项目1 电力电子与变频技术概况

《电力电子与变频技术概况》

——PPT项目1项目1电力电子与变频技术概况【教学目标】知识目标：1.熟悉交流异步电动机调速的基本方法2.了解变频器的作用与变频调速的优点3.了解电力电子与变频技术的发展历程4.了解变频调速部分典型应用实例技能目标：

1.能正确使用三相异步电动机

2.会合理调节三相异步电动机的转速任务1.1交流异步电动机调速的基本方法1.1.1交流异步电动机的旋转原理1.交流异步电动机的定子绕组中通入三相（或两相）交流电，气隙中便产生旋转磁场，其转速也称为同步转速。2.转子与旋转磁场之间有转速差，转子绕组切割磁力线，从而产生感应电动势，由于转子回路闭合而形成转子电流。转差率表示：

3.旋转磁场与转子电流相互作用产生电磁力，转子旋转的方向与磁场旋转方向相同，三相绕组中任意两相对换，旋转磁场就反向，从而使电机反转。任务1.1交流异步电动机调速的基本方法1.1.2交流异步电动机的运行状态1.电动机状态

（0<n<n1,0<s<1）电机从电网吸收电功率，经过气隙的耦合作用从轴上输出机械功率。2.发电机状态

（n>n1

，s<0）E1=U1+IR0

3.电磁制动状态(n<0,s>1)转子逆着磁场方向旋转，此时电机既从电网吸收电功率又从轴上吸收机械功率，它们都消耗在电机内部变成损耗。1.转子感应电动势和电流变化频率为f22.电磁转矩与电压的平方成正比3.电磁转矩与磁通、转子有功电流成正比任务1.1交流异步电动机调速的基本方法基本概念：

三相异步电动机刚起动时，由于转子感应电流的频率很高，所以功率因素很低，虽然起动电流很大，但起动转矩并不大。1.改变磁极对数p（变极调速）任务1.1交流异步电动机调速的基本方法

有级调速、且级差很大、级数有限，因而只适用于不需平滑调速的场合，如生产机械高、低速的粗调等。1.1.3交流异步电动机的调速方法2.改变转差率s（变转差率调速）

以改变转差率为目的调速方法主要有：定子调压调速、转子变电阻调速、电磁转差离合器调速、串极调速等（1）定子调压调速任务1.1交流异步电动机调速的基本方法由于电磁转矩与电压的平方成正比，所以随电压的降低，转矩很小，一般不能拖动恒转矩负载；同时转差功率损耗较大，功率因素低，电流大，效率低。

一般适合于风机泵类特性的负载，鼓风机就是利用定子电压调速的方法进行调速的1.改变转差率s（降压调速）调压调速的优点：调速平滑，采用闭环系统调速时，机械特性较硬，调速范围较宽，所以在风机控制中现在还有广泛应用。任务1.1交流异步电动机调速的基本方法任务1.1交流异步电动机调速的基本方法（2）改变转差率（转子变电阻调速）

其机械特性较软，转速随负载的波动较大，调速范围受到一定限制，且低速时转差功率损耗较大，效率低。只适用于绕线式异步电动机

转子变电阻调速只在一些调速要求不高的场合采用，如塔式起重机的吊钩控制调速等。任务1.1交流异步电动机调速的基本方法（3）电磁转差离合器调速（滑差调速）

电磁转差离合器调速的优点是：控制简单，运行可靠，能平滑调速，采用闭环控制后可扩大调速范围，运用于通风类或恒转矩类负载；其缺点是低速时损耗大，效率低。

在转子回路中引入了一个与转子绕组感应电动势频率相同的可控的附加电动势任务1.1交流异步电动机调速的基本方法（4）串级调速串极调速具有机械特性比较硬、调速平滑、损耗小、效率高等优点，便于向大容量发展，但它也存在着功率因素较低的缺点，同时串极调速的控制设备比较复杂，成本比较高。调速特性与直流电动机调压调速和弱磁调速十分相似，并可与直流调速相媲美。任务1.1交流异步电动机调速的基本方法3.改变频率f（变频调速）任务1.1交流异步电动机调速的基本方法3.改变频率f（变频调速）基频以下调节基频以上调节

为了保持电动机的带负载能力，应保持气隙主磁通Φ不变，这就要求降低供电频率的同时降低感应电动势，保持E1/f1=常数，即保持电动势与频率之比为常数进行控制，这种控制又称为恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。如果不计定子阻抗压降，则U1≈E1=4.44f1N1ΦwKy任务1.1交流异步电动机调速的基本方法3.改变频率f（变频调速）

由于E1难于直接检测和直接控制，可以近似地保持定子电压U1和频率f1的比值为常数，即认为E1≈U1，保持U1/f1=常数。这就是恒压频比控制方式，是近似的恒磁通控制变频的同时为什么电压也要跟着改变？任务1.2变频调速的优点与发展概况1.2.1变频调速的优点

交流异步电动机传统调速方法的控制比较简单，但由于转速稳定性差、传动速度不协调等原因，造成产品报废率高，且调速范围小、能耗高，以前交流调速只在低档次的生产机械中采用。直流调速的性能比较好，高档次的机械一般采用直流调速。但直流电动机结构复杂、对工作环境要求较高；直流电机碳刷易磨损、碳刷架易打火而引起电机烧坏；换向器经过长时间磨檫后，铜片会越来越薄，最后导致打火击穿。到目前，直流电动机故障率高、保养难度大的问题，还没有从根本上解决，而且直流调速系统体积大、耗电量大，不能在易燃易爆场合使用。

随着电力电子技术的不断发展，变频调速技术日益成熟，使交流变频调速正逐步取代直流调速。采用变频调速不但可以提高生产机械的控制精度、生产效率和产品质量，有利于实现生产过程的自动化，而且变频调速系统还具有优良的控制性能和显著的节能效果。任务1.2变频调速的优点与发展概况1.2.2变频器的作用任务1.2变频调速的优点与发展概况交流调速与控制技术是目前发展最为迅速的技术之一，这是与电力电子器件制造技术、变流技术、控制技术、微型计算机和大规模集成电路的飞速发展密切相关的，也就是说，每当新一代的电力电子器件出现时，体积更小、功率更大的新型通用变频器就会产生。1.2.3变频技术的发展概况

目前应用最多的电力电子功率器件主要有GTO、GTR、IGBT以及智能模块IPM(IntelligentPowerModule)。其中IGBT的开关频率可达到几十KHz，而且还具有低损耗，开关速度快、电压高，容量大，体积小，驱动功率小等特点。80年代后期，MCS-51等单片机推出后，由于其较高的集成度和性能，具备了一定的信息处理能力和数据运算速度，同时内部硬件资源也比较丰富，开始作为通用控制器应用于交流调速系统。操作室0～20mA～回转窑喷火枪RSTUVW加料口减速箱FUIt应用举例1.水泥厂回转窑主驱动变频调速

应用举例2.水泵节能恒压供水图10—1

供水系统示意图压力变送器生活小区应用举例3.中央空调冷冻水系统工艺图盘管盘管风扇温度变送器TP4~20mA冷冻机组水泵电动机UVWIIGNDV+VI1RSTUFRP应用举例3.中央空调冷却水循环系统水泵电动机制冷机组冷却塔温度变送器冷却风扇UVWRSTGNDIIV+VI1RP4~20mAQQQUF应用举例4.中央空调冷却水循环系统水泵电动机制冷机组冷却塔温度变送器冷却风扇UVWRSTGNDIIV+VI1RP4~20mAQQQUFST张力控制器直流电源电动机纸卷+-RPUVWRSTGNDVI1V+GNDIIUFFV4~20mA应用举例5.卷绕机械恒张力控制示意图UF1UF2