变频器的原理及其应用

1、变频器的原理及应用变频器的原理及应用 1 变频器的产生原因 在工业生产领域，三相异步电动机，以其简单的结构，可靠的性能，成为现场设备的主要动力源。 然而现场设备往往需要根据现场的情况来控制其运行速度或者负荷的大小。这就要求能对电动机进行调速。1 变频器的产生原因 根据电动机工作原理，我们可以得到电动机的转速公式: 因此我们可以得出三相异步电动机的三种调速方法： 1.变极调速 2.改变转差率调速 3 变频调速。 )1 (60spfn变极调速变极调速的机械特性曲线/YY接变极调速的机械特性 Y/YY接变极调速的机械特性变极调速原理 ： 电源频率不变、改变定子绕组极数，使电机同步转速改变。结论：有级

2、调速，平滑性差，若采用两套绕组，则材料消耗多，电机体积增加，成本增大。近年来，工程实际中一般采用单绕组变极调速，即通过改变一套绕组的联结方式获得不同的极对数，实现调速。不适用于转子极对数固定的绕线式电动机改变转差率调速变频调速改变转差率调速变频调速 我们知道三相异步电动机的机械特性参数表达式为和最大转差率表达式分别为： 221221221)()(xxsrrsrumts212xxrsm改变转差率调速变频调速改变转差率调速变频调速 三相异步电动机的最大转矩公式为: 从最大转矩公式可也看出变频调速时最大转矩不变，当频率较小时最大转差率变大，这就印证了先前给出的变频时的机械特性曲线)(221211xx

3、umtsm改变转差率调速snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax降低定子电压机械特性曲线改变转差率调速定子回路串电阻机械特性曲线1 0TstTmTems n0n1smr2Tst1sm1r2+Rs1Tst2sm2r2+Rs2r2+Rs3改变转差率调速 一般性结论： 当转速降低（s 增高）时，效率下降，转子损耗功率增高，故经济性不高。严重时由于散热效果不好，导致调速失败。 变频调速的结论变频调速基频以下恒压频比调速eTOnN0n03n02n01nN1111213131211N1变频调速基频以上恒压调速变频调速基频以下和基频以上的调速对比变频调速基频以

4、上、基频以下恒功率和恒转矩的由来变频调速一般结论：基频以下为恒转矩调速；基频以上为恒功率调速；变频调速过程中，异步电动机机械特性的硬度保持不变，调速范围宽；频率连续可调，可以实现无级调速。变频调速的结论变频器的分类 众所周知变频器的分类按其工作原理可以下两种变频器: 1.交-交变频器 2.交-直-交变频器1 交-交变频器 由于交-交变频器通过对交流电路直接变换，把工频直接变化成更低频率的交流电，一般用于大功率交流电动机的调速系统。三相交-交主要有两种接线方式即:公共交流母线进线方式和输出星形连接方式接线方式如下图所示:1 交-交变频器1 交-交变频器2 交交-直直-交变频器交变频器 2.1 通

5、用交通用交-直直-交变频器的结构交变频器的结构 1、简化结构框图、简化结构框图 2、基本结构图、基本结构图3、内部结构框图、内部结构框图2 交交-直直-交变频器交变频器 我们知道交-直-交变频器的主电路有整流电路，中间直流电路，还有逆变电路组成，由于逆变器一般采用大功率的IGBT绝缘双极性晶体管和续流二极管构成，属于全空型器件，因此可以工作在逆变和整流两个状态，这就很好的解释了，当电网晃后，变频器能保持继续运行的现象。2 交交-直直-交变频器交变频器 正常情况下，变频器的逆变电路工作在逆变状态，但是当出现电网晃电时，如果是用晶闸管构成的整流电路，那么此时变频器的直流母线电压便会瞬间降低，变频器

6、判定为晃电时，便以发电机方式运行变频器，降低输出频率和直流母线电压，电动机工作在回馈制动状态如下图所示：2 交交-直直-交变频器交变频器2 交交-直直-交变频器交变频器 我们知道交-直-交变频器的的逆变部分由可控器件IGBT和续流二极管(又称反馈二极管）构成，当电网晃电时，变频器的整流部分停止工作，直流母线电压急剧下降，当直流母线电压小于处于回馈制动端电压电压时，反馈二极管便导通，逆变电路便变成有回馈二极管构成的整流电路，向变频器提供能量，维持变频器的正常运转，使变频器的直流母线电压2 交交-直直-交变频器交变频器维持某一合适的数值。 那么请大家思考，当变频器拖动惯性比较大的负荷时，施耐德变频

7、器在基础的V/F控制模式下减速时为什么报“制动过速”故障呢而在矢量模式下没有？2 交交-直直-交变频器交变频器 答案是类似的，当变频器减速时，如果是在V/F控制下运行电动机，那么电动机此时因为没有提取转子磁通及转速，无法确定电动机的运行状态，因而只能按既定的V/F曲线运行变频器及电动机，此时电动机由于大惯性，在变频器减速运行时，一直处于回馈制动状态，此时，三相异步电动机端电压比较高，使逆变2 交交-直直-交变频器交变频器 电路变成由反馈二极管组成的三相桥式整流电路。然而变频器的整流电路却是由半控器件晶闸管构成无法实现有源逆变反馈电网。当电动机的转子转速n1和变频器给出的同步转速n之差很大时，电

8、动机的端电压很大，当平均值超过（2.34-2.45)u相即889-931v电动机的电能便反送直流母线。使直流母线出线2 交交-直直-交变频器交变频器 泵升电压，此时泵生电压如果不赶紧消除，便有可能超过整流电路晶闸管的反向击穿电压，导致变频器主电路损坏。 解决办法如下： 1:加大电动机的减速时间。 2：外接制动电阻。 3：采用矢量控制。2 交交-直直-交变频器交变频器 那么问题又来了，为什么变频器的矢量控制很少出现制动过速呢？2 交交-直直-交变频器交变频器 答案要从变频器的矢量控制原理入手，我们知道传统的V/F控制是基于三相异步电动机的稳态某型提出的控制算法，能满足大多速应用场合，比如咱们厂大

9、多速风机泵类负载，对调速精度要求不是很高。然而三相异步电动机是一种非线性、强耦合、多变量的执行器，要追求高精度，动态性能好的控制，必须对其2 交交-直直-交变频器交变频器 建立动态模型进行分析，下面就简单的介绍一种三相异步电动机的动态模型。 我们知道直流电动机的启动转矩比较大，调速性能也比较好，且励磁磁场和电枢磁场由于是垂直关系不存在耦合，但是其结构复杂，体积大，且需要直流电，因而直流电动机在实际工业生产中的应用受到限制，三相异步电动机的结构简单，成本低廉，加之交流电便于生产和传输，以及调速方法的日益成熟，因而其广泛应用于工农业生产中。2 交交-直直-交变频器交变频器 然而，直流电动机的调速性

10、能却是交流异步电动机所追求的，于是，下图的控制模型便产生了，如下图所示2 交交-直直-交变频器交变频器 我们知道在控制理论中，如果我们能列出某一执行器的状态方程，那么这个执行器的运行工作状态便可以唯一确定。三相异步电动机也不例外。由于转子转速w 为被控量，因此选其为状态变量之一。定子电流I也比较容易测量，也选为状态变量之一。恒定的转子磁通是高性能的调速所追求的目标，因此也选为状态变量。2 交交-直直-交变频器交变频器 那么此时输入变量我们可以选择定子电压，同步角转速w1，以及负载转矩，那么输出变量变为转子磁通以及转子角速度w。在旋转正交坐标系中的动态状态方程为：2 交交-直直-交变频器交变频器

11、2 交交-直直-交变频器交变频器变换到m-t坐标系的状态方程为：2 交交-直直-交变频器交变频器 从上面变频器的矢量控制方框图，以及状态方程不难看出，变频器可以动态的控制电动机的达到目的状态的过程而传统的V/F控制，只是按照V/F曲线控制，对电动机的运行状态不是完全掌握，因此采用矢量控制减速时变频器可以根据电动机的实际状态加以控制，而V/F控制不能掌握电动机的运行状态，导致变频2 交交-直直-交变频器交变频器 器，直流母线升高，超过准许值，报启动加速故障。上面介绍完变频器的两大控制方式，下面介绍一下AB变频器的应用，以及正常使用时的注意事项。AB变频器的使用方法 AB变频器是罗克韦尔自动化公司

12、生产的变频器，罗克韦尔是美国自动化生产领域比较有名气的公司，其生产的AB可编程控制器PLC在工业控制领域获得了广泛引用，其变频器良好的控制效果，友好的人机界面也使其，得到越来越多的应用。AB变频器的使用方法AB变频器的控制模式可以从端口0的35号参数得知AB变频器的使用方法 由上图可知主要有三种控制模式，即速度矢量控制、磁通矢量控制以及传统的V/F控制，具体选择哪种控制模式要根据控制要求以及被控制电机所带的负荷决定，对于丙烷脱氢变电所变频器所带的负荷大多为风机泵类负载，属于非精确控制，传统的V/F控制即可满足控制要求。 经观察被控对象运行稳定。AB变频器的使用方法AB变频器的端口如下图所示AB变频器的使用方法AB变频器的端口介绍AB变频器的使用方法AB变频器的人际接口-操作面板介绍AB变频器的使用方法导航键和数字键的介绍AB变频器的使用方法单功能键介绍AB变频器的使用方法AB变频器面板液晶显示AB变频器的使用方法AB变频器面板液晶显示-状态栏AB变频器的使用方法AB变频器的参数 AB变频器的参数组织方式分为线性组织方式和文件夹组织方式，线性组织方式顾名思义按端口号从小到大一次排列。文件夹组织方式是把参数按使用功能进行分组，便于查找和调试。但实际操作也不太方面，单方面用电脑调试。AB变频器的使用方法 我们知道变频器就和我们的电脑一样，得