《变频及伺服应用技术》绪论课件

*,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,*,*,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,*,*,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,*,*,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,*,*,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,*,*,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,*,*,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,*,*,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,*,*,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,*,*,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,*,*,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,*,*,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,*,*,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,*,*,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,*,*,变频及伺服应用技术,重庆工业职业技术学院 郭艳萍,*,*,变频及伺服应用技术绪论,变频及伺服应用技术绪论,1,2024/11/22,绪论,2023/9/19绪论,2,22 十一月 2024,绪论内容,一、变频技术的发展及应用,二、步进、伺服的发展及应用,19 九月 2023绪论内容一、变频技术的发展及应用,3,22 十一月 2024,定义：以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交流（直流）电气传动系统，也称,交流（直流）电气拖动系统,。,构成：,中间传动机构,交流电源,输入,终端机械,交流,电机,直流,调速,装置,直流输出,皮带轮、齿轮箱等,风机、泵等,直流,电机,交流,调速,装置,交流输出,执行机构,变频器,变频技术的发展及应用,一,19 九月 2023中间传动机构交流电源终端机械交流直流直流,4,22 十一月 2024,序号,意义,有代表意义的行业或设备,1,节能,风机、水泵、注塑机,2,提高产品质量,机床、印刷、包装等生产线,3,改善工作环境,电梯、中央空调,电气传动的目的：,根据设备和工艺的要求通过改变电动机速度或输出转矩改变终端设备的速度或输,出转矩。,电气传动的意义：,注：并不是所有的设备使用电气传动装置后都可以节能,19 九月 2023序号意义有代表意义的行业或设备1节能风机,5,22 十一月 2024,直流电气传动系统特点：,控制对象：直流电动机,控制原理简单，一种调速方式,性能优良，对硬件要求不高,电机有换向电刷（换向火化）,电机设计功率受限,电机易损坏，不适应恶劣现场,需定期维护,交流电气传动系统特点：,控制对象：交流电动机,控制原理复杂，有多种调速方式,性能较差，对硬件要求较高,电机无电刷，无换向火化问题,电机功率设计不受限,电机不易损坏，适应恶劣现场,基本免维护,20,世纪,70,年代以前直流占统治地位，交流电机只在定速机械上使用。,20,世纪,90,年代中期交流变频调速逐渐成为调速领域的主角。,交直流电气传动的特点：,直流电动机电枢电压只能做到,1000,多伏，转速每分钟数百转到,1000,多转。,交流电动机电压可做到,6,10kV,，转速可达每分钟数千转。,19 九月 2023直流电气传动系统特点：交流电气传动系统特,6,22 十一月 2024,交流异步电机的机械特性公式,n,60f/p(1-s),n,：电机转速,f,：给电机供电的交流电频率,p,：电机极对数,s,：转差率,T,：电机力矩,N,：速度,n,0,负载,1,异步机机械特性,负载,2,交流同步电机的机械特性公式,n,60f/p,n,：电机转速,f,：给电机供电的交流电频率,p,：电机极对数,n,0,负载,1,负载,2,T,：电机力矩,同步机机械特性,异步电动机发明于,19,世纪八十年代，变频器成功于,20,世纪八十年代。,为什么期盼了近百年？,19 九月 2023交流异步电机的机械特性公式 n60f/,7,22 十一月 2024,单相逆变电路工作原理,S1,S4,S2,S3,E,d,U1,S1,S3,导通,S2,S4,导通,S1,S3,导通,S2,S4,导通,S1,S3,导通,S2,S4,导通,f1,f2,Ed,U1,逆变器的功能：,通过改变开关管导通时间改变输出电压的频率,通过改变开关管导通顺序改变输出电压的相序,19 九月 2023单相逆变电路工作原理S1S4S2S3Ed,8,22 十一月 2024,变频技术的物质基础,开关器件的发展是改变同步频率的关键技术,变频技术是建立在电力电子技术基础之上的。在变频器中，开关器件必须要满足一定的条件，这些条件是：,（,1,）能承受足够大的电压和电流。,（,2,）允许长时间频繁地接通和关断。,（,3,）接通和关断的控制十分方便。,电压必须在,1000V,以上，电流必须在,700A,以上,IGBT,的特点：,耐压,1200V,开关频率高达,30,40KHZ,驱动电路电流小，功耗很少,19 九月 2023变频技术的物质基础开关器件的发展是改变同,9,电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。,1904,晶闸管问世，,(“,公元元年”,),IGBT,及功率集成器件出现和发展时代,晶闸管时代,水银（汞弧）整流器时代,电子管问世,全控型器件迅速发展时期,史前期,（黎明期）,1930,1948,1957,1970,1980,1990,2000,t(,年,),晶体管诞生,开关器件的发展史,电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。1904,10,22 十一月 2024,变频器开关器件种类,晶闸管（,SCR,）（,20,世纪,50,年代美国通用电气公司,为变频器的发展提供了划时代的基础硬件）,门极可关断晶闸管（,GTO,）,（,20,世纪,60,年代）,电力晶体管（,GTR,）,（,20,世纪,70,年代）,电力场效应晶体管（,MOSFET,）,（,20,世纪,70,年代）,绝缘栅双极晶体管（,IGBT,）,（,20,世纪,80,年代）,集成门极换流晶闸管（,IGCT,）,（,20,世纪,90,年代）,智能功率模块（,IPM,）,-,组件,）（,20,世纪,90,年代）,变频器起步于晶闸管，普及归功,GTR,，提高全靠,IGBT,19 九月 2023 变频器开关器件种类变频器起,11,22 十一月 2024,电力电子器件的应用领域,19 九月 2023电力电子器件的应用领域,12,电气化铁道、电动汽车、航空、航海,20,世纪,80,年代以前主要采用直流传动牵引；,20,世纪,90,年之后，主要采用交流传动牵引,（即变频）,。,1999,年,5,月我国株洲电力机车厂研制出时速,200KM,的子弹头电力机车。,2001,年，研制的中华之星，设计时速,270KM,，试验时达到了,321.5KM/,小时,的中国铁路第一速。我国进入高铁时代。,高铁的运行时速,350KM,。,单相,25KV,牵引接触网。,牵引电机传动和车辆辅助电源,在交通运输领域中的应用,电气化铁道、电动汽车、航空、航海在交通运输领域中的应用,13,22 十一月 2024,19 九月 2023,14,22 十一月 2024,名称,代号,控制方式,最大电压电流及频率,双极型晶体管,BJT,GTR,电流控制,Um,：,450-1400V,Im,：,300-800A,Fm,：,10KHz-50KHz,门极关断晶闸管,GTO,电流控制,Um,：,500-600V,Im,：,4000-6000A,Fm,：,1KHz-10KHz,绝缘栅双极晶体管,IGBT,电压控制,Um,：,1800-3300V,Im,：,800-1200A,Fm,：,20KHz-50KHz,集成门换流晶体管,IGCT,电压控制,Um,：,500-600V,Im,：,4000-6000A,Fm,：,1KHz-10KHz,19 九月 2023名称代号控制方式最大电压电流及频率双极型,15,22 十一月 2024,变频技术的理论基础,控制理论不断成熟,早期通用变频器主要采用恒压频比（,V/F,）,PWM,控制方式，随着矢量控制技术、直接转矩控制技术的出现使得电动机变频后的机械特性可以和直流电机相媲美。,U/f,控制 矢量控制 直接转矩控制,绿色变频器,19 九月 2023变频技术的理论基础控制理论不断成熟早期通,16,22 十一月 2024,1.,变频器概念：,由计算机控制电力电子器件，将工频交流电变为频率和电压可调的三相交流电的电气设备，用于驱动交流电动机进行连续平滑的变频调速。,2.,调速系统的发展历程,(1),定速拖动：电机转速不可调,(2),直流调速：直流电机体积大、造价高、维护复杂、不节能；调速性能较好（调速方便、调速连续性、机械特性硬度）,(3),交流调速：电机体积小、价格低、性能好、维护方便、节能、控制精度高。,(4),U/f,控制 矢量控制 直接转矩控制 绿色变频器,19 九月 20231.变频器概念：2.调速系统的发展历程,17,22 十一月 2024,调速方式名称,控制对象,特点,变极调速,交流异步电动机,有级调速，系统简单，最多,4,段速,调压调速,无级调速，调速范围窄,电机最大出力能力下降，效率低,系统简单，性能较差,转子串电阻调速,变频调速,交流异步电动机,交流同步电动机,真正无级调速，调速范围宽,电机最大出力能力不变，效率高,系统复杂，性能好,可以和直流调速系统相媲美,早,晚,发 展 时 间,在变频器出现前同步电机无法实现调速功能，因此只能在定速传动领域使用,三相交流鼠笼电机尽管调速性能不佳，但其结构坚固、经久耐用且价格低廉,还是在一些性能较低的传动现场使用,3.,交流电气传动系统的发展历程,19 九月 2023调速方式名称控制对象特点变极调速交流异步,18,22 十一月 2024,变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源转换成电压、频率均可,变的适合交流电机调速的电力电子变换装置，英文简称,VVVF(Variable,Voltage Variable Frequency,）,变频器的控制对象：,三相交流异步电机和三相交流同步电机，标准适配电机极数是,2/4,极,序号,优 点,1,平滑软启动，降低启动电流，减少变压器占有量，确保电机安全,2,在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度,3,无级调速，调速精度大大提高；节能。,4,电机正反向无需通过接触器切换,5,非常方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制,变频调速的优势（与其它交流电机调速方式对比）,19 九月 2023变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流,19,22 十一月 2024,电机控,制算法,功率器件,V/F,控制,SCR,GTR,矢量控制,IGBT,计算机,技术,单片机,DSP,IGBT,大容量化,更高速率和容量,如：矩阵式变频器,大功率传,动使用变,频器，体,积大，价,格高,未来发展方向,完美无谐波,PWM,技术,SPWM,技术,PWM,优化,新一代开关技术,无速度矢量控制,电流矢量,V/F,70,年代,80,年代,60,年代,90,年代,高速,DSP,专用芯片,00,年代,超静音变频器开始流行,解决了,GTR,噪声问题,变频器性能大幅提升,大批量使用，取代直流,算法优化,更大容量,更高开关频率,PWM,技术,空间电压矢量,调制技术,变频器体,积缩小，,开始在中,小功率电,机上使用,19 九月 2023电机控功率器件V/F控制SCRGTR矢量,20,22 十一月 2024,6.,变频器的发展趋势,1,、低电磁噪音、静音化,新型通用变频器除了采用高频载波方式的正弦波,SPWM,调制实现静音化外,(,载波频率越高,电磁噪音越小,漏电流噪声越大,),还在通用变频器输入侧加交流电抗器或有源功率因数校正电路,APFC,，而在逆变电路中采取,Soft-PWM,控制技术等，以改善输入电流波形、降低电网谐波，在抗干扰和抑制高次谐波方面符合,EMC,国际标准，实现所谓的清洁电能的变换。如三菱公司的