1、变频器原理概述,调速的需求,工艺需要变速风机水泵（节能）机床加工高精度、高动态响应的需要造纸、轧钢.,传统的调速方法机械变速直流电机,电机的分类,单相,三相,变频器原理概述,异步电机的结构和原理 异步电机的机械特性 异步电机的调速方法及其效果 变频器的一般结构和工作原理 矢量控制的原理 直接转矩控制的原理 软起动器的原理简述,转子,异步电机的结构和原理,三相异步机的结构,转子：在旋转磁场作用下，产 生感应电动势或电流。,三相定子绕组：产生旋转磁场,异步电动机的原理-旋转磁场的产生,U,V,W,V,W,异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极,()电流出,()电流入,U,对应电流各时刻的合成磁场方向:,
2、结论：电流变化一周，磁场旋转3600。,N,N,N,定子通入三相电流，定子内产生旋转磁场,N,两对极定子旋转磁场,Stator,异步电动机的工作原理- 异步电动机的转动原理,1. 转子电动势和转子电流,2. 电磁转距和转子旋转方向,定子绕组通入电流后，产生旋转磁场 ，与转子绕组间产生相 对运动 ，由于转子电路是闭合的，产生转子感应电流。根据左手定则可知在转子绕组上产生了电磁力。,电磁力分布在转子两侧，对转轴形成一个电磁转距 T ，电磁 转距的作用方向与电磁力的方向相同，因此转子顺着旋转磁 场的旋转方向转动起来。,定子滑差,Rotor,Stator,转矩、电流与速度的关系,No-Load Sli
3、p,Pull out Torque,额定转速,电机速度,20% 40% 60% 80% 100%,电机转矩,250%,200%,150%,100%,50%,电机速度,电机电流,600%,400%,300%,500%,200%,100%,20% 40% 60% 80% 100%,No Load Current,Starting Current,Torque Vs Speed,Current Vs Speed,异步电机的机械特性,异步电机的机械特性,异步电机转矩公式：T2Tm/(S/Sm+Sm/S),S=(n0-n)/n0,n0=60f/P,定子电压和转子电子恒定的情况下,式中 K是常数; U1是
4、电源电压;s是电动机的转差率；R2是转子每相绕组的电阻;X20是转子静止时每相绕组的感抗。,电动机在额定负载时的转矩。,1.额定转矩TN,三个重要转矩,(N m),Tn,额定转矩,如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为,2.最大转矩 Tmax,电机带动最大负载的能力。,临界转差率,将sm代入转矩公式，可得,Sm,转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax ，否则将 造成堵转(停车)。,当 U1 一定时，Tmax为定值,过载系数(能力),一般三相异步电动机的过载系数为,工作时必须使T2 Tmax ，否则电机将出现停转(闷
5、车)现象。,3. 起动转矩 Tst,起动时n= 0 时，s =1,(2) Tst与 R2 有关， 适当使 R2 Tst 。对绕线式 电机改变转子附加电阻 R2 , 可使Tst=Tmax,Tst体现了电动机带载起动的能力。,电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调 整，这种能力称为自适应负载能力。,此过程中， n 、sE2 , I2 I1 电源提供的功率自动增加。,T2,s,T2 T,T =T2,n ,T ,达到新的平衡,4. 电动机的运行分析,异步电动机的调速方法及其效果,调压调速,特点：实现简单；转矩随电压下降呈二次方下降；特性变软；,转子串电阻调速,特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩
6、大，起动特性好。,变频调速,特点：特性平移，不变软；最大转矩随频率降低略有降低；,频率下降,变频调速需要注意的问题,必须保持磁通恒定,每相电动势 Eg=4.44f N K ,为使磁通不变，Eg/ f 必须保持不变,若忽略定子压降，可近似认为U/f不变。但在电压较低（低频）时，应给予一定量的电压补偿。,100%,电压提升量,弱磁调速区,输出电压,50Hz,输出频率,变频器的一般结构和工作原理,一般通用变频器为交直交结构,整流器及滤波器,直流逆变成交流的方法正弦波脉宽调制技术（SPWM),SPWM的产生办法 规则采样法参考波与三角波比较决定开关时刻。 指定谐波消去法将PWM波形傅立叶展开，指定谐波
7、消去的次数，通过求解相应方程，得出开关时刻。 电流滞环比较法 设定电流滞环，根据实际电流的大小决定相应桥臂开通、关断。 空间电压向量法 不以生成正弦波为最终目的，以产生圆形磁场为目的，调整开关组合形成的磁通矢量的作用时间，来实现以尽量多的多边形来模拟圆形磁场。,Power rating,矢量控制的原理简述,直流调速系统有着优异的动静态调速性能。原因是直流电机的磁通可通过单独调节励磁电流来实现控制，与电枢电流调节彼此互不影响，容易做到磁通恒定，在磁通恒定的情况下，扭矩与电枢电流成正比。而交流电机的磁通无法单独控制。异步电机的模型是多输入（电压，电流，频率，相位）、多输出（磁通、转矩），并且多个变
8、量耦合在一起的调节电压、电流既影响磁通又同时影响转矩。 矢量控制的出发点是通过数学的方法，对交流电机的模型进行解耦，使各物理量分解为励磁分量和转矩分量，然后模仿直流电机的控制方法进行控制。,解耦的基本方法 以产生同样的旋转磁场为约束条件 产生旋转磁场不一定非用三相绕组、通三相交流电不可。也可采用通两相交流电的两相绕组。 再进一步采用以同步速旋转的坐标系，则两相绕组中通的就是直流电，此时的模型与直流电机一样。,坐标变换矩阵,矢量控制的具体思路,矢量控制的原理框图,直接转矩控制摈弃了解耦的思想，取消了旋转坐标变换，简单地通过检测定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机地磁链和转矩，并根据与给定
9、值比较所得的差值，实现磁链和转矩的直接控制。,直接矢量控制的原理,Part 2 降压软起动原理,2.1电机直接起动,20% 40% 60% 80% 100%,电机转速,起动转矩,电机转矩,250%,200%,150%,100%,50%,最大转矩,电机转速,起动电流,电机电流,600%,400%,300%,500%,200%,100%,20% 40% 60% 80% 100%,直接起动时过大的加速转矩,负载转矩,2.2 Y-起动,启动电流、起动转矩为直接起动时的1/3,起动转矩和相电压的平方成正比 TUP2,Y 接时，相电压为,接时，相电压为,2.2 Y-起动,(1) 仅适用于正常运行为三角形接
10、法的电机。,(2) 适合于空载或轻载起动的场合,2.3 定子串电阻或电抗器降压起动,启动转距随定子电压的平方关系，故它只适用于空载或轻载启动的场合。 不经济，在启动过程中，电阻器上消耗能量大，不适用于经常启动的电动机，若采用电抗器代替电阻器所需设备较贵，且体积大,2.4软起动器的原理简述,软起动器的基本结构软起动器的基本原理软起动器的工作方式分类,2.4 软起动器的结构,软起动器的原理,软起动器的本质是晶闸管调压装置。通过降低起动电压的方法，减小起动电流，从而缓减对电网的冲击和对机械的冲击。符合调压调速的一切规则。,软起的分类（按工作原理）,电压斜坡软起,电压斜坡结合电流限幅起动特性（多数软起采用此方法）,
