变频调速器讲义

《变频调速器讲义》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、32变频调速器讲义岳阳长炼机电工程技术有限公司赵国清2005年10月一、前言在工矿企业中，电动机是应用最广，数量最多的电气设备之一，过去电动机调速多采用直流调速系统，其优点是：调速易于实现，性能好；缺点是：电刷打火，维护困难，使用环境受到限制。由于交流电动机能克服直流电动机的固有缺点，所以人们一直想用交流调速代替直流调速。20世纪30年代就有人提出了有关理论，60年代，电力电子技术的发展，促进了交流调速技术的发展，进入80年代，交流变频调速装置的产品化，不仅发挥了交流调速的优点，而且很好地解决了交流电动机调速性能不好的缺点，使交流电动机调速

2、不断完善，而且大有逐步取代直流电动机调速的可能。变频调速技术是电力电子技术、微电子技术、控制技术高度发展的产物。变频调速的工作原理是：通过微电子器件、电力电子器件和控制技术，将供给电动机定子的工频交流电源经过二极管整流成直流，再由GTR（大功率晶体管）或IGBT（绝缘门极晶体管）等大功率器件逆变为频率可调的交流电源，再由此电源拖动电动机和负载。目前，变频器广泛采用正弦波脉宽调制（SPWM）控制方式，即交-直-交变压、变频装置。由于交流电动机适应性强、维修简单、容易实现高速和大容量化。因此以前直流电动机占主导地位的传动领域，将逐步被交流电动机

3、变频调速所占领。交流电动机变频调速在频率范围、动态响应、调速精度、低频转矩、输出性能、功率因数、工作效率、使用方便等方面是以往任何一种交流调速无法比拟的，它体积小、重量轻、通用性强、工艺先进、保护功能完善、设计思想丰富、可靠性高、操作简便等优点、深受广大工矿企业的欢迎。交流调速技术的优越性体现在三个方面：一是节电显著；二是卓越的调速性能提高了产品的质量和产量；三是具有使电动机软启动的功能，启动电流可限制在电动机额定电流的1.5倍以内。二、变频调速的定义提到变频调速，就要讲到三相异步电动机，由三相异步电动机的转速公式：n=可知，电动机的转速n

4、随电源频率f的变化而变化，改变电源频率f就可改变电动机的转速n，利用变频器可实现三相异步电动机的无级调速，这就是变频调速的定义。三、交－直－交变频器框图3232目前，变频调速器最常用的结构框图为交－直－交，交－直为整流，就是把交流电变成直流电；直－交为逆变，逆变就是将直流电变为频率可调的交流电。交－直－交变频器框图图1-1交－直－交变频器框图四、逆变模块的工作条件与发展逆变模块的工作条件：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：５０Ｈｚ─→每小时１８万次。３、接通和关断的控制必须十分方便。逆变模块的发展：第一：起步阶段

5、，采用SCR晶闸管；第二：普及阶段，采用GTR大功率晶体管；第三：提高阶段，采用IGBT绝缘门极晶体管。图1-2ＳＣＲ逆变（ａ）逆变电路（ｂ）电压波形（ｃ）电流波形3232图１－3ＧＴＲ逆变（ａ）逆变电路（ｂ）电压波形（ｃ）电流波形图１－4ＩＧＢＴ逆变（ａ）逆变电路（ｂ）电压波形（ｃ）电流波形五、变频调速的原理和机械特性（一）、变频调速的原理在电动机调速时，一个重要的因素就是希望保持每极磁通量φm为不变额定值φe，磁通太弱，φm↓→电磁转矩T＝KTI2φmCOSφ2↓，出力降低，没有充分利用电动机铁芯，是一种浪费；磁通太大，φ1↑→磁路饱和

6、→励磁电流畸变，产生尖峰电流,从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电动机。因此，电动机运行时，应保证其定、转子间的气隙磁通为恒定值φe（额定磁通），在交流异步电动机中，磁通是由定、转子磁势合成产生的，那么怎样才能保证磁通恒定呢？我们知道，三相异步电动机的电势方程为：E1＝4.44ƒ1N1KEφm，又因为异步电动机的电压方程：＝＋Z1，如果忽略电动机定子阻抗压降Z1，则上式可近似为：≈＝4.44ƒ1N1KEΦm，故φm=≈式中E1为定子每相感应电势有效值，ƒ1为定子电源频率，N13232为定子每相绕组串联匝数，KE为基波绕组系数，

7、φm为每极气隙磁通量，C1=为常数，由φm的表达式可知，要保持电动机磁通φm恒定，就必须使＝const，但E1不可控，而电源电压V1可控，又因为高频时E1≈V1，低频时，可通过转矩补偿，使得E1≈V1，故实际方法为（顶替办法）：＝const→φ1≈const所以，变频的同时也必须变压，常被简称为VVVF（VariableVoltageVariableFrequency），从而才能确保调速时，电动机每极磁通量φm为不变额定值φe，也就是要保持电动机磁通恒定，必须使电压随定子频率成正比变化，即：=，这种V1与f1的配合变化称为恒磁通变频调速的协

8、调控制，根据V1/f1协调控制方式的不同，可以得到不同的调速特性。1、基频以下调速⑴、恒电压频率比调速由电动机的电磁转矩公式：T＝KTI2φmCOSφ2可知，T与φm、I2成正比