1、1变频器原理概述变频器原理概述 2调速的需求调速的需求n工艺需要变速 风机水泵（节能）机床加工.n高精度、高动态响应的需要 造纸、轧钢.传统的调速方法传统的调速方法 机械变速 直流电机3电机的分类电机的分类电机发电机电动机控制电机动力电机伺服电机步进电机直流伺服交流伺服直流电机交流电机同步电机异步电机单相三相4变频器原理概述变频器原理概述n异步电机的结构和原理异步电机的结构和原理n异步电机的机械特性异步电机的机械特性n异步电机的调速方法及其效果异步电机的调速方法及其效果n变频器的一般结构和工作原理变频器的一般结构和工作原理n矢量控制的原理矢量控制的原理n直接转矩控制的原理直接转矩控制的原理n软
2、起动器的原理简述软起动器的原理简述5VVWUUW定子定子转子转子异步电机的结构和原理异步电机的结构和原理6三相异步机的结构三相异步机的结构VVWUUW转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座转子：在旋转磁场作用下，产转子：在旋转磁场作用下，产 生感应电动势或电流。生感应电动势或电流。三相定子绕组：产生旋转磁场三相定子绕组：产生旋转磁场线绕式线绕式鼠笼式鼠笼式鼠笼转子鼠笼转子 7异步电动机的原理异步电动机的原理-旋转磁场的产生旋转磁场的产生UVWVW异步机中异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极1n()电流出电流出()电流入电流入U8对应电流各时刻的合成磁场方向
3、对应电流各时刻的合成磁场方向:1t2t3t0t0t1t2t3t结论：电流变化一周，磁场旋转结论：电流变化一周，磁场旋转3600。VUUVWWVUUVWWNVUUVWWNVUUVWWN定子通入三相电流，定子内产生旋转磁场定子通入三相电流，定子内产生旋转磁场1n1n1n1nN9两对极定子旋转磁场两对极定子旋转磁场Stator10异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理-异步电动机的转动原理异步电动机的转动原理1.转子电动势和转子电流转子电动势和转子电流2.电磁转距和转子旋转方向电磁转距和转子旋转方向定子绕组通入电流后，产生旋转磁场定子绕组通入电流后，产生旋转磁场，与转子绕组间产生相，与转子绕组间产
4、生相对运动对运动，由于转子电路是闭合的，产生转子感应电流。根据，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。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力分布在转子两侧，对转轴形成一个电磁转距电磁转距 T，电磁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。场的旋转方向转动起来。11定子滑差定子滑差 RotorStator12转矩、电流与速度的关系转矩、电流与速度的关系No-LoadSlipPull outTorque额定转速电机速度电机速度
5、20%40%60%80%100%电机转矩电机转矩250%200%150%100%50%电机速度电机速度电机电流电机电流600%400%300%500%200%100%20%40%60%80%100%No LoadCurrentStartingCurrentTorque Vs SpeedCurrent Vs Speed异步电机的机械特性异步电机的机械特性13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)/n0n0=60f/P定子电压和转子电子恒定的情况下21220222UsXRsRKT)(式中 K是常数;U1是电源电压;s是电动机的转差率；
6、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。14OnT0n(N m)nPnPT9550602 Tn15)/()(9550NNN分分转转千千瓦瓦nPT 如某普通机床的主轴电机如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型型)的额的额定功率为定功率为7.5kw,额定转速为额定转速为1440r/min,则额定转则额定转矩为矩为m.N7.4914405.795509550NNN nPT1621220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT0dd ST令：令：求得求得202mXRss 临界转差率临界转差率On0nTmax将将sm代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得Sm172021ma
7、x2 XUKT max121max,)1(TUUT(2)sm与与 R2 有关，有关，R2 sm n 。绕线式电绕线式电机改变转子附加电阻机改变转子附加电阻R 2 可实现调速。可实现调速。18NmaxTT 一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为2.28.1 1922022212)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 起动时起动时n=0 时时，s=1 st121st,)1(TUUT(2)Tst与与 R2 有关，有关，适当使适当使 R2 Tst 。对绕线对绕线式式 电机改变转子附加电阻电机改变转子附加电阻 R 2,可使可使Tst=Tmax 0nOnT体现了电动机
8、带载起动的能力。体现了电动机带载起动的能力。20T2 sT2 TT=T2n T T 2达到新的平衡达到新的平衡T20nnTOn21异步电动机的调速方法及其效果n 调压调速调压调速特点：实现简单；转矩随电压下降呈二次方下降；特性变软；22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs U 22n转子串电阻调速转子串电阻调速22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 23n 变频调速变频调速特点：特性平移，不变软；最大转矩随频率降低略有降低；频率下降24n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/
9、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%电压提升量电压提升量弱磁调速区输出电压输出电压50Hz输出频率25 变频器的一般结构和工作原理 n一般通用变频器为交直交结构26整流器及滤波器整流器及滤波器 27n直流逆变成交流的方法 正弦波脉宽调制技术（SPWM)2829nSPWM的产生办法的产生办法 规则采样法规则采样法 参考波与三角波比较决定开关时刻。参考波与三角波比较决定开关时刻。指定谐波消去法指定谐波消去法 将PWM波形傅立叶展开，指定谐波消去的次数，通过求解相应方程，得出开关时刻。电流滞环比较法电流滞环比较法 设定电流滞环
10、，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 rating30矢量控制的原理简述n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。n矢量控
11、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。31n解耦的基本方法解耦的基本方法 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。32n坐标变换矩阵33n矢量控制的具体思路34n矢量控制的原理框图矢量控制的原理框图35n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，并根据与给定值比较所得的
12、差值，实现磁链和转矩的直接控制。直接矢量控制的原理36 Part 2 降压软起动原理降压软起动原理 372.1电机直接起动电机直接起动20%40%60%80%100%电机转速电机转速起动转矩起动转矩电机转矩电机转矩250%200%150%100%50%最大转矩电机转速电机转速起动电流起动电流电机电流电机电流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负载转矩382.2 Y-起动起动启动电流、起动转矩为直接起动时的启动电流、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起动转矩和相电压的平方成正比 TUP23lpUU
13、Y 接时，相电压为接时，相电压为lpUU接时，相电压为接时，相电压为313/22llppststUUUUTT31ststTT31ststII392.2 Y-起动起动(1)仅适用于正常运行为三角形接法的电机。仅适用于正常运行为三角形接法的电机。(2)适合于空载或轻载起动的场合适合于空载或轻载起动的场合402.3 定子串电阻或电抗器降压起动定子串电阻或电抗器降压起动n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。n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412.4软起动器的原理简述软起动器的原理简述n软起动器的基本结构n软起动器的基本原理n软起动器的工作方式分类422.4 软起动器的结构软起动器的结构43软起动器的原理软起动器的原理n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。44软起的分类（按工作原理）软起的分类（按工作原理）n电压斜坡软起45n电压斜坡结合电流限幅起动特性（多数软起采用此方法）
