变频器的基础知识

1、变频器的基础知识 第1页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二变频器的基础知识第2页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二 目 标知识目标：能力目标：1变频器的引入。2 了解变频器的发展史。3掌握通用变频器的基本组成结构、原理。（重点）4熟悉变频器的分类。 1熟悉变频器的发展和分类；2. 掌握变频器的组成、原理。3熟悉变频器的U/F控制方法。 第3页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二 教 学 内 容电机调速1. 1 变频器的引入 水泵调速空压机电梯、起重机、行车、机器人第4页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二提高生产率 提

2、高生产率是变频器传动的另一个重要目的。提高生产率的措施有很多种，利用通用变频器可以实现这些措施。 1）保证加工工艺中的最佳转速； 2）适应负载不同工况的最佳转速； 3）原有设备的增速运转； 4）高精度准确停车生产机械的轻载运行。第5页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二设备的合理化 高性能的调速系统实现交流化，逐步取代直流电动机，以克服直流电动机电刷、换向器难于维护的困难，这是设备合理化的一个侧面。另一个侧面，则是充分利用通用变频器的功能，改造传统的恒速运行的异步电动机传动的生产机械，使一大部分生产机械的功能得以“升级”。 提高产品质量 1）加工对象的最佳速度 2）平滑的加、

3、减速 3）高精度转矩控制第6页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二 教 学 内 容1.2.1 变频器的定义变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变换装置，英文简称VVVF ( Variable Voltage Variable Frequency） 1.2 变频器的原理、结构第7页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二交流异步电机的机械特性公式 n60f/p(1-s) n：电机转速 f：给电机供电的交流电频率 p：电机极对数 s：转差率 T：电机力矩N：速度n0负载1异步机机械特性负载21.2.2 变

4、频器的原理第8页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二1.2.3 变频器的基本构成 变频器由主电路（整流器、中间直流环节（中间直流储能环节）、逆变器）和控制电路组成。 第9页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二整流器：将交流电变换成直流电的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电流近似正弦第10页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二1.2.4 变频器的主电路结构框图第11页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二 1） 限流电阻RL和

5、短接开关S 由于中间直流电路并联着容量很大的电容器，在突加电源时，电源通过二极管整流桥对电容充电（突加电压时，电容相当于短路），会产生很大的冲击电流，使元器件损坏。为此在充电回路上，设置电阻RL（或电抗器）来限制电流。待电源合上，起动过渡过程结束以后，为避免RL上继续消耗电能，可延时以自动开关S将RL短接。 2）电压检测与泵升限制当异步电动机减速制动时，它相当一个感应发电机，由于二极管不能反向导通，电动机将通过续流二极管向电容器充电，使电容C的电压随着充电而不断升高（称泵升电压），这样的高电压将使元器件损坏。为此，在主电路设置了电压检测电路，当电压过高时，通过泵升限制保护环节，使开关管Vb导通

6、，使电机制动时释放的电能在电阻Rb上消耗掉。第12页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二1.2.5 变频的实现S1S4S5S2S3S6UVEdW561UUVUVWUWU612123234345456561612三相逆变电路Ed电机调节逆变开关管的通断速度，即可实现交流电的频率f调节！第13页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二 IGBT的特点： 耐压高，可达到1200V 开关频率高达30 40KHZ 驱动电路简单，电流小，功耗很少能承受电流大1.2.6 绝缘栅双极型晶体管 IGBT第14页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二 变频器主要利用

7、了 IGBT 的开关功能： 其开通和关断是由栅极（G）和发射极（e）间的电压UGE 控制 当UGE 为正且大于开启电压UT 时，IGBT 导通。 当UGE 为零或者为负电压时 ，IGBT 随即关断。 第15页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二1.2.7 变频器的控制方式变频器控制的核心 为了保持电动机的负载能力，应保持气隙主磁通m不变，只有保持电机磁通恒定才能保证电机出力，从而获得理想的调速效果。 异步电动机转矩公式 T=KmI2cos2 （转矩常数Km，转子电流I2，转子电路功率因素cos2） 得T，即“恒磁通变频调速”属于“恒转矩调速方式”。 第16页，共23页，202

8、2年，5月20日，5点53分，星期二U/F控制：U=-E+UE=4.44fknNM式中U加在定子每相绕组上的电压，V；E每相绕组的反电动势，V； U定子阻抗压降，V；f定子频率，Hz；kn与绕组有关的结构常数；N定子每相绕组串联匝数；M每极气隙磁通量，Wb；UEfM第17页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二（1）基频以上的弱磁变频调速（ffN）频率由额定值fn向上增大，但电压U1受额定电压U1N的限制不能再升高，只能保持U1=U1N不变。必然会使主磁通随着f1的上升而减小，相当于直流电动机弱磁调速的情况，属于近似的恒功率调速方式。即速度增加，但是输出力矩变小！第18页，共2

9、3页，2022年，5月20日，5点53分，星期二（2）基频以下的变频调速（ffN）频率由额定值fn向下减小，转速相应的减小，由UEfM可知，通过控制U即可实现调速的同时保持输出力矩不变。U/f常数U/F控制的特点：结构简单成本低机械特性硬度较好低频下需要进行转矩补偿较为常用，但不适宜控制性能要求特别高的场合第19页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二1.3 通用变频器的分类供电电源低压220V/1PH、220V/3PH、380V/3PH高压3000、6000、10000V/3PH控制算法通用内置V/F控制方式，简单，性能一般高性能内置矢量控制方式，复杂，高性能变换方法（拓朴结构）交直交电压型（储能环节为电解电容）电流型(储能环节为电抗器）交交无储能环节第20页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二其他分类： 1）按输入电源的相数分类 三进三出变频器 单进三出变频器 2）按用途分类 通用型变频器 风机、泵类专用变频器 注塑机专用变频器 其他专用变频器，如电梯、能量回馈型、地铁机车变频器第21页，共23页，2022年，5月20日，5点53分，星期二1.4 常见变频器MICROMASTER 4(MM4)系列（通用型变频器） 第22页，共23页，2022年