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1、变频调速控制技术 -罗恒年 上课时间：3月14（六）、22（日）、28（六 ） 9：00-12：:00 13:3015:00 1 交流电动机调速控制技术 一、三相交流异步电动机的旋转原理 1、分析三相交流异步电动机的旋转原理： ns=60f/p 2、结论 三相对称定子绕组中通入三相对称的交流电，在定子与 转子空气隙中产生（旋转磁场），静止的转子绕组切割 旋转磁场，产生（感应电动势），形成（感应电流）， 有感应电流的转子绕组在旋转磁场的作用下产生（电磁 力），形成（电磁转矩），使转子旋转，转子的旋转方 向与旋转磁场的旋转方向（相同）。 若n=ns ，转子与旋转磁场相对静止，转子转速和旋转磁 场转
2、速做到同步，因此旋转磁场转速也称（同步转速） ，转子上导体无切割磁力线，不产生感应电动势，也无 感生电流和电磁转矩。所以nns，一般n略小于ns，故称 为“（异步）”。 转差率 二、三相交流异步电动机的调速 调速指用人为的方法改变异步电动机的转速 三相交流异步电动机的转速公式： S=(ns-n )/ ns n = ns (1-s)= (1-s) 由上式得三相交流异步电动机的三种调速方法： 1、变极调速 2、改变转差率调速 3、变频调速 60f p 三、变频调速基本原理 我们知道，三相交流异步电动机的转速公式为： n=（1s）60f1/p 式中 f1电动机电源的频率（Hz） p电动机定子绕组的磁
3、极对数 s转差率 可见，在转差率s变化不大的情况下，可以认为，调 节电动机定子电源频率f1，电动机的转速n随之成正比变 化。若均匀改变电动机电源的频率f1，则可以平滑地改变 电动机的转速。 2 变频调速技术的发展史 一、交流电动机变频调速技术逐步成熟 直流电动机调速系统具有良好的启动、制动性能及 在大范围内平滑调速的优点。因此过去很长一段时间内 ，在需要进行调速控制的拖动系统中一直占主导地位。 但直流电动机采用机械换向器换向，它在单机容量、最 高电压、最大转速等方面受到限制，而且维护、维修复 杂。20世纪70年代以来。随着交流电动机调速控制理论 、电力电子技术、以微处理器为核心的全数字化控制等
4、 关键技术的发展，交流电动机变频调速技术逐步成熟。 目前，变频调速技术的应用几乎已经扩展到了工业生产 的所有领域，并且在空调、洗衣机、电冰箱等家电产品 中也得到了广泛的应用。 二、变频器的发展 1、新型电力电子器件的应用，使变频器的容量和电压 等级不断扩大和提高； 2、微处理器位数的的增加使变频器的功能从单一的变 频调速功能发展为含有逻辑和智能控制的变频器； 3、应用矢量控制和转矩直接控制使变频器不仅能实现 宽调速，还可以进行伺服控制（具有内置的可编程、 参数辨识及通信等功能）。 一、按变换频率的方法分 二、按主电路工作方式分 三、按变频器调压方式不同分 四、按工作原理分类 五、按照用途分类
5、3 变频器的分类 一、按变换频率的方法分 1、交直交变频器 又称间接变频器（中间直流环节的变频装置）。 工作原理：先将工频交流电通过整流器变成直 流电，再经过逆变器将直流电变成 可控频率的交流电。 构成环节： 整流 逆变 AC DC AC 50HZ 恒压恒频 CVCF 中间直流环节 变压变频VVVF 2、交交变频器 又称直接变频器。 工作原理：只用一个变换环节就可以把恒压恒 频的交流电源变换成VVVF电源。常 用的交交变频器输出的每一相都是 一个两组晶闸管整流装置反并联的可 逆线路，正反向的两组按一定周期相互 切换，在负载上就获得交变的输出电 压，输出电压的幅值取决于两组整流 装置的控制角，输
6、出电压的频率取决于 两组整流装置的切换频率。 电路原理图： 二、按主电路工作方式分 1 、电压型变频器 经整流电路产生的直流电压通过电容进行滤 波后再送入逆变器的方式。输出电压是矩形波或 阶梯波。适用于不要求正反转或快速加减速的通 用变频器中。 结构图： 因电容器两端的电压不能突变，输出电压波 形较平直。 逆 变 器 + - Ud Cd 2、电流型变频器 经整流电路产生的直流电压通过大电感滤波 后再送入逆变器的方式。输出交流电流是矩形波。 适用于频繁可逆运转的变频器和大容量变频器。 结构图： 因流过电感器的电流不能突变故输出电流波 形较平直。 逆 变 器 + - Ud Ld id 三、按变频器
7、调压方式不同分 1、PAM（脉冲幅度调制）变频器 是一种改变电压源的电压Ud或电流源的电流 Id的幅值进行输出控制的方式。 在改变输出频率的同时，通过改变输出脉冲的幅度， 达到改变输出电压有效值的目的。 2、PWM （脉冲宽度调制）变频器 是在变频器输出波形的一个周期内产生多个 等幅不等宽的脉冲。 在改变输出频率的同时，通过改变输出脉冲的宽度， 达到改变等效输出的一种方法。保持脉冲个数不变而改变 脉冲宽度，均可改变半周内输出电压的平均值，从而达到 改变输出电压有效值的目的。 四、按工作原理分类 1、U/f控制变频器 对变频器输出电压和频率同时进行控制，通过保持 U/f恒定使电动机获得所需的转矩
8、特性。成本低，多用 于精度要求不太高的通用变频器。 2、SF控制变频器（转差频率控制变频器 ） 转差频率控制方式是对U/f控制的一种改进，这种控 制方式需要由安装在电动机上的速度传感器检测出电动机 的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率， 而变频器的输出频率则由电动机的实际转速与所需转差频 率之和决定。由于通过控制转差频率来控制转矩和电流， 与U/f控制相比其加减速特性和限制过流的能力得到提高 。 3、VC控制变频器（矢量控制变频器 ） 矢量控制是一种高性能异步电动机控制方式，它的 基本思路是：将异步电动机的定子电流分为产生磁场电 流的分量（励磁电流）和与其垂直的产生转矩的电流分 量
9、（转矩电流），并分别加以控制。由于在这种控制方 式中必须同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位， 即定子电流的矢量，因此这种控制方式被称为矢量控制 方式。 转差频率控制和矢量控制的原理较复杂，本书不作 进一步的讨论。 五、按用途分类 1、通用变频器 所谓通用变频器，是指能与普通的笼型异步电动机 配套使用，能适应各种不同性质的负载并具有多种可供 选择功能的变频器。 2、高性能专用变频器 高性能专用变频器主要应用于对电动机的控制要求 较高的系统，与通用变频器相比，高性能专用变频器大 多数采用矢量控制方式，驱动对象是变频器厂家指定的 专用电动机。 3、高频变频器 在精加工和高性能机械中，常常要用到高
10、速电动机， 为了满足这些高速电动机的驱动要求，出现了采用PAM （脉冲幅值调制，是一种在整流电路部分对输出电压的 幅值进行控制，而在逆变电路部分对输出频率进行控制 的控制方式）控制方式的高频变频器，其输出频率可达 到3kHz。 4、高压变频器 一般是大容量的变频器，最高功率可达5000KW。 课堂作业： 1、变频器按变换频率的方法分为（ ）和（ ）。 2、变频器按主电路工作方式分（ ）和（ ）。 3、电压型变频器适用于频繁可逆运转的变频器和大容量 变频器。（ ） 4、由公式n=（1s）60f1/p，调节电动机定子电源频率f1， 电动机的转速n随之成正比变化，频率f1改变的同时， 对电动机的结构
11、产生什么影响？如何改善？ 5、以下变频器中，属于输出波形在一个周期内产生多个 等幅不等宽脉冲的是（ ） 。 （A）PAM变频器 （B）PWM变频器 6、在整流电路部分对输出电压的幅值进行控制，而在逆 变电路部分对输出频率进行控制的是（ ）。 （A）脉冲宽度调制 （B）脉冲幅度调制 7、变频器按工作原理可分哪几种？ 一、电源的分类 直流电：电压恒定且极性不变化 电源 单相交流电 交流电：电压的极性周期性地变化 三相交流电 频率：交流电每秒钟极性改变的次数 4 变频器的工作原理 二、整流和逆变 1 、整流：交流电变为直流电的过程。介绍单 相桥式整流电路的工作原理。 2 、逆变：直流电变为交流电的过
12、程。 逆变器是变频器的核心部件。 3 、逆变的原理性电路 控制S1和S2的动作，负荷上的电压eL为矩 形波的交流电压。该交流电压的频率取决于开 关的切换速度。 用一种控制可关断的晶闸管（GTO）代替上图中的开 关构成逆变器电路。 可关断晶闸管（GTO)是指得用正的门极脉冲触发导通， 用负的门极触发脉冲关断阳极电流，恢复其阻断状态的 元件。 工作原理：1）VS1、VS2控制极G加正的脉冲，VS1、 VS2导通。 2）VS3、VS4控制极G加正的脉冲，VS3、 VS4导通。 由于GTO的电流只能从AK单方向流过，增加反并联 二极管实现开关功能。 课堂作业： 1、某一交流电极性改变100次耗时2秒钟
13、，则该交流电 的频率为（ ）。 （A）100HZ （B）2HZ （C）200HZ （D）50HZ 2、由（ ）变为（ ）的过程称为逆变 。 3、变频器的核心部件是（ ）。 一、变频器的组成 整流器 主回路 滤波器 变频器 逆变器 控制回路 单片机 驱动电路 光电隔离电路 5 变频器的组成 二、变频器的简化结构图 ： 整流器 中间电路 逆变器 M 控 制 电 路 3 3 （1）整流器 将交流电压变为脉动的电压 可控 不可控 （2）中间电路 三种类型： 将整流电压变换成直流电流（电流型） 使脉动的直流电压变得稳定或平滑（电压型） 将整流后固定的直流电压变换成可变的直流电压 （3）逆变器 产生可变电压、频率的变频交流电 （4）控制电路
