机电江苏大区变频器基础培训变频器原理及控制方式
张根军
2011.11
内容大纲
7.V/F 控制模式下的参数调试
6.变频器的接线
5.变频器的控制模式
4.变频器原理
3.电机转速转矩图
2.异步电机与同步电机的特性
1.
异步电机的基本参数
异步电机的基本参数
•额定功率•额定电流•额定电压•额定转速•极数
•引出端子基本接法•频率范围
异步电机与同步电机
异步电机同步电机
电机铭牌
IM与SPM/IPM的差异
同步马达是一种交流马达，转子旋转速度与所提供交流电的频率相同。
交流马达的原理是由交流电在马达的定子处产生旋转磁场，因此使马达转子旋转。
在同步电动机的转子有电磁铁或永久磁铁，使用永久磁铁的称为永磁同步马达。
同步马达的定子所产生的磁场吸引转子磁场的异极，由于定子所产生的磁场是以若干速度旋转，因此转子会随着定子磁场的旋转速度，以相同的速度旋转。
同步马达的特点是转速固定，不受电源电压的影响。
只要马达的负载低于其最大转矩，转速也不会受负载的影响。
SPM
(Surface Permanent Magnet)
IPM
(Interior Permanent Magnet)
电机速度，电流与转矩图
额定转矩与功率与转速的关系式
电机的额定转矩并不是电机当前输出的转矩，它是电机在额定转速下能连续长期工作的转矩。
电机产生的转矩不是恒定的，当负载很小时，即使电机的容量很大，电机产生的转矩一样很小，并且正比于负载大小。
电机产生的转矩随负载转矩的变化而变化，电机的速度同样也是随负载的波动而波动。
电机特性曲线
市电控制与变频控制的对比
市电直接控制：起动转矩也大，起动电流大，对电网有冲击，且电机无法调速。
由变频器控制控制：从低频率起动，使电机的起动电流小，同时，起动转矩也相应减小，电机可无极调速。
(1) 起动电流Is = 600 to 700 [%]
(2) 起动转矩Ts = 150 to 250 [%]
(3) 最大转矩Tm = 200 to 300 [%]
(4) 额定负载下的滑差S = 3 to 5 [%]
市电直接控制
06-12电流限制06-12电流限制
06-12电流限制
06-12电流限制外部模拟端子03-0~02
d7 正向扭力限制
d10 正/负向扭力限制
d9 回生扭力限制外部模拟端子03-0~02
d8 反向扭力限制
d10 正/负向扭力限制
d9 回生扭力限制外部模拟端子03-0~02d7 正向扭力限制d10 正/负向扭力限制
外部模拟端子03-0~02d8 反向扭力限制d10 正/负向扭力限制第1象限
第4象限第3象限第2象限正转电动扭力限制
07-32反转回生扭力限制07-3507-34反转电动扭力限制07-33
正转回生扭力限制
正转电动机模式
反转发电机模式反转电动机模式正转发电机模式
正转反转速度
速度
正向转矩负向转矩电机的四象限运行
电机的四象限运行
异步电动机的调速方法l调压调速——控制加于电动机定子绕组的电压；l串级调速——控制附加在转子回路的电势；
l变频调速——控制定子的供电电压与频率；
l异步电动机矢量变换控制系统；
l无换向器电机调速系统；
l电磁转差离合器调速系统等。
异步电机变频器调速n=(1-s)(60f/p)
n---转子转速(r/min)
s---转差率(%)
f---供电电源频率(Hz)
p---电机极对数
异步电动机的工作原理
由上式可知，异步电动机的调速方法分为三种：l 改变转差率S ——调节定子电压、转子电阻、转子电压、定转子供电频率等。
l 改变极对数
l 改变频率)1(60s p
f n −=
什么是变频器？
•变频器是利用电力半导体器件(IGBT)的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
(把电压和频率固定不变的交流电整流成直流电，然后再PWM脉宽调制成电压或频率可变的交流电输出给电机的装置)
变频器的分类
变频调速系统的分类
1.交－直－交变频调速——带直流环节的间接变频调速
2.交－交变频调速——不带直流环节的直接变频调速
(a)
(b)
图1-1 两种类型的变频器
(a) 交－交变频器；(b) 交—直－交变频器
变频器基本原理
•交—交变频器没有明显的中间滤波环节，电网交流电被直接变成可调频调压的交流电，又称为直接变频器。
而交—直—交变频器先把电网交流电转换为直流电，经过中间滤波环节之后，再经过逆变才转换为变频变压的交流电，故称为间接变频器。
从图1-1(a)、(b)的对比中可以看出，交—直—交变频器有一个明显的中间滤波环节，按照这个中间滤波环节是电容性或是电感性可以将交—直—交变频器划分为电压（源）型或电流（源）型交—直—交变频器。
•目前通用变频器产品最常用的是交—直—交电压型电路形式，其结构如图1-2所示。
该电路首先用二极管整流器接入电网，将交流电变成直流电，整流之后采用电容滤波，获得平直的直流电压，再由逆变器将直流能量逆变成可以调频调压的新交流电。
硬件架构
图1-2 交-直-交PWM变压变频器变压变频(VVVF)
中间直流环节
恒压恒频
(CVCF)
AC AC
调压调频
变频器系统框架
整流电路
充电电阻的功能
变频器系统框图
PWM基本原理
PWM波形
电机的接法
输出线
•交流马达驱动器和马达之间配线很长时，由于线间分布电容产生较大的高频电流，可能造成交流马达驱动器过电流跳机。
另外，漏电流增加时，电流值的精度会相对的变差。
因此，对≤3.7kW交流马达驱动器至马达的配线长度应约小于20m。
更大容量约小于50m为好；如配线很长时，则要连接输出侧交流电抗器。
•若一台变频器连接超过一台马达，配线长度应该是所有配线至马达的长度总和。
屏蔽双绞线
变频器接地方式
þ多台的变频器被安装在一起时，所有变频器必须直接连接到共同接地端。
几个基本概念
•控制方式
ØVF控制
Ø矢量控制
Ø转矩控制
在AC马达中，转子由定子绕组感应来的电流产生磁束场。
定子电流含两个成份，一个影响磁束场，另一个影响马达输出转矩。
要使用AC马达在需要速度与转矩控制的场合，必须能够把影响转矩的电流成份分离控制，而磁束向量控制法就是能够分离这两个成份独立控制。
(具有大小与方向的物理量，即所谓的「向量」。
)
为什么变频器的电压与电流成比例的改变•异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定转矩下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。
因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。
当负载转矩变化，电机速度也跟随变化
当输出到电机上的电压变化，负载转矩没变
时，，电机速度也跟随变化
何为V/F曲线
电机在用变频器调速时的转矩特性
电压/频率比恒定
通过调整V/F 曲线
使转矩提升，就
是通过提高输出
电压以弥补由于
电机线路电阻及
漏磁产生的电压
降。
为何要调整V/F 曲
线
电机转矩—恒定的电压频率比
电机转速负载转矩电机输出转矩变转矩
负载。