变频器分类、调速原理、电路.ppt

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1、三 菱 变 频 调 速 器交流变频器交流变频器FR-A700课程课程培训讲义培训讲义第二课第二课本课主要内容变频器驱动电机的特性变频器驱动电机的特性变频器的总体分类变频器的总体分类变频器的构成原理变频器的构成原理作业讨论作业讨论一、异步电动机的结构一、异步电动机的结构 定子：由定子铁心和三相绕组构成。定子：由定子铁心和三相绕组构成。转子：由转子铁心和转子绕组构成，是电动机输出机械能、带动转子：由转子铁心和转子绕组构成，是电动机输出机械能、带动负载旋转的部分。负载旋转的部分。二、异步电动机的运行原理二、异步电动机的运行原理 定子三相绕组接到三相交流电源上，会有三相对称电流流过，定子三相绕组接到三

2、相交流电源上，会有三相对称电流流过，电机内便形成圆形旋转磁场。若转子不转，转子绕组的鼠笼导条与旋电机内便形成圆形旋转磁场。若转子不转，转子绕组的鼠笼导条与旋转磁密有相对运动，切割磁力线，导条中有感应电动势，由右手定则转磁密有相对运动，切割磁力线，导条中有感应电动势，由右手定则可判断电流方向。导条在磁场中受电磁力作用，形成电磁转矩可判断电流方向。导条在磁场中受电磁力作用，形成电磁转矩T，根根据左手定则判断据左手定则判断T的方向，在此作用下，转子就的方向，在此作用下，转子就“跟着跟着”定子的旋转磁定子的旋转磁场旋转起来了。场旋转起来了。1 1、变频器驱动电机的特性变频器驱动电机的特性四、电机转速及

3、调速方式四、电机转速及调速方式1、转速公式转速公式2、转差率公式转差率公式1 1、变频器驱动电机的特性变频器驱动电机的特性 3 3、功率与转速、转矩的关系、功率与转速、转矩的关系、功率与转速、转矩的关系、功率与转速、转矩的关系 功率与转速和转矩的乘积成正比功率与转速和转矩的乘积成正比功率与转速和转矩的乘积成正比功率与转速和转矩的乘积成正比 3 3基本特性（转矩和电流）基本特性（转矩和电流）机械和电气相关特性图机械和电气相关特性图如下如下转矩转矩电流特性电流特性电机转矩电机转矩电流电流转速转速r/minr/min0 0发电机的发电机的区域区域（再生）（再生）电机的区域（电动）电机的区域（电动）同

4、步转速同步转速启动电流启动电流最大最大(堵转堵转)转矩转矩 转差转差电流电流A A 电机电机负载负载转矩可以转矩可以由电机电流来由电机电流来推定推定(磁通矢磁通矢量控制量控制)启动启动转矩转矩 负载扭矩负载扭矩 T T2 2、变频器的总体分类、变频器的总体分类一、按变频器的原理分类一、按变频器的原理分类 u交交交交 变频器变频器 将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源，将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源，其主要优点是没有中间环节，变换率高。但其连续可调的频率范围其主要优点是没有中间环节，变换率高。但其连续可调的频率范围较窄。主要用于容量较大的低速拖动系统中。较窄

5、。主要用于容量较大的低速拖动系统中。变频器变频器交交变频器交交变频器交直交变频器交直交变频器按储能方式分按储能方式分电压型电压型 C电流型电流型 L按调压方式分按调压方式分脉幅调制脉幅调制脉宽调制脉宽调制u交直交交直交 变频器变频器 先将频率固定的交流电整流后变成直流，在经过逆变电路，把先将频率固定的交流电整流后变成直流，在经过逆变电路，把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电逆变成交直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电逆变成交流电较易控制，因此在频率的调节范围上就有明显优势。目前三菱流电较易控制，因此在频率的调节范围上就有明显优势。目前三菱的变频器大都为这个类型的。

6、的变频器大都为这个类型的。电压型电压型整流后靠电容来滤波。现在使用的大都为电压型。整流后靠电容来滤波。现在使用的大都为电压型。电流型电流型整流后靠电感来滤波。整流后靠电感来滤波。脉幅调制脉幅调制（PAM）输出电压大小通过改变直流电压来实现。输出电压大小通过改变直流电压来实现。脉宽调制脉宽调制（PWM）输出电压大小通过改变输出脉冲的占空比输出电压大小通过改变输出脉冲的占空比 来实现。来实现。2 2、变频器的总体分类、变频器的总体分类二、按变频器的用途分类二、按变频器的用途分类u专用变频器专用变频器 针对某一种（类）特定的控制对象而设计的，如风机、水泵用针对某一种（类）特定的控制对象而设计的，如风

7、机、水泵用变频器、电梯及起重机械用变频器、中频变频器等。变频器、电梯及起重机械用变频器、中频变频器等。u通用变频器通用变频器 是数量最多，应用最广泛的一种，也是我们讲解的主要品种。是数量最多，应用最广泛的一种，也是我们讲解的主要品种。而大容量变频器主要用于冶金工业的一些低速场合。而大容量变频器主要用于冶金工业的一些低速场合。2 2、变频器的总体分类、变频器的总体分类变频器变频器专用变频器专用变频器通用变频器通用变频器按容量分按容量分中小容量中小容量大容量大容量按应用分按应用分节能型节能型通用型通用型节能型变频器节能型变频器 由于节能型变频器的负载主要是风机、泵、二次方率负载，对由于节能型变频器

8、的负载主要是风机、泵、二次方率负载，对调速性能的要求不高，因此控制方法比较单一，一般只有调速性能的要求不高，因此控制方法比较单一，一般只有V/F控制，控制，但价格相对便宜些。但价格相对便宜些。通用型变频器通用型变频器 主要用在生产机械的调速上，对调速性能的要求（如调速范围，主要用在生产机械的调速上，对调速性能的要求（如调速范围，调速后的动、静态特性等）往往较高，价格也较贵，它的控制方法调速后的动、静态特性等）往往较高，价格也较贵，它的控制方法除了除了V/F控制，还使用了矢量控制技术。此外，高性能的变频器还控制，还使用了矢量控制技术。此外，高性能的变频器还配备了各种控制功能如：配备了各种控制功能

9、如：PID调节、调节、PLC控制、控制、PG闭环速度控制等。闭环速度控制等。2 2、变频器的总体分类、变频器的总体分类v 变频器回路的构成变频器回路的构成（P17）通用变频器把工频电流（通用变频器把工频电流（50HZ或或60HZ）变换成各种频率的交变换成各种频率的交流电流，以实现电机的变速交流电变换成直流电且对直流电流电流，以实现电机的变速交流电变换成直流电且对直流电进行平滑滤波）和进行平滑滤波）和逆变电路逆变电路（变频器由主回路和控制回路构成。（变频器由主回路和控制回路构成。主回路主回路包括包括整流电路整流电路（工频电源的变换成各种频率的交流电）两（工频电源的变换成各种频率的交流电）两部分。

10、部分。控制回路控制回路完成对主电路的控制。完成对主电路的控制。3 3、变频器的构成原理变频器的构成原理控制电路控制电路控制电路控制电路整流电路整流电路整流电路整流电路逆变电路逆变电路逆变电路逆变电路主电路主电路 ACAC电源电源IMIM电机电机3 3、变频器的构成原理变频器的构成原理恒定电圧恒定电圧恒定频率恒定频率交流交流直流直流交流交流可变电圧可变电圧可变可变频率频率 电源电源控制回路部控制回路部分分电机电机输出信号输出信号状态、报警等状态、报警等输入信号输入信号启启/停、变速等停、变速等整流整流部分部分ACDC逆变部分逆变部分 DCAC中间直流部分中间直流部分开启电流吸收回路开启电流吸收回

11、路平波回路平波回路 整流电路整流电路 3 3、变频器的构成原理变频器的构成原理 整流单元是由图中的整流单元是由图中的6 6个二极个二极管管D1D1D6D6组成的三相全波整流桥，组成的三相全波整流桥，是变频器中用来产生直流电的变流是变频器中用来产生直流电的变流器。当三相交流电源供电时，它们器。当三相交流电源供电时，它们将工频将工频380380V V的交流电整流成直流电。的交流电整流成直流电。3 3、变频器的构成原理变频器的构成原理 中间直流回路中间直流回路q 开启电流吸收回路开启电流吸收回路 当变频器接通时，由于滤波电容当变频器接通时，由于滤波电容C很大，会有很大的开启电流流过并给滤很大，会有很

12、大的开启电流流过并给滤波电容充电，该电流有可能烧坏整流二波电容充电，该电流有可能烧坏整流二极管。如图所示，在整流桥的输出端与极管。如图所示，在整流桥的输出端与滤波电容间加装了由一个限流电抗器滤波电容间加装了由一个限流电抗器（吸收电阻（吸收电阻R）和继电器组成的限流回）和继电器组成的限流回路。在接通电源的瞬间，路。在接通电源的瞬间，R串入电路用串入电路用来吸收开启电流的峰值，当充电到一定来吸收开启电流的峰值，当充电到一定的程度后，的程度后，R R由继电器触点短接，以避由继电器触点短接，以避免引起附加损耗等。免引起附加损耗等。吸收电阻吸收电阻充电电流充电电流继电器继电器 中间直流回路中间直流回路3

13、 3、变频器的构成原理变频器的构成原理q 电容平波回路电容平波回路 整流桥输出的整流电压是脉整流桥输出的整流电压是脉动的直流电压（图动的直流电压（图1 1），利用左上），利用左上图中的滤波电容图中的滤波电容C在电路中的储能在电路中的储能作用，当电源电压增加时，电容作用，当电源电压增加时，电容把能量储存在电场中，当电源电把能量储存在电场中，当电源电压减少时，又把储藏的能量逐渐压减少时，又把储藏的能量逐渐释放出来，从而减少输出电压中释放出来，从而减少输出电压中的脉动部分，对整流电压进行平的脉动部分，对整流电压进行平滑滤波，使之成为平滑的滑滤波，使之成为平滑的DCDC电压电压（图（图2 2）。）。输

14、出电压（无平滑电容时）输出电压（无平滑电容时）（图图 1 1）平滑平滑DCDC电压电压 （图（图 2 2）3 3、变频器的构成原理变频器的构成原理 中间直流回路中间直流回路q 制动回路制动回路 变频调速在降速时处于再生制动状态，变频调速在降速时处于再生制动状态，电动机回馈的能量到达直流回路，会使电动机回馈的能量到达直流回路，会使P、N两端的电压上升，这是很危险的，需要将这两端的电压上升，这是很危险的，需要将这部分能量消耗掉。电路中部分能量消耗掉。电路中制动电阻制动电阻RB就是用就是用于消耗这部分能量的。制动单元由于消耗这部分能量的。制动单元由大功率晶大功率晶体管体管VB及采样、比较和驱动电路组

15、成，其功及采样、比较和驱动电路组成，其功能是为放电电流流过能是为放电电流流过RB提供通路。在小于提供通路。在小于2222kWkW的变频器中有内部制动单元。的变频器中有内部制动单元。P-P1间和间和PX-PR间为短路片，需外接制动电阻及制动单间为短路片，需外接制动电阻及制动单元时要拆去之间的短路片。元时要拆去之间的短路片。NPP1PXPRRBVB 逆变回路逆变回路3 3、变频器的构成原理变频器的构成原理q 逆变桥逆变桥 逆变器是把直流电变换成逆变器是把直流电变换成交流电的装置。用六个晶体管交流电的装置。用六个晶体管代替开关构成的电路，该电路代替开关构成的电路，该电路连上三相电机，晶体管的交替连上

16、三相电机，晶体管的交替通断电使电机运转，通过改变通断电使电机运转，通过改变通断周期，可以得到要求的供通断周期，可以得到要求的供电频率；通过改变晶体管接通电频率；通过改变晶体管接通顺序，可以改变电机的旋转方顺序，可以改变电机的旋转方向。向。续流二极管续流二极管晶体管单相导通，并联二极管为再晶体管单相导通，并联二极管为再生电流及能量返回直流提供通路生电流及能量返回直流提供通路4.4.作业讨论：作业讨论：为什么变频器的输入端与输出端不允许接反？为什么变频器的输入端与输出端不允许接反？作业讨论作业讨论 逆变电路的逆变电路的6 6只续流二极管变为整流电路，当桥臂上一只二极只续流二极管变为整流电路，当桥臂

17、上一只二极管导通时，另一只二极管承受反向电压。此时与其并联的管导通时，另一只二极管承受反向电压。此时与其并联的IGBTIGBT承承受正向电压，有门极脉冲时就会导通，造成电源短路，损坏变频受正向电压，有门极脉冲时就会导通，造成电源短路，损坏变频器；器；讨论：讨论：1.1.结合变频器的主电路分析：结合变频器的主电路分析：(1)(1)主要由哪几部分组成？试简述各部分的作用。主要由哪几部分组成？试简述各部分的作用。(2)(2)电阻电阻R1R1和和R2R2的作用是什么？对它们的阻值有何要求？的作用是什么？对它们的阻值有何要求？(3)(3)电容电容CF1CF1和和CF2CF2为什么要串联使用？电容为什么要

18、串联使用？电容CF1CF1和和CF2CF2串联后的串联后的主要功能是什么？主要功能是什么？(4)(4)制动单元的作用是什么？制动单元的作用是什么？解答：解答：(1)(1)主要由整流、起动缓冲、滤波、均压、直流指示、制动主要由整流、起动缓冲、滤波、均压、直流指示、制动单元单元 、逆变等部分组成。、逆变等部分组成。整流部分作用：将三相交流电变成脉动直流电。整流部分作用：将三相交流电变成脉动直流电。起动缓冲部分作用：限制电源接通瞬间的整流电路的起起动缓冲部分作用：限制电源接通瞬间的整流电路的起动电流，保护整流二极管和滤波电容。动电流，保护整流二极管和滤波电容。滤波：将脉动直流电变成较平滑直流电。滤波

19、：将脉动直流电变成较平滑直流电。均压：使两个滤波电容承受的电压相等。均压：使两个滤波电容承受的电压相等。直流指示：电源指示，发光二极管直流指示：电源指示，发光二极管制动单元：制动单元：用于消耗变频调速在降速时处于再生制动状用于消耗变频调速在降速时处于再生制动状态，电动机回馈的能量。态，电动机回馈的能量。逆变：逆变：逆变器是把直流电变换成交流电的装置。逆变器是把直流电变换成交流电的装置。外带制动电阻外带制动电阻P1P1直流电抗器直流电抗器直流电抗器直流电抗器PRPR +端与端与端与端与PRPR端可接外带制动电阻，当接入时外带制动电阻与内部制动端可接外带制动电阻，当接入时外带制动电阻与内部制动端可

20、接外带制动电阻，当接入时外带制动电阻与内部制动端可接外带制动电阻，当接入时外带制动电阻与内部制动电阻形成并联，增大制动电路的电流从而增强制动电路消耗能量的能电阻形成并联，增大制动电路的电流从而增强制动电路消耗能量的能电阻形成并联，增大制动电路的电流从而增强制动电路消耗能量的能电阻形成并联，增大制动电路的电流从而增强制动电路消耗能量的能力；力；力；力；+端与端与端与端与P1P1端可接入直流电抗器，接入直流电抗器时端可接入直流电抗器，接入直流电抗器时端可接入直流电抗器，接入直流电抗器时端可接入直流电抗器，接入直流电抗器时+端与端与端与端与P1P1端的短端的短端的短端的短路片要撤走，直流电抗器可以改善电路的功率因数。路片要撤走，直流电抗器可以改善电路的功率因数。路片要撤走，直流电抗器可以改善电路的功率因数。路片要撤走，直流电抗器可以改善电路的功率因数。