變頻器結(jié)構(gòu)分析資料

變頻器結(jié)構(gòu)分析資料第一頁，共30頁。

變頻器的調(diào)速原理變頻器的調(diào)速原理

改變輸入頻率（無級(jí)調(diào)速）——變頻器N=60F/PP：極對(duì)數(shù)F：頻率N：轉(zhuǎn)速改變極對(duì)數(shù)（有級(jí)調(diào)速）調(diào)速原理：調(diào)速方法：第二頁，共30頁。交-直-交變頻器的主要結(jié)構(gòu)框圖第三頁，共30頁。單向逆變橋第四頁，共30頁。變頻方法第五頁，共30頁。三相逆變橋第六頁，共30頁。變頻器的輸出和頻率

即：變頻的同時(shí)變壓，也叫VVVF第七頁，共30頁。變頻又變壓方法－PWM利用調(diào)制波與三角波信號(hào)比較后獲得一系列等幅不等寬的脈沖序列。原理：利用三角波載波作為信號(hào)與調(diào)制信號(hào)（一般為正弦波）相比較，以確定各分段矩形脈沖的寬度。改變調(diào)制波的電壓脈沖頻率時(shí)，輸出電壓基波的頻率也隨之改變，降低調(diào)制波的幅值時(shí)，各段脈沖寬度都將變窄，從而使輸出電壓基波的幅值也相應(yīng)減少。第八頁，共30頁。變頻又變壓方法－PWM第九頁，共30頁。SPWM第十頁，共30頁。SPWM的實(shí)現(xiàn)－單極性第十一頁，共30頁。SPWM的實(shí)現(xiàn)－雙極性第十二頁，共30頁。提問：1.可否用萬用表，測(cè)量變頻器的輸出電壓？2.變頻器輸出的是什么波形？第十三頁，共30頁。變頻器的控制方法－電動(dòng)機(jī)調(diào)速基礎(chǔ)

Td=KmFsFrsinθTd:電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Km：比例系數(shù)Fs，F(xiàn)r：三相矢量中的任意兩個(gè)矢量的模θ：Fs和Fr的夾角FsFrθFc電動(dòng)機(jī)統(tǒng)一轉(zhuǎn)矩公式電動(dòng)機(jī)磁通矢量圖由電動(dòng)機(jī)統(tǒng)一轉(zhuǎn)矩公式可知，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和三個(gè)磁通矢量中的任意兩個(gè)矢量的模和夾角有的余弦成正比，所以要控制電磁轉(zhuǎn)矩就必須控制任意兩個(gè)矢量的模和夾角第十四頁，共30頁。變頻器的控制方法－U/F1.恒U/F控制(屬于標(biāo)量控制)定子電動(dòng)勢(shì)有效值為:E=4.44ψFψ:電動(dòng)機(jī)氣隙磁鏈F:電動(dòng)機(jī)工作頻率為避免電動(dòng)機(jī)因頻率的變化而導(dǎo)致磁路飽和引起勵(lì)磁電流增大,功率因數(shù)和效率降低,需要維持氣隙磁通,所以在調(diào)節(jié)F時(shí),E也回相應(yīng)地變化,即:E/F=K(恒定值)第十五頁，共30頁。變頻器的控制方法－矢量控制8.1基本思想

(1)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的分析在變頻調(diào)速技術(shù)成熟之前，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性被公認(rèn)為是最好的。究其原因，是因?yàn)樗哂袃蓚€(gè)十分重要的特點(diǎn):(a)磁場(chǎng)特點(diǎn)它的主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)在空間是互相垂直的，如圖(a)所示;(b)電路特點(diǎn)它的勵(lì)磁電路和電樞電路是互相獨(dú)立的，如圖(b)所示。在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，只調(diào)節(jié)其中一個(gè)電路的參數(shù)。第十六頁，共30頁。變頻器的控制方法－矢量控制仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制特點(diǎn)，對(duì)于調(diào)節(jié)頻率的給定信號(hào)，分解成和直流電動(dòng)機(jī)具有相同特點(diǎn)的磁場(chǎng)電流信號(hào)i*M和轉(zhuǎn)矩電流信號(hào)i*T，并且假想地看作是兩個(gè)旋轉(zhuǎn)著的直流磁場(chǎng)的信號(hào)。當(dāng)給定信號(hào)改變時(shí)，也和直流電動(dòng)機(jī)一樣，只改變其中一個(gè)信號(hào)，從而使異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制具有和直流電動(dòng)機(jī)類似的特點(diǎn)。對(duì)于控制電路分解出的控制信號(hào)i*M和i*T，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行一系列的等效變換，得到三相逆變橋的控制信號(hào)i*A、i*B和i*C，對(duì)三相逆變橋進(jìn)行控制，如圖所示。從而得到與直流電動(dòng)機(jī)類似的硬機(jī)械特性,

提高了低頻時(shí)的帶負(fù)載能力。第十七頁，共30頁。變頻器的控制方法－矢量控制第十八頁，共30頁。無傳感器和有傳感器的矢量控制根據(jù)在實(shí)行矢量控制時(shí)，是否需要轉(zhuǎn)速反饋的特點(diǎn)，而有無反饋和有反饋矢量控制之分。無反饋矢量控制是根據(jù)測(cè)量到的電流、電壓和磁通等數(shù)據(jù)，簡接地計(jì)算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，并進(jìn)行必要的修正，從而在不同頻率下運(yùn)行時(shí)，得到較硬機(jī)械特性的控制模式。由于計(jì)算量較大，故動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力稍差在許多場(chǎng)合，安裝編碼器不方便，同時(shí)也是為了降低成本，要求使用無編碼器系統(tǒng)。例如安裝空間較小，控制精度要求不高的場(chǎng)合。有反饋矢量控制則必須在電動(dòng)機(jī)輸出軸上增加轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，如圖中的虛線所示。由于轉(zhuǎn)速大小直接由速度傳感器測(cè)量得到，既準(zhǔn)確、又迅速。與無反饋矢量控制模式相比，具有機(jī)械特性更硬、頻率調(diào)節(jié)范圍更大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。第十九頁，共30頁。變頻器的控制方法—直接轉(zhuǎn)矩控制3.直接轉(zhuǎn)矩控制（基于定子磁場(chǎng)定向）直接轉(zhuǎn)矩控制的原理框圖電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性Ｔ＝Ｋ２△nＫ２:定常系數(shù)ＳＴ轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器T*T+-+-n*nT０△n當(dāng)T＜T*時(shí)，T0=1,磁場(chǎng)加速△n增大，轉(zhuǎn)矩增加；當(dāng)T>T*時(shí)，T0=0，磁場(chǎng)不變，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子因慣性使△n減小，轉(zhuǎn)矩減小。第二十頁，共30頁。矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制第二十一頁，共30頁。負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒功率負(fù)載風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載第二十二頁，共30頁。普通異步電動(dòng)機(jī)與變頻電機(jī)區(qū)別一、普通異步電動(dòng)機(jī)都是按恒頻恒壓設(shè)計(jì)的，不可能完全適應(yīng)變頻調(diào)速的要求。以下為變頻器對(duì)電機(jī)的影響

1、電動(dòng)機(jī)的效率和溫升的問題

不論那種形式的變頻器，在運(yùn)行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動(dòng)機(jī)在非正弦電壓、電流下運(yùn)行。拒資料介紹，以目前普遍使用的正弦波PWM型變頻器為例，其低次諧波基本為零，剩下的比載波頻率大一倍左右的高次諧波分量為：2u+1（u為調(diào)制比）。

高次諧波會(huì)引起電動(dòng)機(jī)定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗。因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)是以接近于基波頻率所對(duì)應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，因此，高次諧波電壓以較大的轉(zhuǎn)差切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條后，便會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子損耗。除此之外，還需考慮因集膚效應(yīng)所產(chǎn)生的附加銅耗。這些損耗都會(huì)使電動(dòng)機(jī)額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加10%~20%。

第二十三頁，共30頁。普通異步電動(dòng)機(jī)與變頻電機(jī)區(qū)別

2、電動(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)度問題

目前中小型變頻器，不少是采用PWM的控制方式。他的載波頻率約為幾千到十幾千赫，這就使得電動(dòng)機(jī)定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當(dāng)于對(duì)電動(dòng)機(jī)施加陡度很大的沖擊電壓，使電動(dòng)機(jī)的匝間絕緣承受較為嚴(yán)酷的考驗(yàn)。另外，由PWM變頻器產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓上，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)對(duì)地絕緣構(gòu)成威脅，對(duì)地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊下會(huì)加速老化。

第二十四頁，共30頁。普通異步電動(dòng)機(jī)與變頻電機(jī)區(qū)別？。

3、諧波電磁噪聲與震動(dòng)

普通異步電動(dòng)機(jī)采用變頻器供電時(shí)，會(huì)使由電磁、機(jī)械、通風(fēng)等因素所引起的震動(dòng)和噪聲變的更加復(fù)雜。變頻電源中含有的各次時(shí)間諧波與電動(dòng)機(jī)電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。當(dāng)電磁力波的頻率和電動(dòng)機(jī)機(jī)體的固有振動(dòng)頻率一致或接近時(shí)，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而加大噪聲。由于電動(dòng)機(jī)工作頻率范圍寬，轉(zhuǎn)速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動(dòng)機(jī)的各構(gòu)件的固有震動(dòng)頻率。

4、電動(dòng)機(jī)對(duì)頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的適應(yīng)能力

由于采用變頻器供電后，電動(dòng)機(jī)可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動(dòng)，并可利用變頻器所供的各種制動(dòng)方式進(jìn)行快速制動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng)造了條件，因而電動(dòng)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變力的作用下，給機(jī)械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)帶來疲勞和加速老化問題。第二十五頁，共30頁。電機(jī)的極數(shù)對(duì)其選用有何影響？電機(jī)的極對(duì)數(shù)越多，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就越低，但它的扭距就越大；在選用電機(jī)時(shí)，您要考慮負(fù)載需要多大的起動(dòng)扭距，比如象帶負(fù)載起動(dòng)的就比空載起動(dòng)的需要扭距就大，如果是大功率大負(fù)載起動(dòng)，還要考慮降壓啟動(dòng)（或星三角啟動(dòng)）；至于在決定了電機(jī)極對(duì)數(shù)后和負(fù)載的轉(zhuǎn)速匹配問題，則可考慮用不同直徑的皮帶輪來傳動(dòng)或用變速齒輪（齒輪箱）來匹配。如果由于決定了電機(jī)極對(duì)數(shù)后經(jīng)過皮帶或齒輪傳動(dòng)后達(dá)不到負(fù)載的功率要求，那就要考慮電機(jī)的使用功率問題了。第二十六頁，共30頁。變頻器能否調(diào)至1Hz嗎，最高可以調(diào)多少HZ使用？有的品牌變頻器最低頻率可以調(diào)至0.1HZ,最高頻率可以調(diào)至3000HZ.如果變頻器用在一般的交流異步電機(jī)上，變頻器調(diào)至1Hz時(shí)已經(jīng)接近直流，是絕對(duì)不可以的，電機(jī)將運(yùn)行在變頻器限制內(nèi)的最大電流下工作，電機(jī)將會(huì)發(fā)熱嚴(yán)重，很有可能燒毀電機(jī)。

如果超過50Hz運(yùn)行會(huì)增大電機(jī)的鐵損，對(duì)電機(jī)也是不利的，一般最好不要超過60Hz，（短時(shí)間內(nèi)超過是允許的）否則也會(huì)影響電機(jī)使用壽命。

第二十七頁，共30頁。使用變頻器時(shí)，電機(jī)溫升為什么比工頻時(shí)高呢？因?yàn)樽冾l器輸出電壓波形不是正弦波，而是畸形波，在額定扭矩下的電機(jī)電流比工頻時(shí)要多出約10%左右，所以溫升比工頻時(shí)略有提高。另外還有一點(diǎn)：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低的時(shí)候，電機(jī)散熱風(fēng)扇速度不夠，電機(jī)溫升會(huì)高一些。第二十八頁，共30頁。交流伺服電機(jī)可以用變頻器控制嗎？由于變頻器和伺服在性能和功能上的不同，應(yīng)用也不大相同，所以是不可以的：1、在速度控制和力矩控制的場(chǎng)合要求不是很高的一般用變頻器，也有在上位加位置反饋信號(hào)構(gòu)成閉環(huán)用變頻進(jìn)行位置控制的，精度和響應(yīng)都不高?，F(xiàn)有些變頻也接受脈沖序列信號(hào)控制速度的，但好象不能直接控制位置。2、在有嚴(yán)格位置控制要求的場(chǎng)合中只能用伺