变频器-电力电子-电机原理及基础课件

变频器/电力电子/电机原理及基础-VFD，VSD，VVVF

一种控制交流电机的装置.它将固定电压，固定频率的电源转换为电压可变，频率可变的电源，从而调节被驱动电机的转速。VFD控制对象为通用交流电机，包括异步电机和同步电机。VFD可实现节能，降低用户运行成本。

能改善工艺，提高生产效率降低设备磨损，减少机械设备维护量实现自动控制VFD可以替代其它更贵或效率低下的调速设备(如直流传动，滑差电机，串级调速，液力偶合器等），实现更高的性价比变频器的优点泵特性曲线速度1工作点泵特性曲线速度2PQQ1Q2P1P2调节电机速度来调节风量时的曲线1、运行压力或风量等工艺参数更平稳。2、被控量调节更及时，准确，易构成自动控制。二、改善工艺1、能实现软起动，电机起动电流被限制在额定电流附近，消除起动过程对电机和机械负载的冲击2、机械转速降低，有效降低机械磨损，降低维护量三、延长电机，机械寿命，降低维护成本火力发电-送风机，引风机，循环水泵，冷凝泵，给水泵，灰浆泵等。水和污水-取水泵，配水泵，污水泵石化-风机，压缩机，油泵。钢铁-焦炉鼓风，转炉除尘风机，水泵。石油、天然气-注水泵，输油泵，电潜泵，压缩机。应用范围电力油气及石化水处理钢铁其它变频调速原理改变电机的极对数。改变电机的转差率。转子串电阻调速定子调压调速电磁转差离合器调速转子串级调速

改变电机的频率。电机调速分类变频调速基本原理E=4.44f1KNØf1-电机频率。N-每相绕组匝数Ø-电机气隙磁通K-与绕组有关的常数Ф=E/(4.44*K*N*f1)=KФ*(E/f1)VVVF-变压变频同时进行是电机正常运行的需要VF曲线Uff0un通用变频器的基本结构整流器中间直流环节逆变器控制电路整流器逆变器电动机直流环节控制电路ACDCAC整流器三相全波桥式二极管整流效率高，成本低，控制简单斩控式整流器（PWM整流器）效率高，功率因素可调，能量可回馈电网六脉波整流电路直流环节也称滤波或储能环节由电感或电容组成用于负载与整流器之间的无功功率的缓冲电容电感当K1、K2同时闭合时，电机上的电压为A点高，B点低；K3、K4同时闭合时，则电机上的电压为A点低B点高。这样和连续不断地交替开合，在电机两端就形成了一交变电压，也就是交流电。PWM-Pulsewidthmodulation脉冲宽度调制-通过控制电力电子器件的通、断时间及通断次序将直流电压转换为系列宽度不一的矩形脉冲电压，达到等同交流输出的效果PWM的类型-

SPWM-正弦波PWM

优化PWM-SVPWM，SAPWM，SHE（指定谐波消除）PWMPWM技术电力电子技术IGBT

绝缘栅型双极晶体管。是一种广泛应用于变频器中的电压控制型全控器件，开关速度高，电压，电流等级已超过BJTIGCT（SGCT）门极换流晶闸管，是一种新型的电力电子器件，其突出优点是耐压高，电流大，开关速度高，缺点是驱动复杂，成本高GEC高压大功率变频器用电力电子器件

Device

TypeBlockingVoltageMaximumCurrent

usec

TOffPeakGate

Power

"ON"VoltageCost

Diode70001000050

N/A1.0LowThyristor70001000010-300

2W1.25Low

GTO6000300010-50

12kW2.5HighTransistor14001200

3-5

20W2.5Med

IGBT330018000.5

3W2.5MedI/SGCT60003000

1

45kW2.0Med按主回路结构形式：电流源型电压源型

按控制方式分：U/F控制转差频率控制矢量控制直接转矩控制

变频器的分类按高压输出方式分：直接高压输出型高-低-高型

高压变频器的分类变频器拓扑结构一般都由三部分组成: 整流电路:ACtoDC; 中间直流环节:滤波和能量储存; 逆变器:DCtoAC.输出的电压(电流)和频率进行协调控制AC-DCConversionDC-ACConversionDCLinkACInput;fixedFrequency,fixedVoltageACOutput;variableFrequency,variableVoltageMotorCapacitororInductorRectifier电抗器滤波Inverter电流源型Rectifier电容滤波Inverter电压源型高压大功率的性能指标高压大功率的性能指标之一输入谐波3xxFundamenta基波3rdHarmonic3次谐波谐波的概念加入5次谐波300Hz高压变频器输入整流环节都为非线性的，会对电网产生谐波，其输入谐波的幅值与变频器整流环节的脉冲数(多重化的次数)密切相关谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。谐波影响各种电器设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，使危害加剧，甚至引起严重事故。谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电器测量仪表计量不准确。谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。谐波有哪些危害IEEE519-1992国际标准GB/T14549-93国家标准输入谐波的标准IEEE519Table10.3

CurrentDistortionLimitsforGeneralDistributionSystems

美国IEEE519对电流失真的限制要求Isc/Il<11(5,7)11<=h<17(11,13)17<=h<23(17,19)23<=h<35(23,31)35<=h(35up)TDD<204.02.01.50.60.35.020<507.03.52.51.00.58.050<10010.04.54.01.50.712.0100<100012.05.55.02.01.015.0>100015.07.06.02.51.420.0减少输入谐波的有效措施是将输入变压器进行多重化设计形成多脉冲整流从理论上可以推导出下列结论：12脉冲整流：11次以下谐波自动抵销18脉冲整流：17次以下谐波自动抵销24脉冲整流：23次以下谐波自动抵销30脉冲整流：29次以下谐波自动抵销36脉冲整流：35次以下谐波自动抵销而谐波的幅值与次数是成反比的。完美无谐波高压变频器采取多重化有效消除输入谐波。以6KV变频器为例，变压器的18个二次绕组，采用延变三角形联结，分成6个不同的相位组，互差10度电角度，形成36脉波的二极管整流电路结构。消除输入谐波的有效方法K=N*P±1N为整数6脉冲二极管整流电路电路简单,可靠输出直流电压VDC=3/p*Vllpk通常用在PWM电压源型变频器中6脉冲二极管整流电路输入电流12脉冲二极管整流电路12脉冲二极管整流电路输入电流二极管整流电路输入电流谐波分析晶闸管可控整流电路输出直流电流可调广泛用于电流源型变频器技术成熟,可靠六脉冲晶闸管整流电路输入电流12脉冲晶闸管整流电路12脉冲晶闸管整流电路输入电流晶闸管整流电路输入电流谐波分析不同整流结构输入电流谐波失真比较6脉冲电压源加2.5%LR40%6脉冲电流源加2.5%LR30%12脉冲电流源加5%LR15%12脉冲电压源加5%LR9%18脉冲电流源输入4%~5%单元串联多电平变频器(5cells/phase)<2%晶闸管整流电路输入功率因数(离心负载)逆变器GTO/SGCT电流源型逆变器NPC:中心点箝位式(三点式)电压源型逆变器(IGBT/IGCT)单元串联多电平移相式PWM电压源型逆变器(IGBT)SGCT电流源型逆变器SGCT电流源型逆变器输出波形CurrentVoltageIGCT-NPC变频器NPC逆变器输出波形POWERCELLB1POWERCELLA1POWERCELLC1POWERCELLA2POWERCELLB2POWERCELLC2POWERCELLC3POWERCELLB3POWERCELLA3高压电机CENTRALCONTROLSYSTEMTYPICALPOWERCELLLOCALCONTROLS三相高压输入三相变压变频高压输出FIBEROPTICS集成一体式变压器CellseriesMulti-levelPWM输入波形输出