《变频器技术及应用课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变频器技术及应用课件（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、变频器技术及应用变频器技术及应用第第1章章 变频器的主电路变频器的主电路1ppt课件为什么要开发变频器？为什么要开发变频器？2ppt课件11 三相交流异步电动机简介三相交流异步电动机简介v111三相交流异步电动机的构造和原理三相交流异步电动机的构造和原理1笼形转子异步电动机笼形转子异步电动机图11笼形转子异步电动机的构造a）外形b）定子c）转子（短路绕组）3ppt课件11 三相交流异步电动机简介三相交流异步电动机简介2绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机图12绕线转子异步电动机的构造a）外形与接线b）转子绕组4ppt课件11 三相交流异步电动机简介三相交流异步电动机简介3旋转原理旋转原理图13
2、三相交流异步电动机的旋转原理a）三相交变电流b）三相绕组c）旋转原理5ppt课件11 三相交流异步电动机简介三相交流异步电动机简介v4基本公式基本公式n0同步转速，即旋转磁场的转速。n0f电流的频率；p磁极对数；nM转子转速。6ppt课件降低定子电压转子串电阻基频向下调速基频向上调速5.调速方法7ppt课件11 三相交流异步电动机简介三相交流异步电动机简介v112生产机械对无级调速的要求图13生产机械对无级调速的要求举例随着各种加工技术的不断进步，许多生产机械对无级调速的要求也越来越迫切。以50年代龙门刨床刨台的拖动系统为例，其拖动系统采用-(发电机-电动机组)调速系统，如图所示。图中，直接拖
3、动刨台的是直流电动机DM，DM由直流发电机G1提供电源，G1又由交流电动机AM来带动，AM在带动G1的同时，还带动一台励磁发电机G2。G2发出的电，一方面为DM和G1提供励磁电流，同时也为控制电路提供电源。除此以外，为了改善DM的机械特性，还采用了一台结构复杂、价格昂贵的交磁放大机DMA。可见，为了实现无级调速，简直已经到了不惜工本的地步。这充分说明了:生产机械对电动机进行无级调速的要求是多么地迫切！8ppt课件11 三相交流异步电动机简介三相交流异步电动机简介v113变频可以无级调速图14变频可以调速设2p4，则：fX050Hzn001500rminnM01440rmin9ppt课件从电能到
4、磁场能到机从电能到磁场能到机械能的作功过程有械能的作功过程有什么特点？什么特点？10ppt课件12电动机在能量转换中的作功过程电动机在能量转换中的作功过程v121电动机从电网取用电功率时的作功过程电动机从电网取用电功率时的作功过程1能量的载体能量的载体电动机的定子电路电动机的定子电路图15定子取用电功率的电路a）定子绕组b）三相电路示意图c）单相电路示意图d）绕组的电动势11ppt课件12电动机在能量转换中的作功过程电动机在能量转换中的作功过程v2作功要点作功要点作用的一方：电源电压U1反作用的一方：定子绕组的反电动势E1作功的标志：电路内有电流I112ppt课件12电动机在能量转换中的作功过
5、程电动机在能量转换中的作功过程3定子绕组的等效电路与电动势平衡方程定子绕组的等效电路与电动势平衡方程图16定子绕组的等效电路a）主磁通和漏磁通b）等效电路与电动势平衡13ppt课件12电动机在能量转换中的作功过程电动机在能量转换中的作功过程122转子从定子侧吸收能量的作功过程转子从定子侧吸收能量的作功过程图17异步电动机的磁路a）定子电流的合成磁场b）定子磁动势c）转子磁动势的去磁作用14ppt课件v2作功要点作功要点作用的一方：定子绕组的磁动势I1N1反作用的一方：转子绕组的磁动势I2N1作功的标志：磁路内有磁通112电动机在能量转换中的作功过程电动机在能量转换中的作功过程15ppt课件12
6、电动机在能量转换中的作功过程电动机在能量转换中的作功过程v3转子的等效电路转子的等效电路图18转子的等效电路a）笼形转子b）转子电路c）等效转子d）等效静转子e）输出机械能f）一相等效电路16ppt课件12电动机在能量转换中的作功过程电动机在能量转换中的作功过程v4磁动势的平衡磁动势的平衡 图19磁动势的平衡a）磁动势的平衡b）电流平衡c）电流矢量图17ppt课件12电动机在能量转换中的作功过程电动机在能量转换中的作功过程v123负载得到机械能时的作功过程负载得到机械能时的作功过程1能量的载体能量的载体机械的旋转系统机械的旋转系统图110拖动系统的转矩平衡18ppt课件12电动机在能量转换中的
7、作功过程电动机在能量转换中的作功过程v2作功要点作功要点作用的一方：电动机的电磁转矩TMKTI2 1cos2反作用的一方：负载的阻转矩TL作功的标志：拖动系统以一定的转速nM（nL）运行19ppt课件12电动机在能量转换中的作功过程电动机在能量转换中的作功过程v124小结小结图111能量传递小结20ppt课件异步电动机发明于异步电动机发明于19世纪八十年代，世纪八十年代，变频器成功于变频器成功于20世纪八十年代。世纪八十年代。为什么期盼了为什么期盼了近百年？近百年？21ppt课件13交直交变频器的构成及演变交直交变频器的构成及演变v131交直交变频器的结构与原理交直交变频器的结构与原理1基本框
8、图基本框图图112交直交变频器框图22ppt课件13交直交变频器的构成及演变交直交变频器的构成及演变v2单相逆变桥单相逆变桥图113单相逆变桥原理a）单相逆变桥电路b）负载所得电压波形23ppt课件13交直交变频器的构成及演变交直交变频器的构成及演变v3三相逆变桥三相逆变桥图114三相逆变桥a）三相逆变电路b）输出电压波形24ppt课件13交直交变频器的构成及演变交直交变频器的构成及演变v132逆变器件的条件与发展逆变器件的条件与发展1逆变器件的条件逆变器件的条件图115逆变器件承受的电压和电流（1）能承受足够大的电压和电流。（2）允许长时间频繁地接通和关断。（3）接通和关断的控制必须十分方便
9、。25ppt课件13交直交变频器的构成及演变交直交变频器的构成及演变v2逆变器件的发展逆变器件的发展（1）起步始于晶闸管图116SCR逆变）逆变电路）电压波形）电流波形26ppt课件晶闸管的外形晶闸管的外形晶闸管的外形晶闸管的外形小电流塑封式小电流塑封式小电流螺旋式小电流螺旋式大电流螺旋式大电流螺旋式大电流平板式大电流平板式图形符号图形符号27ppt课件13交直交变频器的构成及演变交直交变频器的构成及演变vv导通条件：导通条件：导通条件：导通条件：除阳极加正向电压，必除阳极加正向电压，必除阳极加正向电压，必除阳极加正向电压，必须同时在门极与阴极之须同时在门极与阴极之须同时在门极与阴极之须同时在
10、门极与阴极之间加一定的门极电压，间加一定的门极电压，间加一定的门极电压，间加一定的门极电压，有足够的门极电流。有足够的门极电流。有足够的门极电流。有足够的门极电流。vv关断条件：关断条件：关断条件：关断条件：阳极电流小于维持电流阳极电流小于维持电流阳极电流小于维持电流阳极电流小于维持电流IHIH晶闸管的几个特性晶闸管的几个特性晶闸管的几个特性晶闸管的几个特性 晶闸管具有可控性。晶闸管具有可控性。晶闸管具有可控性。晶闸管具有可控性。晶闸管具有单向导电性。晶闸管具有单向导电性。晶闸管具有单向导电性。晶闸管具有单向导电性。晶闸管一旦导通，门极晶闸管一旦导通，门极晶闸管一旦导通，门极晶闸管一旦导通，门
11、极将失去控制作用。将失去控制作用。将失去控制作用。将失去控制作用。导通后流过晶闸管的电流导通后流过晶闸管的电流导通后流过晶闸管的电流导通后流过晶闸管的电流由主电路电源和负载来决定。由主电路电源和负载来决定。由主电路电源和负载来决定。由主电路电源和负载来决定。28ppt课件13交直交变频器的构成及演变交直交变频器的构成及演变（2）普及归功GTR（电力晶体管电力晶体管电力晶体管电力晶体管）图117GTR逆变）逆变电路）电压波形）电流波形AKG29ppt课件13交直交变频器的构成及演变交直交变频器的构成及演变GTR特点1.输出电压可以采用脉宽调制方式，故输出电压为幅值等于直流电压的强脉冲序列，如图(
12、b)所示。2.载波频率由于GTR的开通和关断时间较长，故允许的载波频率较低，大部分变频器的上限载波频率约为1.21.5kHz左右。3.电流波形因为载波频率较低，故电流的高次谐波成分较大，如图1-17(c)所示。这些高次谐波电流将在硅钢片中形成涡流，并使硅钢片相互间因产生电磁力而振动，并产生噪音。又因为载波频率处于人耳对声音较为敏感的区域，故电动机的电磁噪音较强。4.输出转矩因为电流中高次谐波的成分较大，故在50Hz时，电动机轴上的输出转矩与工频运行时相比，略有减小。30ppt课件13交直交变频器的构成及演变交直交变频器的构成及演变（3）提高全靠IGBT（绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管绝缘
13、栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管）图118IGBT逆变）逆变电路）电压波形）电流波形31ppt课件13交直交变频器的构成及演变交直交变频器的构成及演变IGBT变频器的主要特点1.电流波形大为改善载波频率高的结果是电流的谐波成分减小，电流波形十分接近于正弦波，如图1-18(c)所示，故电磁噪声减小，而电动机的转矩则增大。2.功耗减小由于IGBT的驱动电路取用电流小，几乎不消耗功率。3.瞬间停电可以不停机这是因为，IGBT的栅极电流极小，停电后，栅极控制电压衰减较慢，IGBT管不会立即进入放大状态。故在瞬间停电或变频器因误动作而跳闸后，允许自动重合闸，而可以不必跳闸，从而增强了对常见故障的自处理能
14、力。可以说，IGBT为变频调速的迅速普及和进一步提高奠定了基础。结论:期待百年的最根本的关键是:直到20世纪80年代，才出现了符合要求的开关器件。32ppt课件变频调速出现了变频调速出现了什么新问题？什么新问题？33ppt课件14变频器的输出电压与频率变频器的输出电压与频率v141变频调速出现的新问题变频调速出现的新问题1频率下降时的能量变化频率下降时的能量变化变频调速出现了一个新问题:当频率下降时，电动机的输出功率将随转速的下降而下降，但输入功率和频率之间却并无直接关系。于是在输入和输出功率之间将出现能量的失衡，这种失衡必将反映在传递能量的磁路中。所以，要说清楚变频变压的问题，必须从电动机的
15、能量传递环节入手。图119频率下降出现的新问题34ppt课件14变频器的输出电压与频率变频器的输出电压与频率v2磁路饱和的结果磁路饱和的结果图120励磁电流和饱和程度的关系a）简单磁路b）磁路在不饱和段c）磁路在深度饱和段TMKT1I2cos2(1)磁通减小的后果电动机的电磁转矩将达不到额定值，从而使带负载能力下降。(2)磁通增大的后果励磁电流的波形将发生严重的畸变，是一个峰值很高的尖峰波。即使磁通增加不多，励磁电流的峰值也会增加得很大。35ppt课件14变频器的输出电压与频率变频器的输出电压与频率v3保持磁通不变的途径保持磁通不变的途径（1）从能量角度看图121保持磁通不变的途径a）频率下降
16、的结果b）变频也要变压36ppt课件14变频器的输出电压与频率变频器的输出电压与频率（2）从电动势的角度看37ppt课件14变频器的输出电压与频率变频器的输出电压与频率（3）频率和电压的调节比38ppt课件14变频器的输出电压与频率变频器的输出电压与频率39ppt课件14变频器的输出电压与频率变频器的输出电压与频率v142变频又变压的具体方法变频又变压的具体方法1.PAM方式方式 脉冲幅值调节方式（PulseAmplitudeModulation）由于PAM调制的结果是使逆变后的脉冲幅度下降，故称之为脉幅调制。实施PAM的线路比较复杂，因为要同时控制整流和逆变两个部分。并且晶闸管整流后直流电压的平均值并不和移相角成线性关系，也使两个部分之间的协调比较困难。40ppt课件14变频器的输出电压与频率变频器的输出电压与频率v142变频又变压的具体方法变频又变压的具体方法1（脉宽调制（脉宽调制 Pulse Width Modulation）图122脉宽调制a）电路框图b）频率较高c）频率较低将变频器输出波的每半个周期分割成许多个脉冲，通过调节脉冲宽度和脉冲周期之间的“占空比”来调节平均电压。P
