变频器结构和工作原理 ppt课件

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一、三相异步感应交流电动机的工作原理
在定子三相对称的定子绕组中通入对称三相电流 即在气隙中产生旋转磁场
电动机的旋转磁场
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一、三相异步感应交流电动机的工作原理
2.旋转磁场的转速 在以上的分析中，旋转磁场只有一对磁极，即p=1，当电流变化一 个周期，旋转磁场正好在空间转过一周。对50Hz工频交流电而言，旋 转磁场每秒在空间旋转50周，n1=60f1=60×50r/min=3000r/min。若磁 场有两对磁极，p=2，则电流变化一周，旋转磁场只转过0.5周，比磁 极对数p=1情况下的转速慢了一半，即n1=60f1/2=1500r/min。同理， 在3对磁极p=3情况下，电流变化一周，旋转磁场仅旋转了1/3周，即 n1=60f1/3=1000r/min。以此类推，当旋转磁场有p对磁极，旋转磁场 的转速为： n1=60f1/p 因此， 只要平滑地调节异步电动机的定子供电频率f1， 就可以 平滑调节异步电动机的同步转速n1。 由于转子是跟随旋转磁场同步旋 转的， 转子转速为n=n1(1-s)， 所以变频能通过同步转速的改变实现 异步电动机的无级调速。
变频器的结构和工作原理
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一、三相异步感应交流电动机的工作原理
1.旋转磁场 在一个可旋转的马蹄型 磁铁中间，放置一只可 转动的笼型短路线圈。 当转动马蹄形磁铁时， 笼型转子就会跟着一起 旋转。这是因为当磁铁转动时，其磁感线(磁通)切割笼型转子的导体， 在导体中因电磁感应而产生感应电动势，由于笼型转子本身是短路 的，在电动势作用下导体中就有电流流过 。该电流又和旋转磁场相 互作用，产生转动力矩，驱动笼型转子随着磁场的转向而旋转起来， 这就是异步电动机的简单旋转原理。
一、三相异步感应交流电动机的工作原理
由于Φ∝E1 /f1≈U1 /f1， 故调节三相异步电动机的供电频率f1 时，按比例 调节供电电压的U1的大小可以近似实现Φ为常数。 以星形接法的电机 为例， 变频调速时， 如供电50 Hz对应220 V相电压（一般为额定点）， 则25 Hz需提供110 V相电压， 10 Hz需提供44 V相电压。
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一、三相异步感应交流电动机的工作原理
表面看来，只要改变定子电压的频率f1就可以调节转速的大小，但是 事实上，只改变f1并不能正常调速。参考异步电动机的电压方程 U 1≈E1 =4.44f1 K1 N1 Φ 假设现在只改变f1进行调速， 设供电频率f1上下调节， 而供电电压U 1 不变， 因 为K1 N1常数， 则异步电动机的主磁通Φ必将改变： 如f1向上调， 则Φ会下降， 这使得拖动转矩T下降，因为T=C TΦI2 cosφ2 ， 电动机的拖动能力会降低， 对恒转矩负载会因拖不动而堵 转； 如f1 向下调， 则Φ会增强， 这会带来更大的危险， 因为电机 铁磁材料的磁化曲线不是直线而具有饱和特性， 设计电机时为了建 立更强的磁场， 其工频下的工作点已经接近磁饱和， 如再增强磁场 势必引起励磁电流（体现在定子电流上）急剧升高， 最终烧坏电 机。 由上可知， 只改变频率f 实际上并不能正常调速。 在许多场 合， 要求在调节定子供电频率f 的同时， 调节定子供电电压U 的大 小， 通过U 和f 的不同配合实现安全的调频调速。 5 ppt课件
保持E1 /f 1=常数控制方式的机械特性
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二、变频的控制方式
1、 u/f控制模式 ★ 控制特点：通过压频变换器使变频器的输出电压与输出频率 成比例的改变，即U/?=常数。 ★ 性能特点：性价比高，输出转矩恒定即恒磁通控制，但速度 控制的精度不高。适用于以节能为目的和对速度精度要求较 低的场合。 ★低频稳定性较差：在低速运行时，会造成转矩不足，需要进 行转矩补偿。 该变频器为开环控制，安装调试方便。
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二、变频的控制方式
★ 控制特点：矢量控制是对电动机的转速（转矩） 进行控制，不能对电动机的间接控制量进行控制。 1）使用前要进行自扫描，将电动机的参数扫入 变频器。 2）一台变频器只能控制一台电动机。 3）矢量控制既能控制电动机的电流幅值，同时 又能控制电流的相位（矢量控制名称的由来）。 ★性能特点：可从零转速进行控制，调速范围宽； 可对转矩进行精确控制，系统响应速度快，速度 控制精度高。
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二、变频的控制方式
2、转差频率控制（U/f闭环控制） 电动机由于存在转速差Δn ，且转速差和转矩T成正比，当 改变变频器的输出频率，使变频器的转差Δn改变时，变频 器的输出转矩T改变，变频器的输出转速改变。就是通过控 制转差Δn，来控制电动机的转矩，达到控制电动机转速的 目的。这就是转差频率控制原理。 由此可见，变频器要想达到以上控制目的，必须采取闭环控 制， 即变频器要设闭环反馈输入端子。
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二、变频的控制方式
转差频率控制变频器内设比较电路和PID控制电路，处理目标信 号和反馈信号。 控制系统工作时为闭环控制。变频器给定一个目标量，从变频器的控制 量中取回反馈量，反馈量和目标量进行比较：当反馈量小于目 标量，变频器给出频率上升信号使频率上升， Δn上升，转矩随之上 升，电动机的转速随之上升；反之，变频器给出频率下降信号， Δn 下降，转矩随之下降，电动机的转速随之下降。使电动机的实际转速 按给定目标要求转动。
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二、变频的控制方式
转差频率控制和U/f控制功能上的区别： U/f制变频器内部不用设置PID控制功能，不用设置反 馈端子。而转差频率控制在变频器的内部要设比较电 路和PID控制电路。如果用U/F控制变频器实现闭环控 制，要在变频器之外配置PID控制板。
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二、变频的控制方式
3、矢量控制 矢量控制是交流电动机用模拟直 流电动机的控制方法来进行控 制。 1）将控制信号按直流电动机的 控制方法分为励磁信号和电枢 信号 2）将控制信号按三相交流电动 机的控制要求变换为三相交流 电控制信号，驱动变频器的输 出逆变电路。 变频器控制方式：分为无传感器 （开环）和有传感器（闭环） 两种控制方式。无传感器控制 方式是通过变频器内部的反馈 形成闭环。