电源 整流部分 直流部分 逆变部分 电机
U1
U2
V1
V2
W1
W2
11
变频调速公式：
三相异步电机每相电动势： E1=4.44k1f1N1Φm
E1 : 每相感应电动势的有效值 k1: 与绕组结构有关的常数 f1: 定子频率 N1： 定子每相绕组串联匝数 Φm ： 每极气隙磁通量
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变频器的调速原理
调速原理：
P0=55*10%=5.5KW P1=55KW
由PL=P0+KPnL3得: KP=55-5.5=49.5KW P2=5.5+49.5*（50%）3=11.7KW
总消耗的功率为55+11.7=67KW
风机的节电率统计举例
（2）两台变频运行时每台的平均供风量为75%Q P1=P2=5.5+49.5（75%）3=26.4KW
泵类负载和风机负载都属于二 次方律，所以节能效果相同
系统应用效果
使用了变频器以后，不但免去了许多繁琐的人工操作，消除了许多不安 全隐患因素，并使系统始终处于一种节能状态下运行，合理地轮换使用电机 延长了设备的使用寿命，更好的适应了生产需要。而且变频器丰富的内部控 制功能可以很方便地与其他控制系统或设备实现闭环自动控制。这在实现自 动控制的同时，提高了控制精度，从而提高了产品质量。在污水处理厂或相 似的系统中使用变频器应具有很好的推广价值
变频器的控制方法—矢量控制
矢量变换（数学运算）
励磁电流iM 转矩电流iT
两相固定 坐标系
两相旋转 坐标系
φ
三相旋 转坐标系
变频器 旋转
变频器的控制方法—矢量控制
2.矢量控制(基于转子磁链定向)
控制思想:
n*
iT
转速环 矢量
iM
变换
电流环 变频器 旋转
φ
n
M
编码器
变频器的控制方法—直接转矩控制
3.直接转矩控制（基于定子磁场定向）
变频器简称VVVF（Variable Voltage Variable Frequency)
Φm 恒转矩调速
n Φ m1
1
恒功率调速
0
• 基频以下调速为恒转距调速 • V1/F1=常数 • 频率上升，电压上升，转距不变 • 低频时可进行定子电压补偿
fn
f
基频以上调速为恒功率调速V1=V1N 频率上升，电压不变，转矩 减少，功率 不变 弱磁调速
在许多场合，安装编码器不方便，同时也是为了 降低成本，要求使用无编码器系统。例如安装空 间较小，控制精度要求不高的场合。
直流传动和交流传动的比较—电机
直流电机
结构复杂 有电刷,维护困难 转子粗短，转矩惯量大
因为有电刷，所以在 环境恶劣的不适用 变流装置较便宜
功率注入转子，散热所需通 风机功率较大
I 1 23 m o
60°
动画
ωt
V2
NU1
W2
S
W1
V1 U
2
V2
U1
N
W2
S
W1
V1 U2
V2
U1
S
N W2
W1
V1 U2
ωt = 0
ω t = 60°
ω t = 90°
合成磁场方向向下 合成磁场旋转60°合成磁场旋转908°
交流电动机转速
n11=60f11/(P1-Ns)/PN
变 频 调 速 ：改变电源的频率 变 极 调 速 ：改变电机的极对数 改 变 转 差 率 ：绕线电机转子串电阻调速、
RA 变频器制动方式—能量回馈制动
2.能量回馈制动
Ｃ
M
当负载回馈能量是,可控变流器工 作于有源逆变状态,将能量回馈电网
变频器的控制方法-电动机调速基础
电动机调速基础
电动机调速的关键是转矩控制
GD2 d n
375
= Td dt
TL
GD^2:电动机和负载的飞轮转矩 Td:电动机的电磁转矩 TL:电动机的负载转矩
39
Example: Bit Parameters
Parameter 217 [Dig Out Status] specifies the status of each of the three digital outputs: • Bit 0 corresponds to digital output one. • Bit 1 corresponds to digital output two. • Bit 2 corresponds to digital output three.
转矩系数
也可以转化为:PL=KFP0+KF3PN
工作与额定F的比值
由此可知二次方律负载遵循如下规律(n: 转速):
流量Q ∝ n
扬程H ∝ n2
功率P ∝ n3
风机的节电率统计举例
用三台变频器控制三台风机，其中两用一备，电机的功率P=55KW， 设计风量为Q。空载损耗为10%，转速1250转/分。若风机正常在970转/分 以下连续可调，每天所需的供风量为1.5Q。 （1）一台工频运行，一台变频运行；则全速
定子调压调速、串级调速、 双馈调速
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PowerFlex变频器的控制方式
• PowerFlex4 变频器采用V/Hz控制 • PowerFlex40、40P 变频器采用V/Hz和Sensrls Vect控制 • PowerFlex400变频器采用普通V/Hz及用户自定义的V/Hz控制 • PowerFlex70、700 变频器采用Fan/Pmp V/Hz、 Custom V/Hz、
PowerFlex 4M
PowerFlex 400
3.7
7.5
15
37
250
Power Rating (kw @ 400V)
1500
38
Example: ENUM Parameters
Parameter 061 [Autotune] defines autotune technique to use on the drive. Value choices: • 0 “Ready” • 1 “Static Tune” • 2 “Rotate Tune” • 3 “Calculate”
Performance / Functionality
PowerFlex 系列产品
PowerFlex 700S PowerFlex 755
PowerFlex 700L
PowerFlex 700 PowerFlex 70
PowerFlex 700H
PowerFlex 40/40P
PowerFlex 4
直接转矩控制的原理框图
n*+ △n
n -
ＳＴ
T* + -
T
电动机变频调速时的机械特性
Ｔ＝Ｋ △n ２ Ｋ２:定常系数
T ０
转矩调节器
当T＜T*时，T0=1,磁场加速
△n增大，转矩增加； 当T>T*时，T0=0，磁场不变，电 动机转子因惯性使△n减小，转矩
减小。
无速度传感器矢量控制
利用自适应控制法通过电压和电流模型 运算，从而实现磁通和转矩的解藕，并分 别进行控制。
2、工艺调速：
由于工艺的要求需要调速运行的机械，如金属加工，造纸等需要 稳态精度很高的领域，目前该领域正在向交流调速过渡。
直流传动和交流传动的比较--应用
3、牵引调速：
运输机械的电驱动，此类机械对设备的尺寸，重量和防护等级有有 严格的要求，所以交流调速比较占优势。如火车，轮船等系统。
4、 特殊调速：
变频器的原理及其应用
Hong Chunmiao
交流电动机
电电动动机机机机壳壳
定定子子绕绕组组
转转子子//轴轴承承
三相异步电动机结构图 三相异步电动机结构图
2
交流电动机
机座：铸钢或铸铁 定子
定子铁芯：由互相绝缘的硅钢片叠成 定子绕组
4
交流电动机
对调速有特殊要求的调速系统，如调速范围达到1：50000～ 1：100000的场合，只能由特殊的永磁交流电动机实现。如高精度磨床 ，车床等
风机负载和泵类负载的负载特性
风机和泵类负载属于二次方律负载特性(除罗茨风机):
流量公式:QL=Q0+KQnL 转矩(扬程)公式:TL=T0+KTnL2
空载转矩
功率公式:PL=P0+KPnL3
效率０.７～０.７５
交流电机
结构简单 无电刷,维护简单 转子细长，转矩惯量小 无电刷，适用环境较广
变流装置较贵 功率注入定子子，散热所需
通风机功率较小 效率０.８５～０.９
直流传动和交流传动的比较—应用
传动按应用领域的分类：
1、 通用机械的节能调速：
指风机，泵等机械，它们的用电量占全国发电总量的1/3，此类 机械在不调速交流电机调速时， 风量和流量使用挡板和阀门调节，调 速后可节电30％～ 40％，而且优化了工艺过程，减少了管道和阀门的 压力，提高了设备的寿命，减少了维修。
适用场合 多机，稳频稳压电源 单机
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变频器的控制方法—恒U/F控制
1.恒U/F控制(属于标量控制)
定子电动势有效值为:
E=4.44ψF
ψ:电动机气隙磁链
F:电动机工作频率
为避免电动机因频率的变化而导致磁路饱和引起励磁电流增大,功 率因数和效率降低,需要维持气隙磁通,所以在调节F时,E也会相应地变 化,即:E/F=K(恒定值)
总消耗的功率为P1+P2=52.8KW （3）三台变频运行时，每台的平均供风量为50%Q
P1=P2=P3=5.5+49.5 (50%)3=11.7KW 总消耗的功率为P1+P2+P3=35.1KW 可见三台风机全投入变频运行时效果最好。假定每月工作30天，每天 工作24小时，按每度0.7元计，则方案三可以比其他两个方案多节省电费 8000元左右。 两台工作是最多可节能 30*24*0.7*(111-52.8)=29332.8元 三台工作是最多可节能 30*24*0.7*(111-35.4)=38102.4元