變頻器基礎(chǔ)培訓(xùn)課件

1、變頻器基礎(chǔ)黃金亮2005525電機(jī)分類(lèi)直流電機(jī)串勵(lì)磁直流電機(jī)、他勵(lì)磁直流電機(jī)交流電機(jī)同步電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、 直流無(wú)刷電機(jī) 永磁同步電機(jī)異步電機(jī)：鼠籠轉(zhuǎn)子電機(jī)、繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)異步電機(jī)電機(jī)分類(lèi)電機(jī)運(yùn)行特性電機(jī)特性電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)調(diào)速方法電機(jī)原理三相電機(jī)繞組產(chǎn)生空間差 120度的磁勢(shì)Fa()=NiaCOS Fb()=NibCOS(-120) Fc()=NicCOS(120)注：是定子繞組相對(duì)于坐標(biāo) 的位置角當(dāng)用相差120度的正弦電流激勵(lì)三相繞組時(shí),三相繞組各自的磁勢(shì)是脈動(dòng)的三相脈動(dòng)的磁勢(shì)的總的磁勢(shì)是旋轉(zhuǎn)的.F(,t)= Fa()+ Fb()+ Fc() =3/2*N*Im*COS(We*t-)

2、AAFaBCCBiaFbFc籠型異步電機(jī)的工頻啟動(dòng)特性 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速N=60*F*(1-S)/PN:電機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，單位RPM；F:電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源頻率；S:電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)差率，由負(fù)載確定;P:定子極對(duì)數(shù)P=T*NP:電機(jī)輸出功率T:電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩N:電機(jī)角速度電機(jī)調(diào)速方式改變極對(duì)數(shù)：變極電機(jī)改變轉(zhuǎn)差率：繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)改變頻率：變頻器改變輸出功率：調(diào)壓調(diào)速器整流器整流器將輸入到變頻器的交流電變?yōu)橹绷麟?；整流器有：不可控整流器和可控整流器不可控整流器：輸出與交流電成比例的直流電壓。三相全橋整流器輸出電壓V=0.955*Vl_lmax可控整流器：相控調(diào)壓型整流器與PWM整流器二極管三相全橋整流器二極管整

3、流器特性輸出電壓跟隨輸入交流電變化雙向的傳導(dǎo)輻射整流電流斷續(xù),諧波為5、7、11次干擾功率因數(shù)較低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，通用型變頻器普遍采用容易引入干擾逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電通過(guò)控制逆變器，變頻器調(diào)節(jié)輸出電壓的頻率，PWM逆變器還可以改變輸出電壓的幅值逆變器的工作方式有120度方式、180度方式和PWM調(diào)制方式PWM逆變器目前變頻器普遍采用PWM逆變器工作方式有：SPWM和SVPWM方式SPWM：正弦脈沖寬度調(diào)制，電壓利用率低SVPWM：正弦空間脈沖寬度調(diào)制,電壓利用率高VSI的輸出組合VSI的組合決定了逆變器的輸出狀態(tài)VSI的調(diào)制原理將以上的8種組合進(jìn)行32變換后，等效到(d,q)坐標(biāo)系或

4、(,B)坐標(biāo)系中，得到VSI調(diào)制的八個(gè)空間矢量SVPWM調(diào)制SVPWM調(diào)制的基本思想就是在任一開(kāi)關(guān)周期中采用相鄰兩個(gè)空間矢量的組合，保證磁通矢量變化與實(shí)際參考電壓矢量作用等效 T1=M*SIN()*T T2=M*SIN(60-)*M T1T2SVPWM逆變器的輸出波形相電流波形含有三次波形線電流波形由于三次諧波在每相的相位相同,所以線電流沒(méi)有三次諧波變頻器的控制系統(tǒng)變頻器的控制芯片的發(fā)展專(zhuān)用調(diào)制芯片：模擬正弦調(diào)制芯片：HEF4752等 數(shù)字PWM芯片：SLE4520 專(zhuān)用電機(jī)控制單片機(jī)： 80C196MC、80C196MH、M7700系列 其他公司如日立、摩托羅拉、NEC、億恒等公司都有類(lèi)似芯

5、片。摩托羅拉還將波形校正專(zhuān)利集成到他的芯片中。 DSP：以TI、AD的DSP芯片為代表，TI的240系列以及目前的28X系列在通用產(chǎn)品，如變頻器、UPS中采用較多，AD的芯片在專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中采用較多 單片機(jī)DSP，典型的如MICROCHIP的DSPIC30系列。兼有單片機(jī)和DSP的優(yōu)點(diǎn)變頻器控制系統(tǒng)方案單片機(jī)+專(zhuān)用芯片:早期4752和4520應(yīng)用較多,后來(lái)（2000年）甚至出現(xiàn)了注入三次諧波的專(zhuān)用芯片,但市場(chǎng)應(yīng)用不多。電機(jī)專(zhuān)用控制芯片：如臺(tái)達(dá)先后采用了80C196MH和M7704，艾默生采用了24X系列，森藍(lán)采用了80C196MH和24X，惠豐采用M37906的F1000和F1500系列產(chǎn)品

6、等，這些產(chǎn)品采用單顆控制芯片，完成逆變器和用戶接口的管理。為了提高處理速度，廠家跟隨控制芯片技術(shù)的發(fā)展不斷采用高速芯片，艾默生在3000系列產(chǎn)品中開(kāi)始應(yīng)用28X，惠豐在新的產(chǎn)品中采用了DSPIC30F4011兩芯片方案，國(guó)外采用較多，如CT的產(chǎn)品采用了AD的專(zhuān)用電機(jī)控制芯片控制逆變器，采用了 一個(gè)通用芯片進(jìn)行系統(tǒng)管理，兩顆芯片通過(guò)串行總線傳遞數(shù)據(jù)。在富士和安川的高性能產(chǎn)品中，采用通用DSP進(jìn)行管理，采用專(zhuān)用的FPGA進(jìn)行逆變器管理變頻器的控制方式 標(biāo)量控制控制變頻器的輸出電壓和頻率矢量控制 控制變頻器的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩標(biāo)量控制標(biāo)量控制是控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的簡(jiǎn)單技術(shù)標(biāo)量控制使用電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型，所以沒(méi)有瞬態(tài)控制功

7、能；在不同速度下，基本維持氣隙磁通不變系統(tǒng)沒(méi)有電流環(huán)標(biāo)量控制又稱(chēng)V/F控制V/F控制不調(diào)節(jié)電機(jī)的磁通和電流。速度調(diào)節(jié)較慢，機(jī)械特性差V/F控制的標(biāo)量曲線由于低頻下定子的阻抗不能忽略，在低頻下要進(jìn)行轉(zhuǎn)矩(電壓)提升感應(yīng)電機(jī)矢量控制采用磁場(chǎng)定向控制策略，實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁通能夠獨(dú)立控制,實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的控制特性磁場(chǎng)定向：直接磁場(chǎng)定向轉(zhuǎn)子磁通的角度直接測(cè)量或從磁通預(yù)估器獲得；間接磁場(chǎng)定向轉(zhuǎn)子磁通角度從轉(zhuǎn)速或滑差預(yù)估器中間接獲得直流電機(jī)模型直流電機(jī)模型由于定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組是正交的，磁場(chǎng)是由定子繞組建立的RotorStatorTe = Kt lf ialf = Kf if交流電機(jī)模型經(jīng)過(guò)PARK變換

8、后，交流電機(jī)可以映射到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q坐標(biāo)系中。在矢量控制中，將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q的d軸與轉(zhuǎn)子磁通矢量對(duì)齊，可以實(shí)現(xiàn)lqr = 0，實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的解耦矢量控制StatorStatorTe = Kt (ldr iqs- lqr ids) ldr = Kf ids矢量控制中的坐標(biāo)系 a-axisb-axisc-axisb-axisa-axisqelarlbrlrqlr = tan-1(lbr/lar)q-axisd-axisweidsiqsis矢量控制框圖 wr*vas*vbs*Inv. ParkSpaceVector Gen.PWMDriver TaTbTcPWM1PWM2PWM3PWM4PWM5

9、PWM6VSIACIiasVdcibsIleg2_BusDriver ADCIN1ADCIN2ADCIN3wribsParkClarkeiasPhase VoltageCal.TaTbTcvasvbsFlux Est.iasibsqlrlarlbrvqs*vds*PIids*iqs*PIPIidsiqsqlrvds*ids*PIidsiqsqlrids*wridsiqsSpeed Est.iasibs變頻器電路結(jié)構(gòu) 變頻器中的輔助電源多采用單端反激類(lèi)型的電源提供多路輸出滿足變頻器對(duì)電源的要求系統(tǒng)電壓：3.3V5V驅(qū)動(dòng)電源：15V24V接口電源：12V、24V 功能電路電源： 15V變頻器的逆變

10、與驅(qū)動(dòng)逆變器的主流器件是IGBT驅(qū)動(dòng)IGBT的兩種方式：隔離驅(qū)動(dòng)方式：IGBT與系統(tǒng)不共地，信號(hào)傳輸采用光耦或開(kāi)關(guān)變壓器直接驅(qū)動(dòng)方式： IGBT與系統(tǒng)共地，信號(hào)傳輸采用高壓ICIGBT隔離驅(qū)動(dòng)方式高速光耦信號(hào)放大電路構(gòu)成厚膜驅(qū)動(dòng)芯片，如EXB840、M57962光耦型驅(qū)動(dòng)芯片：如250、3120、316等，在小尺寸封裝中集成了隔離與放大的功能，有些還有保護(hù)功能采用開(kāi)關(guān)變壓器的驅(qū)動(dòng)板：如西門(mén)康的大功率驅(qū)動(dòng)板隔離驅(qū)動(dòng)方式功率范圍覆蓋寬IGBT直接驅(qū)動(dòng)方式采用高壓IC對(duì)上橋信號(hào)電平進(jìn)行提升IGBT直接驅(qū)動(dòng)芯片，典型的如ir2130等將高壓IC與IGBT集成在一起，如ir和三菱的智能DIP模塊功率較小，成本較低系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)母線電壓的檢測(cè)單端反激電源取繞組的正激信號(hào)采用差分電路直接檢測(cè)母線電壓電機(jī)電流的檢測(cè)采用霍爾器件檢測(cè)電流，應(yīng)用較多采用線性光耦檢測(cè)電流，如7840高壓IC芯片檢測(cè)電流，如IR2175系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)高性能應(yīng)用中對(duì)電機(jī)速度的檢測(cè)使用光電編碼器矢量控制系統(tǒng)還需要檢測(cè)電機(jī)的參數(shù),包括定轉(zhuǎn)子電阻、定轉(zhuǎn)子感抗、定轉(zhuǎn)子漏抗等，這一功能稱(chēng)為參數(shù)辨識(shí)，是高性能變頻器必備的功能。變頻器的保護(hù)系統(tǒng)變頻器的保護(hù)功能有常規(guī)保