1、ABB Group February 8, 2021 | Slide 1 电气传动与变频器基础知识 2010-01 ABB Group February 8, 2021 | Slide 2 培训目标 了解电气传动的基本概念 掌握变频器的基本工作原理 了解变频器的基本应用和选型原则 ABB Group February 8, 2021 | Slide 3 电气传动系统概述 定义定义 以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交流（直流） 电气传动系统，也称交流（直流）电气拖动系统 构成构成 中间传动机构 交流电源 输入 终端机械 交流 电机 直流 调速 装置 直流输出 皮带轮、齿
2、轮箱等 风机、泵等 直流 电机 交流 调速 装置 交流输出 执行机构 变频 器 ABB Group February 8, 2021 | Slide 4 电气传动的目的和意义 序号 意义 有代表意义的行业或设备 1 节能 风机、水泵、注塑机 2 提高产品质量 机床、印刷、包装等生产线 3 改善工作环境 电梯、中央空调 目的目的 根据设备和工艺的要求通过改变电动机速度或输出转矩改变终端设备的速度或输 出转矩 意义意义 注：并不是所有的设备使用电气传动装置后都可以节能 ABB Group February 8, 2021 | Slide 5 电气传动系统基本工作原理 电力传动系统运动方程式电力传动
3、系统运动方程式 T电机转矩T负载转矩加速运行 T电机转矩T负载转矩减速运行 T电机转矩T负载转矩恒速运行 电机转矩控制性能是影响电气传动系统性能高低的最重要因素 加减速时间和电机转矩、负载转矩以及系统惯量有关 dn T电机力矩T负载阻力 dt J T电机转矩T负载转矩 P电机功率 T电机转矩N电机速度K常数 M T电机转矩 T负载转矩 中间传动机构 终端机械 ABB Group February 8, 2021 | Slide 6 电气传动系统工作原理 速度模式： 以保持转速恒定为目的，如常规调速系统（电梯、各类生产线）。控制设 备根据速度要求自动调整电机转矩适应外部的负载变化，恒速时电机转矩
4、 肯定等于负载转矩 转矩模式 以控制电机转矩恒定为目的，如：开卷/收卷，恒速时电机转矩肯定等于 负载转矩，但电机的运转速度不确定。 如果电机转矩始终大于负载转矩，则速度持续上升直至设备限速或损坏 如果电机转矩始终小于负载转矩，则速度为0或最低（下限）速度 为保证系统安全，必须额外考虑限速或超速保护 dn T电机力矩T负载阻力 dt J T电机转矩T负载转矩 M T电机转矩 T负载转矩 中间传动机构 终端机械 ABB Group February 8, 2021 | Slide 7 电气传动系统负载特性 传动机构 电动机 生产机械 负载特性 摩擦恒转矩 生产流水线 起重行走 速度 T负载转矩 势
5、能恒转矩 电梯 起重机提升 恒功率 （速度越低，速度越低， 负载转矩越大）负载转矩越大） 机床 开卷机/收卷机 变转矩 （速度越低，负载速度越低，负载 转矩越小）转矩越小） 风机水泵 负载转矩大小于与转速无关 ABB Group February 8, 2021 | Slide 8 交（直）流电气传动系统的特点 直流电气传动系统特点： 控制对象：直流电动机控制对象：直流电动机 控制原理简单，一种调速方式控制原理简单，一种调速方式 性能优良，对硬件要求不高性能优良，对硬件要求不高 电机有换向电刷（换向火化） 电机设计功率受限 电机易损坏，不适应恶劣现场 需定期维护 交流电气传动系统特点： 控制对
6、象：交流电动机 控制原理复杂，有多种调速方式 性能较差，对硬件要求较高 电机无电刷，无换向火化问题电机无电刷，无换向火化问题 电机功率设计不受限电机功率设计不受限 电机不易损坏，适应恶劣现场电机不易损坏，适应恶劣现场 基本免维护基本免维护 70年代以前直流占统治地位 交流调速只在大功率电机调速上使用 ABB Group February 8, 2021 | Slide 9 交流电气传动系统的发展历程 交流异步电机的机械特性公式交流异步电机的机械特性公式 n60f/p(1-s) n：电机转速 f：给电机供电的交流电频率 p：电机极对数 s：转差率 T：电机力矩 N：速度 n0 负载1 异步机机械
7、特性 负载2 交流同步电机的机械特性公式交流同步电机的机械特性公式 n60f/p n：电机转速 f：给电机供电的交流电频率 p：电机极对数 n0 负载1 负载2 T：电机力矩 同步机机械特性 ABB Group February 8, 2021 | Slide 10 调速方式名称 控制对象 特点 变极调速 交流异步电动机 有级调速，系统简单，最多4段速 调压调速 无级调速，调速范围窄 电机最大出力能力下降，效率低 系统简单，性能较差 转子串电阻调速 变频调速 交流异步电动机 交流同步电动机 真正无级调速，调速范围宽 电机最大出力能力不变，效率高 系统复杂，性能好 可以和直流调速系统相媲美 早早
8、 晚晚 发发 展展 时时 间间 交流电气传动系统的发展历程 在变频器出现前同步电机无法实现调速功能，因此只能在定速传动领域使用 三相交流鼠笼电机尽管调速性能不佳，但其结构坚固、经久耐用且价格低廉 还是在一些性能较低的传动现场使用 ABB Group February 8, 2021 | Slide 11 变频调速的发展历程 电机控制 算法 功率半 导体技术 V/F控制 SCR GTR 矢量控制 IGBT 计算机 技术 单片机 DSP IGBT大容量化 更高速率和容量 如：矩阵式变频器 大功率传 动使用变 频器，体 积大，价 格高 未来发展方向 完美无谐波 PWM技术 SPWM技术 PWM优化
9、新一代开关技术 无速度矢量控制 电流矢量V/F 70年代 80年代 60年代 90年代 高速DSP 专用芯片 00年代 超静音变频器开始流行 解决了GTR噪声问题 变频器性能大幅提升 大批量使用，取代直流 算法优化 更大容量 更高开关频率 PWM技术 空间电压矢量 调制技术 变频器体 积缩小， 开始在中 小功率电 机上使用 ABB Group February 8, 2021 | Slide 12 简要工作原理 整流部分 储能环节 逆变部分 M 控制系统 交流 交流低压交直交通用变频器系统框图交流低压交直交通用变频器系统框图 直流 直流 交流 整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电
10、压为正弦波，输入电流非 正弦，带有丰富的谐波 逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电 流近似正弦 ABB Group February 8, 2021 | Slide 13 简要工作原理 单相逆变电路工作原理单相逆变电路工作原理 S1 S4 S2 S3 Ed U1 S1,S3导通 S2,S4导通 S1,S3导通 S2,S4导通 S1,S3导通 S2,S4导通 f1 f2 Ed U1 逆变器的功能： 通过改变开关管导通时间改变输出电压的频率 通过改变开关管导通顺序改变输出电压的相序 ABB Group February 8, 2021 | Slide 14 简要
11、工作原理 S1 S4 S5 S2 S3 S6 U V Ed W 561 UUV UVW UWU 612 123 234 345 456 561 612 三相逆变电路三相逆变电路 Ed 缺点： 输出电压的谐波分量太大 电机谐波损耗增加，发热严重甚至烧坏电机 转矩脉动较大，低速运行时影响转速的平稳 直到从通信技术中采用PWM调制才大大的缓解了以上问题 电机 ABB Group February 8, 2021 | Slide 15 变频器的基本结构 ABB Group February 8, 2021 | Slide 16 主电路 ABB Group February 8, 2021 | Slide 17 主电路 ABB Group February 8, 2021 | Slide 18
