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1、PLC控制,机电系 王雁,变频技术的应用可分为两大类：一种是用于传动调速；另一种是用于各种静止电源。而变频器最为典型的应用是以各种机械的节能为目的。,表81变频器传动的特点,1，变频技术应用概述,第一章,hdgluiyghoiuh.kjh 解决户口，,第一章,变频器在工业领域中的节电潜力,变频器的应用效果,变频技术在照明和电源设备上的应用,应用变频技术的目的之一就是节能。我国重点实施的“绿色照明工程”中，变频电子节能灯是主要推广项目，其工作频率高达2050KHZ以上。高频镇流器的内耗一般在1W左右，而电感镇流器却高达8W左右，仅镇流器一项即可节电20%，再配上稀土三基色高效荧光灯，取代普通的白
2、炽灯可节电60%80%；取代普通的荧光灯可节电25%50%。,高频照明技术是气体放电灯的高频高效化技术。气体放电灯包括普通荧光灯(38mm)、细管荧光灯(26mm)、稀土三基色荧光灯(节能型荧光灯，即紧凑型荧光灯)、高压钠灯、金属卤化物灯和低压钠灯等。它们都比白炽灯的发光效率高得多。 气体放电灯发光效率不仅与灯的种类和结构有关，还与工作频率有关。即使是节能型荧光灯，其工作频率由50Hz升至30kHz时，光效可提高20，为白炽灯光效的5倍；灯管寿命可延长25，为白炽灯的10倍。,高频照明技术,（2）LC耦合串联谐振基本电路,变频电源,在高频电源中，又分为脉宽调制(PWM)型和谐振型两种类型。前者
3、是采用固定频率，脉冲通过改变脉冲宽度(导通时间)进行全功率开关转换，称为硬转换型；后者是采用正弦波固定导通时间在交流过零(零电压)或电流过零(零电流)时进行开关转换，称为软转换。后者功率损耗几乎为零，谐波干扰、电磁干扰和射频干扰也较小，成为最有发展前途的新一代开关电源。 谐振型开关电源的类型主要有：电流谐振型、电压谐振型、多谐振型和部分谐振型。 电源装置根据主次作用分为主电源(一次电源)和辅助电源(二次电源)。如程控交换机的48V电源是主电源，容量较大；而辅助电源由主电源输入，二次输出多种电压，容量较小。,UPS发展方向,1)高频化 所谓高频化，一是先逆变为1820kHz的高频交流电，然后再经
4、二次变频输出工频交流电。,变频技术在空调设备上的应用,空调现已经被广泛应用。空调电动机一般为380V、1555KW。作为建筑物重要的耗电设备，空调风机采用变频调速已是大事所趋。采用变转矩变频器，即可满足空调的需要，且可节电30%60%，又延长了空调机的寿命。再加上温湿度传感器和微机闭环控制，成为现代化的空调室。而小型空调器数量大，应用面广，多为单相电动机驱动，故效率低，又笨重。后采用微型三相电动机，与相同功率单相电动机比，体积和重量可减少30%50%左右。变频器可由三相供电，也可单相输入、三相输出。,8.3.1中央（集中）空调,1.中央空调系统的构成,冷却塔,家用空调,1.分体式一个房间用的空
5、调 过去通常房间用的空调是采用ONOFF控制方式，用笼型电机带动压缩机来调节冷暖气，但它存在着以下的问题： 1) 根据地区气候、房屋的朝向等估计一年中最大负载，从而选择恰当的空调机是比较困难。 2) 由于是ONOFF方式运行，室内温度和湿度会发生波动时，会引起不舒适的感觉。 3)在5060Hz地区会产生较大差别。 4)压缩机电机在起动时有很大的冲击电流，因此需要比连续运行时更大的电源容量。 5) 由于压缩机转速恒定，外面温度变化会引起冷暖空调能力的变化(特别在暖气运行时，外面气温下降会导致暖气效果下降，这是很大的弱点)。,数控机床是由数字控制技术操纵的一切工作母机的总称，是集现代机械制造技术、
6、微电子技术、功率电子技术、通讯技术、控制技术、传感技术、光电技术、液压气动技术等为一体的机电一体化产品，是兼有高精度、高效率、高柔性的高度自动化生产制造设备。,变频技术在机床设备上的应用 数控机床,这里从节电的角度来考虑数控机床的电气拖动问题。 数控机床的电力驱动主要分为3种类型： 1）进给伺服驱动系统 2）主轴驱动系统 3）电机内装式高速交流主轴驱动系统,1.数控机床的电力驱动,2.主轴变频交流调速,使用通用型变频器可以对标准电机直接变速传动，所以除去离合器很容易实现主轴的无级调速。,对于通常采用主轴直流调速的高级机种，引入主轴专用变频器进行交流调速后，可以得到以下的效果： 1) 由于有更高
7、的主轴速度，可以实现对铝等软工件的高效率切削以及更高精度的最终切削。 2) 由于不需要维护电刷，主轴电机的安装位置可更自由地选择。 3) 由于采用全封闭式电机，适应环境性更好。 4) 由于不需要励磁线圈，更节省电能。 另外，对于通常采用离合器变速的车床，引入通用变频器后，也可取得如下的效果： 1) 简化了动力传递机构。 2) 能实现精细的恒线速控制。 3) 不用对离合器进行维护。 4) 容易实现高速恒功率运转。,车床,1.立式车床,对于自动车床，采用具有下列功能的变频器可以缩短加工周期： (1) 可不经过停止状态直接由正转变反转。 (2) 变频器输出频率为120Hz以上，可加快速度。 (3)
8、备有相应于急剧减速的再生制动装置。而且有制动功能，减速结束时 不用机械闸就能完全停止。 (4) 低速时速度变化率小，运行平滑。 使用效果有： (1) 缩短了加工周期，使生产率提高。 (2) 将以往的带制动器电机更换为通用电机，因而不需要维护。 (3)由于采用数控变频器，使速度再现性好，产品质量稳定。,2.自动车床,动力来自电动机，一般选11kW或15kW的异步电动机。曳引机的作用有三点：一是调速，二是驱动曳引钢丝绳，三是在电梯停车时实施制动。为了加大载重能力，钢丝绳的一端是轿厢，另一端加装了配重装置，配重的重量随电梯载重量的大小而变化。计算公式如下：配重的重量(载重量2十轿厢自重)45。公式中
9、的45是平衡系数，一般要求平衡系数在4550之间。这种施动机构可使电梯的载重能力大为提高，在电梯空载上行或重载下行时，电动机的负载最小，甚至是处在发电状态；而电梯在重载上行和空载下行时，电动机的负载最大，是处在拖动状态，这就要求电动机在四象限内运行。为满足乘客的舒适感和平层精度，要求电动机在各种负载下都有良好的调速性能和难确停车性能。,电梯的工作原理,1.变频调速器在电机的应用,第二章 电动机的基础知识,1. 异步电动机构造和原理,图2-1 异步电动机构造,a）外形 b）定子 c）转子,2. 旋转原理,图2-2 三相交流异步电动机旋转原理,a）三相交流电流 b）三相绕组 c）旋转原理,3. 电
10、动机定子和转子的能量传递,图2-3 能量传递,a）从电能转变成机械能 b）定子与转子能量传递,电流特性： 输入电机电流=励磁电流+转矩电流 输出电流取决于负载的大小,7.异步电动机的特性 : 启动力矩电动机停止，通电后, 电动机产生的力矩 Ts=1.25TN ; 最大转矩电动机在最大转差Sm时，产生的最大转矩Tm; 空载电流空载电流主要是励磁电流，转速几乎达到同步; 电动状态电机产生转矩，带动负载转动; 再生制动状态由于负载原因，电机实际转速超过同步转 速，即设备带动电机转动.,三.变频器调速原理, 380V 50HZ,f = 0 500HZ,图 3-1 变频调速,变频调速 f 变极对数调速
11、P 变转差率调速 S,1.变频调速原理,2. 交直交变频器基本结构,图3-2 交直交变频器主回路图,整 流 器,滤 波 器,逆 变 器,3. 三相逆变桥示意图,图3-3 三相逆变桥,4. 开关元器件应满足的条件,图3-4 开关元器件的条件,1. 能承受足够大的电压和电流 2. 允许长时间频繁接通和关断 3. 接通和关断的控制十分方便,开关元器件应满足的条件,IGBT的特点： 耐压1200V 开关频率高达30 40KHZ 驱动电路电流小，功耗很少,第四章 电力电子器件,晶闸管的特性参数及保护 门极关断晶闸管的特性参数 功率晶体管的特性参数及驱动电路 MOS器件的特性参数及保护 绝缘栅双极型晶体管
12、IGBT的特性参数、驱动电路及其保护 集成门极换流晶闸管和功率集成电路简介,本章要点,电力电子器件是电力电子技术的物质基础和技术关键，也是变频技术技术发展的“龙头”。,可以说，电力电子技术起步于晶闸管，普及于GTR，提高于IGBT。新型电力电子器件的涌现与发展，促进了电力电子电路的结构、控制方式、装置性能的提高。本章从应用的角度出发，对电力电子器件的种类、性能及应用等加以介绍。,2.1 半控型电力电子器件,2.1.1晶闸管（SCR）的特性及参数 晶闸管的特性,（1）晶闸管的阳极伏安特性,晶闸管有三个引线端子：阳极（anode）A、阴极(cathode)K和门极(gate)G，有三个PN结。,晶
13、闸管的结构见图2-1,（2）晶闸管的并联,1）主回路对并联晶闸管电流分配的影响,2）正向压降对并联晶闸管电流分配的影响,常用的均流电路有：,串联电阻均流电路,串联电抗器均流电路,晶闸管的正向压降等于与正向电流无关的恒定压降与内阻压降之和。由于晶闸管内阻很小，并联晶闸管各回路的阻抗又不相同，因此，各支路电流分配也不均衡。当负载电流很大时，各并联支路的电阻和自感必须相等，互感也应尽量相等。,采用直流电抗器的均流电路,工作原理：当主电路过电流时，电流反馈信号电压Ufi增大，稳压管VS被击穿，晶体管V导通，直流快速灵敏继电器KA得电并自锁，并断开了电源接触器KM 吸引线圈电压，使KM失电切断主电路交流
14、电源，以达到过电流保护的目的。过电流故障排除后，想要恢复供电，先按下复位按钮SB，KA失电，其KA常闭触点闭合，按下主电路起动按钮SB2，KM 得电接通主电路交流电源，恢复正常供电。调节电位器RP，可以很方便地调节过电流跳闸动作电流的大小。,2）过电流继电器保护,4）利用反馈控制作过电流保护,这种保护的特点是控制系统本身的动作速度快，在一些容易发生短路的设备如逆变器中，常采用这种保护方法，但内部发生短路时还得靠快速熔断器来保护。,2.2 门极关断晶闸管,门极关断晶闸管GTO（gate turn off thyristor）。它与普通晶闸管相比，属“全控型器件”或“自关断器件”，既可控制器件的开
15、通，又可控制器件的关断。因此，使用GTO的装置与使用普通型晶闸管的装置相比，具有主电路器件少，结构简单；装置小巧；无噪声；装置效率高；易实现脉宽调制，可改善输出波形等优点。其结构见图2-25所示，也属于PNPN四层三端器件。,2.2.1门极关断晶闸管的特性及参数,1GTO的特性,下图为GTO的工作电路简图。A、K和G分别为GTO的阳极、阴极和门极，EA和RK分别为工作电压和负载电阻；EG1和RG1分别为正向触发电压和限流电阻；EG2和RG2分别为反向关断电压和限流电阻。当S置于“1”时，GTO导通，阴极电流IKIA十IG。当S置于“2”时，GTO关断。,2.2.2 用万用表对晶闸管的检测,如图
16、2-27所示，这里介绍利用万用表判定GTO电极、检查GTO的触发能力和关断能力、估测关断增益off的方法。,图2-27 GTO的检测,1判定GTO的电极,2检查触发能力,3检查关断能力,将万用表拨至R1档，测量任意两脚间的电阻，仅当黑表笔接G极，红表笔接K极时，电阻呈低阻值，对其它情况电阻值均为无穷大。由此可判定G、K极，剩下的就是A极。,如图2-27(a)所示，首先将表的黑表笔接A极，红表笔接K极，电阻为无穷大；然后用黑表笔尖也同时接触G极，加上正向触发信号，表针向右偏转到低阻值即表明GTO已经导通；最后脱开G极，只要GTO维持通态，就说明被测管具有触发能力。,现采用双表法检查GTO的关断能力，如图2-27(b)所示，表的档位及接法保持不变。将表拨至R10档，红表笔接G极，黑表笔接K极，施以负向触发信号，如果表的指针向左摆到
