變頻器應用技術(shù)

變頻器應用技術(shù)1第1頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月入門篇（第一部分）:變頻器基礎知識

交流電機的調(diào)速方式

變頻器的電路結(jié)構(gòu)

交流異步電機的調(diào)速原理

變頻器的分類與特點

2第2頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月入門篇（第一部分）:變頻器基礎知識

交流電機的調(diào)速方式

變頻器的電路結(jié)構(gòu)

交流異步電機的調(diào)速原理

變頻器的分類與特點

3第3頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月異步電機和同步電機的概念

1.異步電機三相異步電機要旋轉(zhuǎn)起來的先決條件是具有一個旋轉(zhuǎn)磁場，三相異步電機的定子繞組就是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的。三相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的，三相異步電機定子中的三個繞組在空間方位上也互差120度，這樣，當在定子繞組中通入三相電源時，定子繞組就會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，其產(chǎn)生的過程如圖所示。圖中分四個時刻來描述旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生過程。電流每變化一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)一周，即旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度與電流的變化是同步的。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為：n=60f/P4第4頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月異步電機和同步電機的概念

1.異步電機5第5頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月異步電機和同步電機的概念

2.同步電機6第6頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(diào)速

1.交流電機的調(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)電機轉(zhuǎn)速時轉(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)或以機械能形式回饋機軸；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。7第7頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(diào)速分類情況

8第8頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(diào)速異步電機的變極調(diào)速

9第9頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(diào)速電磁調(diào)速電磁調(diào)速技術(shù)是通過電磁調(diào)速電機實現(xiàn)調(diào)速的技術(shù)。電磁調(diào)速電機(又稱滑差電機)由三相異步電機、電磁轉(zhuǎn)差離合器和測速發(fā)電機組成，三相異步電機作為原動機工作。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0.55～630kW范圍內(nèi)的風機、水泵或壓縮機。10第10頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(diào)速電磁調(diào)速11第11頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(diào)速串級調(diào)速串級調(diào)速的典型調(diào)速系統(tǒng)有兩種：一種是電氣串級調(diào)速系統(tǒng)，另一種是電機串級調(diào)速系統(tǒng)。電氣串級調(diào)速電路是由異步機轉(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調(diào)節(jié)異步機轉(zhuǎn)速，將整流后的直流通過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)。電機串級調(diào)速電路是把轉(zhuǎn)子整流后的直流作為電源接到一臺直流電機的電樞兩端，用調(diào)節(jié)勵磁電流來調(diào)節(jié)異步機轉(zhuǎn)速，直流機與異步機同軸相接，將轉(zhuǎn)差功率變?yōu)橹绷髌鞯妮斎牍β逝c異步機一起拖動負載，使轉(zhuǎn)差功率回饋機軸。電機串級調(diào)速的調(diào)速范圍不大，又增加了一臺直流電機，使系統(tǒng)復雜化，應用不多。電氣串級調(diào)速系統(tǒng)比較簡單，控制方便，應用比較廣泛。12第12頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(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現(xiàn)調(diào)速的方法來改變電機的轉(zhuǎn)速，調(diào)度過程中它的轉(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的機械特性，與某一負載特性相匹配就可以穩(wěn)定在不同的轉(zhuǎn)速上，從而實現(xiàn)調(diào)速功能。

13第13頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速14第14頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(diào)速

變頻調(diào)速15第15頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(diào)速調(diào)速方式匯總16第16頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月入門篇（第一部分）:變頻器基礎知識

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變頻器的電路結(jié)構(gòu)

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變頻器的分類與特點

17第17頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(diào)速

N0=60f/p（同步電機）

N=N0(1-s)=60f/P(1-s)（異步電機）式中：f-頻率；p-極對數(shù)；s-轉(zhuǎn)差率（0～3%或0～6%）。由轉(zhuǎn)速公式可見，只要設法改變?nèi)嘟涣麟姍C的供電率f，就十分方便地改變了電機的轉(zhuǎn)速N。實際上僅僅改變電機的頻率并不能獲得良好的變頻特性。18第18頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(diào)速感應電機穩(wěn)態(tài)模型:T型等效電路19第19頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(diào)速感應電機穩(wěn)態(tài)模型:簡化等效電路20第20頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(diào)速感應電機穩(wěn)態(tài)模型:簡化等效電路21第21頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(diào)速基頻以下調(diào)速＋基頻以上調(diào)速22第22頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電機的調(diào)速矢量控制與DTC控制23第23頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月入門篇（第一部分）:變頻器基礎知識

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變頻器的電路結(jié)構(gòu)

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24第24頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月變頻器的電路結(jié)構(gòu)交流變頻調(diào)速技術(shù)是強弱電混合、機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)問題和新型電力電子器件的應用技術(shù)問題，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)問題，在目前狀況下主要全數(shù)字控制技術(shù)。25第25頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月變頻器的電路結(jié)構(gòu)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、制動或回饋環(huán)節(jié)等部分。

26第26頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月變頻器的電路結(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、檢測傳感電路、控制信號的輸入輸出電路、驅(qū)動電路和保護電路組成。27第27頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月變頻器的電路結(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、檢測傳感電路、控制信號的輸入輸出電路、驅(qū)動電路和保護電路組成。28第28頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月入門篇（第一部分）:變頻器基礎知識

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29第29頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月變頻器的分類與特點根據(jù)變頻器的變流環(huán)節(jié)的不同進行分類：（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。30第30頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月變頻器的分類與特點根據(jù)直流電路的儲能環(huán)節(jié)（或濾波方式）分類頻器的變流環(huán)節(jié)的不同進行分類：（1）電壓型變頻器電壓型變頻器的儲能元件為電容器，其特點是中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容，負載的無功功率將由它來緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內(nèi)阻較小，相當于電壓源，故稱電壓型變頻器，常選用于負載電壓變化較大的場合。

（2）電流型變頻器電流型變頻器的儲能元件為電感線圈，因此其特點是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能環(huán)節(jié)，緩沖無功功率，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。31第31頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月變頻器的分類與特點

根據(jù)電壓的調(diào)制方式分類（1）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調(diào)節(jié)脈沖占空比來實現(xiàn)的，且載頻信號用等腰三角波，而基準信號采用正弦波。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改變直流電壓的幅值，而后將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟姇r改變交流電頻率的變壓變頻控制方式。32第32頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月變頻器的分類與特點根據(jù)輸入電源的相數(shù)分類（1）三進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）單進三出變頻器變頻器的輸入側(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。

33第33頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月變頻器的分類與特點根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩特性分類（1）P型機變頻器適用于變轉(zhuǎn)矩負載的變頻器。（2）G型機變頻器適用于恒轉(zhuǎn)矩負載的變頻器。（3）P/G合一型變頻器同一種機型既可以使用變轉(zhuǎn)矩負載，又可以適用于恒轉(zhuǎn)矩負載；同時在變轉(zhuǎn)矩方式下，其標稱功率大一檔。34第34頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月變頻器的分類與特點根據(jù)應用場合分類（1）通用變頻器通用變頻器的特點是其通用性，可應用在標準異步電機傳動、工業(yè)生產(chǎn)及民用、建筑等各個領(lǐng)域。通用變頻器的控制方式，已經(jīng)從最簡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是其行業(yè)專用性，它針對不同的行業(yè)特點集成了可編程控制器以及很多硬件外設，可以在不增加外部板件的基礎上直接應用于行業(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。35第35頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月變頻器的分類與特點根據(jù)系統(tǒng)應用分類（1）部件級變頻器又稱元器件級變頻器。如ABB的ACS400系列變頻器，能夠非常方便地當作電氣元器件來實現(xiàn)其調(diào)速功能。（2）工程型變頻器又稱自動化級變頻器。如西門子的6SE70系列、ABB的ACS800系列、AB的powerflex7系列。36第36頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月變頻器的技術(shù)規(guī)范根據(jù)系統(tǒng)應用分類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，低壓變頻器的輸入電壓通常為380V（三相）和220V（單相）。此外，變頻器還對輸入電壓的允許波動范圍作出規(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），我國為50Hz。頻率的允許波動范圍通常規(guī)定±5%。37第37頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月變頻器的技術(shù)規(guī)范根據(jù)系統(tǒng)應用分類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)因為變頻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)變頻器允許長時間輸出的最大電流。（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)不變負載中，允許配用的最大電機容量。必須注意：在生產(chǎn)機械中，電機的容量主要是根據(jù)發(fā)熱狀況來定的。在變動負載、斷續(xù)負載及短時負載中，只要溫升不超過允許值，電機是允許短時間（幾分鐘或幾十分鐘）過載的，而變頻器則不允許。所以，在選用變頻器時，應充分考慮負載的工況。（5）過載能力指變頻器的輸出電流允許超過額定值的倍數(shù)和時間。大多數(shù)變頻器的過載能力規(guī)定為：150%，1min?？梢?，變頻器的允許過載時間與電機的允許過載時間相比，是微不足道的。38第38頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月變頻器的個性化特點發(fā)展：交流變頻器自20世紀60年代左右在西方工業(yè)化國家問世以來，到現(xiàn)在已經(jīng)在中國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)的應用特點，很多廠家都推出非常新穎的變頻器，并將個性化發(fā)揮得淋漓盡致。所謂變頻器個性化，就是指變頻器本體按照各自特定的方式發(fā)展自己的風格，并完