每天所需的供风量为1.5Q。（1）一台工频运行，一台变频运行；则全速 P0=55*10%=5.5KW P1=55KW 由PL=P0+KPnL3得: KP=55-5.5=49.5KW P

9、2=5.5+49.5*（50%）3=11.7KW总消耗的功率为55+11.7=67KW风机的节电率统计举例20风机的节电率统计举例（2）两台变频运行时每台的平均供风量为75%Q P1=P2=5.5+49.5（75%）3=26.4KW 总消耗的功率为P1+P2=52.8KW（3）三台变频运行时，每台的平均供风量为50%Q P1=P2=P3=5.5+49.5 (50%)3=11.7KW总消耗的功率为P1+P2+P3=35.1KW可见三台风机全投入变频运行时效果最好。假定每月工作30天，每天工作24小时，按每度0.7元计，则方案三可以比其他两个方案多节省电费8000元左右。 两台工作是最多可节能30

10、*24*0.7*(111-52.8)=29332.8元三台工作是最多可节能30*24*0.7*(111-35.4)=38102.4元21潜水泵起动时的水锤现象往往容易造成管道松动或破裂甚至损坏； 电机起动/停止时需开启/关闭阀门来减小水锤的影响，如此操作一方面工作强度大，且难以满足工艺的需要。在潜水泵安装变频调速器以后，可以根据工艺的需要，使电机软启/软停，从而使急扭及水锤现象得到解决。而且在流量不大的情况下，可以降低泵的转速，一方面可以避免水泵长期工作在满负荷状态，造成电机过早的老化，而且变频的软启动大大的减小水泵启动时对机械的冲击。并且具有明显的节电效果。变频器在潜水泵上的应用泵类负载和风机负载都属于二次方律，所以节能效果相同22系统应用效果使用了变频器以后，不但免去了许多繁琐的人工操作