变频器的调速原理

Click to Insert Title-34Pt Arial Narrow Bold,Click to add text-28 point Arial Narrow,Second level,*,变频器的原理及其应用,1,变频器的调速原理,改变输入频率 （无级调速）,变频器,N=60F/P,P,：极对数,F,：频率,N,：转速,改变极对数 （有级调速）,调速原理：,调速方法：,2,交,-,直,-,交变频器的主要结构框图,整流器,逆变器,中间,电路,电动机,控制电路,3,交,-,直,-,交变频器原理图,M,交,交,直,4,RA,变频器制动方式,能耗制动,1.,能耗制动,M,当泵升电压超过一定值时，,。,导通，从而把负载反馈的能量消耗在,R,。,上。,R,。,。,5,RA,变频器制动方式,能量回馈制动,2.,能量回馈制动,M,当负载回馈能量是,可控变流器工,作于有源逆变状态,将能量回馈电网,6,变频器的控制方法,-,电动机调速基础,电动机调速的关键是转矩控制,GD,2,375,d n,d t,=,Td,TL,GD2:,电动机和负载的飞轮转矩,Td:,电动机的电磁转矩,TL:,电动机的负载转矩,n,:,转速,电动机调速基础,由上式可知,:,要控制转速只需控制,Td,7,变频器的控制方法,-,电动机调速基础,T,d=,K,m,F,s,F,r sin,Td:,电动机的电磁转矩,Km,：比例系数,Fs,，,Fr,：三相矢量中的任意两个矢量的模,：,Fs,和,Fr,的夹角,Fs,Fr,Fc,电动机统一转矩公式,电动机磁通矢量图,由电动机统一转矩公式可知，电动机的电磁转矩和三个磁通矢量中的任意两个矢量的模和夹角有的余弦成正比，所以要控制电磁转矩就必须控制任意两个矢量的模和夹角,8,变频器的控制方法,恒,U/F,控制,1.,恒,U/F,控制,(,属于标量控制,),定子电动势有效值为,:,E=4.44,F,:,电动机气隙磁链,F:,电动机工作频率,为避免电动机因频率的变化而导致磁路饱和引起励磁电流增大,功率因数和效率降低,需要维持气隙磁通,所以在调节,F,时,E,也回相应地变化,即,:E/F=K(,恒定值,),9,变频器的控制方法,矢量控制,矢量变换（数学运算）,两相固定,坐标系,三相旋,转坐标系,两相旋转,坐标系,旋转,变频器,转矩电流,i,T,励磁电流,i,M,10,变频器的控制方法,矢量控制,2.,矢量控制,(,基于转子磁链定向,),控制思想,:,i,T,i,M,转速环,矢量,变换,M,编码器,电流环,旋转,变频器,n,n*,11,变频器的控制方法,直接转矩控制,3.,直接转矩控制（基于定子磁场定向）,直接转矩控制的原理框图,电动机变频调速时的机械特性,n,:,定常系数,转矩调节器,T*,T,+,-,+,-,n,*,n,T,n,当,T,T*,时，,T,0,=1,磁场加速,n,增大，转矩增加；,当,TT*,时，,T,0,=0,，磁场不变，电,动机转子因惯性使,n,减小，转矩,减小。,12,无速度传感器矢量控制,利用,自适应控制法,通过电压和电流模型运算，从而实现磁通和转矩的解藕，并分别进行控制。,在许多场合，安装编码器不方便，同时也是为了,降低成本，要求使用无编码器系统。例如安装空,间较小，控制精度要求不高的场合。,13,变频器在风机负载和,泵类负载中的应用,14,直流传动和交流传动的比较,电机,直流电机,结构复杂,有电刷,维护困难,转子粗短，转矩惯量大,交流电机,结构简单,无电刷,维护简单,转子细长，转矩惯量小,无电刷，适用环境较广,变流装置较贵,因为有电刷，所以在环境恶劣的不适用,变流装置较便宜,功率注入转子，散热所需通风机功率较大,功率注入定子子，散热所需通风机功率较小,效率,.,.,效率,.,.,15,直流传动和交流传动的比较,应用,传动按应用领域的分类：,1,、通用机械的节能调速：,指风机，泵等机械，它们的用电量占全国发电总量的,1/3,，此类,机械在不调速交流电机调速时，风量和流量使用挡板和阀门调节，调,速后可节电,30,40,，而且优化了工艺过程，减少了管道和阀门的,压力，提高了设备的寿命，减少了维修。,2,、,工艺调速：,由于工艺的要求需要调速运行的机械，如金属加工，造纸等需要,稳态精度很高的领域，目前该领域正在向交流调速过渡。,16,直流传动和交流传动的比较,-,应用,3,、,牵引调速：,运输机械的电驱动，此类机械对设备的尺寸，重量和防护等级有有严格的要求，所以交流调速比较占优势。如火车，轮船等系统。,4,、,特殊调速：,对调速有特殊要求的调速系统，如调速范围达到,1,：,50000,1,：,100000,的场合，只能由特殊的永磁交流电动机实现。如高精度磨床，车床等,17,风机负载和泵类负载的负载特性,由此可知二次方律负载遵循如下规律,(n:,转速,):,流量,Q,n,扬程,H,n,2,功率,P,n,3,风机和泵类负载属于二次方律负载特性,(,除罗茨风机,):,功率公式,:P,L,=P,0,+K,P,n,L,3,转矩,(,扬程,),公式,:T,L,=T,0,+K,T,n,L,2,流量公式,:Q,L,=Q,0,+K,Q,n,L,也可以转化为,:P,L,=K,F,P,0,+K,F,3,P,N,空载转矩,转矩系数,工作与额定,F,的比值,18,用三台变频器控制三台风机，其中两用一备，电机的功率,P=55KW,，,设计风量为,Q,。空载损耗为,10%,，转速,1250,转,/,分。若风机正常在,970,转,/,分,以下连续可调，每天所需的供风量为,1.5Q,。,（,1,）一台工频运行，一台变频运行；则全速,P0=55*10%=5.5KW,P1=55KW,由,P,L,=P0+K,P,n,L,3,得,:,K,P,=55-5.5=49.5KW,P2=5.5+49.5*,（,50%,）,3,=11.7KW,总消耗的功率为,55+11.7=67KW,风机的节电率统计举例,19,风机的节电率统计举例,（,2,）两台变频运行时每台的平均供风量为,75%Q,P1=P2=5.5+49.5,（,75%,）,3=26.4KW,总消耗的功率为,P1+P2=52.8KW,（,3,）三台变频运行时，每台的平均供风量为,50%Q,P1=P2=P3=5.5+49.5(50%)3=11.7KW,总消耗的功率为,P1+P2+P3=35.1KW,可见三台风机全投入变频运行时效果最好。假定每月工作,30,天，每天,工作,24,小时，按每度,0.7,元计，则方案三可以比其他两个方案多节省电费,8000,元左右。,两台工作是最多可节能,30*24*0.7*(111-52.8)=29332.8,元,三台工作是最多可节能,30*24*0.7*(111-35.4)=38102.4,元,20,潜水泵起动,时的,水锤现象,往往容易造成,管道松动或破裂甚至损坏,；,电机起动,/,停止时需开启,/,关闭阀门来减小水锤的影响，如此操作一方面,工作强度大,，且,难以满足工艺的需要,。,在潜水泵安装变频调速器以后，可以,根据工艺的需要,，使电机软启,/,软,停，从而,使急扭及水锤现象得到解决,。而且在流量不大的情况下，可以降低,泵的转速，一方面可以,避免,水泵长期工作在满负荷状态，造成电机过早的,老,化,，而且变频的软启动大大的,减小,水泵启动时对机械的,冲击,。并且具有,明显,的节电效果,。,变频器在潜水泵上的应用,泵类负载和风机负载都属于二次方律，所以节能效果相同,21,系统应用效果,使用了变频器以后，不但,免去了许多繁琐的人工操作,，,消除了,许多,不安,全隐患因素,，并使系统始终处于一种节能状态下运行，合理地轮换使用电机,延长了设备的使用寿命,，,更好的适应了生产需要,。而且变频器丰富的内部控,制功能可以很,方便地,与其他控制系统或设备,实现闭环自动控制,。这在实现自,动控制的同时，,提高了控制精度,，从而,提高了产品质量,。在污水处理厂或相,似的系统中使用变频器应具有很好的推广价值,22,