變頻技術(shù)課件：變頻器基礎(chǔ)知識(shí)

§1-1三相交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理學(xué)習(xí)目標(biāo)1．理解三相交流異步電動(dòng)機(jī)的工作原理。2．掌握三相交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。3．理解三相交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的機(jī)械特性。1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)差率（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生一、三相交流異步電動(dòng)機(jī)的工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生過(guò)程旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生過(guò)程（2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）式中n1—旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，r/min；f1—電源的頻率，Hz；p—電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)。（3）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向由電源的相序決定：電源為正序（或順序，按U-V-W排列），則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；電源為逆相序（或反序，按W-V-U排列），旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。（4）三相交流異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相交流異步電動(dòng)機(jī)的工作原理2.轉(zhuǎn)差率s式中s—轉(zhuǎn)差率；n1—同步轉(zhuǎn)速，r/min；n—轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min。二、三相交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n

的表達(dá)式為：根據(jù)三相交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可知，三相交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有:變頻（f1）調(diào)速、變極（p）

調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率（s）調(diào)速三種。1.變極調(diào)速定義：電源頻率不變的條件下，通過(guò)改變定子空間磁極對(duì)數(shù)的方式改變同步轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)速的目的。三相交流異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速是有級(jí)調(diào)速，通過(guò)改變磁極對(duì)數(shù)p，可以得到2∶1調(diào)速、3∶2調(diào)速、4∶3調(diào)速及三速電動(dòng)機(jī)等，調(diào)速的級(jí)數(shù)很少。2.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速一般僅適用于繞線型異步電動(dòng)機(jī)，具體實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方法很多。例如：轉(zhuǎn)子串電阻的串級(jí)調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速等。隨著s的增大，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟，效率降低。3.變頻調(diào)速（1）基頻以下恒磁通（恒轉(zhuǎn)矩）變頻調(diào)速1）恒磁通變頻調(diào)速的原因。恒磁通變頻調(diào)速實(shí)質(zhì)上就是調(diào)速時(shí)要保證電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩恒定不變，這是因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)矩與磁通成正比的關(guān)系。2）保證變頻調(diào)速時(shí)磁通恒定恒壓頻比控制方程式：U1/f1

與E1/f1

的關(guān)系圖中，1為U1/f1=const時(shí)的電壓與頻率關(guān)系曲線；2為有電壓補(bǔ)償時(shí)，近似的E1/f1=const的電壓與頻率關(guān)系曲線?；\型異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律同時(shí)改變其定子電壓和頻率，采用所謂變壓變頻（VariableVoltageVariableFrequency，VVVF）調(diào)速控制。3）恒磁通變頻調(diào)速機(jī)械特性變頻調(diào)速機(jī)械特性a)U1/f1=const

b)定子電壓補(bǔ)償c)端電壓補(bǔ)償?shù)腢1

和f1之間的函數(shù)關(guān)系（2）基頻以上恒功率（恒電壓）變頻調(diào)速隨著f1升高，即轉(zhuǎn)速升高，ω1

越大，主磁通Φ1

必須相應(yīng)下降，才能保持平衡，而電磁轉(zhuǎn)矩越低，T

與ω1的乘積可以近似認(rèn)為不變，即隨著轉(zhuǎn)速的提高，電壓恒定，磁通就自然下降，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流不變時(shí)，其電磁轉(zhuǎn)矩就會(huì)減小，而電磁功率卻保持恒定不變。變頻調(diào)速控制特性技能訓(xùn)練1認(rèn)識(shí)變頻器訓(xùn)練目標(biāo)1．認(rèn)識(shí)各種品牌的變頻器。2．能正確理解變頻器的型號(hào)含義。3．掌握變頻器的拆裝方法及步驟。4．認(rèn)識(shí)變頻器的主控端子。

實(shí)訓(xùn)設(shè)備及工具材料

序號(hào)分類名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量單位備注1工具電工常用工具1套2儀表萬(wàn)用表MF47型（自定）1塊3設(shè)備器材變頻器FR-A7400.75kW或自定1臺(tái)拆裝各種品牌若干臺(tái)識(shí)別4資料變頻器手冊(cè)A700使用手冊(cè)（基礎(chǔ)篇）1本一、認(rèn)識(shí)變頻器的銘牌英威騰變頻器臺(tái)達(dá)VFD-B變頻器各種品牌變頻器外形二、變頻器的硬件拆裝與認(rèn)識(shí)1．操作面板的拆裝操作面板的拆卸方法及步驟2．前蓋板的拆裝（1）額定容量在22kW以下的A700系列變頻器前蓋板的拆裝1）拆卸2）安裝前蓋板的安裝步驟（2）額定容量在30kW以上的A700系列變頻器前蓋板的拆裝1）拆卸前蓋板的拆卸方法及步驟前蓋板的安裝步驟2）安裝前蓋板的安裝步驟3．認(rèn)識(shí)主控制板及端子排變頻器的控制電路板及主控端子排示意圖變頻器的控制電路板及主控端子排示意圖變頻器的控制電路板及主控端子排示意圖§1-2通用變頻器的組成與工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解變頻器的分類。2．理解變頻器的工作原理和結(jié)構(gòu)。3．了解變頻器中常用的電力半導(dǎo)體器件。三菱A700變頻器的外形圖變頻器的作用分類方法按照主電路工作方式電壓型變頻器電流型變頻器按照輸出電壓調(diào)制方式PAM（脈沖幅度調(diào)制）控制變頻器PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制變頻器高載頻PWM控制變頻器按照工作原理分類U/f控制變頻器轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器矢量控制變頻器直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器按照用途分類通用變頻器高性能專用變頻器高頻變頻器一、變頻器的分類變頻器的其他分類方式分類方式變頻器種類分類方式變頻器種類按其供電電壓分低壓變頻器中壓變頻器高壓變頻器按輸出功率大小分小功率變頻器中功率變頻器大功率變頻器按供電電源的相數(shù)分單相輸入變頻器三相輸入變頻器按主開(kāi)關(guān)器件分IGBT變頻器GTO變頻器GTR變頻器按變換環(huán)節(jié)分交-直-交變頻器交-交變頻器按機(jī)殼外型分塑殼變頻器鐵殼變頻器柜式變頻器二、變頻器的銘牌變頻器的銘牌一般分為額定銘牌和容量銘牌。三菱FR-A740-3.7K變頻器的銘牌三、通用變頻器基本結(jié)構(gòu)變頻器的基本構(gòu)成變頻器的內(nèi)部電路1．變頻器的主電路通用變頻器的主電路交-直-交變頻器主電路各元件的作用電路名稱元器件作用整流電路三相整流橋VD1～VD6將交流電變換成脈動(dòng)直流電。濾波電容器CF濾除橋式整流后的電壓紋波，保持直流電壓平穩(wěn)限流電阻RL與開(kāi)關(guān)S將電容器CF的充電沖擊電流限制在允許的范圍內(nèi)，以保護(hù)整流橋。電源指示燈HLHL除了表示電源是否接通外，另一個(gè)功能是當(dāng)變頻器切斷電源后，指示電容器CF上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。能耗制動(dòng)電路制動(dòng)電阻RB將回饋能量以熱能形式消耗掉。制動(dòng)三極管VB為放電電流IB流經(jīng)RB提供通路逆變電路三相逆變橋Vl～V6通過(guò)逆變管Vl～V6按一定規(guī)律輪流導(dǎo)通和截止，將直流電逆變成頻率、幅值都可調(diào)的三相交流電續(xù)流二極管VD7～VD12在換相過(guò)程中為電流提供通路緩沖電路R01～R06、VD01～VD06、C01～C06限制過(guò)高的電流和電壓，保護(hù)逆變管免遭損壞2．變頻器的控制電路通用變頻器的控制框圖（1）主控制板（2）鍵盤與顯示板（3）電源板與驅(qū)動(dòng)板（4）外接控制電路三菱A700變頻器的鍵盤與顯示板示意圖四、變頻器中常用電力半導(dǎo)體器件1．整流器整流電路一般采用整流二極管組成的三相或單相整流橋，其作用是把交流電整流成直流電，給逆變電路和控制電路提供所需直流電源。

整流模塊2．逆變器逆變器是變頻器的核心器件，它在控制電路的作用下，將直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源。最常見(jiàn)的逆變電路結(jié)構(gòu)形式是利用六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路。（1）晶閘管(SCR)晶閘管從外形上可分為平板式和螺栓式兩種。晶閘管（SCR）（2）門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)門極可關(guān)斷晶閘管是一種多元功率集成器件，屬于電流控制型元件，一般由十幾個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽(yáng)極的小GTO元件組成。門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）（3）電力晶體管(GTR)電力晶體管外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)（4）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管是一種單極型的電壓控制器件，輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單；開(kāi)關(guān)速度快，開(kāi)關(guān)頻率在500kHz以上。電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管外形（5）絕緣柵雙極晶體管(IGBT)絕緣柵雙極晶體管外形（6）

集成門極換流型晶閘管(IGCT)集成門極換流型晶閘管（7）智能功率模塊(IPM)智能功率模塊外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)功率集成模塊外形技能訓(xùn)練2常用電力半導(dǎo)體器件的識(shí)別與檢測(cè)訓(xùn)練目標(biāo)1．能正確識(shí)別三菱FR-A740變頻器中的電力半導(dǎo)體器件。2．能掌握變頻器中常用電力半導(dǎo)體器件的檢測(cè)方法。實(shí)訓(xùn)設(shè)備及工具材料

序號(hào)分類名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量單位備注1工具電工常用工具1套2儀表萬(wàn)用表MF47型（自定）1塊3設(shè)備器材變頻器FR-A7400.75kW或自定1臺(tái)識(shí)別4電力半導(dǎo)體器件整流模塊、逆變模塊（型號(hào)自定）若干個(gè)檢測(cè)一、變頻器中電力半導(dǎo)體器件的識(shí)別變頻器中的電力半導(dǎo)體器件二、常用電力半導(dǎo)體器件的檢測(cè)1.整流模塊在線檢測(cè)主電路簡(jiǎn)化圖三菱FR-A740變頻器的主回路端子圖a)主回路端子外形圖b)主回路端子示意圖①必須確認(rèn)主回路濾波電解電容放電完畢后,才能進(jìn)行測(cè)量。②由于主回路電解電容的影響,測(cè)量時(shí)應(yīng)等萬(wàn)用表指示值穩(wěn)定后再讀數(shù)。2.逆變模塊在線檢測(cè)檢測(cè)的方法及步驟如下：將紅表筆接到P+端，黑表筆分別接U、V、W上，應(yīng)該有幾十歐的阻值，且各相阻值基本相同，反相應(yīng)該為無(wú)窮大。將黑表筆接N-端，重復(fù)以上步驟應(yīng)得到相同結(jié)果，否則可確定逆變模塊有故障。①用上述方法來(lái)檢測(cè)逆變模塊只能初步認(rèn)為逆變模塊正常,但還不能完全確定。②逆變旦查出損壞,就不能再通電,以免進(jìn)一步產(chǎn)生不良后果。3.IGBT管的檢測(cè)①用指針式萬(wàn)用表判斷IGBT管好壞時(shí),應(yīng)將萬(wàn)用表?yè)茉赗×10kΩ擋,否則因其他各擋的內(nèi)部電池電壓太低,無(wú)法正確判斷IGBT管的好壞。②此方法也可以用于檢測(cè)功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(P-MOSFET)的好壞。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)§1-3通用變頻器的控制方式學(xué)習(xí)目標(biāo)1．理解U/f恒定控制方式。2．理解轉(zhuǎn)差頻率控制方式。3．理解矢量控制方式。4．理解直接轉(zhuǎn)矩控制方式。一、U/f恒定控制定義：按照電壓、頻率關(guān)系對(duì)變頻器的電壓和頻率進(jìn)行控制，稱為U/f恒定控制，又稱為VVVF控制方式。實(shí)現(xiàn)方法：脈沖幅值調(diào)制(PAM)、脈沖寬度調(diào)制(PWM)和正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)等多種。1．PAM方式原理：通過(guò)改變直流側(cè)的電壓幅值進(jìn)行調(diào)壓。在變頻器中，逆變器只負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)輸出頻率，而輸出電壓則由相控整流器或直流斬波器通過(guò)調(diào)節(jié)直流電壓去實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用：晶閘管逆變器的中大功率變頻器中。2．PWM方式PWM逆變器輸出電壓波形3．SPWM方式SPWM逆變器輸出電壓波形調(diào)制方式的特點(diǎn)：半個(gè)周期內(nèi)脈沖中心線等距，脈沖等幅、變寬，脈沖寬度變化呈正弦分布，各脈沖面積之和與正弦波下的面積成比例。例如：

U/f恒定控制的PWM變頻器主控電路框圖二、轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制方式：實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償?shù)拈]環(huán)控制方式。優(yōu)點(diǎn)：與U/f控制方式相比，其調(diào)速精度大為提高。缺點(diǎn)：使用速度傳感器求取轉(zhuǎn)差頻率，要針對(duì)具體電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性調(diào)整控制參數(shù)，因而通用性較差。三、矢量控制方式（1）基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制定義：要經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電流的相位進(jìn)行控制，使之滿足一定的條件，以消除轉(zhuǎn)矩電流過(guò)渡過(guò)程中的波動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式比轉(zhuǎn)差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。缺點(diǎn)：應(yīng)用范圍受到限制。（2）無(wú)速度傳感器矢量控