变频器应用技术培训教材
变频调速器应用技术 第1章 变频器的主电路4 1．1 三相交流异步电动机简介4 1．2 电动机在能量转换中的作功过程8 1．3 交－直－交变频器的构成及演变13 1．4 变频器的输出电压与频率18 1．5 交－直－交变频器的主电路25 1．6 变频器的功率因数33 1．7 变频器主电路的测量37 第2章 电动机变频后的带负载特性42 2．1 异步电动机的机械特性42 2．2 V∕F控制方式47 2．3 U∕f线的选择与调整50 2．4 矢量控制方式55 2．5 传动机构是拖动系统的组成部分60 2．6 变频拖动系统的基本规律65 2．8 变频器的选型74 第3章变频器的常用功能81 3．1 变频器的控制通道81 3．2 模拟量频率给定84 3．3 频率的外接数字量给定89 3．4 电动机的起动与加速91 3．5 变频电动机的停机与减速97 3．6 制动电阻和制动单元103 3．7 变频器的保护功能107 第4章 变频调速系统的控制116 4．1 变频器的外接主电路116 4．2 电动机的正、反转控制电路120 4．3 外接控制端子的应用123 454．4 多单元拖动系统的同步控制126 4．4 多单元拖动系统的同步控制127 4．5 变频与工频的切换控制129 4．6 主电路的干扰问题134 4．6．3 感应耦合引起的干扰135 4．7 变频器的闭环控制138 第5章 变频器在各类负载中的应用152 5．1 带式输煤机的变频调速152 5．2 提升机的变频调速158 5．3 卷绕机械的变频调速168
5．4 车床的变频调速173 5．5 风机的变频调速176 5．6 水泵的变频调速180 第6章 变频器的节能和故障分析187 6．1 二次方律节能多187 6．2 变频节能的方方面面188 6．3 供水系统的节能分析192 6．4 全面评价经济效益197 6．5 新购变频器的试验198 6．6 变频器电路的故障与检测210 6．7 修理后的通电217 6．8 其他调速电动机的变频改造218 6．9 家电的变频调速220 第1章 变频器的主电路 1．1 三相交流异步电动机简介 图1－1 笼形转子异步电动机的构造 a）外形 b）定子 c）转子（短路绕组） 1．1．1 三相交流异步电动机的构造和原理 1．笼形转子异步电动机 2．绕线转子异步电动机 图1－2 绕线转子异步电动机的构造 a）外形与接线 b）转子绕组 定子定子铁心由硅钢片叠成，铁心槽中安置三相绕组。
所谓三相绕组，就是三组在空间位置上互差1200电角度的绕组。
转子转子铁心也由硅钢片叠成，铁心槽中安置短路绕组，主要有两种笼型转子、绕线转子。
3．旋转原理 图1－3 三相交流异步电动机的旋转原理 a）三相交变电流 b）三相绕组 c）旋转原理 将在时间上互差1200电角度的三相交变电流通入到空间上也互差1200的三相绕组中，所产生的合成磁场是一个旋转磁场，旋转的转速为同步转速。
旋转磁场要被静止的转子绕组切割，转子绕组中将产生感应电动势和感应电流，其方向由右手定则来判定。 转子绕组中的电流又和旋转磁场相互作用，产生电磁力和电磁转矩，方向由左手定则决定。
由图可知，电磁转矩的方向和磁场的方向相同。 在电磁转矩的作用下，转子将旋转起来。
因为转子产生感应电动势和感应电流的前提条件是转子绕组必须切割旋转磁场，所以转子的转速总要低于旋转磁场的转速，故称为异步电动机。
4．基本公式 n0同步转速，即旋转磁场的转速。 n0＝ f电流的频率； p磁极对数； nM转子转速。 Δn＝n0－nM转差 s＝＝转差率 p 2p n0 nM Δn s 备 注 1 2 3000 2900 100 0.033 5.5～7.5kW 2930 70 0.023 11～18.5 kW 2970 30 0.01 45～160 kW 2 4 1500 1460 40 0.027 11～15 kW 1470 30 0.02 18.5～30 kW 1480 20 0.013 37～315 kW 3 6 1000 960 40 0.04 3～5.5 kW 970 30 0.03 7.5～30 kW 980 20 0.02 37～250 kW 1．1．2 生产机械对无级调速的要求 图1－4 生产机械对无级调速的要求举例 1．1．3 异步电动机之梦 图1－5 变频可以调速 生产机械常常需要无级调速，在变频器问世前是无法实现的，这使它的调速性能远逊于直流电机。
异步电机发明于1898年，而变频器达到普及应用却是在
20世纪80年代。
1．2 电动机在能量转换中的作功过程 1．2．1电动机输出侧带负载时的作功过程 图1－6 拖动系统的转矩平衡 1．作功要点 2．转矩平衡方程 TM＞TL＋T0 → n↑ TM＜TL＋T0 → n↓ TM＝TL＋T0 → n＝C * T0-------磨擦力矩 1．2．2 电动机输入侧取用电网功率时的作功过程 图1－7 定子取用电功率的电路 a）三相电路示意图 b）单相电路示意图 c）绕组的电动势 1．作功要点 电动机的三相电流是平衡的，常用图b来代表图a 2．反电动势的大小 e1＝－ E1＝KEfΦ1 3．电动势平衡方程 图1－8 定子绕组的等效电路 a）主磁通和漏磁通 b）等效电路 ＝－＋ 1．2．3 转子从定子侧吸收能量的作功过程 图1－9 异步电动机的磁路 a）电动机的磁路 b）定、转子磁动势 1．作功要点 作用一方定子电流的磁动势 反作用一方转子绕组的磁动势，当转子绕组中产生转子电流时，转子电流的磁通对定子电流的磁通有一定的去磁效应如图b 2．转子的等效电路 如图1-10所示，笼型电动机的转子绕组，由n根“导条”构成，第一根“导条”为“一相”，故转子电路是n相电路，如图1-10b所示。 这样的电路，是难以和定子电路进行比较和联系的。 为了得到能够和定子电路进行比较和联系的等效电路，需要进行两个变换 1相数变换 等效条件是由等效三相绕组所得到的功率，必须和原来的n相绕组得到的总功率相等。
2动静变换 所谓“动---静变换”就是把旋转的、输出机械能的转子等效变换成静止的“转子电路”。
图1－10 转子的等效变换电路 a）多相电路 b）三相等效 c）静止等效电路 图1－11 磁动势的平衡 a）转子等效电路 b）磁动势的平衡 3．磁动势平衡方程（电流平衡方程） ＝－＋ ＝－＋ 转矩电流 励磁电流 磁动势平衡说明了电动机的定子电流由两部分构成转矩电流和励磁电流。 1．2．4 电动机的等效电路 图1－12 电动机的等效电路 1．完整的等效电路 2．能量传递小结 图1－13 能量传递小结 1．3 交－直－交变频器的构成及演变 1．3．1 交－直－交变频器的结构与原理 图1－14 交－直－交变频器框图 1．基本框图 工作过程先将电源的三相或单项交流电经整流桥整流成直流电，又经逆变桥把直流电“逆变”成频率符意可调的三相交流电。
基中，变频的核心是“逆变电路” 2．单相逆变桥 图1－15 单相逆变桥原理 a）单相逆变桥电路 b）负载所得电压波形 3．三相逆变桥 工作原理 1前半周期 令V1、V2导通；V3、V4截止。
则负载ZL中的电游人 a流向b，ZL上得到的电压是a，b-，设这时的电压为“”。
2后半周期 令V1、V2截止；V3、V4导通。
则负载ZL中的电流从b流向a，ZL上得到的电压是a-,b，
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