变频变压的调速方式
变频调速的基本控制方式ppt课件
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机械特性曲线
n
可见，当频率ω1提高 时，同步转速n1随之提 n1c 高，最大转矩减小，机 n1b
械特性上移；转速降落 n1a
1c 1b 1a
随频率的提高而增大， n1N 1N
1N <1a <1b <1c 恒功率调速
特性斜率稍变大，其它
形状基本相似。如右图
所示。
2024/7/16
O Te
图6-5 基频以上恒压变频调速的机械特性29
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结论
➢在恒压频比的条件下改变频率 1 时，机械特性基本上是
平行下移 ➢当转矩增大到最大值以后，转速再降低，特性就折回来 了。而且频率越低时最大转矩值越小
➢最大转矩 Temax 是随着的 1 降低而减小的。频率很
低时，Temax太小将限制电机的带载能力，采用定子压 降补偿，适当地提高电压Us，可以增强带载能力
（U漏—漏磁阻抗压降；Us—每相电压），
当Us很大时，U漏很小；可以认为Us≈Eg 。
m
US f1
C
要改变f1实现调速，则同时应改变Us来保持Φm不变。
—恒压频比控制方式
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带定子压降补偿的恒压频比控制特性
但当f1太小时，忽略U漏则误差较大，这时可以人为增 大Us进行补偿，以减小误差。
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小结
电压Us与频率1是变频器—异步电动机调速系统的两个独立
的控制变量，在变频调速时需要对这两个控制变量进行协调 控制。 在基频以下，有两种协调控制方式。采用不同的协调控制方 式，得到的系统稳态性能不同。 在基频以上，采用保持电压不变的恒功率弱磁调速方法。
2024/7/16
变频变压调速
第六章 交流异步电动机变压变频调速系统本章主要问题：1． 在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？2． 交-直-交电压源型变频器调压、调频的有哪几种电路结构,并说明各种电压结构的优缺点。
3． SPWM 控制的思想是什么?4． 什么是1800导通型变频器？什么是1200导通型变频器？ 5． 电压、频率协调控制有几种控制方式，各有哪些特点？6． 在转速开环恒压频比控制系统中，绝对值单元GAB 的作用？函数发生器GFC 的作用？如何控制转速正反转。
7． 总结恒11U 、恒1ωg E 、恒1ωr E 三种控制方式的特点。
————————————————————————————————————————§6-1 交流调速的基本类型要求：掌握交流调速哪几种基本类型有以及各种调速方法的特点。
目的：能根据不同应用场合选择出相应的调速方式。
重点、难点：变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 主要内容（交流调速的基本类型、变频调速的基本要求）思考： 1. 交流异步电动机调速的方式有哪几种？并写出各方式的优缺点？2. 在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？教学设计：交流调速的基本类型采用多媒体课件讲授，用大量的实例，说明几种类型的应用场合。
复习感应电动机转速表达式：)1(60)1(10s n f s n n p-=-=异步电动机调速方法：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧型变频调速：绕线式、笼：绕线式串级调速（转差电压）电磁转差离合器调转子电阻：绕线式、调压（定子电压）变转差率调速变极调速：笼型异步机异步电动机§6-2 变频调速的构成及基本要求目的、教学要求：掌握变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 重点、难点：变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 主要内容（变频调速的基本要求）思考：在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？教学设计：教师从交流异步电动机的结构、工作原理出发，利用多媒体课件讲解。
7章同步电动机变压变频调速系统
Te
p s s
s xd
sin
p
2 sLeabharlann dq2 s xd xq
sin 2
（7-5）
式（7.5）凸极同步电动机的电磁转矩由两部分组成，第1部分由转子磁动 势产生，是同步电动机的主转矩；第2部分由于磁路不对称产生，称作磁 阻反应转矩。按式（7.5）可绘出凸极同步电动机的转矩角特性，如图7-2 所示。由于磁阻反应，转矩正比于sin2 ，使其最大转矩位置前移。
根据永磁同步电动机气隙磁场分布，永磁同步电动机可分为： （1）正弦波永磁同步电动机—磁极采用永磁材料，输入三相正弦波电流 时，气隙磁场为正弦分布，称作正弦波永磁同步电动机，或简称永磁同步电 动机，缩写为PMSM。 （2）梯形波永磁同步电动机—气隙磁场呈梯形波分布，性能更接近于直 流电动机。梯形波永磁同步电动机构成的自控变频同步电动机又称作无刷直 流电动机，缩写为BLDM。 7.2.2 同步电动机的转矩角特性
7.3.1转速开环恒压频比控制的小容量同步电动机群调速系统 图7-7所示是转速开环恒压频比控制的小容量同步电动机群调速系统, 是一种最简 单的他控变频调速系统, 多用于纺织、化纤等工业小容量多电动机传动系统中。 多台永磁或磁阻同步电动机群并联接在公共的变频器上, 由统一的频率给定信号f* 同时调节各台电动机的转速。图中的变频器采用电压型PWM变频器。 PWM变频器中, 带定子压降补偿的恒压频比控制保 证了同步电动机气隙磁通恒定, 缓慢地调节频率给定f*, 可以同时逐渐改变各台电动机的转速。这种开环调速 系统存在一个明显的缺点, 就是转子振荡和失步问题 并未解决, 因此各台同步电动机的负载不能太大，否 则会造成负载大的同步电动机失步，进而使整个调速 系统崩溃。 图 7-7 多台同步电动机恒压频比控制的调速系统结构图
变压变频调速的基本控制方式
图6-23 电流滞环跟踪控制时的电流波形a) 电流波形b) 电压波形图6-25 电压空间矢量定义三个定子电压空间矢量A0u ，B0u ，C0u ，使它们的方向始终处于各相绕组的轴线上，而大小则随时间按正弦规律脉动，时间相位互相错开的角度也是°。
三相定子电压空间矢量的合成空间矢量s u 是一个旋转的空间矢量，它的幅倍，当电源频率不变时，为电气角速度作恒速旋转。
当某一相电压为最大值时，合成电压矢量在该相的轴线上。
合成空间矢量C0B0A0s u u u u ++=可以定义定子电流和磁链的空间矢量s I 和s Ψ。
电压与磁链空间矢量的关系用合成空间矢量表示的定子电压方程式：R s u =很低时，定子电阻压降所占的成分很小，可忽略不计，则定子合成电压与合成磁链dtd sΨ或⎰≈dt s s u Ψ。
当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，以恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形（称为磁链圆）。
6-26 旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场种工作状态，6种工作状态是有效的，因为逆变器这时并没有输出电压，称为“零矢量”对于六拍阶梯波的逆变器，在其输出的每个周期中3/π时刻就切换一次工作状态（即换相）刻内则保持不变。
随着逆变器工作状态的切换，电压空间矢量的幅值不变，而相位直到一个周期结束。
在一个周期中6形成一个封闭的正六边形，如图6-28所示。
由电压空间矢量运动所形成的正六边形轨迹也可以看作是异步电动机定子磁设定子磁链空间矢量为1Ψ，在第一个3π期间，施加的电压空间矢量为内，产生一个增量依此类推，可以写成 Ψ∆的通式，i Ψ的方向决定于所施加的电压图6-31 逼近圆形时的磁链增量轨迹表示由电压空间矢量1u 和2u 的线性组合构成新的电压矢量θθsin cos s j u + 中，1t 处于1u ，2t 处于2u ，s u 与矢量图6-32 电压空间矢量的线性组合用相电压表示合成电压空间矢量的定义，把相电压的时间函数和空间相位分开γ20)(j C e t u ，︒=120γ，当各功率开关处于不同状态时，线电压可取值为⎢⎢⎣⎡ ⎝⎛+=⎥⎥⎦⎤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎥⎦⎤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=010230201322321t T t U j e T t T t U e U d j d j d ππd U T t ⎪⎪⎭⎫022，s sin =θu d θsin ， 由旋转磁场所需的频率决定，0T 与21t t +未必相等，来填补。
变频调速的基本控制方式与基准电压基准频率的关系
变频调速的基本控制方式与基准电压、基准频率的关系一、变频器中的电压与频率的关系异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，根据公式E1=4.44f1N1 ①m可知，那么磁通相应增大，导致磁回路饱和。
现在铁心的饱和磁密一般选取18000GS简单的说，电流增加到一个点而铁芯的磁通却不增加了，这个点就是饱和点，这个现象就是饱和，见图1。
饱和会导致激磁电流增大，铁芯发热，严重时将烧96转比由的ifi代即线对比情况毁电机。
因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。
这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。
频率f下降时，电压V也成比例下降，这个问题已说明V与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置（ROM中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择。
频率下降时完全成比例地降低电压，那么由于交流阻抗变小而直流电阻不变，将造成在低速下产生的转矩有减小的倾向。
因此，在低频时给定V/f,要使输出电压提高一些，以便获得一定的起动转矩，这种补偿称增强起动。
可以采用各种方法实现，有自动进行的方法、选择V/f模式或调整电位器等方法。
由于通用变频器一般采用V/f控制，即变压变频（VVVF方式调速，因此，变频器在使用前正确的设定其压频比，对保证变频器的正常工作至关重要。
变频器的压频比由变频器的基准电压与基准频率两项功能参数的比值决定，即基准电压/基准频率二压频比。
基准电压与基准频率参数的设定，不仅与电动机的额定电压与额定频率有关（电机的压频比为电机的额定电压与额定频率之比），而且还必须考虑负载的机械特性。
对于普通异步电机在一般调速应用时，其基准电压与基准频率按出厂值设定（基准电压380V,基准频率50HZ，即满足使用要求。
但对于某些行业使用的较特殊的电机，就必须根据实际情况重新设定基准电压与基准频率的参数。
2-交流电机变频调速详解
以下情况要选用交流输出电抗器
变频器到电机线路超过100米（一般原则）
以下情况一般要选用制动单元和制动电阻 提升负载 频繁快速加减速 大惯量（自由停车需要1min以上，恒速运行电流小于加速电流的设备）
变频器选型—选型原则
使用通用变频器的行业和设备 使用矢量变频器的行业和设备
纺织绝大多数设备
冶金辅助风机水泵、辊道、高炉卷扬 石化用风机、泵、空压机 电梯门机、起重行走 供水 油田用风机、水泵、抽油机、空压机
多
0.4-315KW
EV1000 EV2000
TD3000 2.2-75KW TD3100 高 TD3300
高动态性能 动态性能好 总线设计 精确控制 网络化应用 行业专用
0.4-5.5KW
功 能
TD900
调速、通讯 操作简便
功能丰富 适用面广
高稳态性能
成 本
完整的功率段 行业专用
少
宽电压范围
元件化设计
R S T P1 (+) PB (-) U V
MOTOR
W
PE
POWER SUPPLY
制动电阻
工频电网输入 380V 3PH/220V 3PH
直流电抗器
三相交流电机
220V 1PH
变频器的构成—控制回路接口
接口类型 主要特点 主要功能
开关量输入
开关量输出 模拟量输入
无源输入，一般由变频 启/停变频器，接收编码器信号、多 器内部24V供电， 段速、外部故障等信号或指令
2.3 交流电机变频调速
•概 述
异步电机的变压变频调速系统一 般简称为变频调速系统。由于在调速 时转差功率不随转速而变化，调速范 围宽，无论是高速还是低速时效率都 较高，在采取一定的技术措施后能实 现高动态性能，可与直流调速系统媲 美。因此现在应用面很广，是本篇的 重点。
变频调速的控制方式
４）直接转矩控制（ＤＴＣ控制） 直接转矩控制是 把电动机和逆变器看成一个整体，采用空间电压矢 量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，通 过跟踪型 ＰＷＭ 逆变器的开关状态直接控制转矩。因 此，无需对定子电流进行解耦，免去矢量变换的复
杂计算，控制结构简单。该技术在很大程度上弥补 了矢量控制的不足，并以新颖的控制思想，简洁明 了的系统结构，优良的动静态性能得到了迅速发展。 目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功 率交流传动上。
直接转矩控制它以测量电动机电流和直流电压 作为自适应电动机模型的输入。该模型每隔２５ μｓ 产生一组精确的转矩和磁通实际值，转矩比较器和 磁通比较器将转矩和磁通的实际值与转矩和磁通的 给定值进行比较获得最佳开关位置。由此可以看出 它是通过对转矩和磁通的测量，即刻调整逆变电路 的开关状态，进而调整电动机的转矩和磁通，以达 到精确控制的目的。
７）其他非智能控制方式 在实际应用中，还有 一些非智能控制方式在变频电源的控制中得以实现， 例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环 流控制、频率控制等。
２．智能控制方式 １）神经网络控制 神经网络控制方式应用在变 频电源的控制中，一般是用于比较复杂的系统控制， 这时对于系统的模型了解甚少，因此神经网络既要 完成系统辨识的功能，又要进行控制。而且神经网 络控制方式可以同时控制多个变频电源，因此神经 网络在多个变频电源级联时进行控制比较适合。但 是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具 体应用中带来不少实际困难。
运动控制系统-第6章 同步电动机变压变频调速系统
2
当负载转矩加大为 TL4时，转子减速使角θ 增加，电磁转矩 Te减4 小，导致θ继续，最 终，同步电动机转速偏离同步转速，这种 现象称为“失步”。
2
在 的范围 内，2 同步电动机不 能稳定运行，将产 生失步现象。
Te
Te3
Te4
0
3 4
2
图6-4 在 的范围内，
2
Te1
TL1
3U s Es
m xd
sin1
0
2
当负载转矩加大为 时，转子减速使角θ增加，
当 衡，
，电磁 转 2矩 2
和TL负2 载转矩
Te 2
又达到平
TL2
Te 2
TL2
3U s Es
m xd
s in 2
同步电动机仍以同步转速稳定运行。
0
2
若负载转矩又恢复
为 TL1，则角 恢 复
3. 梯形波永磁自控变频同步电动机即无刷直 流电动机——以梯形波永磁同步电动机为 核心的自控变频同步电动机，由于输入方 波电流，气隙磁场呈梯形波分布，性能更 接近于直流电动机，但没有电刷，故称无 刷直流电动机。
无刷直流电动机实质 上是一种特定类型的
iA eA eA
同步电动机，气隙磁 场和感应电动势是梯
第6章
同步电动机变压变频 调速系统
同步电动机直接投入电网运行时，存在 失步与起动两大问题，曾一直制约着同 步电动机的应用。同步电动机的转速恒 等于同步转速，所以同步电动机的调速 只能是变频调速。
变频调速的发展与成熟不仅实现了同步 电动机的调速问题，同时也解决了失步 与起动问题，使之不再是限制同步电动 机运行的障碍。
永磁同步电动机的转子用永磁材料制 成，无需直流励磁。
5.3 异步电动机的变压变频调速解析
5.3.2 变压变频调速时的机械特性 式（5-5）已给出异步电机在恒压恒频正弦 波供电时的机械特性方程式 Te= f (s)。 当采 用恒压频比控制时，可以改写成如下形式：
Us s1 Rr' Te 3np ( sR R ' ) 2 s 2 2 ( L L' ) 2 （5-28） s r 1 ls lr 1
对于直流电机，励磁系统是独立的，只要 对电枢反应有恰当的补偿， m 保持不变 是很容易做到的。 在交流异步电机中，磁通 m 由定子和转 子磁势合成产生，要保持磁通恒定就需要 费一些周折了。
• 定子每相电动势
Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
（5-11）
式中：Eg —气隙磁通在定子每相中感应电动势的有 效值，单位为V； f1 —定子频率，单位为Hz；
2
• 特性分析 当s很小时，可忽略上式分母中含s各项，则
U s s1 Te 3np R' s r 1
2
（5-29）
s1
Rr'Te Us 3n p 1
2
10 R T 60 n sn1 s1 2 n p n
阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能
忽略。这时，需要人为地把电压 Us 抬高一
些，以便近似地补偿定子压降。
带定子压降补偿的恒压频比控制特性示
于下图中的 b 线，无补偿的控制特性则为a 线。
• 带压降补偿的恒压频比控制特性
Us
UsN
b —带定子压降补偿
a —无补偿
O
f 1N
图5-9 恒压频比控制特性
2
Eg R s1 Rr' 3np R '2 s 2 2 L'2 s 1 lr 1 r
变频器原理及应用
普通异步电动机与变频电机区别
2、电动机绝缘强度问题 目前中小型变频器，不少是采用PWM的控制 方式。他的载波频率约为几千到十几千赫，这就 使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率， 相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电 动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外，由 PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电 动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁 ，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。
电机的极数对其选用有何影响？ 电机的极数对其选用有何影响？
电机的极对数越多，电机的转速就越低，但它的 扭距就越大；在选用电机时，您要考虑负载需要 多大的起动扭距，比如象带负载起动的就比空载 起动的需要扭距就大，如果是大功率大负载起动 ，还要考虑降压启动（或星三角启动）；至于在 决定了电机极对数后和负载的转速匹配问题，则 可考虑用不同直径的皮带轮来传动或用变速齿轮 （齿轮箱）来匹配。如果由于决定了电机极对数 后经过皮带或齿轮传动后达不到负载的功率要求 ，那就要考虑电机的使用功率问题了。
变频器能否调至1Hz吗 变频器能否调至1Hz吗，最高可 1Hz 以调多少HZ使用？ HZ使用 以调多少HZ使用？
有的品牌变频器最低频率可以调至0.1HZ,最高频 率可以调至3000HZ. 如果变频器用在一般的交流异步电机上，变频器 调至1Hz时已经接近直流，是绝对不可以的，电 机将运行在变频器限制内的最大电流下工作，电 机将会发热严重，很有可能烧毁电机。 如果超过50Hz运行会增大电机的铁损，对电机也 是不利的，一般最好不要超过60Hz，（短时间内 超过是允许的）否则也会影响电机使用寿命。
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（基于定子磁场定向） 直接转矩控制
直接转矩控制的原理框图
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现如今绝大部分电梯采用的是变频变压的调速方式，变频器几乎是电梯的半壁江山。
最常见的电梯标配为逻辑板+变频器，前者为施令者，并监督着电梯各个信号的反馈。
而后者完全是电机启动与制动的执行者。
我们从最直观的外部线路上入手。
首先，变频器仅通过连接电机三根大线：R，S，T便可以实现对电机的无级调速了。
先挖下变频调速的原理吧，以三相异步电机为例，三相异步电机里的定子绕组是三相对称的，在定子绕组里再通入三相对称的电流，于是在转子周围会产生一个旋转的磁场，旋转磁场再切割转子导体使转子绕组产生感应电流，电流会导致转子绕组在旋转磁场受力，从而驱动转子旋转。
并且输出频率决定旋转磁场快慢，从而实现对转子调速，有一道公式同步转速n=60f/p就是讲这个的，当然级数便指这些定子绕组的数量了。
平时我们在变频器的监控菜单里发现变频器的电压跟频率是成比例的变大或变小的，因为在额定的工作频率下，若电压一定的情况下只降低频率，会导致磁通过大，甚至会烧毁电机，反之，若磁通不够，会直接造成电机输出转矩不足。
一般变频器内部主电路主要由三个部分组成：整流电路、中间电路、逆变电路。
整流电路较为简单，是直接将电网的交流电通过三相整流桥（不可控整流用功率二级管、可控用晶闸管）转为直流电，该电压又称为直流母线电压。
中间电路介于整流电路和逆变电路之间，其中一般滤波电路和制动电路，在拆开变频器的时候可以看到有个大电容，这个电容具有滤波稳压的作用，因为经整流后得到的直流电有很大的纹波，还需要进行滤波处理，才能为逆变模器提供相当稳定的直流电源，我们看到的外接制动电阻箱也是并在这个大电容里的，当主机减速制动时，此时电机会变成发电机，电能会经逆变器回到中间电路，使电能会储存在大电容里，当强制动回馈电能过大超过设定值时，变频器会控制外接制动电阻将多余电能消耗掉，从而避免变频器过电压。
最后是逆变电路，逆变电路是变频器最重要的部分，也是最易损坏的。
一般调压调频的控制方式分两种：PAM（脉幅调制型）、PWM（脉宽调制型），但是PAM在逆变部分只控制频率，还需要与之相配的可控整流电路，触发要求较高，缺陷较大，现采用最多的是PWM控制。
PWM调制是通过改变脉宽控制电压，改变调制周期控制输出频率的，它是通过对逆变电路里的开关器件高频通断实现的，现在多采用的开关器件为IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，然后将获得的高频窄脉冲冲击电机（电感性负载），从而获得所需要的正弦波，并且能够控制其电压、频率，从而实现无级调速。
上面部分只是对原理了解下，对维修电梯比较实用的还是了解下变频器的接线端子。
端子主要也分成几类，一类是模拟信号的输入与输出，并都有相应的参考点，以ART西威通用变频器为例，1，3，5端子为模拟差分信号输入，这三个模拟口可通过操作面板在I/O CONFIG / Analog inputs里自行定义，2，4，6，9可以并在一起为其0V参考点，微机控制类的电梯使用的1端子作为速度模拟口输入，变频器接受电压范围为0V至10V，接受到速度控制板不同的电压，变频器会给出相应的输出转速，由于速度控制板给出的电压还是有误差的，还要做模拟口整定。
模拟输出口如21，23一般用于对变频器的模拟量监控的，可以接表头之类的，电梯一般不用。
还有一类的便是数字信号输入输出端口了，该变频器共有8个数字输入端，4个数字输出端，这些端口也是在I/O CONFIG里Digital inputs,Digital outputs可编的，默认数字信号输入端口有12-使能（都以19端子为其24V输出参考），13-正转，14-反转，15默认为空，36，37，38默认分别对
应三级多段速，39为故障复位，采用多段速控制多以PLC控制，需要在井道里以磁开关的形式设定变速点，舒适感也不好。
西子奥的斯OH5000是将15端定义为DBD数字输入检测，36，37为抱闸开关数字输入检测，38不使用，39为门区DZ信号即复位。
而数字输出信号有41主接触器吸合信号，42抱闸接触器吸合信号，80，83可直接接继电器输出，我们可以通过操作面板进行定义的。
通过对输入输出进行编排，我们便不难把握该部件的作用。
我们电梯也是同理的，所有部件都是将对应功能的器件输入与输出串在一起实现电梯功能的，有人看图纸难，难就难吧，只要在上面标出哪些是输入信号，哪些是输出信号，再与现场电梯里找出这些部件，整个脉络就很清楚了。
在我们知道有些复杂部件的作用再进一步去熟悉部件内部的参数数据啊，I/O，再能够做一些程序上的定位，自学习，对维修调试还是很有帮助的。
电梯的博大精深之处不是我们三言两语就能道尽的，由于作者水平有限，不足之处还望大家不吝指教，十分感谢！。