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变频器原理、选型及应用第一部分：变频器的原理第二部分：变频器的选型第三部分：变频器的应用第一部分：变频器的原理变频器的概念和原理；变频器的用途与分类；变频器及电机传动的基础知识；第一部分：变频器的原理变频器的概念和原理；变频器的概念变频器的原理开关或接触器变频器异步电动机转速可调0～50Hz可调第一部分：变频器的原理变频器的概念和原理；变频器的概念变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz）。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。第一部分：变频器的原理变频器的组成变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。•整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。•高容量电容：存储转换后的电能。•逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。•控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。①VVVF改变电压、改变频率（VariableVoltageandVariableFrequency）的缩写。②CVCF恒电压、恒频率（ConstantVoltageandConstantFrequency）的缩写。第一部分：变频器的原理随着电力电子技术的发展，出现了高耐压、大功率、具有自关断的全控型电力电子器件，它具有驱动功率小、开关频率高等特点，应用在逆变电路中可极大提高变频的性能。脉宽调制（PWM)变频就是把通讯系统中的调制技术推广应用到交流变频中，可使变频器具有良好的输出波形，降低了噪声和谐波，提高了系统的性能。采用全数字微机控制技术，使变频器减小了体积、降低了成本、提高了效率、增强了功能。以上三种技术的应用，使电机基本能够平稳运行、无噪声、无抖动。交流变频调速已成为电气调速传动的主流。目前变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且已扩展到了工业生产的所有领域，以及空调器、洗衣机、电冰箱等家电中。第一部分：变频器的原理变频器的原理变频器是将频率固定(通常为工频50Hz)的交流电(三相的或单相的)交换成频率连续可调的三相交流电源。改变输入频率（无级调速）——变频器N=60f/PP：极对数f：频率N：转速改变极对数（有级调速）调速方法：第一部分：变频器的原理单向逆变桥第一部分：变频器的原理变频方法第一部分：变频器的原理三相逆变桥第一部分：变频器的原理PWM与PAMPWM是英文PulseWidthModulation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调制方式。PAM是英文PulseAmplitudeModulation(脉冲幅值调制)缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。第一部分：变频器的原理正弦脉宽调制（SPWM）利用调制波与三角波信号比较后获得一系列等幅不等宽的脉冲序列。原理：利用三角波载波作为信号与调制信号（一般为正弦波）相比较，以确定各分段矩形脉冲的宽度。改变调制波的电压脉冲频率时，输出电压基波的频率也随之改变，降低调制波的幅值时，各段脉冲宽度都将变窄，从而使输出电压基波的幅值也相应减少。第一部分：变频器的原理SPWM的实现第一部分：变频器的原理变频器的用途与分类；变频器的用途1、软启动电机2、调频调压调电流3、空（轻）载时能在维持转速的时候减少电流（节能）变频器总体来说用在启动频繁的电机上，节能效果明显！第一部分：变频器的原理变频器的分类按控制方式控制方式大体分为开环控制及闭环控制。开环控制有V/f电压与频率成正比的控制方式闭环控制有转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制。现在矢量控制可以实现与直流机电枢电流控制相媲美，直接转矩控制直接取交流电动机参数进行控制，其方便准确精度高。第一部分：变频器的原理交---交变频器可将工频交流电直接变换成频率、电压可调的交流电，又称直接式变频器。交---直---交变频器是先把将工频交流电整流，变换成直流电，然后又把直流电变换成频率、电压可调的交流电的变频器，又称间接式变频器。第一部分：变频器的原理按负载类型分类1、恒转矩负载负载转矩与转速无关，任何转速下总保持恒定或基本恒定。例如：传送带、搅拌机、挤压机等摩擦类负载；例如：吊车、提升机等位能负载。变频器拖动恒转矩性质的负载时，低速下的转矩要足够大，并且要有足够的过载能力。如果需要在低速下稳速运行，应该考虑标准异步电动机的散热能力，避免电动机的温升过高。对长期需要在低速下满负荷运行的情况，需要安装独立强冷风扇对电机进行冷却。对“位能性”应用应配置制动单元和制动电阻，以及设置安全制动逻辑。第一部分：变频器的原理按负载类型分类2、恒功率负载有些应用在高速下要求的转矩，大体与转速成反比，就是所谓的恒功率负载。例如：机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷等负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。当速度很低时，受机械强度的限制，不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择有很大的影响。电动机在恒磁通调速时，最大允许输出转矩不变，属于恒转矩调速；而在弱磁调速时，最大允许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。第一部分：变频器的原理按负载类型分类3、平方转矩类负载在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度n的2次方成正比。随着转速的减小，转矩按转速的2次方减小。这种负载所需的功率与速度的3次方成正比。当所需风量、流量减小时，利用变频器通过调速的方式来调节风量、流量，可以大幅度地节约电能。由于高速时所需功率随转速增长过快，与速度的三次方成正比，所以通常不应使风机、泵类负载超工频运行。一般的风机泵类专用和声称为HVAC专用型变频器的低速性能都很差，所以不适于恒转矩应用，即使功率放大也不够用。第一部分：变频器的原理变频器及电机传动的基础知识；Td=KmFsFrsinθTd:电动机的电磁转矩Km:比例系数Fs，Fr:三相矢量中的任意两个矢量的模θ:Fs和Fr的夹角FsFrθFc电动机统一转矩公式电动机磁通矢量图由电动机统一转矩公式可知，电动机的电磁转矩和三个磁通矢量中的任意两个矢量的模和夹角有的余弦成正比，所以要控制电磁转矩就必须控制任意两个矢量的模和夹角第一部分：变频器的原理变频器的控制方法－V/f1.恒V/f控制(属于标量控制)定子电动势有效值为:E=4.44ψfψ: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也回相应地变化,即:E/f=K(恒定值)导电线圈或电流回路所链环的磁通量。磁链等于导电线圈匝数N与穿过该线圈各匝的平均磁通量φ的乘积，故又称磁通匝。公式Ψ=Nφ第一部分：变频器的原理V/f变频器的控制相对简单，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较小，受定子电阻压降的影响比较显著，故造成输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，因此人们又研究出矢量控制变频调速。第一部分：变频器的原理变频器的控制方法－矢量控制基本思想对直流电动机的分析在变频调速技术成熟之前，直流电动机的调速特性被公认为是最好的。究其原因，是因为它具有两个十分重要的特点:(a)磁场特点它的主磁场和电枢磁场在空间是互相垂直的，如图(a)所示;(b)电路特点它的励磁电路和电枢电路是互相独立的，如图(b)所示。在调节转速时，只需调节其中一个电路的参数。第一部分：变频器的原理简述直流调速原理：1、弱磁调速，改变励磁电压，降压就升速，升压就降速；2、改变电枢电压，升压就升速，降压就降速，这个采用得很多。总之改变电压必需要有一个调压装置，可以是串电阻，可以是用直流调压器。但在弱磁调速中，励磁电压一定要有，如果没有励磁电压将会产生飞车，那是很危险的。第一部分：变频器的原理矢量控制变频调速的做法是：将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic、通过三相—二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。第一部分：变频器的原理无传感器和有传感器的矢量控制根据在实行矢量控制时，是否需要转速反馈的特点，而有：无反馈和有反馈矢量控制之分。无反馈矢量控制是根据测量到的电流、电压和磁通等数据，间接计算出当前的转速，并进行必要的修正，从而在不同频率下运行时，得到较硬机械特性的控制模式。由于计算量较大，故动态响应能力稍差在许多场合，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。有反馈矢量控制则必须在电动机输出轴上增加转速反馈环节，如图中的虚线所示。由于转速大小直接由速度传感器测量得到，既准确、又迅速。与无反馈矢量控制模式相比，具有机械特性更硬、频率调节范围更大、动态响应能力强等优点。第一部分：变频器的原理变频器的控制方法－直接转矩控制直接转矩控制（基于定子磁场定向）直接转矩控制的原理框图电动机变频调速时的机械特性Ｔ＝Ｋ２△nＫ２:定常系数ＳＴ转矩调节器T*T+-+-n*nT０△n当TT*时，T0=1,磁场加速△n增大，转矩增加；当TT*时，T0=0，磁场不变，电动机转子因惯性使△n减小，转矩减小。第一部分：变频器的原理1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。并且变频技术所应用到的行业越来越广泛,和能源相关的行业都能用到。举例:生活中空调,冰箱,洗衣机等,工业:起重机等。直接转矩控制是直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。第一部分：变频器的原理直接转矩控制的优越性在于，转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息，控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化棒性良好，所引入的定子磁链观测器能很容易估算出同步速度信息，因而能方便的实现无速度传感器，这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。主要控制方式的比较针对异步电机，为了保证电机磁通和出力不变，电机改变频率时，需维持电压V和频率f的比率近似不变，所以这种方式称为恒压频比（V/f）控制。V/f控制简单,通用性强,经济性好,用于速度精度要求不十分严格或负载变动较小的场合。从本质上讲，V/f控制实际上控制的是三相交流电的电压大小和频率大小，然而交流电有三要素，就是除了电压大小和频率之外，还存在相位。V/f控制没有对电压的相位进行控制，这就导致在瞬态变化过程中，例如突加负载的时候，电机转速受冲击会变慢，但是电机供电频率也就是同步速还是保持不变，这样异步电机会产生瞬时失步，从而引起转矩和转速振荡，经过一段时间后在一个更大转