第四章 变频器及其操作
一、教学目标
1、了解变频器的概念及变频器的调速方法。
2、掌握变频器的工作特性、应用场合、主要特点和负载的机械特性。 3、熟悉变频器的基本结构与日本富士FR5000G二、课时分配
本章共4节，安排6课时。 三、教学重点
通过本项目的学习，让学生学习变频器的特点、调速等基本理论知识；熟悉变频器的特性及选用；并掌握典型变频器的原理和接线。
四、教学难点
1、变频器的特性及选用 2、典型变频器的原理和接线 3、变频器的认识与拆装 五、教学内容 任务一 变频器概述
变频器按其作用可理解为改变电动机的电源频率值及电压值的自动化电气装置(或设备)。
变频器的功率范围为0.75~500kW(大于此功率值建议选用高压电动机及高压变频器)；
频率范围为0~400Hz(指通用变频器),0~120Hz(指水泵、风机用的变频器)； 电压范围为0~380V(或440V、660V，指低压变频器)。
11S型变频器的接线。
图为变频器在电路中的位置
异步电动机定子磁场的转速n0又称为同步转速，n0=60fp，单位为r/min。这里f是频率，p是电动机磁极对数。转速与极对数的关系见表。
表为转速与极对数的关系
异步电动机的实际转速n总是小于n0，转差率为 s=n0-nn
一般s在1%~5%范围内，它取决于气隙大小、硅钢片质量、铜耗、铁耗、风阻、摩擦、电动机结构等因素，见表。
表为实际转速与同步转速的关系
整理后，异步电动机的转速为 n=60fp(1-s)
对笼型异步电动机只有改变频率f才是既经济又无级的调速方式。改变频率又称变频，而变频器就是起到这个作用的装置。
1.恒转矩调速
f≤50Hz时，电动机定子绕组内的感应电动势为 El=4.44fWRw1Φ1
式中W——定子绕组的匝数； Rw1——绕组系数； Φ1——电动机每极磁通。
定子电压U1和定子绕组的感应电动势E1的关系为 U1=E1+I1Z1
式中Z1——定子绕组每相阻抗； I1——定子绕组相电流。
若忽略定子压降I1Z1，则U1≈4.44fWRw1Φ1，令k=4.44fWRw1，则E1=kfΦ1，
所以Φ1≈E1kf∝U1f。在频率f下降时，若u1不变，则Φ1上升，要产生铁芯的磁通饱和现象，为使磁通不变，必须在f下降时使u1同时下降，
U1kf为常数，才可使磁通不饱和。这样电磁转矩T与U1f1成正比，即电动
机拖动负载能力不发生改变。所以，变频时一定还要变压。这种恒磁通变频变压调速方式，又称为恒转矩调速，如图所示。
2.恒功率调速
f>50Hz时，U1f下降，但U1不能高于电动机的额定电压，这样f增加，U1不变，则Φ1≈
U1kf变小，电磁转矩也变小，但f上升，电动机转速n增加。若令角速度w=2πf，则电动机的功率P=Tw,即T=Pw。所以，w上升即f上升时，T下降，从而使功率P不变，这种升频定压调速称为恒功率调速，如图所示。
图为恒功率变频调速的机械特性
任务二 掌握变频器的特性及选用 阶段一 变频器的工作特性 1.变频器工作特性(见图
从图可知，f=0~50Hz是恒转矩区，即T=C,这时功率P呈线性上升。f=50~400Hz是恒功率区，即P=C，这时转矩T呈非线性下降。在实际使用变频器时，必须要注意的是负载的机械特性要与变频器的工作特性很好地相互匹配，这样才能更好地发挥变频器的应有作用。
图为变频器的工作特性
2.变频器的外特性(见图)
变频器的外特性是讨论变频器的输出频率f，f是函数，一般是线性关系，常用的有以下几类。
(1)U=400V, f=60Hz, Uf=40060=6.67; (2)U=380V, f=50Hz, Uf=38050=7.6; (3)U=380V, f=60Hz, Uf=38060=6.3。
图为变频器的外特性 1—U=400V，f=60Hz；2—U=380V，f=50Hz；3—U=380V，f=60Hz
表为输出电压与频率的实测值，供参考。
表为输出电压与频率的实测值
为了配合不同负载，根据低频补偿的使用要求，VF曲线可人为设定选用，
以更好地发挥变频器的使用功效(见图)。
图为不同负载时的VF特性选择
(a)使用一般用途恒转矩负载；(b)使用风机、水泵二次方减转矩负载或三次方减转矩负载
(c)使用高启动转矩、小的或大的负载；(d)适用一般机床、工具机、主轴 阶段二 变频器的选用 1.使用变频器的目的及效果
变频器的应用范围很广，凡是使用三相交流异步电动机电气传动的场合都可装置变频器，对设备来讲，使用变频器的目的主要有以下3点。
(1)对电动机实现节能。使用频率范围为0～50Hz，具体值与设备类型、工况条件有关。
(2)对电动机实现调速。使用频率范围为0～400Hz，具体值按工艺要求而定，受电动机允许最大工作频率的制约。
(3)对电动机实现软启动、软制动。频率的上升或下降，可人为设定时间，实现启、制动平滑无冲击电流或机械冲击。
2.选用变频电动机的场合
一般交流异步电动机配用变频器时，电动机不需要更换，这就减少了投资，
变频器技术及应用课程教学设计第四章变频器及其操作
