变频器基本知识及应用

变频器基本知识及应用

鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电机的结构、工作原理及机械特性

变频器的基本知识变频器的工作原理 变频器的内部结构 变频器的分类 变频器的使用

变频器在风机、水泵等控制系统中应用

引言f 交流

负电机

变工频交流电

U

交流变频调速系统： 频 器 交流变频调速技术： 电力电子、自动控制、微电子、电动机学等技术 特色： 优异的调速性能 显著的节能效果 在各领域中广泛的适用性交流电

载

电力、纺织与化纤、建材、石油、化工、冶金、市政、造纸、食品饮料、烟草等 行业以及公用工程(中央空调、供水、水处理、电梯等)

优势体现： 负载类型 特性曲线 M M=f(n) P=f(n) 功率与转速关系 P P n nP ∝ n3

恒转矩M=C P/M

平方转矩 M ∝ n 2 恒功率P=C P/M P/M M M nP=C

P

P∝n

使用变频器目的 节能为主 节能效果 一般

节能为主 显著

调速为主 较小

鼠笼型异步电动机一、鼠笼型异步电动机的基本结构 二、鼠笼型异步电动机的工作原理 三、鼠笼型异步电动机的机械特性

一、鼠笼型异步电动机的基本结构

1

三相异步电动机结构示意图 1—机座；2—定子铁心；3—定子绕组； 4—转子铁心；5—转子绕组 笼型电动机的转子绕组 1—铜环；2—铜条

二、鼠笼型异步电动机的工作原理每相绕组的空间位置相差120度 通入 定子的三相绕组 三相交流电 三相交流电的相与相电压相差120度 每相绕组产生磁场

电磁转矩

转子电流 旋转磁场 结合旋转磁场 转子切割磁场 三个时刻磁场也相差120度

旋转磁场

120o

三、鼠笼型异步电动机的机械特性停动转矩 (最大转矩)

P = 3UIη cos 60 f1 n0 = p

起动电流

I1

起动转矩 T A 定子电流I1 额定转矩 转矩T TL 额定电流 励磁电流0 ( s=1) n2 同 步 转 速 n 1( s = 0 ) 转速n

n0 n s= n0 60 f1 (1 s ) n= p9550 P TM ≈ n

转 差 速 度 ( n 1s )

制动区域

n0、n :同步转速、转子转速 s、f1、p : 转差率、供电频率、极对数

电动区域 (转矩为正)

发电区域 (转矩为负)

异步电动机的一般特性(工频电源传动)

变频器的基本知识一、变频器的工作原理变频器的基本概念 变频器的工作特性 变频器的控制方式

二、变频器的内部结构 内部结构变频器的主回路 变频器的控制回路 变频器的开关电源

三、变频器的分类 四、变频器的使用变频器的选型 变频器的安装及接线 变频器的参数设置及调试 变频器使用中的相关问题

一、变频器的工作原理1.变频器的基本概念 改变极对数

60 f1 (1 s ) n= p(转子转速)

改变转差率

变频调速 改变供电频率

Tem = Cm Φ m I 2定子每相感应电动势的有效值：

E g = 4.4

4 f1 N1k N 1Φ m式中 f1 ——供电频率(定子频率) N1 ——定子每相绕组串联匝数E

Φm ∝= U

Eg f10

= 常数

g

1

U

k N 1——基波绕组系数Φ m ——每极气隙磁通量调压调频原理(Variable Voltage Variable Frequency)即VVVF :改变变频器的输出频率 (定子频率)的同时改变变频器的输出电压 (定子端电压),使磁通保持恒定，电机能稳 定运行。

E g U 1 ≈ ∝ Φ f1 f1 U U1 0

m

= 常数

: 定子端电压 : 定子阻压降

变频器最基 本工作原理

2.变频器的工作特性变频器的输出电压

能量守恒

Tem = Cm Φ m I 2转子电流

变频器输出的额定电压 (定子的额定端电压)

Φm

U 1N ∝ f1

变频器的输出频率

基频(定子上的频率)

(电机的额定频率)

电转矩

UL 2 0

3.变频器的控制方式 缺点： V/F恒定控制

T 变频调速最基本控制方式= T + T E U1 U0 I =比较简单 m =Φ f1 f1 低速性能差 多用于通用型变频器，如风 Tem = Cm Φ m I 2 U1 T 定 电 ≠机、水泵类机械的节能运转。 Φm ( ) n 电枢电

Eg

电

a

a

电

电

低速

f1 0 U= E

10HZ

20HZ

30HZ

40HZ

50HZ转速

励U电

磁 U = U1

0 g

+ U U

If电 的

变器频

流U分1

控制量

+ U 恒定 f1

0 输出电流

Φ

速

转矩

性

/转矩

定

Tem = Cm Φ m I 2

流电机

3HZ0

10HZ

20HZ

30HZ

40HZ

50HZ转速

转矩控制

转矩 流， 电

控制 电机定 电 转矩电流 ，通 定 比较 出差 ， 出电机的 转矩， 机转矩的 控制。速 转矩 性 电

电

二、变频器的内部结构 变频器的内部结构

主回路保护电路 驱动电路

M

I/O电路

运算电路

检测电路

开关电源

控制回路

u E

c

整流ur

载制动 角 ) 逆变 ( 滤波 充电 波 三 E波缓冲 P2π

E VD1主o

VD11

VD3 VD5π

VD13 调制法

VD152π

调 ωt ( o 弦 )v3 制 v1 波 波 正输出电 压减小 一倍u E0

v5 π

回 路u E0

R S T

2πVD12 VD14 VD16

U V W2π

o π2π

ω tv2 v4ω t

VD2 VD4 VD6o π

N

v6π

o

放大、隔离 输出基波 缓冲 风扇 P 电压 P 1、为什么一系列 P P 面积等 功率模块驱动保护电路 VD3 等幅不等宽的脉v1 开 VD3频率降 驱动 检测 整流电路 驱动 u 电路 电路 中间处理电路 VD1 v1逆变电路 v3 v3电路 .把全波整流得到的直流电中的纹波滤掉， U 缓冲电路 VD1 关 的直流电 缓冲 低一倍 U 效原理 冲等价于期望的 u0 保护 A 得到 UPN A P 电流检 逆变 正弦波) 电 滤波滤波电 制动 充电 2π 制 测电路 E 波 R( B , 载 B变 b. 为中间 o V Ut 源 ω π v4 v2 (过流、过压、过载) v2直流电压 V ,减小波动 VD2 v4 VD2 VD4 制 输出 保 VD4 缓冲电 N CPU S V 输t 制出 面的 ， t r π N =2T2 (T1 + T2 ) N 2、 N 制 N 检测 o uUV 2π u π ω t T 电 的保护 W DC 功率 u 、 DC UPN 路 uUV EEPROM RS485 脉宽调

制 调 脉冲 UPN 调 t 输出电压 间 (过载、过速) tT2 D π D ω t o 2 t U = rU 直流 电压 t U t 流 为 DC t 面 ) 制动 T1 + T2 E DC 制回路 3、 输出频 UPN 功电流 出 uUV 制动电路 率、电压 变 2π u 基 正弦波 输 波 2 π 电 ，一 o 驱动电路 o 的正弦波 电路 保护电路 一系列脉冲 π ω 电 电 电路 π t 检测电路 ω t 电流 1 t 系列脉冲 制动电DC (电压) t E AC 电流 变 三角波 DC0

实际构造：

操作键盘设置参数的存储 参数显示信号

运算电路、控制部分及I/O电路

接 口 板检测电路 驱动电路 保护电路检测温度

主 控 板5V、10V、24V控制信号 保护信号 检测信号 工作电源

驱 动 板(开关电源)6路PWM驱动信号 制动单元的驱动信号

电 源 板

缓冲电阻 模块 (整流、逆变) 整流、逆变)散热

短路开关 滤波电容

散热器、 散热器、风扇