變頻器基本組成和原理11.異步電動機調速方法——什么是變頻調速2ASMACACASM400V50Hz400v50Hz14501/min0…V.mains0…f.mains…f.max400v50Hz14501/min同步轉速轉速f---頻率p---極對數s----滑差(1-s)感應電機工作原理（公頻電源/變頻器）SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-1

n=60pf—

n

=60pf—01.異步電動機調速方法——什么是變頻調速31.異步電動機調速方法41.異步電動機調速方法51.異步電動機調速方法61/8的逆變器額定電流<電機額定電流電機變頻器結構框圖SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-22.變頻器的總體結構在中、小容量變頻器中應用得最廣泛的是“交－直－交”電壓型變頻器72.變頻器的總體結構82.變頻器的總體結構9狀態切換

特殊狀態晶閘管號(×=導通)電機電勢合成電勢逆變器工作原理SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-183.逆變器的工作原理10狀態切換狀態切換全導通狀態逆變變器輸出電壓SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-193.逆變器的工作原原理11例如基波5次諧波逆變器輸出電壓壓/基波與諧波波含量SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-203.逆變器器的工工作原原理12調節逆逆變器器輸出出電壓壓rms值SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-213.逆變器器的工工作原原理13低脈沖沖頻率率高脈沖沖頻率率電機電電流/脈沖沖頻率率的影影響SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-223.逆變器器的工工作原原理14波形跟跟蹤示示例/變頻頻器輸輸出電電壓，，電流流SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-233.逆變器器的工工作原原理15阻性負負載逆逆變器器電流流感性負負載逆逆變器器電流流晶閘管管1““導通通”晶晶閘管管4““導通通”晶閘管管1““導通通”晶晶閘管管1““導通通”晶閘管管1““導通通”晶晶閘管管4““導通通”逆變器器中續續流二二極管管的作作用SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-243.逆變器器的工工作原原理16邊緣觸觸發調調制修正的的空間間矢量調調制空間矢矢量調調制邊緣觸觸發調調制最大調調制深深度=96%當電源源電壓壓為400V時，V.rms.1.max=401V空間矢矢量調調制當電源源電壓壓為400V時，計計算示示例：：※切換到到修正正的空空間矢矢量調調制取取決于于設定定的脈脈沖頻頻率(在功功能圖圖中;f.p=2.5KHz)調制深深度調制方方式，，調制制深度度與輸輸出電電壓SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-253.逆變器器的工工作原原理17波形跟跟蹤示示例/空間間矢量量調制制,邊邊緣觸觸發調調制SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-263.逆變器器的工工作原原理18Rms值：Z.rms=75%Rms值：Z.rms=25%指針位位置：：15度指針位置：：30度指針位置：：30度異步空間矢矢量調制SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-273.逆變器的工工作原理19恒定頻寬可變頻寬瞬時值控制制/脈寬調調制SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-283.逆變器的工工作原理204.變頻器內部部的主電路路濾波及限流流電路214.變頻器內部部的主電路路22阻性負載逆逆變器電流流感性負載逆逆變器電流流晶閘管1““導通”晶晶閘管管4“導通通”晶閘管1““導通”晶晶閘管管1“導通通”晶閘管1““導通”晶晶閘管管4“導通通”逆變器中續續流二極管管的作用SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-244.變頻器內部部的主電路路234.變頻器內部部的主電路路能耗電路由由制動電阻阻RB和制動單元元Bv構成244.變頻器內部部的主電路路25CONV變頻器INV逆變器R整流器P制動電阻（直流母線線）變頻器配置置/用制動動單元實現現四象限運運行SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-54.變頻器內部部的主電路路266脈動整流流結構框圖圖/諧波分分量SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-75.主電路前端端的改進改進目標：：提高電路路的功率因因數，減少少諧波含量量276脈動整流橋橋12脈動整流橋橋12脈動整整流橋結構構框圖/諧諧波分量SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-85.主電路的改改進28AFE（有功前端））整流器結結構框圖/運行原理理SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-95.主電路的改改進改進目標：：提高電路路的功率因因數，實現現能量回饋饋29COSΦ控制原理SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-105.主電路的改改進30直流母線電電壓不可調調V.DC=100%(100%=1.35V.phase-to-phase.mains)cosφ=觸發角α的函數方波電流直流母線電電壓可調（（可控）100%<V.DC<200%(100%=1.35V.phase-to-phase.mains)-0.8<cosφ<+0.8正弦電流在回饋方式式與電源斷斷電的情況況下不會出出現逆變顛顛覆用整流/回回饋單元實實現四象限限運行SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-65.主電路的改改進目標：實現現能量回饋饋315.主電路的改改進近年來，有有些公司推推出了三電電平低壓變變頻器，在在改善電流流放形、減減少對外界界的干擾方方面*都取得得了較好的的效果。32335.主電路的改改進346.變頻器內部部的控制框框圖主控電路的的任務：對對內控制電電能變換，，對外接受受控制信號號并輸出狀狀態356.變頻器內部部的控制框框圖面板控制器器：操作面板板由顯示器器和鍵盤輸輸入器構成成，不同品品牌變頻器器的操作面面扳各不相相同。1.數據顯示屏屏(1)任功能預置置時顯示功功能碼和數數據碼(2)在運行過程程中用于顯顯示各種數數據：電流、電壓、、轉速等；；(3)在發生故障障時，顯示故障原原因的代碼碼。2.鍵盤輸入器器(1)在進行功能能預置時輸輸入各功能能的預置數數據(2)在進行面板板操作時，，輸人各項項操作指令令.366.變頻器內部部的控制框框圖外接給定與與輸入控制制端376.變頻器內部部的控制框框圖外接輸出控控制端38隔離開關熔斷器主接觸器HF-濾波器（A1,B1)進線電抗器器變頻器運動控制矢量控制輸出電抗器器不允許電機(1)(1)<四個輸出電電抗器；鐵鐵心或鐵氧氧體取決于脈沖沖頻率(2)(2)dv/dt-濾波器，可可以和電抗抗器結合使用正弦濾濾波器，不不帶輸出電電抗器(3)(3)輸出接觸器器或隔離開開關電機推薦的電路路配置/輸輸入-輸出出電路SIMOVERTMASTERDRIVESSiemensAutomationandDrivesTrainingCenterinChina2-117.變頻器的外外圍電路配配置39T—配電變壓壓器電源變壓壓器總容容量要比比總負載載大，當當使用多多個變頻頻器或少少量地使使用交流流電抗器器和直流流電抗器器時，因因變頻器器整流及及電容性性負載的的影響，，會造成成電網波波型的嚴嚴重畸變變和變壓壓器過熱熱。因此此，變壓壓器容量量更要增增大。40QF—斷路器，，用于安安全跳閘閘斷開電電網；斷路器(QF)的后面可可以接一一臺或多多臺變頻頻器及其其它負載載，當變變頻器或或其它負負載因過過電流故故障時，，可自動動切斷電電源供電電，防止止事故擴擴大。當當電網掉掉電時防防止再來來電自動動接通的的不安全全，以及及在維修修時安全全切斷電電源，斷斷路器可可以使用用普通空空氣開關關或高靈靈敏切斷斷的斷路路器，視視需要而而定，選用時總總通過電電流應大大于負載載總電流流1.5倍以上。。41KM—接觸器，，用于日日常操作作通斷和和電網掉掉電再來來電時變變頻器不不發生自自啟動；接觸器(KM)用于所控控變頻器器日常操操作通斷斷，和電電網掉電電再來電電時防止止變頻器器自動啟啟動，選選用時額定電流流也要大大于變頻頻器輸出出電流1.5倍以上。。42FIL1—進線側無無線電干干擾抑制制電抗器器，用于于減少變變頻器對對外界的的無線電電干擾；；無線電干干擾抑制制電抗器器(FIL1、FIL2)因為變頻頻器輸出出的是PWM(脈寬調制制)波，包含含了大量量的高次次諧波，，諧波高高頻分量量處于射射頻范圍圍，變頻頻器通過過電源線線和輸出出線向外外發射無無線電干干擾。又又由于變變頻器接接在電網網上，電電網上各各種干擾擾和瞬變變浪涌也也可干擾擾到變頻頻器的控控制回路路敏感部部分發生生誤動作作，因此此設置了了無線電電干擾抑抑制電抗抗器。它它是使用用三根進進線(對單相是是兩根進進線)，同方向向在鐵心心或鐵氧氧磁芯上上繞制的的電感，，因三相相三根線線的正弦弦交流電電瞬時值值之和為為零(單相正弦弦交流電電兩進線線電流瞬瞬時值也也為零)，因此對對正常供供電，該該電抗器器不起作作用，而而對于共共模電壓壓(即在進線線上出現現的、瞬瞬時值不不能被抵抵消的干干擾電壓壓)該電抗器器起到阻阻擋作用用，抑制制了共模模干擾，，起到良良好的抑抑制無線線電干擾擾使用。。抑制的的頻段一一般在10MHz以下，因因此電感感量不必必大，通通常控制制在2~33mH左右，是是在一個個閉合磁磁路上穿穿過或繞繞上幾匝匝導線而而制成。。對小容容量變頻頻器因電電流較小小，它是是在同一一磁芯上上，三相相線同方方向繞幾幾匝。對對大容量量變頻器器，因電電流大、、導線不不好彎，，則用多多個磁芯芯，讓三三根導線線同時穿穿過磁芯芯中孔而而構成電電抗器。。431ACL—電源側交交流電抗抗器，用用于改善善輸入電電流波形形、提高高整流器器和電解解濾波電電容壽命命、減少少不良輸輸入電流流波形對對外界電電網的干干擾、協協調同一一電源網網上有晶晶閘管等等變換器器造成的的波形影影響、減減少功率率切換和和三相不不平衡的的影響，，因此也也叫電源源協調電電抗器，，在要求求高的場場合該電電抗器便便進一步步改為較較復雜的的電力質質量濾波波單元；；電壓型通通用變頻頻器電網網電壓交交流轉變變為直流流經整流流后都經經電容濾濾波，電電容器的的使用使使輸入電電流呈尖尖峰脈沖沖狀，當當電網阻阻抗小時時，這種種尖峰脈脈沖電流流極大，，造成很很大的諧諧波干擾擾，并使使變頻器器整流橋橋和電容容器容易易損壞。。當變壓壓器容量量大于變變頻器容容量10倍以上，，電網配配電變壓壓器和輸輸電線的的內阻不不能阻止止尖峰脈脈沖電流流時，當當同一電電源上有有晶閘管管設備或或開關方方式控制制功率因因數補償償裝置時時，三相相電源不不平衡度度大于3%時，都要要對輸入入側功率率因數作作提高和和抑制干干擾，都都需使用用電源側側交流電電抗器。。一般而而言，電電壓源逆逆變器、、電源側側交流電電抗器的的電感量量，采用用3%阻抗即可可防止突突變電壓壓造成接接觸器跳跳閘，使使總諧波波電流畸畸變下降降到原先先的44%左右。實實際使用用中為了了節省費費用，常常采用2%阻抗的電電感量，，但這對對環保而而言是不不好的。。比較好好的場合合應使用用4%阻抗或更更大的電電抗器。。一般常常選2~4%的壓降阻阻抗，這這個百分分數是對對相電壓壓而言，，對于使使用者，，需考慮慮電感值值和電流流值兩方方面，電電流值一一定要大大于等于于額定值值，電感感值略有有大小問問題不大大，偏大大有利于于減少諧諧波，但但電壓降降落會超超過3%，使用者者還要考考慮電源源內部阻阻抗，電電源變壓壓器功率率大于10倍變頻器器功率，，而且線線路很短短的場合合，電源源內阻小小，不僅僅需要使使用輸入入側交流流電抗器器，而且且要選擇擇較大的的電感值值，例如如選用4～5%阻抗的電電感量。。44DCL——直流電抗抗器，用用于改善善電容濾濾波(當前電壓壓型變頻頻調速器器主要濾濾波方式式是電容容濾波)造成的輸輸入電流流波形畸畸變和改改善功率率因數、、減少和和防止因因沖擊電電流造成成整流橋橋損壞和和電容過過熱，當當電源變變壓器和和輸電線線綜合內內阻小時時(變壓器容容量大于于電機容容量10倍以時)、電網瞬瞬變頻繁繁時都需需要使通通用變頻頻器用直直流電抗抗器。直流電抗抗器接在在濾波電電容前，，它阻止止進入電電容的整整流后沖沖擊電流流的幅值值，并改改善功率率因數、、降低母母線交流流脈動。。直流電電抗器在在變頻器器功率大大于22kW時建議都都要采用用，當變變頻器功功率越大大，越應應該使用用，因為為沒有直直流電抗抗器時，，變頻器器的電容容濾波會會造成電電流波形形嚴重畸畸變和進進而使電電網電壓壓波形嚴嚴重畸變變，而且且非常有有害于變變頻器的的整流橋橋和濾波波電容壽壽命。直直流電抗抗器的電電感值的的選擇一一般為同同樣變頻頻器輸入入側交流流電抗器器3%阻抗電感感量的2~3倍，最少少要1.7倍，452ACL—輸出側交交流電抗抗器，變變頻器輸輸出是脈脈沖寬度度調制的的電壓波波(PWM波)它是前后后沿很陡陡的一聯聯串脈沖沖方波，，存在豐豐富的諧諧波，這這些諧波波有害于于電機和和負載的的壽命(典型的是是電機繞繞阻匝間間瞬變電電壓dv/dt過高，造造成匝間間擊穿)，以及對對周圍電電器干擾擾；當負負載端電電容分量量大時，，造成變變頻器的的開關器器件流過過大的沖沖擊電流流，會損損壞開關關器件。。使用輸輸出側交交流電抗抗器可進進行平滑滑濾波，，減少瞬瞬變電壓壓dv/dt的影響，，并求得得以下的的改善：：1、降低了了電機的的噪音；；2、降低了了輸出高高次諧波波造成的的漏電流流；3、減少了了干擾；；4、保護了了變頻器器內部的的功率開開關器件件。5、延長了了電機的的絕緣壽壽命。46變頻器的的輸出是是經PWM調制的電電壓波，，由于電電動機繞繞組的電電感性質質能使電電流連續續，因此此電流基基本上是是正弦形形的，脈脈沖寬度度調制(PWM)有著陡峭峭的電壓壓上升和和下降的的前后沿沿，即dv/dt很大，使使得輸出出引線向向外界發發射含量量極大的的電磁干干擾，并并且在引引出線對對地、電電機繞組組匝間、、繞組對對地間都都產生很很大的脈脈沖電流流，為了了減輕變變頻器輸輸出dv/dt對外界的干擾擾，降低輸出出波形畸變，，達到環保標標準，減少對對電機繞組的的電壓沖擊造造成絕緣損壞壞，降低電機機的溫升和噪噪音，避免在在變頻器輸出出功率管上因因dv/dt和流過過大的的脈沖沖擊電電流使功率管管損壞，以及及降低負載短短路造成對變變頻器的損傷傷，有必要在在變頻器輸端端增設交流電電抗器。值得指出的是是脈沖電壓通通過長的輸電電線時，由于于長線上波的的反射疊加使使得在長線(即變頻器輸出出導線)超過臨界長度度后，電壓有有可能達到直直流母線(變頻器內直流流母線)電壓的2倍。因此變頻頻器輸出線長長度受到了限限制，為解除除這種限制，，必須接入輸輸出側交流電電抗器。接入入后，送到電電機等負載上上的波形就接接近正弦電壓壓波形了。但實際使用中中，只要負載載是電感性的的，電抗器可可采用1%阻抗或更低一一些都是可行行的，這是因因為，PWM調制頻率遠高高于基波頻率率，已經相當當于>(40-100)次諧波的范圍圍，因此，輸輸出側交流電電抗器電感量量：輸出側交交流電抗器的的電感接法有有一定講究，，繞制在磁芯芯上的導線頭頭尾的位置關關系到電感向向外發射干擾擾能量的大小小程度。在有有變壓器插入入于變頻器與與負載之間的的使用條件下下，變壓器輸輸入繞組的漏漏抗和變壓器器損耗大大削削弱了調制波波，起到了輸輸出側電抗器器的作用，因因此有利于輸輸出到負載電電機的波形濾濾波平滑，此此時往往有了了輸出側變壓壓器就可以省省略輸出側交交流電抗器。。47FIL2—輸出側無線電電干擾抑制電電抗器，對輸輸出布線距離離>20m時尤其需安裝裝；48JR—熱過載繼電器器，用于防止止長時間過電電流造成電機機損壞。熱過載繼電器器用來防止電電機過熱，但但這種保護并并不可靠。對對重要場合應應實際檢測電電機溫度，埋埋設溫度檢測測元件到電機機槽內或繞組組附近。當變變頻器使用普普通電機時，，因PWM波導致電機鐵鐵耗、銅耗和和絕緣介質損損耗的增加，，溫升會比通通常應用時加加大，因此熱熱過載繼電器器的溫度整定定值應按電機機絕緣等級選選擇。49電動機如果低速時負負載轉矩比額額定轉矩大，，則要加大電電機功率和變變頻器功率才才能應付低速速運行。如當當電機長期在在低速運行時時，因普通電電機的風扇在在電機軸上，，風扇已不能能有效散熱，，電機會嚴重重發熱。因此此，要加大電電機功率或讓讓電機使用外外部風扇冷卻卻。一般電機在使使用變頻器時時，因變頻器器PWM波有很高的脈脈沖前后沿，，dv/dt很大，繞阻匝匝間和對地絕絕緣很易損壞壞，這已成為為變頻器使用用中一個問題題。因此，應應選用絕緣質質量優良的電電機產品。當當高速運行時時要注意電機機在高速離心心力下是否