变频器应用技术讲义及实验指导书

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1、变频器应用技术讲义与实验指导书第1章变频调速基础1.1各种调速方法简介电力电子技术的发展开始于上世纪初汞弧整流器的发明。真正的革命开始于1956年贝尔实验室发明的晶闸管，1958年通用电气公司推出了商品化产品。经过40多年的发展，电力电子技术已经成为一门多学科的边缘技术，包含整流电路、电力半导体器件、计算机技术、控制理论以及集成电路等。从调速的工作情况来看，可分为三大类，一类是机械调速，第二类是联轴节的变速，第三类是电气调速，主要是电动机的调速。一．机械调速机械式调速是采用机械式动力源来调节传动速度，也是最古老的一种调速方法。其典型方式如下：蒸气机

2、调速具有起动转矩大、调速及反转容易等优点；缺点是热效率低，单位输出的重量(功率)大。所以，中小功率已被内燃机和电动机取代，大功率改为气轮机或电动机。气轮机的优点是能量转换效率高，容易获得高速等；缺点是需用锅炉和大的附属设备，先逐步被变速联轴节和调速电动机所取代。使用汽油等的内燃机主要用在汽车、船舶等交通领域，不需要电源。二．联轴节变速联轴节变速是在以定速运转的电动机轴上装设可调速的联轴节，用于改变负载装置的输入转速，其典型代表如下：第54页共54页变频器应用技术讲义与实验指导书变间距带轮调速主要是利用带与皮带轮的接触面摩擦力传递动力，调节轴的带与带

3、轮间距、改变等效直径比进行调速，调速比为1：3~1：6。这种调速响应性及精度差。液力式变速机是利用改变液量来改变输出轴的转速，容易实现无级调速，比机械式调速平稳。电磁转差离合器是调节励磁电流控制速度与转矩特性。但总效率低，转筒需要冷却，不能产生制动力矩。电气调速按调速性能分，有普通型和高性能调速型，按提供的电能类型，可分为直流调速和交流调速；而交流调速还可以再分类。目前国内生产的电气和机械调速的各种设备主要有：变极调速电机、电磁调速电机及其调速装置、串级调速、变频调速装置及变频调速电机、直流调速装置及直流调速电机、调速液力偶合器、调速离合器、开关磁

4、阻电机、微型电子调速电机、力矩电机等类型。三．调速电动机下面主要介绍几种常见的电气调速方法。1．变极调速第54页共54页变频器应用技术讲义与实验指导书异步电动机简单的调速之一就是倍级变极调速（p），见下表。序号极数（2P）1极数（2×2P）2转矩比T2/T1功率比（P2/P1）特性联结方法联结方法1YYY10.5恒转矩2YYYY21恒功率3YY△（D）1.7320.866可变转矩4△YY1.31.15可变转矩5△△Y0.5770.288可变功率优点：调速设备简单，运行可靠、机械特性较好（硬），有恒转矩调速、近似恒功率调速和可变转矩调速。缺点：有级调

5、速，电动机结构复杂，精度不高。应用：恒转矩调速应用于起重电葫芦、运输传送带等；恒功率调速应用于各种机床粗、精加工、风机、水泵负载等。2．电磁调速电机电磁调速电机又称为滑差电动机、电磁转差离合器调速电动机、涡流式电磁调速电动机，日本称之为变速电动机（VS电机）或涡流耦合电机（HC电机），台湾称之为自动变速电动机（AS马达）或涡流电动机（ED马达）。结构：笼型异步电动机（Y/YD）、电磁转差离合器及控制装置（包括测速发电机）三部分组成。特点：结构简单、加工方便、使用可靠、起动性能好、起动转矩大、可直接使用三相交流电源、控制系统简单、维护方便、价格低、调

6、速范围宽、速度调节平滑，有一定的调速精度（2%左右）；但在低速时效率低，而高速时特性软。新技术是：采用低电阻端环调速电机，效率有所提高。应用场合：起重机的松卷下落，但需要与电磁调速制动装置并用。（负恒转矩）3．串级调速线绕转子异步电动机除了采用变频调速外，还可以采用串级调速，其转子通过集电环和电刷接入附加电阻或其他控制装置，以改善电动机的起动性能，具有起动转矩大，起动电流小等优点。但调速是有级的，不能平滑调速；串入电阻后，机械特性变软，在低速运行时如果负载增加，转速变化很大，且效率很低等。4．变频调速（略、后专门叙述）5．直流电动机三种调速（1）改

7、变电枢串阻调速（Ra）（2）改变电枢电压调速（Ua）（3）改变励磁电流调速（）第54页共54页变频器应用技术讲义与实验指导书三种调速性能比较表调速方式和方法控制装置调速范围转差率平滑性动态性能负载能力性质效率改变Ra串Ra变阻器或接触器2：1低速时大用变阻器好，其它差无自动调节能力恒转矩低改变Ua电动机—发电机组发电机或磁放大器或扩大机10：1~20：1小好较好恒转矩60%~70%静止变流器晶闸管变流器50：1~100：1小好好恒转矩80%~90%直流脉冲调宽晶体管或晶闸管直流开关电路50：1~100：1小好好恒转矩80%~90%改变In串联Rn或

8、用直流可变电源直流电源变阻器3：1~5：1较大差差恒功率80%~90%磁放大器或扩大机好较好晶闸管变流器好1.2变频调速的