變頻器應(yīng)用技術(shù)

1、變頻器應(yīng)用技術(shù)第1頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二變頻器應(yīng)用技術(shù)科學(xué)出版社ISBN:978-7-03-022249-7定價(jià)：22元聯(lián)系方式：20122第2頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二3入門篇（第一部分）:變頻器基礎(chǔ)知識(shí) 交流電機(jī)的調(diào)速方式 變頻器的電路結(jié)構(gòu) 交流異步電機(jī)的調(diào)速原理 變頻器的分類與特點(diǎn) 第3頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二4入門篇（第一部分）:變頻器基礎(chǔ)知識(shí) 交流電機(jī)的調(diào)速方式 變頻器的電路結(jié)構(gòu) 交流異步電機(jī)的調(diào)速原理 變頻器的分類與特點(diǎn) 第4頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20

2、日，5點(diǎn)49分，星期二5異步電機(jī)和同步電機(jī)的概念 1. 異步電機(jī) 三相異步電機(jī)要旋轉(zhuǎn)起來(lái)的先決條件是具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，三相異步電機(jī)的定子繞組就是用來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的。三相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的，三相異步電機(jī)定子中的三個(gè)繞組在空間方位上也互差120度，這樣，當(dāng)在定子繞組中通入三相電源時(shí)，定子繞組就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其產(chǎn)生的過(guò)程如圖所示。圖中分四個(gè)時(shí)刻來(lái)描述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生過(guò)程。電流每變化一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)一周，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度與電流的變化是同步的。 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為：n=60f/P第5頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二6異步電機(jī)和同步電機(jī)的

3、概念 1. 異步電機(jī)第6頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二7異步電機(jī)和同步電機(jī)的概念 2. 同步電機(jī)第7頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二8交流電機(jī)的調(diào)速 1.交流電機(jī)的調(diào)速 基于節(jié)能角度，通常把交流調(diào)速分為高效調(diào)速和低效調(diào)速。高效調(diào)速指基本上不增加轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方式，在調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)差率基本不變，不增加轉(zhuǎn)差損失，或?qū)⑥D(zhuǎn)差功率以電能形式回饋電網(wǎng)或以機(jī)械能形式回饋機(jī)軸；低效調(diào)速則存在附加轉(zhuǎn)差損失，在相同調(diào)速工況下其節(jié)能效果低于不存在轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方式。第8頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二9交流電機(jī)的調(diào)速分類情況 第9頁(yè)，共44

4、頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二10交流電機(jī)的調(diào)速異步電機(jī)的變極調(diào)速 第10頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二11交流電機(jī)的調(diào)速電磁調(diào)速 電磁調(diào)速技術(shù)是通過(guò)電磁調(diào)速電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的技術(shù)。電磁調(diào)速電機(jī)(又稱滑差電機(jī))由三相異步電機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器和測(cè)速發(fā)電機(jī)組成，三相異步電機(jī)作為原動(dòng)機(jī)工作。該技術(shù)是傳統(tǒng)的交流調(diào)速技術(shù)之一，適用于容量在0.55630kW范圍內(nèi)的風(fēng)機(jī)、水泵或壓縮機(jī)。 第11頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二12交流電機(jī)的調(diào)速電磁調(diào)速 第12頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二13交流電機(jī)的調(diào)速串級(jí)調(diào)速串級(jí)調(diào)

5、速的典型調(diào)速系統(tǒng)有兩種：一種是電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，另一種是電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。電氣串級(jí)調(diào)速電路是由異步機(jī)轉(zhuǎn)子一側(cè)的整流器和電網(wǎng)一側(cè)的晶閘管逆變器組成。用改變逆變器的逆變角來(lái)調(diào)節(jié)異步機(jī)轉(zhuǎn)速，將整流后的直流通過(guò)逆變器變換成具有電網(wǎng)頻率的交流，將轉(zhuǎn)差功率回饋電網(wǎng)。電機(jī)串級(jí)調(diào)速電路是把轉(zhuǎn)子整流后的直流作為電源接到一臺(tái)直流電機(jī)的電樞兩端，用調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)節(jié)異步機(jī)轉(zhuǎn)速，直流機(jī)與異步機(jī)同軸相接，將轉(zhuǎn)差功率變?yōu)橹绷髌鞯妮斎牍β逝c異步機(jī)一起拖動(dòng)負(fù)載，使轉(zhuǎn)差功率回饋機(jī)軸。電機(jī)串級(jí)調(diào)速的調(diào)速范圍不大，又增加了一臺(tái)直流電機(jī)，使系統(tǒng)復(fù)雜化，應(yīng)用不多。電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，控制方便，應(yīng)用比較廣泛。第13頁(yè)，共44頁(yè)，2

6、022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二14交流電機(jī)的調(diào)速定子調(diào)壓調(diào)速定子調(diào)壓調(diào)速是用改變定子電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方法來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)度過(guò)程中它的轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式損耗在轉(zhuǎn)子繞組中，屬于低效調(diào)速方式。由于電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，改變定子電壓就可以改變電機(jī)的機(jī)械特性，與某一負(fù)載特性相匹配就可以穩(wěn)定在不同的轉(zhuǎn)速上，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。 第14頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二15交流電機(jī)的調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速第15頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二16交流電機(jī)的調(diào)速 變頻調(diào)速 第16頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二17交流電機(jī)的

7、調(diào)速調(diào)速方式匯總 第17頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二18入門篇（第一部分）:變頻器基礎(chǔ)知識(shí) 交流電機(jī)的調(diào)速方式 變頻器的電路結(jié)構(gòu) 交流異步電機(jī)的調(diào)速原理 變頻器的分類與特點(diǎn) 第18頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二19交流電機(jī)的調(diào)速 N0=60f/p（同步電機(jī)） N=N0(1-s)=60f/P(1-s)（異步電機(jī)）式中：f-頻率；p-極對(duì)數(shù)；s-轉(zhuǎn)差率（03%或06%）。由轉(zhuǎn)速公式可見，只要設(shè)法改變?nèi)嘟涣麟姍C(jī)的供電率f，就十分方便地改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速N。實(shí)際上僅僅改變電機(jī)的頻率并不能獲得良好的變頻特性。第19頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日

8、，5點(diǎn)49分，星期二20交流電機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型:T型等效電路 第20頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二21交流電機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型:簡(jiǎn)化等效電路 第21頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二22交流電機(jī)的調(diào)速感應(yīng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型:簡(jiǎn)化等效電路 第22頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二23交流電機(jī)的調(diào)速基頻以下調(diào)速 基頻以上調(diào)速 第23頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二24交流電機(jī)的調(diào)速矢量控制與DTC控制 第24頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二25入門篇（第一部分）:變頻器基礎(chǔ)

9、知識(shí) 交流電機(jī)的調(diào)速方式 變頻器的電路結(jié)構(gòu) 交流異步電機(jī)的調(diào)速原理 變頻器的分類與特點(diǎn) 第25頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二26變頻器的電路結(jié)構(gòu) 交流變頻調(diào)速技術(shù)是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換（整流、逆變），又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此它的共性技術(shù)必定分成功率轉(zhuǎn)換和弱電控制兩大部分。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題，后者要解決基于現(xiàn)代控制理論的控制策略和智能控制策略的硬、軟件開發(fā)問(wèn)題，在目前狀況下主要全數(shù)字控制技術(shù)。第26頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二27變頻器的電路結(jié)構(gòu)

10、通用變頻器的構(gòu)造 1. 主回路 包括整流部分、直流環(huán)節(jié)、逆變部分、制動(dòng)或回饋環(huán)節(jié)等部分。 第27頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二28變頻器的電路結(jié)構(gòu)通用變頻器的構(gòu)造 2. 控制回路控制回路包括變頻器的核心軟件算法電路、檢測(cè)傳感電路、控制信號(hào)的輸入輸出電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路組成。第28頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二29變頻器的電路結(jié)構(gòu)通用變頻器的構(gòu)造 2. 控制回路控制回路包括變頻器的核心軟件算法電路、檢測(cè)傳感電路、控制信號(hào)的輸入輸出電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路組成。第29頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二30入門篇（第一部分

11、）:變頻器基礎(chǔ)知識(shí) 交流電機(jī)的調(diào)速方式 變頻器的電路結(jié)構(gòu) 交流異步電機(jī)的調(diào)速原理 變頻器的分類與特點(diǎn) 第30頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二31變頻器的分類與特點(diǎn)根據(jù)變頻器的變流環(huán)節(jié)的不同進(jìn)行分類 ：（1）交直交變頻器交直交變頻器是先將頻率固定的交流電整流成直流電，再把直流電逆變成頻率任意可調(diào)的三相交流電，又稱間接式變頻器。目前應(yīng)用廣泛的通用型變頻器都是交直交變頻器。（2）交交變頻器交交變頻器就是把頻率固定的交流電直接轉(zhuǎn)換成頻率任意可調(diào)的交流電，而且轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同，又稱直接式變頻器。 第31頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二32變頻器的分類與特

12、點(diǎn)根據(jù)直流電路的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)（或?yàn)V波方式）分類頻器的變流環(huán)節(jié)的不同進(jìn)行分類 ：（1）電壓型變頻器電壓型變頻器的儲(chǔ)能元件為電容器，其特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件采用大電容，負(fù)載的無(wú)功功率將由它來(lái)緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故稱電壓型變頻器，常選用于負(fù)載電壓變化較大的場(chǎng)合。 （2）電流型變頻器電流型變頻器的儲(chǔ)能元件為電感線圈，因此其特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，緩沖無(wú)功功率，即扼制電流的變化，使電壓接近正弦波，由于該直流內(nèi)阻較大，故稱電流型變頻器。第32頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二33變頻器的分類與特點(diǎn) 根據(jù)電壓的調(diào)制方式分類 （1）

13、正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）變頻器正弦波脈寬調(diào)制變頻器是指輸出電壓的大小是通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)的，且載頻信號(hào)用等腰三角波，而基準(zhǔn)信號(hào)采用正弦波。中、小容量的通用變頻器幾乎全都采用此類變頻器。 （2）脈幅調(diào)制（PAM）變頻器脈幅調(diào)制變頻器是指將變壓與變頻分開完成，即在把交流電整流為直流電的同時(shí)改變直流電壓的幅值，而后將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟姇r(shí)改變交流電頻率的變壓變頻控制方式。 第33頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二34變頻器的分類與特點(diǎn)根據(jù)輸入電源的相數(shù)分類 （1）三進(jìn)三出變頻器變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)都是三相交流電。絕大多數(shù)變頻器都屬此類。 （2）單進(jìn)三出變頻器變頻器的輸

14、入側(cè)為單相交流電，輸出側(cè)是三相交流電，俗稱“單相變頻器”。該類變頻器通常容量較小，且適合在單相電源情況下使用，如家用電器里的變頻器均屬此類。 第34頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二35變頻器的分類與特點(diǎn)根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性分類 （1）P型機(jī)變頻器適用于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的變頻器。（2）G型機(jī)變頻器適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的變頻器。（3）P/G合一型變頻器同一種機(jī)型既可以使用變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，又可以適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；同時(shí)在變轉(zhuǎn)矩方式下，其標(biāo)稱功率大一檔。第35頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二36變頻器的分類與特點(diǎn)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合分類 （1）通用變頻器通用變頻器的特點(diǎn)是其通用性，

15、可應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī)傳動(dòng)、工業(yè)生產(chǎn)及民用、建筑等各個(gè)領(lǐng)域。通用變頻器的控制方式，已經(jīng)從最簡(jiǎn)單的恒壓頻比控制方式向高性能的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等發(fā)展。（2）專用變頻器專用變頻器的特點(diǎn)是其行業(yè)專用性，它針對(duì)不同的行業(yè)特點(diǎn)集成了可編程控制器以及很多硬件外設(shè)，可以在不增加外部板件的基礎(chǔ)上直接應(yīng)用于行業(yè)中。比如，恒壓供水專用變頻器就能處理供水中變頻與工頻切換、一拖多控制等。第36頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二37變頻器的分類與特點(diǎn)根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用分類 （1）部件級(jí)變頻器又稱元器件級(jí)變頻器。如ABB的ACS400系列變頻器，能夠非常方便地當(dāng)作電氣元器件來(lái)實(shí)現(xiàn)其調(diào)速功能。（2）工程型

16、變頻器又稱自動(dòng)化級(jí)變頻器。如西門子的6SE70系列、ABB的ACS800系列、AB的powerflex7系列。第37頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二38變頻器的技術(shù)規(guī)范根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用分類 1. 輸入側(cè)的額定數(shù)據(jù)變頻器輸入側(cè)的額定數(shù)據(jù)包括以下內(nèi)容：（1）輸入電壓U(IN)即電源側(cè)的電壓。在我國(guó)，低壓變頻器的輸入電壓通常為380V（三相）和220V（單相）。此外，變頻器還對(duì)輸入電壓的允許波動(dòng)范圍作出規(guī)定，如10%、-15%+10%等。（2）相數(shù)如單相、三相。（3）頻率f(IN)即電源頻率（常稱工頻），我國(guó)為50Hz。頻率的允許波動(dòng)范圍通常規(guī)定5%。第38頁(yè)，共44頁(yè)，2022

17、年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二39變頻器的技術(shù)規(guī)范根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用分類 2. 輸出側(cè)的額定數(shù)據(jù)變頻器輸出側(cè)的額定數(shù)據(jù)包括以下內(nèi)容：（1）額定電壓U(N)因?yàn)樽冾l器的輸出電壓要隨頻率而變，所以，U(N)定義為輸出的最大電壓。通常它總是和輸入電壓U(IN)相等的。（2）額定電流I(N)變頻器允許長(zhǎng)時(shí)間輸出的最大電流。（3）額定容量S(N)由額定線電壓U(N)和額定線電流I(N)的乘積決定：S(N)=1.732U(N)I(N)（4）容量P(N)在連續(xù)不變負(fù)載中，允許配用的最大電機(jī)容量。必須注意：在生產(chǎn)機(jī)械中，電機(jī)的容量主要是根據(jù)發(fā)熱狀況來(lái)定的。在變動(dòng)負(fù)載、斷續(xù)負(fù)載及短時(shí)負(fù)載中，只要溫升不超過(guò)允許值，

18、電機(jī)是允許短時(shí)間（幾分鐘或幾十分鐘）過(guò)載的，而變頻器則不允許。所以，在選用變頻器時(shí)，應(yīng)充分考慮負(fù)載的工況。（5）過(guò)載能力指變頻器的輸出電流允許超過(guò)額定值的倍數(shù)和時(shí)間。大多數(shù)變頻器的過(guò)載能力規(guī)定為：150%，1min。可見，變頻器的允許過(guò)載時(shí)間與電機(jī)的允許過(guò)載時(shí)間相比，是微不足道的。第39頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)49分，星期二40變頻器的個(gè)性化特點(diǎn) 發(fā)展： 交流變頻器自20世紀(jì)60年代左右在西方工業(yè)化國(guó)家問(wèn)世以來(lái)，到現(xiàn)在已經(jīng)在中國(guó)得到了大面積的普及，并業(yè)已形成60億元以上的年銷售規(guī)模。根據(jù)變頻器在不同行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)，很多廠家都推出非常新穎的變頻器，并將個(gè)性化發(fā)揮得淋漓盡致。所謂變頻器個(gè)性化，就是指變頻器本體按照各自特定的方式發(fā)展自己的風(fēng)格，并完善變頻器本體，從而形成相對(duì)穩(wěn)定而獨(dú)特的