变频器与家电.ppt

1、变频改变生活变频改变生活变频器在家电中的应用变频器在家电中的应用变频器的基本原理变频器的基本原理变频技术在家电中的应用变频技术在家电中的应用.变频器在家电中的应用变频器在家电中的应用变频技术的发展变频技术的发展1.11.1变频概念应无级调速的需要而诞生变频概念应无级调速的需要而诞生1.21.2电力半导体器件的更新促使变频技术的不断发展电力半导体器件的更新促使变频技术的不断发展 2.12.1变频器的基本构成变频器的基本构成2.12.1变频器的基本运行原理变频器的基本运行原理新一代变频技术的发展对家电产业的影响新一代变频技术的发展对家电产业的影响1.变频技术的发展变频技术的发展1.11.1变频概念

2、应无级调速的需要而诞生变频概念应无级调速的需要而诞生 三相交流电动机从发明以来其启动特性却一直举三相交流电动机从发明以来其启动特性却一直举步维艰。电动机在恒压下直接启动，其启动电流大，步维艰。电动机在恒压下直接启动，其启动电流大，其转速要在很短时间内从零升至额定转速，会在启其转速要在很短时间内从零升至额定转速，会在启动过程中产生冲击，很容易使电力拖动对象的传动动过程中产生冲击，很容易使电力拖动对象的传动机构等造成严重磨损甚至损坏。因而减少异步电动机构等造成严重磨损甚至损坏。因而减少异步电动机启动瞬间的大电流的冲击，是电动机运行中的首机启动瞬间的大电流的冲击，是电动机运行中的首要问题。此必须设法

3、改善电动机的启动方法，使其要问题。此必须设法改善电动机的启动方法，使其达到电动机的平滑无冲击的启动，于是变频概念应达到电动机的平滑无冲击的启动，于是变频概念应无级调速的需要而诞生了。变频器具有无冲击启动无级调速的需要而诞生了。变频器具有无冲击启动和软停机的优良控制特性，又具有显著的节能效果和软停机的优良控制特性，又具有显著的节能效果 ，因此出现了现在的变频家电。因此出现了现在的变频家电。 2020世纪世纪6060年代后半期，电力电子器件从年代后半期，电力电子器件从SCR(SCR(晶闸晶闸管管)、GTO(GTO(门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管)、BJT(BJT(双极型功率晶体双极型功率晶体管管

4、)、MOSFET(MOSFET(金属氧化物场效应管金属氧化物场效应管)、SIT(SIT(静电感应晶静电感应晶体管体管)、SITH(SITH(静电感应晶闸管静电感应晶闸管)、MGT(MOSMGT(MOS控制晶体管控制晶体管)、MCT(MOSMCT(MOS控制品闸管控制品闸管)发展到今天的发展到今天的IGBT(IGBT(绝缘栅双极型绝缘栅双极型晶体管晶体管)、HVIGBT(HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管耐高压绝缘栅双极型晶闸管)不断不断更新使变频出现成为可能更新使变频出现成为可能-变频开始诞生。变频开始诞生。那么那么什麽是变频器？通俗的讲变频器是利什麽是变频器？通俗的讲变频器是利用电力半导

5、体器件的通断作用将工频电源变换为用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置另一频率的电能控制装置，因此变频技术的发展，因此变频技术的发展依托于电力电子器件的发展依托于电力电子器件的发展。1.21.2电力半导体器件的更新促使变频技术不断发展电力半导体器件的更新促使变频技术不断发展 2020世纪世纪7070年代开始，脉宽调制变压变频年代开始，脉宽调制变压变频(PWM(PWMVVVF)VVVF)调速的研究得到突破调速的研究得到突破-变频技术开始应用变频技术开始应用于家电之中。于家电之中。2020世纪世纪8080年代中后期，美、日、德、英等发达国年代中后期，美、日、德、英等发达国

6、家的家的 VVVFVVVF变频器技术实用化变频器技术实用化-变频器得到了广变频器得到了广泛应用。泛应用。继继 VVVFVVVF变频以后，又出现了矢量控制变频、直变频以后，又出现了矢量控制变频、直接转矩控制变频等交接转矩控制变频等交直直交变频控制技术交变频控制技术-使使得变频技术进一步发展。得变频技术进一步发展。现在的矩阵式交现在的矩阵式交交变频、直流变频技术正在发交变频、直流变频技术正在发展中，今后变频技术还将随着电力电子器件、新型电展中，今后变频技术还将随着电力电子器件、新型电力变换拓扑电路、滤波及屏蔽技术的进步而发展力变换拓扑电路、滤波及屏蔽技术的进步而发展。2.变频器的基本原理变频器的基

7、本原理2.12.1变频器的基本构成变频器的基本构成 主电路：主电路：是给异步电动机提供调压调频电源的电是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分。它由三部分构成，将工频电源变换为力变换部分。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的直流功率的“整流器整流器”，吸收在变流器和逆变器产，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的生的电压脉动的“平波回路平波回路”，以及将直流功率变，以及将直流功率变换为交流功率的换为交流功率的“逆变器逆变器”。变频器的基本构成如上图所示，由主回路（包括整变频器的基本构成如上图所示，由主回路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成。流器、中间直流环节、逆变器）和

8、控制回路组成。主电路主电路电压型电压型：将电压源的直流变换为交流的：将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是变频器，直流回路的滤波是电容电容。电流型电流型：将电流源的直流变换为交流的：将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是变频器，其直流回路滤波是电感电感。整流器整流器：现今现今大量大量使用的是二极管的变流器，它把使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。行再生运转。平波回路：平波回路：在整流器整流后的

9、直流电压中，含有电在整流器整流后的直流电压中，含有电源源6 6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。的平波回路。逆变器逆变器：在整流器整流后的直流电压中，含有电源在整流器整流后的直流电压中，含有电源6 6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也倍频率的脉动电压，

10、此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路简单的平波回路。控制电路控制电路:是给异步电动机供电（电压、频率可是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路调）的主电路提供控制信号的回路。2.22.2变频器的基本运行原理变频器的基本运行原理a.a.电机的旋转速度为什么能够自由地改变？电机的旋转速度为什么能够自由地改变？n=

11、60f/p n=60f/p；n:n:同步速度同步速度f:f:电源频率电源频率p:p:电电机极对数机极对数。可见，可见，改变频率和电压是最优的电机改变频率和电压是最优的电机控制方法，如果仅改变频率而不改变电压，频率控制方法，如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出现过电压（降低时会使电机出现过电压（过励磁），导致电过励磁），导致电机可能被烧坏机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。输出频率在额定频率以上时，电压却同时改变电压。输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。不可以继续增加，最高只能是等于电机

12、的额定电压。例如：为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出例如：为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从频率从50Hz50Hz改变到改变到25Hz25Hz，这时变频器的输出电压就需，这时变频器的输出电压就需要从要从400V400V改变到约改变到约200V 200V。b.b.当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？怎样？工频电源工频电源由电网提供的动力电源。由电网提供的动力电源。起动电流起动电流当电机开始运转时，变频器的输出电流当电机开始运转时，变频器的输出电流。（变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用变频器驱动时的起动转矩和最大

13、转矩要小于直接用工频电源驱动）工频电源驱动）电机在工频电源供电时起动和加速冲电机在工频电源供电时起动和加速冲 击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。工频直接起动会产生一个击就要弱一些。工频直接起动会产生一个大的起动电流。而当使用变频器时，变频大的起动电流。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机起动电流和冲击要小些。通常，所以电机起动电流和冲击要小些。通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小。减小的实际数据在有的变频低）而减小。减小的

14、实际数据在有的变频器手册中会给出说明。通过使用磁通矢量器手册中会给出说明。通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。转矩。3.变频技术在家电中的应用变频技术在家电中的应用 家用电器则依托变频技术，主要瞄准高功家用电器则依托变频技术，主要瞄准高功能和省电。比如，要求具有高速高出力、控制能和省电。比如，要求具有高速高出力、控制性能好、小型轻量、大容量、高舒适感、长寿性能好、小型轻量、大容量、高舒适感、长寿命、安全可靠、静音、省电等优点。命、安全可靠、静音、省电等优点。首先是电

15、冰箱，由于它处于全天工作，采首先是电冰箱，由于它处于全天工作，采用变频制冷后，压缩机始终处在低速运行状态，用变频制冷后，压缩机始终处在低速运行状态，可以彻底消除因压缩机起动引起的噪声，节能可以彻底消除因压缩机起动引起的噪声，节能效果更加明显。效果更加明显。 其次，空调器使用变频后，扩大了压缩机其次，空调器使用变频后，扩大了压缩机的工作范围，不需要压缩机在断续状态下的工作范围，不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制，达到降低电力运行就可实现冷、暖控制，达到降低电力消耗，消除由于温度变动而引起的不适感消耗，消除由于温度变动而引起的不适感。变频器的外围设备及其选择变频器的外围设备及其选择选择

16、目的：选择目的：提高变频器的某种性能。提高变频器的某种性能。变频器和电动机的保护。变频器和电动机的保护。减小变频器对其他设备的影响等。减小变频器对其他设备的影响等。既然变频器有诸多的优点，我们如何将其合理应用于家电之中呢？变频器外围设备的连接变频器外围设备的连接变频器的外围设备如下图所示：电源变压器T电源侧断路器QF电磁接触器1KMEM无线电噪声滤波器FIL电源侧交流电抗器1ACL、2ACL制动电阻R电动机侧电磁接触器2KMEMI频电网切换用接触器3KM电动机侧交流电抗器2ACL电源变压器电源变压器T T：电源变压器用于将高压电源变换电源变压器用于将高压电源变换到通用变频器所需的电压等级，考虑

17、到变频器的输到通用变频器所需的电压等级，考虑到变频器的输入电流有一定量的高次谐波，使电源侧的功率因数入电流有一定量的高次谐波，使电源侧的功率因数降低，加上变频器运行效率的影响，变压器的容量降低，加上变频器运行效率的影响，变压器的容量按如下式考虑。按如下式考虑。变压器的容量（变压器的容量（kVAkVA）=变频器的输出功率变频器的输出功率变频器输入功率因数变频器输入功率因数变频器效率变频器效率电源侧断路器电源侧断路器QFQF：用于电源回路的开闭，并且在出现过流或短路事故时自动切断电源，以防事故扩大。如果需要进行接地保护，也可以采用漏电保护式断路器。使用变频器无例外地都应采用QF。电磁接触器电磁接触

18、器1KMEM 1KMEM：用于电源的开闭，在变频器保用于电源的开闭，在变频器保护功能起作用时，切断电源。对于电网停电后的复电，护功能起作用时，切断电源。对于电网停电后的复电，可以防止自动再投入以保护设备的安全及人身安全。可以防止自动再投入以保护设备的安全及人身安全。制动电阻单元制动电阻单元R R：用于吸收电动机再生制动的再生用于吸收电动机再生制动的再生电能。可以缩短大惯量负载的自由停车时间。还可电能。可以缩短大惯量负载的自由停车时间。还可以在位能负载下放时，实现再生运行。以在位能负载下放时，实现再生运行。制动电阻的计算：制动电阻的计算：制动电阻的选择，可按如下步骤进行：制动电阻的选择，可按如下

19、步骤进行：制动转矩的计算制动转矩的计算4.4.新一代变频技术的发展对家电产业的影响新一代变频技术的发展对家电产业的影响 近年来新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音近年来新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化，而且利用高速运行能实现大幅度时快速冷冻；在洗衣化，而且利用高速运行能实现大幅度时快速冷冻；在洗衣机方面，过去使用变频实现可变速控制，提高洗净性能，机方面，过去使用变频实现可变速控制，提高洗净性能，新流行的洗衣机除了节能和静音化外，还在确保衣物柔和新流行的洗衣机除了节能和静音化外，还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容；电磁烹任器利用高频感应洗涤等方面推出新的控制内容；电磁烹任器

20、利用高频感应加热使锅子直接发热，没有燃气和电加热的炽热部分，因加热使锅子直接发热，没有燃气和电加热的炽热部分，因此不但安全，还大幅度提高加热效率，其工作频率高于听此不但安全，还大幅度提高加热效率，其工作频率高于听觉之上，从而消除了饭锅振动引起的噪声；觉之上，从而消除了饭锅振动引起的噪声；IHIH电饭堡得到电饭堡得到的火力比电加热器更强，而且利用变频可以进行火力微调，的火力比电加热器更强，而且利用变频可以进行火力微调，只要合理设计加热感应线圈，可得到任意的加热布局，炊只要合理设计加热感应线圈，可得到任意的加热布局，炊饭性能上了一个档次；变频微波炉利用高频电能给磁控管饭性能上了一个档次；变频微波炉利用高频电能给磁控管必要的升压驱动，电源结构小，炉内空间更宽敞，新式微必要的升压驱动，电源结构小，炉内空间更宽敞，新式微波炉能任意调节电力，并根据不同食品选择最佳加热方式，波炉能任意调节电力，并根据不同食品选择最佳加热方式，缩短时间，降低电耗；照明方面，荧光灯使用高频照明，缩短时间，降低电耗；照明方面，荧光灯使用高频照明，可提高发光效率，实现节能，无闪烁，易调光，频率任意可提高发光效率，实现节能，无闪烁，易调光，频率任意可调，镇流器小型轻量。可调，镇流器小型轻量。变频让一切和谐行动！变频让一切和谐行动！谢谢！