《電力電子與變頻技術概況》

——PPT項目1項目1電力電子與變頻技術概況【教學目標】知識目標：1.熟悉交流異步電動機調速的基本方法2.了解變頻器的作用與變頻調速的優點3.了解電力電子與變頻技術的發展歷程4.了解變頻調速部分典型應用實例技能目標：

1.能正確使用三相異步電動機

2.會合理調節三相異步電動機的轉速任務1.1交流異步電動機調速的基本方法1.1.1交流異步電動機的旋轉原理1.交流異步電動機的定子繞組中通入三相（或兩相）交流電，氣隙中便產生旋轉磁場，其轉速也稱為同步轉速。2.轉子與旋轉磁場之間有轉速差，轉子繞組切割磁力線，從而產生感應電動勢，由于轉子回路閉合而形成轉子電流。轉差率表示：

3.旋轉磁場與轉子電流相互作用產生電磁力，轉子旋轉的方向與磁場旋轉方向相同，三相繞組中任意兩相對換，旋轉磁場就反向，從而使電機反轉。任務1.1交流異步電動機調速的基本方法1.1.2交流異步電動機的運行狀態1.電動機狀態

（0<n<n1,0<s<1）電機從電網吸收電功率，經過氣隙的耦合作用從軸上輸出機械功率。2.發電機狀態

（n>n1

，s<0）E1=U1+IR0

3.電磁制動狀態(n<0,s>1)轉子逆著磁場方向旋轉，此時電機既從電網吸收電功率又從軸上吸收機械功率，它們都消耗在電機內部變成損耗。1.轉子感應電動勢和電流變化頻率為f22.電磁轉矩與電壓的平方成正比3.電磁轉矩與磁通、轉子有功電流成正比任務1.1交流異步電動機調速的基本方法基本概念：

三相異步電動機剛起動時，由于轉子感應電流的頻率很高，所以功率因素很低，雖然起動電流很大，但起動轉矩并不大。1.改變磁極對數p（變極調速）任務1.1交流異步電動機調速的基本方法

有級調速、且級差很大、級數有限，因而只適用于不需平滑調速的場合，如生產機械高、低速的粗調等。1.1.3交流異步電動機的調速方法2.改變轉差率s（變轉差率調速）

以改變轉差率為目的調速方法主要有：定子調壓調速、轉子變電阻調速、電磁轉差離合器調速、串極調速等（1）定子調壓調速任務1.1交流異步電動機調速的基本方法由于電磁轉矩與電壓的平方成正比，所以隨電壓的降低，轉矩很小，一般不能拖動恒轉矩負載；同時轉差功率損耗較大，功率因素低，電流大，效率低。

一般適合于風機泵類特性的負載，鼓風機就是利用定子電壓調速的方法進行調速的1.改變轉差率s（降壓調速）調壓調速的優點：調速平滑，采用閉環系統調速時，機械特性較硬，調速范圍較寬，所以在風機控制中現在還有廣泛應用。任務1.1交流異步電動機調速的基本方法任務1.1交流異步電動機調速的基本方法（2）改變轉差率（轉子變電阻調速）

其機械特性較軟，轉速隨負載的波動較大，調速范圍受到一定限制，且低速時轉差功率損耗較大，效率低。只適用于繞線式異步電動機

轉子變電阻調速只在一些調速要求不高的場合采用，如塔式起重機的吊鉤控制調速等。任務1.1交流異步電動機調速的基本方法（3）電磁轉差離合器調速（滑差調速）

電磁轉差離合器調速的優點是：控制簡單，運行可靠，能平滑調速，采用閉環控制后可擴大調速范圍，運用于通風類或恒轉矩類負載；其缺點是低速時損耗大，效率低。

在轉子回路中引入了一個與轉子繞組感應電動勢頻率相同的可控的附加電動勢任務1.1交流異步電動機調速的基本方法（4）串級調速串極調速具有機械特性比較硬、調速平滑、損耗小、效率高等優點，便于向大容量發展，但它也存在著功率因素較低的缺點，同時串極調速的控制設備比較復雜，成本比較高。調速特性與直流電動機調壓調速和弱磁調速十分相似，并可與直流調速相媲美。任務1.1交流異步電動機調速的基本方法3.改變頻率f（變頻調速）任務1.1交流異步電動機調速的基本方法3.改變頻率f（變頻調速）基頻以下調節基頻以上調節

為了保持電動機的帶負載能力，應保持氣隙主磁通Φ不變，這就要求降低供電頻率的同時降低感應電動勢，保持E1/f1=常數，即保持電動勢與頻率之比為常數進行控制，這種控制又稱為恒磁通變頻調速，屬于恒轉矩調速方式。如果不計定子阻抗壓降，則U1≈E1=4.44f1N1ΦwKy任務1.1交流異步電動機調速的基本方法3.改變頻率f（變頻調速）

由于E1難于直接檢測和直接控制，可以近似地保持定子電壓U1和頻率f1的比值為常數，即認為E1≈U1，保持U1/f1=常數。這就是恒壓頻比控制方式，是近似的恒磁通控制變頻的同時為什么電壓也要跟著改變？任務1.2變頻調速的優點與發展概況1.2.1變頻調速的優點

交流異步電動機傳統調速方法的控制比較簡單，但由于轉速穩定性差、傳動速度不協調等原因，造成產品報廢率高，且調速范圍小、能耗高，以前交流調速只在低檔次的生產機械中采用。直流調速的性能比較好，高檔次的機械一般采用直流調速。但直流電動機結構復雜、對工作環境要求較高；直流電機碳刷易磨損、碳刷架易打火而引起電機燒壞；換向器經過長時間磨檫后，銅片會越來越薄，最后導致打火擊穿。到目前，直流電動機故障率高、保養難度大的問題，還沒有從根本上解決，而且直流調速系統體積大、耗電量大，不能在易燃易爆場合使用。

隨著電力電子技術的不斷發展，變頻調速技術日益成熟，使交流變頻調速正逐步取代直流調速。采用變頻調速不但可以提高生產機械的控制精度、生產效率和產品質量，有利于實現生產過程的自動化，而且變頻調速系統還具有優良的控制性能和顯著的節能效果。任務1.2變頻調速的優點與發展概況1.2.2變頻器的作用任務1.2變頻調速的優點與發展概況交流調速與控制技術是目前發展最為迅速的技術之一，這是與電力電子器件制造技術、變流技術、控制技術、微型計算機和大規模集成電路的飛速發展密切相關的，也就是說，每當新一代的電力電子器件出現時，體積更小、功率更大的新型通用變頻器就會產生。1.2.3變頻技術的發展概況

目前應用最多的電力電子功率器件主要有GTO、GTR、IGBT以及智能模塊IPM(IntelligentPowerModule)。其中IGBT的開關頻率可達到幾十KHz，而且還具有低損耗，開關速度快、電壓高，容量大，體積小，驅動功率小等特點。80年代后期，MCS-51等單片機推出后，由于其較高的集成度和性能，具備了一定的信息處理能力和數據運算速度，同時內部硬件資源也比較豐富，開始作為通用控制器應用于交流調速系統。操作室0～20mA～回轉窯噴火槍RSTUVW加料口減速箱FUIt應用舉例1.水泥廠回轉窯主驅動變頻調速

應用舉例2.水泵節能恒壓供水圖10—1

供水系統示意圖壓力變送器生活小區應用舉例3.中央空調冷凍水系統工藝圖盤管盤管風扇溫度變送器TP4~20mA冷凍機組水泵電動機UVWIIGNDV+VI1RSTUFRP應用舉例3.中央空調冷卻水循環系統水泵電動機制冷機組冷卻塔溫度變送器冷卻風扇UVWRSTGNDIIV+VI1RP4~20mAQQQUF應用舉例4.中央空調冷卻水循環系統水泵電動機制冷機組冷卻塔溫度變送器冷卻風扇UVWRSTGNDIIV+VI1RP4~20mAQQQUFST張力控制器直流電源電動機紙卷+-RPUVWRSTGNDVI1V+GNDIIUFFV4~20mA應用舉例5.卷繞機械恒張力控制示意圖UF1UF2