第二章三相交流異步電機(jī)及其控制

1、第二章三相交流異步電機(jī)及其控制第二章三相交流異步電機(jī)及其控制 本章主要介紹：.三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理.三相異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性.三相異步電機(jī)的啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng).三相異步電機(jī)的技術(shù)參數(shù).三相異步電機(jī)的調(diào)速控制第一節(jié) 三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 一、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)原理二、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生三相電流表達(dá)式三相電源波形圖旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分析改變?nèi)嚯娫吹南嘈颍D(zhuǎn)磁場(chǎng)方向改變?nèi)?、異步電?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向：右手定則 電磁力方向：左手定則第二節(jié)、三相異步電機(jī)的基本知識(shí) 一、三相異步電機(jī)的極對(duì)數(shù)P=2時(shí)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 二、三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n0=60f1/p 對(duì)一臺(tái)固定的三相異步電機(jī)，f1和p通常固定，則n0固

2、定。 轉(zhuǎn)差率s： s =（ n0 -n）/n0 一般s =1%9%；啟動(dòng)瞬間，n=0，s具有最大值=1。 三、三相異步電機(jī)的構(gòu)造 轉(zhuǎn)子在結(jié)構(gòu)上分為兩種：籠形、繞線形。鼠籠式轉(zhuǎn)子是由安放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的裸導(dǎo)體和兩端的短路環(huán)連接而成的。轉(zhuǎn)子繞組就像一個(gè)鼠籠形狀故稱其為鼠籠式轉(zhuǎn)子。 鑄鋁轉(zhuǎn)子：中小型電機(jī)，一般采用鑄鋁繞組。這種轉(zhuǎn)子是將融化了的鋁液直接澆注在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，并連同兩端的短路環(huán)和風(fēng)扇澆注在一起。如某三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌如下， 現(xiàn)對(duì)銘牌的各項(xiàng)數(shù)據(jù)作些簡(jiǎn)要介紹。三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào) Y-L 132M4 功率 7.5kW 頻率50Hz電壓 380V 電流 15.4A 接法D 轉(zhuǎn)速 1440r/min 絕

3、緣等級(jí) B級(jí) 工作方式 連續(xù) 年 月 編號(hào) XX電機(jī)廠制造 Y-L 132M4 Y-L產(chǎn)品代號(hào)，Y及Y-L系列為小型籠型異步電動(dòng)機(jī)，其中Y系列定子繞組為銅線，Y-L系列定子繞組為鋁線，功率大約在0.5590kW之間。 132機(jī)座中心高132 mm； M 表示中機(jī)座， （ S表示短機(jī)座， L表示長(zhǎng)機(jī)座）； 4 磁極數(shù)。三相異步電動(dòng)機(jī)的接法：多數(shù)電機(jī)有六個(gè)接線柱，有的也有三個(gè)接線柱，有三個(gè)接線柱為星形接法。有六個(gè)的需要按電機(jī)銘牌上的接法接線。 三角形接法：如 U1 V1 W1 W2 U2 V2 U1和W2相連、V1和U2相連、W1和V2相連 星形接法：如 U1 V1 W1 U2 V2 W2 把電機(jī)

4、的首端或末端相連，如把U1V1W1相連 以上幾種接法都為380V的三相異步電動(dòng)機(jī)的接法。如果三相異步電動(dòng)機(jī)用變頻控制需用星形接法。三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)明：“額定電壓380/220V，接法丫/”。當(dāng)電網(wǎng)電壓為380V時(shí)，這臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用那種接法？ A: 接法 B: 丫接法 C: 、丫都可以 D: 、丫都不可以問(wèn)題：第三節(jié)、定子和轉(zhuǎn)子電路分析 三相異步電機(jī)的電磁關(guān)系與變壓器相似， 定子繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組； 轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的二次繞組一、定子電路分析 電壓加于定子繞組，產(chǎn)生合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)； 該磁場(chǎng)在空氣隙中呈正弦分布； 以轉(zhuǎn)速為n0旋轉(zhuǎn)。 該磁場(chǎng)切割定子和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在定子繞組某相

5、中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為： 此電勢(shì)也按正弦規(guī)律變化，相位滯后：90o E的大小為： 式中N1為定子繞組每相串聯(lián)的匝數(shù)。 由于定子中同一相繞組是嵌放在不同分布的槽中，考慮到繞組分布的情況，上式中應(yīng)乘一個(gè)小于1的繞組系數(shù)k1，即： 同樣對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)中也有繞組系數(shù)k2，（一般取0.9），對(duì)籠形k2取1。 定子繞組漏磁通1，轉(zhuǎn)子繞組漏磁通2； 定子繞組漏磁通1產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為： X1=2f1L 1 再考慮每相繞組的電阻R1，可寫出定子回路的電勢(shì)平衡方程式為： 由于定子繞組電阻R1和定子繞組漏抗X1一般都很小，其壓降和E1相比可忽略：二、轉(zhuǎn)子電路分析 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子每相繞組中的感應(yīng)電勢(shì)為： 其有效值為：

6、 f2為轉(zhuǎn)子每相繞組所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流的頻率；k2為轉(zhuǎn)子繞組系數(shù)；N2為轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)。 轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速率為n=n0-n，故有： 當(dāng)轉(zhuǎn)子在0nn0轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)： 式中，E20表示當(dāng)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)。 轉(zhuǎn)子繞組中的漏磁通2也引起感抗壓降 -E 2，即： X 20表示轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，每相轉(zhuǎn)子繞組的漏感抗。 上式中： 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組每相電流有效值為： 轉(zhuǎn)子電路的功率因素為： 異步電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由于轉(zhuǎn)子短路，其電壓平衡方程式為： 將E2= sE20和X 2=s X 20帶入，可得： I2和cos2隨s變化的關(guān)系曲線如圖所示： 三相異步電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子某一相

7、可用下圖來(lái)模擬。第四節(jié)、三相異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性 一、電磁轉(zhuǎn)矩 電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸構(gòu)成了轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩。 在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)載而輸出功率。 設(shè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角速度為。轉(zhuǎn)子的電磁轉(zhuǎn)矩為T，則轉(zhuǎn)子輸出的機(jī)械功率為： 異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由具有電流I2的所有轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力而產(chǎn)生的。 電磁轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子電流I2和磁場(chǎng)每極磁通成正比。轉(zhuǎn)子電路有感抗，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子電流間有相位差2 。 電磁轉(zhuǎn)矩：T=KTI2cos2 式中， KT：異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)； ：磁場(chǎng)每極磁通； I2：轉(zhuǎn)子電流； cos2 ：轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)， cos2 1。電磁轉(zhuǎn)矩的另一表達(dá)式電磁轉(zhuǎn)矩：T=KTs

8、 R2U12/(R22+(s X20)2) 式中：KT：轉(zhuǎn)子的另一轉(zhuǎn)矩系數(shù)；s：轉(zhuǎn)速差；R2：轉(zhuǎn)子電路中的等效電阻，定值；U1：電源電壓；X20 ：轉(zhuǎn)子電路中的電抗，定值。 上式表明，三相異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與每相電壓有效值U1的平方成正比。 當(dāng)U1變化時(shí)，對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩影響很大。 U1下降，轉(zhuǎn)矩下降速度快，電流增大，有燒壞繞組線圈的可能。 當(dāng)電壓U1一定時(shí)，轉(zhuǎn)子參數(shù)R2和X20一定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，T=f（s）關(guān)系就稱為異步電機(jī)的機(jī)械特性。二、機(jī)械特性 以s為自變量，T為因變量可做出T=f（s）曲線： 由T=f（s）曲線可得出n=f（T）曲線：（一）、額定轉(zhuǎn)矩TN 額定轉(zhuǎn)矩是電機(jī)在額定

9、負(fù)載時(shí)輸出的轉(zhuǎn)矩。額定轉(zhuǎn)矩TN可從電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)（額定功率P2N和額定轉(zhuǎn)速）求得：式中：T：轉(zhuǎn)矩，單位Nm；P2N：額定功率，單位Kw；nN :額定轉(zhuǎn)速，單位r/min。（二）、最大轉(zhuǎn)矩Tmax 最大轉(zhuǎn)矩可通過(guò)下面求得：為轉(zhuǎn)子電路中電抗 由最大轉(zhuǎn)矩公式得： Tmax與U1平方成正比，與X 20成反比，與R2無(wú)關(guān)； Sm與R2成正比，與X 20成反比。 電機(jī)負(fù)載達(dá)到Tmax稱為過(guò)載。 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)Tmax時(shí)，電機(jī)將發(fā)生“堵轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，此時(shí)，電機(jī)電流升高幾倍，如果時(shí)間較長(zhǎng)，電機(jī)會(huì)過(guò)熱損壞。 用過(guò)載系數(shù)來(lái)標(biāo)定電機(jī)的過(guò)載能力。 一般=1.62.5。（三）、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩TSt 啟動(dòng)時(shí)，n=0、s=1，可得：

10、TSt與U1平方成正比，與R2有關(guān)； 當(dāng)R2 = X 20時(shí)， TSt =Tmax，sm=1，但當(dāng)R2繼續(xù)增大， TSt將會(huì)減小。第五節(jié)、三相異步電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 一、輸入功率p1 對(duì)三相異步電機(jī)，m1=3。 二、輸出功率p2 三、異步電機(jī)的損耗 1. 定子繞組的銅損Pcu1 2. 定子鐵心鐵損PFe1 3. 轉(zhuǎn)子繞組的銅損Pcu2、鐵損PFe2 4. 轉(zhuǎn)子鐵心鐵損PFe2 很小，忽略不計(jì) 四、異步電機(jī)的效率 空載或輕載時(shí)，很低，=20%30%； 滿載時(shí)，=75%92%； 電機(jī)容量越大，效率越高。 五、異步電機(jī)的工作特性和額定值 （一）、異步電機(jī)的工作特性 忽略電機(jī)的機(jī)械損耗，則輸出功率： 輸出

11、轉(zhuǎn)矩： （二）、異步電機(jī)的額定值 1. 額定功率PN 2. 額定電壓UN 3. 額定頻率f1 4. 額定電流IN 5. 額定轉(zhuǎn)速nN 6. 額定功率因數(shù)cosN 7. 額定效率N 8. 工作方式 9. 絕緣等級(jí)第六節(jié) 起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng) 一、起動(dòng)及其控制 異步電機(jī)起動(dòng)性能 起動(dòng)時(shí)，n=0，s=1，此時(shí)E20最大，設(shè)nN時(shí)的轉(zhuǎn)差率SN=0.05，則由E2N= SN E20可知， E20是E2N的20倍。 起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子漏抗X 20也較大，故起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電流為I2st= E20 /（R22+ X 20 2）1/2約為額定轉(zhuǎn)子電流的58倍，I1st約為額定定子電流I1N的47倍。 起動(dòng)電流倍數(shù)： 1. 直

12、接起動(dòng) 要求：電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，電源變壓器的母線壓降不應(yīng)超過(guò)容許值（經(jīng)常起動(dòng)的母線最大容許壓降為10，不經(jīng)常起動(dòng)為15），容許直接起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)小于變壓器容量的2030。 直接起動(dòng)的開關(guān)設(shè)備：三刀閘開關(guān)、鐵殼開關(guān)、油開關(guān)及交流接觸器等?；\形異步電機(jī)的起動(dòng)控制2.降壓起動(dòng) 繞線異步電機(jī)的起動(dòng)控制 前述籠型異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)的各種控制方案均能達(dá)到降低起動(dòng)電流的目的；但由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩正比于電壓的平方，相應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降低，故降壓起動(dòng)方法一般只用于大型三相異步電動(dòng)機(jī)的空載或輕載起動(dòng)。 如果既要減小起動(dòng)電流，又要求較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。 在轉(zhuǎn)子回路中串入電阻后： 將式中R2加大，起動(dòng)時(shí)，s=1

13、，轉(zhuǎn)子電流為： 從上式可看出，起動(dòng)電流比不串電阻時(shí)小。 同時(shí)： 由于R2加大，cos2相應(yīng)提高，結(jié)果使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大。 可見：轉(zhuǎn)子電路串接適當(dāng)?shù)碾娮?，可達(dá)到既減小起動(dòng)電流，又增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的效果。220222)(/2sXRRCOS 在圖中，KA1、KA2、KA3為電流繼電器，其吸和電流相同而釋放電流不同，KA1的釋放電流最大，KA3最小。 二、正、反轉(zhuǎn)控制 .正、停、反控制線路 .正、反、?？刂凭€路 .自動(dòng)反復(fù)行程控制 三、制動(dòng)控制 .能耗制動(dòng)： 在電動(dòng)機(jī)脫開電源后，立即在定子繞組中通入直流電流，該直流電流在電機(jī)中產(chǎn)生一個(gè)方向恒定的磁場(chǎng)。 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小決定于直流磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和轉(zhuǎn)子電流的大小。 對(duì)籠

14、形：控制直流磁場(chǎng)的強(qiáng)弱； 對(duì)饒線形：兩者均可。 .反接制動(dòng) .發(fā)電反饋制動(dòng)（發(fā)電機(jī)制動(dòng)） 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0時(shí)，此時(shí)，轉(zhuǎn)差率s0。 此時(shí)電機(jī)已轉(zhuǎn)入發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將位能轉(zhuǎn)換為電能反饋到電網(wǎng)中，同時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩方向也與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相反，從而產(chǎn)生了制動(dòng)力矩，限制物體的運(yùn)動(dòng)速度。 另外，對(duì)多速電機(jī)從高速調(diào)到低速的過(guò)程中，也屬發(fā)電反饋制動(dòng)。第七節(jié)、三相異步電機(jī)的調(diào)速控制 用人工的方法改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)速。 機(jī)械調(diào)速 機(jī)械電氣調(diào)速 電氣調(diào)速：一般屬無(wú)級(jí)調(diào)速一、調(diào)速系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo) 靜態(tài)指標(biāo) 靜差度： 電機(jī)運(yùn)行于某一條機(jī)械特性上時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速之比，即： 不同的

15、設(shè)備對(duì)靜差度有不同的要求。 調(diào)速范圍：式中： nMAX：額定負(fù)載時(shí)最高轉(zhuǎn)速 nMIN：額定負(fù)載時(shí)最低轉(zhuǎn)速 調(diào)速的平滑性 K越接近1，表明平滑性越好 動(dòng)態(tài)指標(biāo) 最大超調(diào)量 %表明系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定性好，即動(dòng)態(tài)響應(yīng)平穩(wěn)。 過(guò)度過(guò)程時(shí)間： 系統(tǒng)從階躍作用開始，到達(dá)系統(tǒng)的新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的5%所需的時(shí)間，稱為過(guò)度過(guò)程時(shí)間ts。 振蕩次數(shù)： 在過(guò)度過(guò)程時(shí)間內(nèi)，被調(diào)量在其穩(wěn)定值上下波動(dòng)的次數(shù)。二、三相異步電機(jī)的開環(huán)調(diào)速方法 改變磁極 對(duì)數(shù)p的調(diào)速 改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速 在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)中，改變轉(zhuǎn)子電路的電阻，則在到達(dá)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率也相應(yīng)改變。因而在同一負(fù)載下，轉(zhuǎn)差率s隨之改變。 當(dāng)電阻增加時(shí)，轉(zhuǎn)差率s上升，轉(zhuǎn)速

16、下降。 該調(diào)節(jié)方法設(shè)備簡(jiǎn)單、耗能。 改變電機(jī)端電壓調(diào)速 在一定轉(zhuǎn)速下，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電壓U1的平方成正比。 改變電機(jī)定子外加電壓就可以改變其機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系，從而改變電動(dòng)機(jī)在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速n。三、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 閉環(huán)控制的交流變壓調(diào)速轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)： ASR：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 AT：觸發(fā)裝置 VT：晶閘管 TG：測(cè)速發(fā)電機(jī) 特點(diǎn)： 盡管電機(jī)開環(huán)機(jī)械特性很軟，而由系統(tǒng)放大倍數(shù)決定的閉環(huán)系統(tǒng)靜特性卻很硬。 改變給定的輸入信號(hào)Un*，則靜特性可以近乎平行上下移動(dòng)。 當(dāng)負(fù)載變化達(dá)到并超過(guò)系統(tǒng)靜特性的極限機(jī)械特性時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力，回到開環(huán)機(jī)械特性上工作。 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有調(diào)速范圍。

17、異步電機(jī)的變壓變頻調(diào)速控制轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱變頻調(diào)速系統(tǒng)。 調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)差率不改變，因而與其它各種異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相比較，效率最高、性能也最好。 調(diào)速時(shí)，保持每極磁通m為額定不變值。 磁通太弱，鐵心利用不充分。 磁通太高，導(dǎo)致鐵心飽和勵(lì)磁電流過(guò)大。由三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)有效值公式： 控制好f1和E1，即可達(dá)到控制m的目的。 當(dāng)從工頻（50Hz）額定頻率f1N即向下調(diào)節(jié)時(shí)，同步降低E1 ，使：上式稱為恒定電動(dòng)勢(shì)頻率比。當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)定子繞組的漏磁壓降可忽略不計(jì)，并認(rèn)為U1 E1 ，上式可寫為：上式稱為恒定壓頻比 注意： 當(dāng)?shù)皖l調(diào)速控制時(shí)，因“U1/f1常值”

18、。 U1很小時(shí)， E1也很小，定子阻抗壓降所占分量不能忽略，這時(shí)需要將定子電壓人為提高一些，以改善電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制方式。 對(duì)50Hz以上的變頻調(diào)速時(shí)，頻率可以從f1 = f1N = 50Hz向上增加，定子電壓上限值為U1N ，這時(shí)不可能維持m不變，只能迫使磁通m與U1成反比地減低電機(jī)弱磁升速控制方式。 變壓變頻裝置VVVF 關(guān)于恒轉(zhuǎn)矩 T=KT I2cos2 KT為決定于電機(jī)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)； 在電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)子繞組的允許電流I2= I2N。 電機(jī)的允許輸出轉(zhuǎn)矩為： Tal=TN=KT N I2Ncos2 在調(diào)速過(guò)程中，允許輸出轉(zhuǎn)矩在磁通不變時(shí)保持固定恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

19、 Pal=Tal*= Tal*2n/60 Pal：允許輸出功率。 Tal：允許輸出轉(zhuǎn)矩。 n：轉(zhuǎn)速。 可以看出，在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速過(guò)程中，允許輸出轉(zhuǎn)矩不變，允許輸出功率與轉(zhuǎn)速成反比。 關(guān)于恒功率 在弱磁調(diào)速時(shí)， Pal=Tal*= Tal*2n/60 可得出，在弱磁調(diào)速時(shí)，允許的輸出功率不變，而允許的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。變頻器基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)要工作原理整流部分儲(chǔ)能環(huán)節(jié)逆變部分M控制系統(tǒng)交流交流低壓交直交通用變頻器系統(tǒng)框圖交流低壓交直交通用變頻器系統(tǒng)框圖直流直流交流整流器：將交流電變換成直流的電力電子裝置，其輸入電壓為正弦波，輸入電流非 正弦，帶有豐富的諧波逆變器：將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的電力電子裝置，其輸

20、出電壓為非正弦波，輸出電 流近似正弦變頻器基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)要工作原理單相逆變電路工作原理單相逆變電路工作原理S1S4S2S3EdU1S1,S3導(dǎo)通S2,S4導(dǎo)通 S1,S3導(dǎo)通S2,S4導(dǎo)通S1,S3導(dǎo)通S2,S4導(dǎo)通f1f2EdU1逆變器的功能：l通過(guò)改變開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間改變輸出電壓的頻率l通過(guò)改變開關(guān)管導(dǎo)通順序改變輸出電壓的相序變頻器基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)要工作原理S1S4S5S2S3S6UVEdW561UUVUVWUVW612 123 234 345 456 561 612三相逆變電路三相逆變電路Ed缺點(diǎn)：l輸出電壓的諧波分量太大l電機(jī)諧波損耗增加，發(fā)熱嚴(yán)重甚至燒壞電機(jī)l轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，低速運(yùn)行時(shí)影響轉(zhuǎn)速的平

21、穩(wěn)l直到從通信技術(shù)中采用PWM調(diào)制才大大的緩解了以上問(wèn)題電機(jī)變頻器基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)要工作原理調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器 調(diào)制解調(diào)器 的英文是MODEM，其作用是利用模擬信號(hào)傳輸線路傳輸數(shù)字信號(hào)。 電子信號(hào)分兩種，一種是“模擬信號(hào)”，一種是“數(shù)字信號(hào)”。我們使用的電話線路傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，而PC機(jī)之間傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)。所以當(dāng)你想通過(guò)電話線把自己的電腦連入Internet時(shí)，就必須使用調(diào)制解調(diào)器來(lái)“翻譯”兩種不同的信號(hào)。 連入Internet后，當(dāng)PC機(jī)向Internet發(fā)送信息時(shí)，由于電話線傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，所以必須要用調(diào)制解調(diào)器來(lái)把數(shù)字信號(hào)“翻譯”成模擬信號(hào)，才能傳送到Internet上，這個(gè)過(guò)程叫做“調(diào)

22、制”。 當(dāng)PC機(jī)從Internet獲取信息時(shí)，由于通過(guò)電話線從 Internet傳來(lái)的信息都是模擬信號(hào)，所以PC機(jī)想要看懂它們，還必須借助調(diào)制解調(diào)器這個(gè)“翻譯”,這個(gè)過(guò)程叫作“解調(diào)”。合起來(lái)就是“調(diào)制解調(diào)”。變頻器基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)要工作原理SPWM調(diào)制載波PWMPWM（Pulse Width ModurationPulse Width Moduration）調(diào)制）調(diào)制lPWM調(diào)制是：利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把直流電壓調(diào)制成電壓可變、頻 率可變的電壓脈沖列。lSPWM調(diào)制是：采用三角波和正弦波相交獲得的PWM波形直接控制各個(gè)開關(guān)可以得 到脈沖寬度和各脈沖間的占空比可變的呈正弦變化的輸出脈沖電壓電

23、壓，能獲 得理想的控制效果：輸出電流近似正弦l載波頻率必須高，才能保證調(diào)制后得到的波形與調(diào)制前效果相同lGTR變頻器由于開關(guān)頻率太低，電機(jī)噪聲較大，IGBT有效的解決了這個(gè)問(wèn)題變頻器基礎(chǔ)知識(shí)控制算法交流調(diào)速的控制核心是： 只有保持電機(jī)磁通恒定才能保證電機(jī)出力，才能獲得理想的調(diào)速效果V/FV/F控制控制簡(jiǎn)單實(shí)用，性能一般，使用最為廣泛l只要保證輸出電壓和輸出頻率恒定就能近似保持磁通保持恒定 例: 對(duì)于380V 50Hz電機(jī)，當(dāng)運(yùn)行頻率為40HZ時(shí)，要保持V/F 恒定，則 40HZ時(shí)電機(jī)的供電電壓:380（40/50)304Vl低頻時(shí)，定子阻抗壓降會(huì)導(dǎo)致磁通下降，需將輸出電壓適當(dāng)提高矢量控制矢量控

24、制性能優(yōu)良，可以與直流調(diào)速媲美，技術(shù)成熟較晚l模仿直流電機(jī)的控制方法，采用矢量坐標(biāo)變換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)定子勵(lì)磁電 流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦控制，保持電機(jī)磁通的恒定，進(jìn)而達(dá)到良好的 轉(zhuǎn)矩控制性能，實(shí)現(xiàn)高性能控制。性能優(yōu)良，控制相同復(fù)雜，直到90代計(jì)算 機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展才真正大范圍使用變頻器基礎(chǔ)知識(shí)控制算法項(xiàng)目通用變頻器高性能變頻器控制算法V/F控制轉(zhuǎn)矩提升同步機(jī)異步機(jī)控制算法基本相同開環(huán)矢量控制（無(wú)速度傳感器矢量控制）閉環(huán)矢量控制（有速度傳感器矢量控制）異步機(jī)和同步機(jī)需要不同的控制算法調(diào)速范圍1:401:100（開環(huán)矢量),1:1000(閉環(huán)矢量)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩?zé)o要求180% 0.5Hz（開環(huán)矢量)，

25、200% 0速(閉環(huán)矢量)穩(wěn)速精度與轉(zhuǎn)差有關(guān)（2-3%)0.5%(開環(huán)矢量)，0.05%(閉環(huán)矢量)轉(zhuǎn)矩控制無(wú)有控制算法簡(jiǎn)單復(fù)雜電機(jī)參數(shù)不依賴電機(jī)參數(shù)，支持同時(shí)驅(qū)動(dòng)不同類型不同功率的電機(jī)電機(jī)參數(shù)對(duì)控制性能的影響較大，一般只能驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)變頻器基礎(chǔ)知識(shí)變頻器關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)輸入側(cè)輸入側(cè) 額定工作電壓： 給變頻器供電的額定工作電壓，各國(guó)家不完全一樣。 中國(guó)是220V/單相/50HZ或380V/3相/50HZ電壓允許波動(dòng)： 限制變頻器的最高和最低工作電壓，避免損壞變頻器 當(dāng)電壓超過(guò)最高值時(shí)變頻器并沒(méi)有保護(hù)能力頻率波動(dòng)范圍： 50/60Hz5輸出側(cè)輸出側(cè) 額定輸出電壓：變頻器的最大輸出電壓，由額定工作電壓

26、決定額定電流： 變頻器能夠長(zhǎng)期輸出的最大電流過(guò)載能力： 變頻器的輸出電流允許超過(guò)額定電流的倍數(shù)和時(shí)間，由逆變 模塊決定最大輸出頻率：變頻器能夠輸出的最大工作頻率頻率精度： 輸出頻率的準(zhǔn)確度（相對(duì)于設(shè)定頻率）頻率分辯率： 指給定運(yùn)行頻率的最小改變量防護(hù)等級(jí)防護(hù)等級(jí) IP20(不防水） 變頻器的構(gòu)成實(shí)用原理框圖220V/380V3PH鍵盤控制1PH鍵盤控制電路適用于小功率（5.5KW)適用于中大功率(5.5KW以上）類別作用主要構(gòu)成器件主回路整流部分1將工頻交流變成直流，輸入無(wú)相序要求整流橋逆變部分2將直流轉(zhuǎn)換為頻率電壓均可變的交流電，輸出無(wú)相序要求IGBT制動(dòng)部分3/4

27、消耗過(guò)多的回饋能量，保持直流母線電壓不超過(guò)最大值單管IGBT 和制動(dòng)電阻,大功率制動(dòng)單元外置上電緩沖6降低上電沖擊電流，上電結(jié)束后接觸器自動(dòng)吸合，而后變頻器允許運(yùn)行限流電阻和接觸器儲(chǔ)能部分5保持直流母線電壓恒定，降低電壓脈動(dòng)電解電容和均壓電阻控制回路鍵盤7對(duì)變頻器參數(shù)進(jìn)行調(diào)試和修改，并實(shí)時(shí)監(jiān)控變頻器狀態(tài)MCU(單片機(jī)）控制電路8交流電機(jī)控制算法生成，外部信號(hào)接收處理及保護(hù)DSP(或兩個(gè)MCU）變頻器的構(gòu)成實(shí)用原理框圖類別作用結(jié)構(gòu)件散熱器將整流橋、逆變器產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去溫度傳感器檢測(cè)散熱器溫度，確保模塊工作在允許溫度環(huán)境下風(fēng)扇配合散熱器，將變頻器內(nèi)部的熱量帶走，有直流風(fēng)扇（24V)和交流風(fēng)扇兩

28、種變頻器的構(gòu)成實(shí)用原理框圖變頻器的構(gòu)成用戶接口主回路接口控制回路接口模擬量輸入模擬量輸出通訊接口控制回路接口開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出編碼器接口變頻器的構(gòu)成主回路接口 R S T P 1 (+ ) P B (-) U V W P E P O W E R S U P P LY M O T O R 工頻電網(wǎng)輸入380V 3PH/220V 3PH220V 1PH制動(dòng)電阻直流電抗器三相交流電機(jī)變頻器的構(gòu)成控制回路接口接口類型主要特點(diǎn)主要功能開關(guān)量輸入無(wú)源輸入，一般由變頻器內(nèi)部24V供電，啟/停變頻器，接收編碼器信號(hào)、多段速、外部故障等信號(hào)或指令開關(guān)量輸出集電極開路輸出、繼電器輸出變頻器故障、就緒、達(dá)速等，參

29、與外部控制模擬量輸入0-10V/4-20mA頻率給定/PID給定、反饋，接收來(lái)自外部的給定或控制模擬量輸出0-10V/4-20mA運(yùn)行頻率、運(yùn)行電流的輸出，用于外界顯示儀表和外部設(shè)備控制脈沖輸出PWM波輸出功能同模擬量輸出（只有個(gè)別變頻器提供）通訊口RS485/RS232組網(wǎng)控制以上端子均可自由編程變頻器保護(hù)功能 由于變頻器大量的使用了各種半導(dǎo)體器件，如整流橋、IGBT、電解電容等， 要想保證變頻器長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，則必須保證各器件工作在其允許條件下。 超出條件則必須立刻或延時(shí)停止變頻器工作，待異常條件消失后才能重 新開始工作，如保護(hù)失效或動(dòng)作延遲將導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)不可恢復(fù)性損害。保護(hù)類型原因缺相輸

30、入缺相輸入電壓值相差超過(guò)允許值輸出缺相輸出電流三相不平衡過(guò)流加速/減速/恒速超過(guò)變頻器允許的最大電流（2倍額定）過(guò)載超過(guò)變頻器允許的過(guò)載范圍過(guò)壓加速/減速/恒速直流母線電壓超過(guò)允許值過(guò)熱散熱器溫度超過(guò)允許值欠壓電網(wǎng)電壓過(guò)低EMERSON 公司產(chǎn)品情況產(chǎn)品系列MDI經(jīng)濟(jì)型通用TD900TD1000/TD2000TD3000TD2100供水TD3100電梯TD3200門機(jī)TD3300張力TD3400注塑機(jī)低高EV3100電梯多EV1000EV2000經(jīng)濟(jì)實(shí)用型V/F控制多功能V/F控制電流矢量多功能，矢量控制功能：少全面支持MODBUS/PROFIBUS性能EMERSON 公司產(chǎn)品情況產(chǎn)品系列TD

31、900少多低高調(diào)速、通訊操作簡(jiǎn)便寬電壓范圍元件化設(shè)計(jì)功能豐富高穩(wěn)態(tài)性能適用面廣行業(yè)專用動(dòng)態(tài)性能好總線設(shè)計(jì)精確控制網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用高動(dòng)態(tài)性能行業(yè)專用EV1000EV2000TD3000TD3100TD3300成本功能完整的功率段TD2100供水專用供水專用TD32000.4-315KW0.4-5.5KW2.2-75KW門機(jī)門機(jī)EMERSON 公司產(chǎn)品情況系列命名規(guī)則E EV V 2 20 00 00 0 - - 4 4 T T 0 00 07 75 5 G G輸入電壓三相單相代號(hào)T TS S代號(hào)P PG GS SD DJ JE E變頻器類型風(fēng)機(jī)水泵類恒轉(zhuǎn)矩類供水門機(jī)注塑機(jī)電梯代號(hào)適配電機(jī)功率(KW)0

32、0550075011028005. 57. 511280代號(hào)電壓等級(jí)220V380V24變頻器系列TD900EV1000EV2000TD3000TD3100TD3200TD3300TD3400EV3100EMERSON 公司產(chǎn)品情況主回路關(guān)鍵器件IGBT驅(qū)動(dòng)電路過(guò)流保護(hù)過(guò)熱保護(hù)欠壓保護(hù) IPM （智能功率模塊）PIM（功率集成模塊） 目前以IGBT 和PIM使用較多EMERSON 公司產(chǎn)品情況控制回路關(guān)鍵器件 DSP 電機(jī)控制專用CPU TI公司產(chǎn)品 實(shí)時(shí)控制，快速處理數(shù)據(jù) 同一機(jī)器周期同時(shí)處理多條指令 CPLD 大規(guī)模可編程邏輯振列， XILINX產(chǎn)品 系統(tǒng)邏輯構(gòu)成和保護(hù)電路 簡(jiǎn)化數(shù)字邏輯 MCU 單片機(jī) ATMEL公司產(chǎn)品 顯示與鍵盤 機(jī)器時(shí)鐘MCUDSP指令1指令2指令3指令4指令1指令2指令3指令4指令5指令6指令7指令8變頻器選型選型原則考慮變頻器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，變頻器選型保留適當(dāng)?shù)挠嗔渴潜匾?。要?zhǔn)確選型，必須要把握以下幾個(gè)原則：l充分了解控制對(duì)象性能要求。一般來(lái)講如對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、調(diào)速精度、調(diào)速范圍要 求較高的場(chǎng)合則需考慮選用