交直流調(diào)速系統(tǒng)-第五章-交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速及變頻原理課件

第五章交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速及變頻原理第五章交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速及變頻原理2022/12/195.2三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速原理5.3通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)與控制方式5.1交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本類型目錄Contents2022/12/165.2三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速原2022/12/19【知識(shí)目標(biāo)】1.了解交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的3種基本方法。2．掌握通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)及變頻原理。充分理解和把握基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況下調(diào)頻與調(diào)壓協(xié)調(diào)控制特性。3．了解通用變頻器的各種分類方法和控制方式。2022/12/16【知識(shí)目標(biāo)】1.了解交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的3種2022/12/195.1交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本類型2022/12/165.1交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本類型2022/12/19由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：可知，異步電動(dòng)機(jī)有下列三種基本調(diào)速方法：（1）改變定子極對(duì)數(shù)調(diào)速。（2）改變電源頻率調(diào)速。（3）改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。2022/12/16由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：可知，異步電動(dòng)機(jī)2022/12/19變頻

(他控式、自控式）變極調(diào)壓串電阻串級(jí)電磁轉(zhuǎn)差離合器耗能型有級(jí)調(diào)速設(shè)備費(fèi)用高異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式：2022/12/16變頻(他控式、自控式）變極調(diào)壓串電阻串2022/12/19

科學(xué)分類方法（根據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)差功率的處理方法）分為三類：（1）轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)：轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化成熱能而被消耗掉。

特點(diǎn)：系統(tǒng)的效率低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。調(diào)壓調(diào)速、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)屬于此類。（2）轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)——轉(zhuǎn)差功率的少部分被消耗掉，大部分通過(guò)變流裝置回饋給電網(wǎng)或者轉(zhuǎn)化為機(jī)械能予以利用。

特點(diǎn)：效率高。串級(jí)調(diào)速屬該類系統(tǒng)。（3）轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)——調(diào)速過(guò)程中，轉(zhuǎn)差功率基本不變。

特點(diǎn)：效率最高。變極調(diào)速、變頻調(diào)速系統(tǒng)屬于此類。2022/12/16科學(xué)分類方法（根據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)差功率的處理方法2022/12/19一、變極調(diào)速

磁極對(duì)數(shù)p的改變，取決于電動(dòng)機(jī)定子繞組的結(jié)構(gòu)和接線。通過(guò)改變定子繞組的接線，就可以改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速取決于磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)02022/12/16一、變極調(diào)速磁極對(duì)數(shù)p的改2022/12/19一、變極調(diào)速

磁極對(duì)數(shù)每個(gè)電流周期磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)的空間角度同步轉(zhuǎn)速n0電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速取決于磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)02022/12/16一、變極調(diào)速磁極對(duì)數(shù)每個(gè)電流周期同步轉(zhuǎn)2022/12/19U相兩個(gè)線圈，順向串聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生4極磁場(chǎng)。反向串聯(lián)和反向并聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生2極磁場(chǎng)。以4極變2極為例：2022/12/16U相兩個(gè)線圈，順向串聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生4極2022/12/19目前，我國(guó)多極電動(dòng)機(jī)定子繞組聯(lián)繞方式常用的有兩種：一種是從星形改成雙星形，寫作Y/YY，如圖所示；Y-YY后,電動(dòng)機(jī)極數(shù)減少一半,轉(zhuǎn)速增大一倍,即，容許輸出功率增大一倍，而容許輸出轉(zhuǎn)矩保持不變，所以這種變極調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，它適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。變極時(shí)，調(diào)換相序，以保證變極調(diào)速以后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變。2022/12/16目前，我國(guó)多極電動(dòng)機(jī)定子繞組聯(lián)繞方式常用2022/12/19另一種是從三角形改成雙星形，寫作△/YY，如圖6-4所示，這兩種接法可使電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)減少一半。

?-YY后,極數(shù)減少一半,轉(zhuǎn)速增大一倍,即，容許輸出功率近似不變，所以這種變極調(diào)速屬于恒功率調(diào)速，它適用于恒功率負(fù)載。變極時(shí)，調(diào)換相序，以保證變極調(diào)速以后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變。2022/12/16另一種是從三角形改成雙星形，寫作△/YY2022/12/19變極調(diào)速只用于籠型電動(dòng)機(jī)。

這種方法的缺點(diǎn)是十分明顯的:一臺(tái)電動(dòng)機(jī)最多只能安置兩套繞組，每套繞組最多只能有兩種接法。所以最多只能得到4種轉(zhuǎn)速，與所要求的無(wú)級(jí)調(diào)速相去甚遠(yuǎn)。2022/12/16變極調(diào)速只用于籠型電動(dòng)機(jī)。這種方2022/12/19二、

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速1.改變定子電壓調(diào)速

異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式:其中：p為電機(jī)極對(duì)數(shù)；

U1為相電壓有效值

R1為定子每相繞組的內(nèi)阻

Ll1為每相漏感

R2′為折算到定子側(cè)的每相電阻

Ll2′為折算到定子側(cè)的漏感電機(jī)參數(shù)一定，當(dāng)S，f1不變時(shí)，T僅與U1有關(guān)。2022/12/16二、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速1.改變定子電壓調(diào)速2022/12/19調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性123cban0（1）異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速時(shí)存在的問(wèn)題

1）改變定子調(diào)壓時(shí)調(diào)速范圍不大（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）。如圖1、2、3點(diǎn)。

2）低速時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定性不好（如c點(diǎn)），轉(zhuǎn)子電流相應(yīng)增大。為了既低速運(yùn)行穩(wěn)定又不致過(guò)熱，要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組有較高的電阻。0.7UN0.5UN0

當(dāng)s一定時(shí)，

T∝U

2

，改變U1得到一組不同的人為特性。在帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TZ時(shí)，可得到不同的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，如下圖中的1、2、3點(diǎn)。同步轉(zhuǎn)速n0不變，臨界轉(zhuǎn)差率Sm不變2022/12/16調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性123cban0（1）2022/12/19（2）解決問(wèn)題的措施使用高轉(zhuǎn)子電阻的電機(jī)。高轉(zhuǎn)子電阻電機(jī)的機(jī)械特性如圖所示。

高轉(zhuǎn)子電阻異步電動(dòng)機(jī)在不同電壓下的機(jī)械特性可見(jiàn)：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下，調(diào)速范圍變大，轉(zhuǎn)子電流減小。2022/12/16（2）解決問(wèn)題的措施2022/12/19如下左圖所示。單相調(diào)壓電路如右圖所示。晶閘管單相調(diào)壓電路

晶閘管相位控制下的負(fù)載電壓波形

通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)改變輸出交流電壓的大小。獲取交流電源的方法

知識(shí)拓展晶閘管交流調(diào)壓裝置2022/12/16晶閘管單相調(diào)壓電路晶閘管相位控制2022/12/19晶閘管三相交流調(diào)壓電路如圖所示。這種電路接法的特點(diǎn)是負(fù)載輸出諧波分量低，適用于低電壓大電流的場(chǎng)合。

圖4-6三相全波星形聯(lián)結(jié)的調(diào)壓電路2022/12/16晶閘管三相交流調(diào)壓電路如圖所示。這種電路2022/12/19（3）采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（既保證低速時(shí)機(jī)械特性硬度，又保證一定負(fù)載能力）。

轉(zhuǎn)子電阻的增大使調(diào)速范圍擴(kuò)大，機(jī)械特性變軟，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率變大。解決方法：采用帶速度負(fù)反饋的閉環(huán)控制。（a）原理圖

2022/12/16（3）采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（既保證2022/12/19（4）調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖

調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖

它與單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖非常相似，只要將直流調(diào)速系統(tǒng)中的晶閘管整流器、直流電動(dòng)機(jī)換成晶閘管交流調(diào)壓器（圖中的晶閘管調(diào)壓裝置）、異步電動(dòng)機(jī)即可。2022/12/16（4）調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖調(diào)壓2022/12/1912輕載調(diào)速范圍不大調(diào)速前：1，S1調(diào)速后：2，S22.轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速

繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的機(jī)械特性如圖所示。轉(zhuǎn)子串電阻時(shí)同步轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)矩Tm不變，臨界轉(zhuǎn)差率增大。

0不變不變02022/12/1612輕載調(diào)速范圍不大調(diào)速前：1，S1調(diào)速2022/12/19轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備簡(jiǎn)單，主要用于中、小容量的繞線式異步電動(dòng)機(jī)如橋式起重機(jī)等。缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)子繞組需經(jīng)過(guò)電刷引出，屬于有級(jí)調(diào)速，平滑性差；由于轉(zhuǎn)子中電流很大，在串接電阻上產(chǎn)生很大損耗，所以電動(dòng)機(jī)的效率很低，機(jī)械特性較軟，調(diào)速精度差。2022/12/16轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是：2022/12/193.串級(jí)調(diào)速

在轉(zhuǎn)子回路中串入與轉(zhuǎn)子電勢(shì)同頻率的附加電勢(shì)，通過(guò)改變附加電勢(shì)的幅值和相位實(shí)現(xiàn)調(diào)速。其優(yōu)點(diǎn)是：可以通過(guò)某種控制方式，使轉(zhuǎn)子回路的能量回饋到電網(wǎng)，從而提高效率；在適當(dāng)?shù)目刂品绞较?，可以?shí)現(xiàn)低同步或高同步的連續(xù)調(diào)速。缺點(diǎn)是：只能適應(yīng)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)，且控制系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。

2022/12/163.串級(jí)調(diào)速在轉(zhuǎn)子回路中串入與轉(zhuǎn)子電勢(shì)2022/12/19三、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速（異步電動(dòng)機(jī)本身并不調(diào)速）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)是由籠型異步電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器以及控制裝置組合而成。（一）電磁轉(zhuǎn)差離合器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理從動(dòng)部分電樞由籠型異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，稱主動(dòng)部分

2022/12/16三、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速（異步電動(dòng)機(jī)本身并2022/12/19（1）電磁轉(zhuǎn)差離合器的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向1）從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速n取決于勵(lì)磁電流的大??；2）從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)向則取決于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。電磁轉(zhuǎn)差離合器本身并不是一個(gè)電動(dòng)機(jī)，它只是一種傳遞功率的裝置。電磁轉(zhuǎn)差離合器的機(jī)械特性n1——原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；Te——電磁轉(zhuǎn)差離合器軸上輸出轉(zhuǎn)矩；

IL——電磁轉(zhuǎn)差離合器的勵(lì)磁電流；

知識(shí)拓展2022/12/16（1）電磁轉(zhuǎn)差離合器的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向電磁轉(zhuǎn)差2022/12/19（2）電磁轉(zhuǎn)差離合器閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電磁轉(zhuǎn)差離合器的機(jī)械特性很軟，實(shí)際使用時(shí)都加上轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制，從而可獲得10:1的調(diào)速范圍。閉環(huán)系統(tǒng)的組成與相應(yīng)的靜特性如下圖所示。2022/12/16（2）電磁轉(zhuǎn)差離合器閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)2022/12/19

1)

優(yōu)點(diǎn)：

l

線路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜；

l

速度負(fù)反饋后調(diào)速相當(dāng)精確（平滑調(diào)速）。

2)

缺點(diǎn)：

l

低速運(yùn)行時(shí)損耗較大（增加了滑差離合器）；

l

調(diào)速效率較低。2022/12/161)

優(yōu)點(diǎn)：2)

缺2022/12/19四、變頻調(diào)速

交流變頻調(diào)速技術(shù)的原理是把工頻50Hz的交流電轉(zhuǎn)換成頻率和電壓可調(diào)的交流電，通過(guò)改變交流異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的供電頻率，在改變頻率的同時(shí)也改變電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。

變頻器在英文譯名是VFD（Variable-frequencyDrive）。變頻器在中、韓等亞洲地區(qū)受日本廠商影響而曾被稱作VVVF（VariableVoltageVariableFrequencyInverter）。

2022/12/16四、變頻調(diào)速交流變頻調(diào)速技術(shù)的原2022/12/19它與直流調(diào)速系統(tǒng)相比具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：（1）變頻調(diào)速裝置的大容量化。（2）變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍寬，能平滑調(diào)速，其調(diào)速靜態(tài)精度及動(dòng)態(tài)品質(zhì)好。（3）變頻調(diào)速系統(tǒng)可以直接在線起動(dòng)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)電流小，減小了對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊，并具有轉(zhuǎn)矩提升功能，節(jié)省軟起動(dòng)裝置。（4）變頻器內(nèi)置功能多，可滿足不同工藝要求；保護(hù)功能完善，能自診斷顯示故障所在，維護(hù)簡(jiǎn)便；具有通用的外部接口端子，可同計(jì)算機(jī)、PLC聯(lián)機(jī)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。（5）變頻調(diào)速系統(tǒng)在節(jié)約能源方面有著很大的優(yōu)勢(shì)，是目前世界公認(rèn)的交流電動(dòng)機(jī)的最理想、最有前途的調(diào)速技術(shù)。其中以風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的節(jié)能效果最為顯著，節(jié)電率可達(dá)到20%～60％。2022/12/16它與直流調(diào)速系統(tǒng)相比具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：2022/12/19軟起動(dòng)器和變頻器是兩種完全不同用途的產(chǎn)品。變頻器是用于需要調(diào)速的地方，其輸出不但改變電壓而且同時(shí)改變頻率；軟起動(dòng)器實(shí)際上是個(gè)調(diào)壓器，用于電機(jī)起動(dòng)時(shí)，輸出只改變電壓并沒(méi)有改變頻率。變頻器具備所有軟起動(dòng)器功能，但它的價(jià)格比軟起動(dòng)器貴得多，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜得多。軟起動(dòng)器與變頻器

知識(shí)拓展2022/12/16軟起動(dòng)器和變頻器是兩種完全不同用途的產(chǎn)品2022/12/195.2三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速原理2022/12/165.2三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速原理2022/12/191．變頻調(diào)速的條件

三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)E1的表達(dá)式為:E1=4.44?1N1KN1Φm=U1+△U式中:

E1——定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值

N1——定子每相繞組的匝數(shù)

KN1——定子繞組的繞組系數(shù)，KN1<1

?1——定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率，即電源的頻率

Φm——主磁通可見(jiàn)：E1∝?1Φm

將△U忽略，則E1≈U1∝?1Φm定子電壓漏阻抗壓降2022/12/161．變頻調(diào)速的條件三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞2022/12/19

當(dāng)U1

≈E1=const時(shí)，由E1≈U1∝?1Φm

知，?1↓→Φm↑→電動(dòng)機(jī)磁路過(guò)飽和，導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，電動(dòng)機(jī)因繞組過(guò)熱而損壞。當(dāng)U1≈E1=const時(shí)，由E1≈U1∝?1Φm

知，?1↑

→Φm↓，鐵芯利用不充分，同樣的轉(zhuǎn)子電流下，電磁轉(zhuǎn)矩T↓

，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降，電動(dòng)機(jī)的容量得不到充分利用。因此，為維持電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不變，必須使主磁通Φm=const，即U1?1=constE1?1=結(jié)論:變頻調(diào)速的條件是主磁通Φm保持不變2022/12/16當(dāng)U1≈E1=con2022/12/192．基頻以下恒磁通（恒轉(zhuǎn)矩）變頻調(diào)速Φm∝U1?1=constE1?1=

為保持主磁通不變，必須在變頻的同時(shí)變壓，使得壓頻比為一常數(shù)。因?yàn)樽冾l的同時(shí)還要改變電壓，所以稱為V/F控制，也稱為VVVF（VariableVoltageVariableFrequency）。

一般頻率是從額定頻率f1N向下調(diào)，所以需要同時(shí)降低電源電壓2022/12/162．基頻以下恒磁通（恒轉(zhuǎn)矩）變頻調(diào)速Φ2022/12/19

變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性11●理想空載轉(zhuǎn)速：n1↓∝f1↓U1f1●頻率在額定頻率附近下調(diào)時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩可以近似認(rèn)為不變。最大轉(zhuǎn)矩：Tm∝（

)不變Tm●頻率不同時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差n=const，所以穩(wěn)定工作區(qū)的機(jī)械特性基本是平行的。

nn當(dāng)f較低時(shí)，U

不能忽略，使I1↓→

Φm↓→Tm↓2022/12/16變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性11●理想2022/12/19基頻以下調(diào)速

這是恒壓頻比的控制方式。在恒壓頻比條件下改變頻率時(shí)，能夠證明：機(jī)械特性基本上是平行下移的，如圖所示。2022/12/16基頻以下調(diào)速這是恒壓頻2022/12/19

解決方法可用提高U1來(lái)補(bǔ)償U(kuò)的影響，使E1/?1不變，即Φm不變，這種控制方法稱為電壓補(bǔ)償，也稱為轉(zhuǎn)矩提升。

通常提高U1,來(lái)保持Tm不變。定子電源頻率f1越低，定子繞組電壓補(bǔ)償?shù)迷酱蟆?/p>

結(jié)論：從基頻以下調(diào)速時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T恒定，電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載的能力不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

2022/12/16解決方法可用提高U1來(lái)2022/12/193．基頻以上恒功率（恒電壓）變頻調(diào)速

當(dāng)f1＞f1N時(shí)，U1

=const，f↑→Φm↓（屬于弱磁調(diào)速）→電磁轉(zhuǎn)矩T

↓

→

P不變，屬于恒功率調(diào)速。●額定頻率以上調(diào)頻時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速增大，最大轉(zhuǎn)矩大幅減小?！褡畲筠D(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差n幾乎不變，但由于最大轉(zhuǎn)矩減小很多，所以機(jī)械特性斜度加大，特性變軟。2022/12/163．基頻以上恒功率（恒電壓）變頻調(diào)速2022/12/19基頻以上調(diào)速

在基頻f1N以上變頻調(diào)速時(shí)，由于電壓U1=U1N

不變，不難證明當(dāng)頻率提高時(shí)，同步轉(zhuǎn)速隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機(jī)械特性上移，如右圖所示。由于頻率提高而電壓不變，氣隙磁動(dòng)勢(shì)必然減弱，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩減小。由于轉(zhuǎn)速升高了，可以認(rèn)為輸出功率基本不變。所以，基頻以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。圖2—2—22022/12/16基頻以上調(diào)速在基頻f1N以2022/12/194．變頻調(diào)速特性的特點(diǎn)◆f1＜f1N

U1?1=constΦm不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速◆f1＞f1N

U1

=constΦm變小，電動(dòng)機(jī)的功率不變，屬于恒功率調(diào)速當(dāng)f較低時(shí)，U不能忽略P=T（↓）ω（↑）=const通常U1

以保持Tm不變（電壓補(bǔ)償）2022/12/164．變頻調(diào)速特性的特點(diǎn)◆f1＜f1N2022/12/195.3通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)

與控制方式2022/12/165.3通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)2022/12/19一、

基本結(jié)構(gòu)主電路控制電路2022/12/16一、基本結(jié)構(gòu)主電路控制電路2022/12/191．主電路

由整流電路、能耗電路和逆變電路組成。

將交流變成直流為泵生電壓提供放電回路將直流電逆變成頻率可調(diào)的交流電限制啟動(dòng)電流

續(xù)流二極管IGBT導(dǎo)通，并聯(lián)二極管為再生電流及能量返回直流電路提供通路2022/12/161．主電路由整流電路、能耗電路和逆變電2022/12/19（1）整流電路◆VD1~VD6組成三相不可控整流橋，將交流電變成513V的直流電，整流橋集成電路模塊如圖。2022/12/16（1）整流電路◆VD1~VD6組成三相不2022/12/19◆濾波電路：濾波電容器CF有兩個(gè)功能：一是濾平全波整流后的電壓紋波；二是當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，使直流電壓保持平穩(wěn)?！綦娫粗甘綡L：HL除了表示電源是否接通以外，還有一個(gè)十分重要的功能，即在變頻器切斷電源后，表示濾波電容器CF上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。2022/12/16◆濾波電路：濾波電容器CF有兩個(gè)功能：一2022/12/19（2）能耗電路電機(jī)在工作頻率下降中，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將可能超過(guò)此時(shí)的同步轉(zhuǎn)速（n=60f/P）而處于再生制動(dòng)（發(fā)電）狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能將反饋到直流電路中使直流母線（濾波電容兩端）電壓UD不斷上升（即所說(shuō)的泵升電壓），這樣變頻器將會(huì)產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)，甚至可能損壞變頻器，因而需將反饋能量消耗掉，制動(dòng)電阻就是用來(lái)消耗這部分能量的。制動(dòng)單元由開(kāi)關(guān)管VTB與驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，其功能是用來(lái)控制流經(jīng)RB的放電電流IB

2022/12/16（2）能耗電路2022/12/19電動(dòng)和制動(dòng)運(yùn)行2022/12/16電動(dòng)和制動(dòng)運(yùn)行2022/12/19單管IGBT◆

IGBT單管：IGBT，封裝較模塊小，電流通常在100A以下（3）逆變電路

逆變管VT1~VT6組成逆變橋?qū)⒅绷麟娔孀兂深l率、電壓都可調(diào)的交流電，是變頻器的核心部分。常用逆變模塊有：GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等，一般都采用模塊化結(jié)構(gòu)有2單元、4單元、6單元。2022/12/16單管IGBT◆IGBT單管：IGBT，2022/12/19◆IGBT模塊：就是將多個(gè)IGBT集成封裝在一起。目前市場(chǎng)上15kW以上變頻器使用的是150A/200A/300A/400A/450A的兩單元IGBT模塊或100A/150A的三相逆變IGBT模塊。全橋IGBT單橋IGBT2022/12/16◆IGBT模塊：就是將多個(gè)IGBT集成封2022/12/19IGBT整流橋與IGBT整流橋與封裝好的IGBT2022/12/16IGBT整流橋與IGBT整流橋與封裝好的2022/12/19

集成整流橋+制動(dòng)單元（PFC）+三相逆變（IGBT橋）

15kW以下小功率變頻器多采用25A/50A/75A的PIM模塊。PIM結(jié)構(gòu)包括三相全波整流和6～7個(gè)IGBT單元，即變頻器的主回路全部封裝在一個(gè)模塊內(nèi)，在中小功率變頻器上（15kW以下）均使用PIM模塊以降低成本。PIM（功率集成模塊）

知識(shí)拓展功率集成模塊PIM2022/12/16集成整流橋+制動(dòng)單元（PFC2022/12/19

智能IPM模塊問(wèn)世已有十年之久。它將IGBT、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路集成化成功率器件，用電流傳感功能芯片，對(duì)過(guò)流和短路進(jìn)行保護(hù)。IPM有四種電路形式：?jiǎn)喂芊庋b（H），雙管封裝（D），六合一封裝（C），七合一封裝（R）。由于IPM通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗都比較低，可使散熱器減小，因而整機(jī)尺寸亦可減小，又有自保護(hù)能力，國(guó)內(nèi)外55KW以下的變頻器多數(shù)采用IPM模塊。IPM有：短路保護(hù)（SC），過(guò)流保護(hù)（OC），欠壓保護(hù)（UV），過(guò)熱保護(hù)（OT），過(guò)壓保護(hù)（OV）等。

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）智能功率模塊IPM

知識(shí)拓展2022/12/16智能IPM模塊問(wèn)世已有十年之久。2022/12/192.控制電路變頻器控制部分一般有：CPU單元、顯示單元、電流檢測(cè)、電壓檢測(cè)單元、輸入輸出控制端子、驅(qū)動(dòng)放大電路、開(kāi)關(guān)電源等。●CPU單元：采用16位、32位單片機(jī)或DSP，變頻器專用單片機(jī)如：INTEL87C196MH，速度為幾十ns級(jí)。矢量控制型采用雙CPU。主控制電路板DSP－電機(jī)控制專用CPU

軟件燒制在DSP板上的DSP中，其核心是根據(jù)電壓及負(fù)載電流，來(lái)控制6個(gè)逆變IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。2022/12/162.控制電路變頻器控制部分一般有：CPU2022/12/19類別作用主要構(gòu)成器件主電路整流部分將工頻交流變成直流，輸入無(wú)相序要求整流橋逆變部分將直流轉(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)單元外置上電緩沖降低上電沖擊電流，上電結(jié)束后開(kāi)關(guān)自動(dòng)閉合，而后變頻器允許運(yùn)行限流電阻和開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能部分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2022/12/16類別作用主要構(gòu)成器件主整流部分將工頻交流2022/12/19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)扇兩種變頻器的構(gòu)成2022/12/16類別作用結(jié)構(gòu)件散熱器將整流橋、逆變器產(chǎn)生2022/12/193.外部端子——主回路接口

工頻電網(wǎng)輸入380V3PH/220V3PH220V1PHM3～制動(dòng)電阻直流電抗器三相交流電機(jī)P/+PR2022/12/163.外部端子——主回路接口工頻電2022/12/19主電路接口3.外部端子——控制電路端子控制電路輸入端子開(kāi)關(guān)量輸入模擬量輸入編碼器接口控制電路輸出端子開(kāi)關(guān)量輸出模擬量輸出通信接口外接控制端子——主要用于遠(yuǎn)距離、多功能控制通信接口——主要用于多電動(dòng)機(jī)、系統(tǒng)控制2022/12/16主電路接口3.外部端子——控制電路端子控2022/12/19通信接口

變頻器通常采用標(biāo)準(zhǔn)裝備RS485接口，配上選擇通信卡可以對(duì)應(yīng)世界各地的變頻器進(jìn)行通信。現(xiàn)場(chǎng)總線ＭＥＭOBUS（標(biāo)準(zhǔn)裝備）DeviceNetProfibus-DPCC-LinkCANopen

LonWorks

通信選用卡InterBus-S

RS485板2022/12/16通信接口變頻器通常采用標(biāo)2022/12/19二、

分類1.按變換環(huán)節(jié)分類

按變換環(huán)節(jié)來(lái)分可以分為交-交直接變頻器和交-直-交間接變頻器。優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有中間環(huán)節(jié)，變換效率高。缺點(diǎn)：總設(shè)備投資大，交-交變頻器的最大輸出頻率為30HZ，其應(yīng)用受到限制。改變正反組切換頻率可以調(diào)節(jié)輸出交流電的頻率，而改變?chǔ)恋拇笮〖纯烧{(diào)節(jié)矩形波的幅值2022/12/16二、分類1.按變換環(huán)節(jié)分類按變2022/12/19整流逆變直流電壓電源電壓輸出電壓◆變頻器的電壓波形變化輸出電壓的平均值是正弦波正弦波ＰＷＭ（脈寬調(diào)制）控制方式～整流部分儲(chǔ)能環(huán)節(jié)逆變部分M控制系統(tǒng)交流直流直流交流交-直-交變頻器：

目前三菱變頻器大都為交-直-交變頻器。2022/12/16整流逆變直流電壓電源電壓輸出電壓◆變頻2022/12/19交-直-交變頻器主要有3種結(jié)構(gòu)形式

調(diào)壓和調(diào)頻分別在兩個(gè)環(huán)節(jié)上，由控制電路進(jìn)行協(xié)調(diào)，但電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)低，輸出諧波大。整流環(huán)節(jié)采用不可控整流，增設(shè)斬波器進(jìn)行調(diào)壓，再用逆變器變頻，克服了功率因數(shù)低的缺點(diǎn)，輸出諧波仍大。調(diào)壓和調(diào)頻都在逆變器上進(jìn)行，輸出電壓是一系列脈沖，調(diào)節(jié)脈沖寬度就可以調(diào)節(jié)輸出電壓值，是最好的一種調(diào)壓調(diào)頻方法。2022/12/16交-直-交變頻器主要有3種結(jié)構(gòu)形式調(diào)壓2022/12/192．按直流電路的濾波方式分類

交-直-交變頻器中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件可以是電容或是電感，據(jù)此，變頻器分成電壓型變頻器和電流型變頻器兩大類。

輸出交流電壓是矩形波或階梯波，電流波形接近于正弦波

中間環(huán)節(jié)是大電容器濾波，使直流側(cè)電壓UD恒定，變頻器的輸出電壓隨之恒定，相當(dāng)于理想的電壓源，稱為交-直-交電壓型變頻器。電壓型變頻器現(xiàn)在變頻器大多都屬于電壓型2022/12/162．按直流電路的濾波方式分類交-直-交2022/12/19電流型變頻器

輸出交流電流是矩形波或階梯波，電壓波形接近于正弦波

中間環(huán)節(jié)是電感很大的電抗器濾波，電源阻抗很大，直流環(huán)節(jié)中的電流ID可近似于恒定，逆變器輸出電流隨之恒定，相當(dāng)于理想的電流源，稱為交－直－交電流型變頻器。

2022/12/16電流型變頻器輸出交流電流是矩形波或階梯2022/12/193．按輸出電壓的調(diào)制方式分類

按輸出電壓的調(diào)制方式分為脈幅調(diào)制（PAM）方式和脈寬調(diào)制（PWM）方式。

（1）脈幅調(diào)制可控整流器調(diào)壓，逆變器調(diào)頻，調(diào)壓和調(diào)頻分別在兩個(gè)不同的環(huán)節(jié)上進(jìn)行，控制復(fù)雜，較少采用。2022/12/163．按輸出電壓的調(diào)制方式分類按輸出電壓2022/12/19（2）脈寬調(diào)節(jié)

脈寬調(diào)節(jié)（PulseWidthModulation，PWM）方式指變頻器輸出電壓的大小是通過(guò)改變輸出脈沖的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)的。調(diào)節(jié)過(guò)程中，逆變器負(fù)責(zé)調(diào)頻調(diào)壓。

2022/12/16（2）脈寬調(diào)節(jié)脈寬調(diào)節(jié)2022/12/19SPWM調(diào)制載波PWM（PulseWidthModuration）調(diào)制PWM調(diào)制是：利用半導(dǎo)體開(kāi)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。SPWM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(kāi)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壓，能獲得理想的控制效果：輸出電流近似正弦載波頻率必須高，才能保證調(diào)制后得到的波形與調(diào)制前效果相同GTR變頻器由于開(kāi)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（2）脈寬調(diào)節(jié)

2022/12/16SPWM調(diào)制載波PWM（PulseWi2022/12/194．按變頻控制方式分類

根據(jù)變頻控制方式的不同，變頻器大致可以分4類：U/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器、矢量控制變頻器和直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器。

5．按用途分類

分為通用變頻器和專用變頻器。此外，變頻器按電壓等級(jí)可分低壓變頻器和高壓變頻器，低壓變頻器分為單相220V、三相380V、三相660V、三相1

140V。高壓（國(guó)際上稱作中壓）變頻器分為3kV、6kV和l0kV3種。如果采用公共直流母線逆變器，則要選擇直流電壓，其等級(jí)有24V、48V、110V、200V、500V、1

000V等。

2022/12/164．按變頻控制方式分類5．按用途分類分2022/12/19三、控制方式1.U/f控制方式

U/f控制方式是指在變頻調(diào)速過(guò)程中為了保持主磁通的恒定，而使U/f=常數(shù)的控制方式，這是變頻器的基本控制方式。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，機(jī)械特性硬度好，可滿足一般傳動(dòng)平滑調(diào)速的需要；缺點(diǎn)是低頻運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)容易出現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩不足，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償；開(kāi)環(huán)運(yùn)行時(shí)，控制性能相對(duì)差些。應(yīng)用場(chǎng)合：多用于通用變頻器，進(jìn)行風(fēng)機(jī)、泵類、生產(chǎn)線的工作臺(tái)傳動(dòng)、空調(diào)等的控制。2022/12/16三、控制方式1.U/f控制方式2022/12/192、轉(zhuǎn)差頻率控制方式

（1）U/f控制方式可滿足普通系統(tǒng)的控制要求，其轉(zhuǎn)速控制精度及系統(tǒng)的響應(yīng)性較差。（2）轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器是利用閉環(huán)控制環(huán)節(jié)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速差和轉(zhuǎn)矩成正比的原理，通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差Δn，來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速精度的目的。（3）轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器內(nèi)設(shè)比較電路和PID控制電路，處理目標(biāo)信號(hào)和反饋信號(hào)。2022/12/162、轉(zhuǎn)差頻率控制方式2022/12/19U/f控制變頻器和轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器的區(qū)別：

U/?控制變頻器內(nèi)部不用設(shè)置PID控制功能，不用設(shè)置反饋端子。而轉(zhuǎn)差頻率控制在變頻器的內(nèi)部要設(shè)比較電路和PID控制電路。如果用U/?控制變頻器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，要在變頻器之外配置PID控制板。

用U/?控制變頻器實(shí)現(xiàn)PID控制2022/12/16U/f控制變頻器和轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器的區(qū)2022/12/19

矢量控制理論是上世紀(jì)70年代西門子公司工程師F.Blaschke首先提出，用來(lái)解決交流電動(dòng)機(jī)控制問(wèn)題。磁場(chǎng)定向原理：分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)距的目的。利用“等效”的概念，將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量（勵(lì)磁電流）和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅度和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。（1）控制策略3.矢量控制方式2022/12/16矢量控制理論是上世紀(jì)702022/12/19

不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相媲美，而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距。異步電動(dòng)機(jī)上需同軸安裝編碼器，用于轉(zhuǎn)子角位移測(cè)量和轉(zhuǎn)速測(cè)量。矢量變頻器具有異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、辯識(shí)和自適應(yīng)等功能。在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動(dòng)地對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，并根據(jù)辨識(shí)結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制。（2）矢量控制的性能特點(diǎn)2022/12/16不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相媲美，2022/12/19（3）矢量控制種類：

有速度傳感器的矢量控制需外接

無(wú)反饋矢量控制內(nèi)部已有反饋（4）優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)速范圍寬，低頻轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)矩控制精確、控制靈活；缺點(diǎn)：是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通用性差，只能帶一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。（5）矢量控制的實(shí)現(xiàn)：矢量控制專用芯片，AD2S100等。（6）應(yīng)用場(chǎng)合：

★要求高速響應(yīng)的工作機(jī)械；

★惡劣工作環(huán)境中的工作機(jī)械，高溫、高濕、腐蝕氣體；

★高精度拖動(dòng)；

★四象限運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備；2022/12/16（3）矢量控制種類：2022/12/194、直接轉(zhuǎn)矩控制方式

直接轉(zhuǎn)矩控制DTC（DirectTorqueControl）是繼矢量控制VC之后發(fā)展起來(lái)的另一種高動(dòng)態(tài)性能的交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，于1985年由德國(guó)M.Depnbrock首先提出來(lái)。直接轉(zhuǎn)矩控制是因?yàn)槔棉D(zhuǎn)矩反饋直接控制電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩而得名。（1）直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器是直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。（2）特點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便。缺點(diǎn)是低速區(qū)電流和磁鏈的畸變嚴(yán)重，低速時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，因此調(diào)速范圍減小。（3）應(yīng)用場(chǎng)合：電力機(jī)車牽引等大功率交流傳動(dòng)。2022/12/164、直接轉(zhuǎn)矩控制方式2022/12/19項(xiàng)目通用變頻器高性能變頻器控制算法U/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(kāi)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(kāi)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(kāi)環(huán)矢量)，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(kāi)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)2022/12/16項(xiàng)目通用變頻器高性能變頻器控制算法U/f2022/12/19（1）交流調(diào)速的分類

本章小結(jié)2022/12/16（1）交流調(diào)速的分類本章2022/12/19（2）變頻調(diào)速的條件為在調(diào)節(jié)頻率f1的同時(shí)還要調(diào)壓，即能夠維持主磁通Φm不變（即恒磁通控制方式），亦即U1/?1=

常數(shù)。（3）當(dāng)定子繞組的交流電源頻率f1由基頻向下調(diào)節(jié)時(shí)，采用U1/f1=

常數(shù)的調(diào)速方式。當(dāng)f1很低時(shí)，將引起低速時(shí)的最大輸出轉(zhuǎn)矩減小，可用提高U1來(lái)補(bǔ)償定子阻抗壓降，使E1/?1不變，即Φm不變，這種控制方法稱為電壓補(bǔ)償，也稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，它屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。當(dāng)f1由基頻向上調(diào)節(jié)時(shí)，加到定子繞組的電壓只能保持額定電壓不變，屬于弱磁恒功率調(diào)速。2022/12/16（2）變頻調(diào)速的條件為在調(diào)節(jié)頻率f1的同2022/12/19（4）變頻器分為兩個(gè)部分。主電路包括整流、能耗、逆變單元；控制電路包括驅(qū)動(dòng)控制單元、主控單元、保護(hù)及報(bào)警單元、參數(shù)設(shè)定和監(jiān)視單元等。

（5）變頻器的種類繁多，根據(jù)不同的分類方法可以將變頻器進(jìn)行如下分類。①按變換環(huán)節(jié)分交-直-交型：低壓變頻器通用，調(diào)節(jié)頻率范圍較寬。交-交型：變換效率高，可調(diào)頻率范圍窄，用于低速大容量的調(diào)速系統(tǒng)。2022/12/16（4）變頻器分為兩個(gè)部分。主電路包括整流2022/12/19③按電壓的等級(jí)分

低壓變頻器：220～1140V，一般為中小容量。高壓大容量變頻器：電壓等級(jí)有3kV、6kV、10kV。④按濾波方式分

電流型：電感濾波，適用于大容量變頻器。電壓型：電容濾波，適用于小容量變頻器。⑤按用途分

專用型：為具體應(yīng)用而設(shè)計(jì)，使用面窄、價(jià)格高、操作簡(jiǎn)單。通用型：用于機(jī)械傳動(dòng)調(diào)速，功能齊全、性能好、價(jià)格低。（6）變頻器控制方式分為U/f控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制方式、矢量控制方式和直接轉(zhuǎn)矩控制方式。2022/12/16③按電壓的等級(jí)分④按濾波方式分⑤按第五章交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速及變頻原理第五章交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速及變頻原理2022/12/195.2三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速原理5.3通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)與控制方式5.1交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本類型目錄Contents2022/12/165.2三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速原2022/12/19【知識(shí)目標(biāo)】1.了解交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的3種基本方法。2．掌握通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)及變頻原理。充分理解和把握基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況下調(diào)頻與調(diào)壓協(xié)調(diào)控制特性。3．了解通用變頻器的各種分類方法和控制方式。2022/12/16【知識(shí)目標(biāo)】1.了解交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的3種2022/12/195.1交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本類型2022/12/165.1交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本類型2022/12/19由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：可知，異步電動(dòng)機(jī)有下列三種基本調(diào)速方法：（1）改變定子極對(duì)數(shù)調(diào)速。（2）改變電源頻率調(diào)速。（3）改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。2022/12/16由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：可知，異步電動(dòng)機(jī)2022/12/19變頻

(他控式、自控式）變極調(diào)壓串電阻串級(jí)電磁轉(zhuǎn)差離合器耗能型有級(jí)調(diào)速設(shè)備費(fèi)用高異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式：2022/12/16變頻(他控式、自控式）變極調(diào)壓串電阻串2022/12/19

科學(xué)分類方法（根據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)差功率的處理方法）分為三類：（1）轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)：轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化成熱能而被消耗掉。

特點(diǎn)：系統(tǒng)的效率低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。調(diào)壓調(diào)速、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)屬于此類。（2）轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)——轉(zhuǎn)差功率的少部分被消耗掉，大部分通過(guò)變流裝置回饋給電網(wǎng)或者轉(zhuǎn)化為機(jī)械能予以利用。

特點(diǎn)：效率高。串級(jí)調(diào)速屬該類系統(tǒng)。（3）轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)——調(diào)速過(guò)程中，轉(zhuǎn)差功率基本不變。

特點(diǎn)：效率最高。變極調(diào)速、變頻調(diào)速系統(tǒng)屬于此類。2022/12/16科學(xué)分類方法（根據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)差功率的處理方法2022/12/19一、變極調(diào)速

磁極對(duì)數(shù)p的改變，取決于電動(dòng)機(jī)定子繞組的結(jié)構(gòu)和接線。通過(guò)改變定子繞組的接線，就可以改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速取決于磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)02022/12/16一、變極調(diào)速磁極對(duì)數(shù)p的改2022/12/19一、變極調(diào)速

磁極對(duì)數(shù)每個(gè)電流周期磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)的空間角度同步轉(zhuǎn)速n0電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速取決于磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)02022/12/16一、變極調(diào)速磁極對(duì)數(shù)每個(gè)電流周期同步轉(zhuǎn)2022/12/19U相兩個(gè)線圈，順向串聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生4極磁場(chǎng)。反向串聯(lián)和反向并聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生2極磁場(chǎng)。以4極變2極為例：2022/12/16U相兩個(gè)線圈，順向串聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生4極2022/12/19目前，我國(guó)多極電動(dòng)機(jī)定子繞組聯(lián)繞方式常用的有兩種：一種是從星形改成雙星形，寫作Y/YY，如圖所示；Y-YY后,電動(dòng)機(jī)極數(shù)減少一半,轉(zhuǎn)速增大一倍,即，容許輸出功率增大一倍，而容許輸出轉(zhuǎn)矩保持不變，所以這種變極調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，它適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。變極時(shí)，調(diào)換相序，以保證變極調(diào)速以后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變。2022/12/16目前，我國(guó)多極電動(dòng)機(jī)定子繞組聯(lián)繞方式常用2022/12/19另一種是從三角形改成雙星形，寫作△/YY，如圖6-4所示，這兩種接法可使電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)減少一半。

?-YY后,極數(shù)減少一半,轉(zhuǎn)速增大一倍,即，容許輸出功率近似不變，所以這種變極調(diào)速屬于恒功率調(diào)速，它適用于恒功率負(fù)載。變極時(shí)，調(diào)換相序，以保證變極調(diào)速以后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變。2022/12/16另一種是從三角形改成雙星形，寫作△/YY2022/12/19變極調(diào)速只用于籠型電動(dòng)機(jī)。

這種方法的缺點(diǎn)是十分明顯的:一臺(tái)電動(dòng)機(jī)最多只能安置兩套繞組，每套繞組最多只能有兩種接法。所以最多只能得到4種轉(zhuǎn)速，與所要求的無(wú)級(jí)調(diào)速相去甚遠(yuǎn)。2022/12/16變極調(diào)速只用于籠型電動(dòng)機(jī)。這種方2022/12/19二、

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速1.改變定子電壓調(diào)速

異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式:其中：p為電機(jī)極對(duì)數(shù)；

U1為相電壓有效值

R1為定子每相繞組的內(nèi)阻

Ll1為每相漏感

R2′為折算到定子側(cè)的每相電阻

Ll2′為折算到定子側(cè)的漏感電機(jī)參數(shù)一定，當(dāng)S，f1不變時(shí)，T僅與U1有關(guān)。2022/12/16二、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速1.改變定子電壓調(diào)速2022/12/19調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性123cban0（1）異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速時(shí)存在的問(wèn)題

1）改變定子調(diào)壓時(shí)調(diào)速范圍不大（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）。如圖1、2、3點(diǎn)。

2）低速時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定性不好（如c點(diǎn)），轉(zhuǎn)子電流相應(yīng)增大。為了既低速運(yùn)行穩(wěn)定又不致過(guò)熱，要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組有較高的電阻。0.7UN0.5UN0

當(dāng)s一定時(shí)，

T∝U

2

，改變U1得到一組不同的人為特性。在帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TZ時(shí)，可得到不同的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，如下圖中的1、2、3點(diǎn)。同步轉(zhuǎn)速n0不變，臨界轉(zhuǎn)差率Sm不變2022/12/16調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性123cban0（1）2022/12/19（2）解決問(wèn)題的措施使用高轉(zhuǎn)子電阻的電機(jī)。高轉(zhuǎn)子電阻電機(jī)的機(jī)械特性如圖所示。

高轉(zhuǎn)子電阻異步電動(dòng)機(jī)在不同電壓下的機(jī)械特性可見(jiàn)：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下，調(diào)速范圍變大，轉(zhuǎn)子電流減小。2022/12/16（2）解決問(wèn)題的措施2022/12/19如下左圖所示。單相調(diào)壓電路如右圖所示。晶閘管單相調(diào)壓電路

晶閘管相位控制下的負(fù)載電壓波形

通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)改變輸出交流電壓的大小。獲取交流電源的方法

知識(shí)拓展晶閘管交流調(diào)壓裝置2022/12/16晶閘管單相調(diào)壓電路晶閘管相位控制2022/12/19晶閘管三相交流調(diào)壓電路如圖所示。這種電路接法的特點(diǎn)是負(fù)載輸出諧波分量低，適用于低電壓大電流的場(chǎng)合。

圖4-6三相全波星形聯(lián)結(jié)的調(diào)壓電路2022/12/16晶閘管三相交流調(diào)壓電路如圖所示。這種電路2022/12/19（3）采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（既保證低速時(shí)機(jī)械特性硬度，又保證一定負(fù)載能力）。

轉(zhuǎn)子電阻的增大使調(diào)速范圍擴(kuò)大，機(jī)械特性變軟，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率變大。解決方法：采用帶速度負(fù)反饋的閉環(huán)控制。（a）原理圖

2022/12/16（3）采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（既保證2022/12/19（4）調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖

調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖

它與單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖非常相似，只要將直流調(diào)速系統(tǒng)中的晶閘管整流器、直流電動(dòng)機(jī)換成晶閘管交流調(diào)壓器（圖中的晶閘管調(diào)壓裝置）、異步電動(dòng)機(jī)即可。2022/12/16（4）調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖調(diào)壓2022/12/1912輕載調(diào)速范圍不大調(diào)速前：1，S1調(diào)速后：2，S22.轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速

繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的機(jī)械特性如圖所示。轉(zhuǎn)子串電阻時(shí)同步轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)矩Tm不變，臨界轉(zhuǎn)差率增大。

0不變不變02022/12/1612輕載調(diào)速范圍不大調(diào)速前：1，S1調(diào)速2022/12/19轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備簡(jiǎn)單，主要用于中、小容量的繞線式異步電動(dòng)機(jī)如橋式起重機(jī)等。缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)子繞組需經(jīng)過(guò)電刷引出，屬于有級(jí)調(diào)速，平滑性差；由于轉(zhuǎn)子中電流很大，在串接電阻上產(chǎn)生很大損耗，所以電動(dòng)機(jī)的效率很低，機(jī)械特性較軟，調(diào)速精度差。2022/12/16轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是：2022/12/193.串級(jí)調(diào)速

在轉(zhuǎn)子回路中串入與轉(zhuǎn)子電勢(shì)同頻率的附加電勢(shì)，通過(guò)改變附加電勢(shì)的幅值和相位實(shí)現(xiàn)調(diào)速。其優(yōu)點(diǎn)是：可以通過(guò)某種控制方式，使轉(zhuǎn)子回路的能量回饋到電網(wǎng)，從而提高效率；在適當(dāng)?shù)目刂品绞较?，可以?shí)現(xiàn)低同步或高同步的連續(xù)調(diào)速。缺點(diǎn)是：只能適應(yīng)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)，且控制系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。

2022/12/163.串級(jí)調(diào)速在轉(zhuǎn)子回路中串入與轉(zhuǎn)子電勢(shì)2022/12/19三、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速（異步電動(dòng)機(jī)本身并不調(diào)速）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)是由籠型異步電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器以及控制裝置組合而成。（一）電磁轉(zhuǎn)差離合器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理從動(dòng)部分電樞由籠型異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，稱主動(dòng)部分

2022/12/16三、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速（異步電動(dòng)機(jī)本身并2022/12/19（1）電磁轉(zhuǎn)差離合器的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向1）從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速n取決于勵(lì)磁電流的大小；2）從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)向則取決于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。電磁轉(zhuǎn)差離合器本身并不是一個(gè)電動(dòng)機(jī)，它只是一種傳遞功率的裝置。電磁轉(zhuǎn)差離合器的機(jī)械特性n1——原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；Te——電磁轉(zhuǎn)差離合器軸上輸出轉(zhuǎn)矩；

IL——電磁轉(zhuǎn)差離合器的勵(lì)磁電流；

知識(shí)拓展2022/12/16（1）電磁轉(zhuǎn)差離合器的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向電磁轉(zhuǎn)差2022/12/19（2）電磁轉(zhuǎn)差離合器閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電磁轉(zhuǎn)差離合器的機(jī)械特性很軟，實(shí)際使用時(shí)都加上轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制，從而可獲得10:1的調(diào)速范圍。閉環(huán)系統(tǒng)的組成與相應(yīng)的靜特性如下圖所示。2022/12/16（2）電磁轉(zhuǎn)差離合器閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)2022/12/19

1)

優(yōu)點(diǎn)：

l

線路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜；

l

速度負(fù)反饋后調(diào)速相當(dāng)精確（平滑調(diào)速）。

2)

缺點(diǎn)：

l

低速運(yùn)行時(shí)損耗較大（增加了滑差離合器）；

l

調(diào)速效率較低。2022/12/161)

優(yōu)點(diǎn)：2)

缺2022/12/19四、變頻調(diào)速

交流變頻調(diào)速技術(shù)的原理是把工頻50Hz的交流電轉(zhuǎn)換成頻率和電壓可調(diào)的交流電，通過(guò)改變交流異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的供電頻率，在改變頻率的同時(shí)也改變電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。

變頻器在英文譯名是VFD（Variable-frequencyDrive）。變頻器在中、韓等亞洲地區(qū)受日本廠商影響而曾被稱作VVVF（VariableVoltageVariableFrequencyInverter）。

2022/12/16四、變頻調(diào)速交流變頻調(diào)速技術(shù)的原2022/12/19它與直流調(diào)速系統(tǒng)相比具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：（1）變頻調(diào)速裝置的大容量化。（2）變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍寬，能平滑調(diào)速，其調(diào)速靜態(tài)精度及動(dòng)態(tài)品質(zhì)好。（3）變頻調(diào)速系統(tǒng)可以直接在線起動(dòng)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)電流小，減小了對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊，并具有轉(zhuǎn)矩提升功能，節(jié)省軟起動(dòng)裝置。（4）變頻器內(nèi)置功能多，可滿足不同工藝要求；保護(hù)功能完善，能自診斷顯示故障所在，維護(hù)簡(jiǎn)便；具有通用的外部接口端子，可同計(jì)算機(jī)、PLC聯(lián)機(jī)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。（5）變頻調(diào)速系統(tǒng)在節(jié)約能源方面有著很大的優(yōu)勢(shì)，是目前世界公認(rèn)的交流電動(dòng)機(jī)的最理想、最有前途的調(diào)速技術(shù)。其中以風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的節(jié)能效果最為顯著，節(jié)電率可達(dá)到20%～60％。2022/12/16它與直流調(diào)速系統(tǒng)相比具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：2022/12/19軟起動(dòng)器和變頻器是兩種完全不同用途的產(chǎn)品。變頻器是用于需要調(diào)速的地方，其輸出不但改變電壓而且同時(shí)改變頻率；軟起動(dòng)器實(shí)際上是個(gè)調(diào)壓器，用于電機(jī)起動(dòng)時(shí)，輸出只改變電壓并沒(méi)有改變頻率。變頻器具備所有軟起動(dòng)器功能，但它的價(jià)格比軟起動(dòng)器貴得多，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜得多。軟起動(dòng)器與變頻器

知識(shí)拓展2022/12/16軟起動(dòng)器和變頻器是兩種完全不同用途的產(chǎn)品2022/12/195.2三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速原理2022/12/165.2三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速原理2022/12/191．變頻調(diào)速的條件

三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)E1的表達(dá)式為:E1=4.44?1N1KN1Φm=U1+△U式中:

E1——定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值

N1——定子每相繞組的匝數(shù)

KN1——定子繞組的繞組系數(shù)，KN1<1

?1——定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率，即電源的頻率

Φm——主磁通可見(jiàn)：E1∝?1Φm

將△U忽略，則E1≈U1∝?1Φm定子電壓漏阻抗壓降2022/12/161．變頻調(diào)速的條件三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞2022/12/19

當(dāng)U1

≈E1=const時(shí)，由E1≈U1∝?1Φm

知，?1↓→Φm↑→電動(dòng)機(jī)磁路過(guò)飽和，導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，電動(dòng)機(jī)因繞組過(guò)熱而損壞。當(dāng)U1≈E1=const時(shí)，由E1≈U1∝?1Φm

知，?1↑

→Φm↓，鐵芯利用不充分，同樣的轉(zhuǎn)子電流下，電磁轉(zhuǎn)矩T↓

，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降，電動(dòng)機(jī)的容量得不到充分利用。因此，為維持電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不變，必須使主磁通Φm=const，即U1?1=constE1?1=結(jié)論:變頻調(diào)速的條件是主磁通Φm保持不變2022/12/16當(dāng)U1≈E1=con2022/12/192．基頻以下恒磁通（恒轉(zhuǎn)矩）變頻調(diào)速Φm∝U1?1=constE1?1=

為保持主磁通不變，必須在變頻的同時(shí)變壓，使得壓頻比為一常數(shù)。因?yàn)樽冾l的同時(shí)還要改變電壓，所以稱為V/F控制，也稱為VVVF（VariableVoltageVariableFrequency）。

一般頻率是從額定頻率f1N向下調(diào)，所以需要同時(shí)降低電源電壓2022/12/162．基頻以下恒磁通（恒轉(zhuǎn)矩）變頻調(diào)速Φ2022/12/19

變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性11●理想空載轉(zhuǎn)速：n1↓∝f1↓U1f1●頻率在額定頻率附近下調(diào)時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩可以近似認(rèn)為不變。最大轉(zhuǎn)矩：Tm∝（

)不變Tm●頻率不同時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差n=const，所以穩(wěn)定工作區(qū)的機(jī)械特性基本是平行的。

nn當(dāng)f較低時(shí)，U

不能忽略，使I1↓→

Φm↓→Tm↓2022/12/16變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性11●理想2022/12/19基頻以下調(diào)速

這是恒壓頻比的控制方式。在恒壓頻比條件下改變頻率時(shí)，能夠證明：機(jī)械特性基本上是平行下移的，如圖所示。2022/12/16基頻以下調(diào)速這是恒壓頻2022/12/19

解決方法可用提高U1來(lái)補(bǔ)償U(kuò)的影響，使E1/?1不變，即Φm不變，這種控制方法稱為電壓補(bǔ)償，也稱為轉(zhuǎn)矩提升。

通常提高U1,來(lái)保持Tm不變。定子電源頻率f1越低，定子繞組電壓補(bǔ)償?shù)迷酱蟆?/p>

結(jié)論：從基頻以下調(diào)速時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T恒定，電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載的能力不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

2022/12/16解決方法可用提高U1來(lái)2022/12/193．基頻以上恒功率（恒電壓）變頻調(diào)速

當(dāng)f1＞f1N時(shí)，U1

=const，f↑→Φm↓（屬于弱磁調(diào)速）→電磁轉(zhuǎn)矩T

↓

→

P不變，屬于恒功率調(diào)速。●額定頻率以上調(diào)頻時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速增大，最大轉(zhuǎn)矩大幅減小。●最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差n幾乎不變，但由于最大轉(zhuǎn)矩減小很多，所以機(jī)械特性斜度加大，特性變軟。2022/12/163．基頻以上恒功率（恒電壓）變頻調(diào)速2022/12/19基頻以上調(diào)速

在基頻f1N以上變頻調(diào)速時(shí)，由于電壓U1=U1N

不變，不難證明當(dāng)頻率提高時(shí)，同步轉(zhuǎn)速隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機(jī)械特性上移，如右圖所示。由于頻率提高而電壓不變，氣隙磁動(dòng)勢(shì)必然減弱，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩減小。由于轉(zhuǎn)速升高了，可以認(rèn)為輸出功率基本不變。所以，基頻以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。圖2—2—22022/12/16基頻以上調(diào)速在基頻f1N以2022/12/194．變頻調(diào)速特性的特點(diǎn)◆f1＜f1N

U1?1=constΦm不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速◆f1＞f1N

U1

=constΦm變小，電動(dòng)機(jī)的功率不變，屬于恒功率調(diào)速當(dāng)f較低時(shí)，U不能忽略P=T（↓）ω（↑）=const通常U1

以保持Tm不變（電壓補(bǔ)償）2022/12/164．變頻調(diào)速特性的特點(diǎn)◆f1＜f1N2022/12/195.3通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)

與控制方式2022/12/165.3通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)2022/12/19一、

基本結(jié)構(gòu)主電路控制電路2022/12/16一、基本結(jié)構(gòu)主電路控制電路2022/12/191．主電路

由整流電路、能耗電路和逆變電路組成。

將交流變成直流為泵生電壓提供放電回路將直流電逆變成頻率可調(diào)的交流電限制啟動(dòng)電流

續(xù)流二極管IGBT導(dǎo)通，并聯(lián)二極管為再生電流及能量返回直流電路提供通路2022/12/161．主電路由整流電路、能耗電路和逆變電2022/12/19（1）整流電路◆VD1~VD6組成三相不可控整流橋，將交流電變成513V的直流電，整流橋集成電路模塊如圖。2022/12/16（1）整流電路◆VD1~VD6組成三相不2022/12/19◆濾波電路：濾波電容器CF有兩個(gè)功能：一是濾平全波整流后的電壓紋波；二是當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，使直流電壓保持平穩(wěn)?！綦娫粗甘綡L：HL除了表示電源是否接通以外，還有一個(gè)十分重要的功能，即在變頻器切斷電源后，表示濾波電容器CF上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。2022/12/16◆濾波電路：濾波電容器CF有兩個(gè)功能：一2022/12/19（2）能耗電路電機(jī)在工作頻率下降中，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將可能超過(guò)此時(shí)的同步轉(zhuǎn)速（n=60f/P）而處于再生制動(dòng)（發(fā)電）狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能將反饋到直流電路中使直流母線（濾波電容兩端）電壓UD不斷上升（即所說(shuō)的泵升電壓），這樣變頻器將會(huì)產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)，甚至可能損壞變頻器，因而需將反饋能量消耗掉，制動(dòng)電阻就是用來(lái)消耗這部分能量的。制動(dòng)單元由開(kāi)關(guān)管VTB與驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，其功能是用來(lái)控制流經(jīng)RB的放電電流IB

2022/12/16（2）能耗電路2022/12/19電動(dòng)和制動(dòng)運(yùn)行2022/12/16電動(dòng)和制動(dòng)運(yùn)行2022/12/19單管IGBT◆

IGBT單管：IGBT，封裝較模塊小，電流通常在100A以下（3）逆變電路

逆變管VT1~VT6組成逆變橋?qū)⒅绷麟娔孀兂深l率、電壓都可調(diào)的交流電，是變頻器的核心部分。常用逆變模塊有：GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等，一般都采用模塊化結(jié)構(gòu)有2單元、4單元、6單元。2022/12/16單管IGBT◆IGBT單管：IGBT，2022/12/19◆IGBT模塊：就是將多個(gè)IGBT集成封裝在一起。目前市場(chǎng)上15kW以上變頻器使用的是150A/200A/300A/400A/450A的兩單元IGBT模塊或100A/150A的三相逆變IGBT模塊。全橋IGBT單橋IGBT2022/12/16◆IGBT模塊：就是將多個(gè)IGBT集成封2022/12/19IGBT整流橋與IGBT整流橋與封裝好的IGBT2022/12/16IGBT整流橋與IGBT整流橋與封裝好的2022/12/19

集成整流橋+制動(dòng)單元（PFC）+三相逆變（IGBT橋）

15kW以下小功率變頻器多采用25A/50A/75A的PIM模塊。PIM結(jié)構(gòu)包括三相全波整流和6～7個(gè)IGBT單元，即變頻器的主回路全部封裝在一個(gè)模塊內(nèi)，在中小功率變頻器上（15kW以下）均使用PIM模塊以降低成本。PIM（功率集成模塊）

知識(shí)拓展功率集成模塊PIM2022/12/16集成整流橋+制動(dòng)單元（PFC2022/12/19

智能IPM模塊問(wèn)世已有十年之久。它將IGBT、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路集成化成功率器件，用電流傳感功能芯片，對(duì)過(guò)流和短路進(jìn)行保護(hù)。IPM有四種電路形式：?jiǎn)喂芊庋b（H），雙管封裝（D），六合一封裝（C），七合一封裝（R）。由于IPM通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗都比較低，可使散熱器減小，因而整機(jī)尺寸亦可減小，又有自保護(hù)能力，國(guó)內(nèi)外55KW以下的變頻器多數(shù)采用IPM模塊。IPM有：短路保護(hù)（SC），過(guò)流保護(hù)（OC），欠壓保護(hù)（UV），過(guò)熱保護(hù)（OT），過(guò)壓保護(hù)（OV）等。

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）智能功率模塊IPM

知識(shí)拓展2022/12/16智能IPM模塊問(wèn)世已有十年之久。2022/12/192.控制電路變頻器控制部分一般有：CPU單元、顯示單元、電流檢測(cè)、電壓檢測(cè)單元、輸入輸出控制端子、驅(qū)動(dòng)放大電路、開(kāi)關(guān)電源等?！馛PU單元：采用16位、32位單片機(jī)或DSP，變頻器專用單片機(jī)如：INTEL87C196MH，速度為幾十ns級(jí)。矢量控制型采用雙CPU。主控制電路板DSP－電機(jī)控制專用CPU

軟件燒制在DSP板上的DSP中，其核心是根據(jù)電壓及負(fù)載電流，來(lái)控制6個(gè)逆變IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。2022/12/162.控制電路變頻器控制部分一般有：CPU2022/12/19類別作用主要構(gòu)成器件主電路整流部分將工頻交流變成直流，輸入無(wú)相序要求整流橋逆變部分將直流轉(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)單元外置上電緩沖降低上電沖擊電流，上電結(jié)束后開(kāi)關(guān)自動(dòng)閉合，而后變頻器允許運(yùn)行限流電阻和開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能部分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2022/12/16類別作用主要構(gòu)成器件主整流部分將工頻交流2022/12/19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)扇兩種變頻器的構(gòu)成2022/12/16類別作用結(jié)構(gòu)件散熱器將整流橋、逆變器產(chǎn)生2022/12/193.外部端子——主回路接口

工頻電網(wǎng)輸入380V3PH/220V3PH220V1PHM3～制動(dòng)電阻直流電抗器三相交流電機(jī)P/+PR2022/12/163.外部端子——主回路接口工頻電2022/12/19主電路接口3.外部端子——控制電路端子控制電路輸入端子開(kāi)關(guān)量輸入模擬量輸入編碼器接口控制電路輸出端子開(kāi)關(guān)