现代电气控制与PLC应用技术 教学课件 作者 袁琦 第8章 变频器及其应用.ppt

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1、第8章变频器及其应用本章主要内容8.1变频调速的基本原理8.2变频器的分类8.3交-交变频器8.4交-直-交变频器8.5通用变频器8.6变频调速系统8.1变频调速的基本原理根据电机学原理可知，三相交流电动机的同步转速可表示为式中，f1—定子供电的频率；p—电动机的磁极对数。改变交流电动机的供电频率，就可以改变其同步转速，这就是变频调速的理论依据。(8-1)对异步电动机进行调速控制时，希望电动机的主磁通保持额定值不变。这是因为，如果磁通太弱，铁心利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电动机的负载能力下降；反之，如果磁通太强，则电动机处于过励状态，

2、励磁电流变大，铁心损耗增加，为使电动机不过热，负载能力也要下降。主磁通是定子和转子磁势合成产生的，那么如何才能保持主磁通恒定不变呢？根据电机学原理，三相异步电动机定子每相电动势的有效值为(8-2)式中，E1—定子每相电动势有效值；f1—定子频率；N1—定子每相绕组串联匝数；—基波绕组系数；—每极气隙磁通量。式中N1、为常数，因此磁通量是由E1和f1共同决定的，只要保证E1/f1为一常值，就能保证磁通不变。下面分两种情况说明。8.1.1基频以下的恒磁通变频调速当变频的范围在基频（额定频率）以下的时候，由式（8-2）可知，要保持磁通不变，就要求在降低供

3、电频率的同时降低感应电动势，E1/f1保持=常数，即保持电动势与频率之比为常数进行控制，这种控制称为恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。但是，感应电动势E1难于直接检测和直接控制。在频率f1较高时，定子上的漏阻抗压降相对比较小，可以忽略不计，近似地认为U1=E1，在控制上保持定子电压U1和频率f1的比值为常数，即U1/f1常数，这种控制方式称为恒压频比控制方式，是近似的恒磁通控制。当频率较低时，定子漏阻抗压降所占的比例较显著，不能忽略，这时可以人为地把定子电压U1抬高一点以补偿定子电压降，使气隙磁通大体保持不变。8.1.2基频以上的弱磁变频调速在基

4、频以上调速时，由于定子电压U1受额定电压U1N的限制不能再升高，只能保持U1=U1N不变。此时，必然会使主磁通随着f1的上升而减小，相当于直流电动机弱磁调速的情况，属于近似的恒功率调速方式。异步电动机变频调速的控制特性如图8-1所示。图8-1异步电动机变频调速的控制特性8.2变频器的分类变频器是利用交流电动机的同步转速随电机定子电压频率的变化而变化的特性来实现电动机调速运行的装置。变频器最早的形式是采用旋转变频发电机组，作为可变频率电源供给交流电动机，主要是对异步电动机进行调速。随着电力电子器件的发展，静止式变频装置成了变频器的主要形式。变频器的种

5、类很多，下面就其主要的几种分类方法进行简单介绍。1.按主电路结构形式分静止式变频器从主电路的结构形式上可分为两种形式：交-交型变频器和交-直-交型变频器。（1）交-交变频器交-交变频器又称为频率变换器，它是把一种频率的交流电直接变换为另一种频率的交流电。这种变频器中间不经过直流环节，变换效率高，但最高输出频率只能达到电源频率的1/3至1/2，主要用于大容量的低速拖动系统中。（2）交—直—交变频器交—直—交变频器又称为间接变频器，由其结构形式可知，它是先通过整流电路将电网的工频交流电变成直流电，再经逆变电路将这个直流电逆变为频率和电压可调的交流电。交

6、—直—交变频器的原理框图如图8-2所示。这种变频器频率调节范围较大，变频后电动机的特性有明显的改善，是目前应用最广泛的变频方式。图8-2交-直-交变频器的原理框图2.按直流电源的性质分当逆变器输出侧的负载为交流电动机时，在负载和直流电源之间将有无功功率交换。通常，根据用于缓冲中间直流环节的储能元件是电容还是电感，可把变频器分为电压型变频器和电流型变频器。（1）电压型变频器电压型变频器主电路结构形式如图8-3所示。在电路中的直流部分接有大容量的电容器，施加于负载上的电压值基本上不受负载的影响，而大体保持恒定，类似于电压源，故称为电压型变频器。逆变电路

7、输出的电压为矩形波或阶梯波。电压型变频器多用于不要求正反转或快速加减速的通用变频器中。图8-3电压型变频器（2）电流型变频器电流型变频器与电压型变频器在主电路结构上基本相似，所不同的是电流型变频器的直流部分接入的是大容量的电抗器而不是电容器，如图8-4所示。变频器施加于负载上的电流值稳定不变，基本不受负载的影响，特性类似于电流源，故称为电流型变频器。逆变电路输出的交流电流是矩形波。电流型变频器适用于频繁可逆运转的变频器和大容量的变频器。图8-4电流型变频器3.按控制方式分按控制方式变频器可分为U/f控制变频器、转差频率控制变频器、矢量控制变频器。（

8、1）U/f控制变频器控制是对变频器输出的电压和频率同时进行控制，所以，又称为VVVF控制。在额定频率以下，通过保持U/f恒