变频控制基本原理.ppt

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1、关于关于关于关于变频变频控制基本原控制基本原控制基本原控制基本原理理理理现在学习的是第1页，共30页11、变频空调的特点、变频空调的特点l l舒适舒适舒适舒适 a a、变频空调启动时，变频压缩机高速运转，能、变频空调启动时，变频压缩机高速运转，能使室内快速接近设定温度。使室内快速接近设定温度。b b、变变频频空空调调的的平平均均能能效效比比高高。变变频频空空调调无无论论在在制制冷冷还还是是制制热热工工况况下下，能能效效比比EEREER随随频频率率的的降降低低而而升升高高；由由于于压压缩缩机机频频率率随随室室内内热热负负荷荷大大小小而而变变化化，则则压压缩缩机机可可以以长长时时间间工工作作在在低

2、低频频区区，所以系统的季节能效比所以系统的季节能效比SEERSEER高于定速空调。高于定速空调。现在学习的是第2页，共30页c c、能能在在室室外外超超低低温温（-15-15）的的情情况况下下，强强制制制制热热运运转。转。ll节能节能节能节能 a a、定定速速空空调调在在压压缩缩机机停停机机时时，冷冷媒媒回回路路中中的的能能量量白白白白地地流流失失，而而当当压压缩缩机机再再启启动动时时，为为了了建建立立新新的的循循环环又又必必须须补补充充新新的的能能量量。如如要要使使用用变变频频空空调调，在在大大部部分分的的运运转转时时间间内内，空空调调发发挥挥的的能能力力和和室室内内热热负负荷荷相相当当，因

3、因此此减减少少了了压压缩缩机机的的开开停次数，属于没有浪费的节能运行。停次数，属于没有浪费的节能运行。现在学习的是第3页，共30页l l变变频频空空调调的的平平均均能能效效比比高高。变变频频空空调调无无论论在在制制冷冷还还是是制制热热工工况况下下，能能效效比比EEREER随随频频率率的的降降低低而而升升高高；由由于于压压缩缩机机频频率率随随室室内内热热负负荷荷大大小小而而变变化化，则则压压缩缩机机可可以以长长时时间间工工作作在在低低频频区区，所所以以系系统统的的季节能效比季节能效比SEERSEER高于定速空调。高于定速空调。ll 变变频频空空调调压压缩缩机机采采用用低低频频启启动动，降降低低启

4、启动动电电流流，既既节能，又能避免空调启动时对电网的冲击。节能，又能避免空调启动时对电网的冲击。ll 据据有有关关试试验验报报告告：在在长长期期连连续续运运行行中中，交交流流变变频频空空调比额定能力相同的定速空调节能调比额定能力相同的定速空调节能17%17%以上。以上。现在学习的是第4页，共30页22、变频空调能量调节原理、变频空调能量调节原理l l一一定定工工况况下下，制制冷冷量量与与制制冷冷剂剂质质量量流流量量成成正正比比，即：即：Q=g.mQ=g.m式中：式中：QQ制冷量制冷量 g g制冷剂单位质量制冷量制冷剂单位质量制冷量 mm制冷剂质量流量制冷剂质量流量现在学习的是第5页，共30页l

5、 l一一定定工工况况范范围围内内，制制冷冷剂剂质质量量流流量量又又与与压压缩缩机机转速具有正比函数关系，即：转速具有正比函数关系，即：m=fm=f（N N）式中：式中：N N压缩机转速压缩机转速由由此此可可见见，通通过过调调节节后后压压缩缩机机的的转转速速就就能能实实现现制制冷冷量量的的调调节节，这这正正是是变变频频空空调调调调节节制制冷冷能能量量的的原理。原理。现在学习的是第6页，共30页33、交流变频压缩机调速原理、交流变频压缩机调速原理l l交交流流变变频频压压缩缩机机采采用用的的是是交交流流异异步步感感应应电电机机，其转速方程为：其转速方程为：n=n=60f 60f1 1（1-S1-S

6、）=n=n1 1（1-S1-S）P P 式中：式中：nn电动机实际转速电动机实际转速 n n1 1定子旋转磁场的同步转速定子旋转磁场的同步转速 f f1 1定子电源频率定子电源频率 SS转差率转差率 PP电动机极对数电动机极对数现在学习的是第7页，共30页l l由此可见，只须改变电动机的电源频率由此可见，只须改变电动机的电源频率f f1 1，就，就可以改变电动机的转速可以改变电动机的转速n n此方法称为此方法称为“变频调变频调速速”。l l考虑到三相异步电动机相电压为：考虑到三相异步电动机相电压为：U U1 1EE1 1=4.44f=4.44f1 1w w1 1KwKw1 1mm现在学习的是第

7、8页，共30页式中：式中：U U1 1定子相电压，即端电压定子相电压，即端电压 E E1 1定子相电势定子相电势 w w1 1定定子子相相绕绕组组总总匝匝数数，电电动动机机结结构构确确定定的常量的常量 KwKw1 1基基波波绕绕组组系系数数，电电动动机机结结构构确确定定的的常量常量 mm每相气隙磁通每相气隙磁通现在学习的是第9页，共30页而电动机的电磁转矩为：而电动机的电磁转矩为：而电动机的电磁转矩为：而电动机的电磁转矩为：而电动机的电磁转矩为：而电动机的电磁转矩为：M=M=I I22CmCm mmCOSCOS 式中：式中：MM电动机电磁转矩电动机电磁转矩 CmCm电动机常数电动机常数 相位角

8、相位角现在学习的是第10页，共30页l l由由此此可可见见，如如果果电电动动机机端端电电机机U U1 1不不变变，频频率率f f1 1增增强强时时，将将使使气气隙隙磁磁通通mm减减小小；由由于于mm的的减减小小将将导导致致电电动动机机输输出出转转矩矩MM的的下下降降，使使电电机机的的利利用用率率下下降降；同同时时，电电机机的的最最大大转转矩矩也也将将下下降降，严严重重会会使使电电动动机机堵堵转转。相相反反，如如果果电电动动机机端端电电压压U U1 1不不变变，频频率率f f1 1减减小小时时，将将使使气气隙隙磁磁通通mm增增加加，这这将将使使磁磁路路饱饱和和，励励磁磁电电流流上上升升，导导致致

9、损损耗耗急急剧剧增增加加。因因此此，在在许许多多实实际际应应用用中中，为为维维持持调调速速时时电电动动机机的的最最大大转转矩矩不不变变，需需要要保保持持恒恒定定磁磁通通，这这就就要要求求在在改改变变频频率率的的同同时时改改变变定定子端电压。子端电压。现在学习的是第11页，共30页l l据此分析，交流变频空调压缩机的异步电动机据此分析，交流变频空调压缩机的异步电动机理想的调速应该采用恒磁通控制方式，即保持理想的调速应该采用恒磁通控制方式，即保持U U1 1/f/f1 1=常数；以充分利用电动机的能力。常数；以充分利用电动机的能力。l l事实上，调速时应满足交流变频压缩机给出的事实上，调速时应满足

10、交流变频压缩机给出的V/fV/f曲线规定要求。如图曲线规定要求。如图5 5所示。所示。l l转速实行闭环控制。转速实行闭环控制。现在学习的是第12页，共30页 工作区间工作区间 f f 图图5 5 交流变频压缩机交流变频压缩机V/fV/f曲线曲线V现在学习的是第13页，共30页变频调速的机械特性MNfe现在学习的是第14页，共30页变频空调主回路模块图变频空调主回路模块图变频空调主回路模块图变频空调主回路模块图现在学习的是第15页，共30页变频空调主回路原理图变频空调主回路原理图现在学习的是第16页，共30页l l对对于于交交流流变变频频压压缩缩机机调调速速，CPUCPU对对IPMIPM功功率

11、率模模块块发发送送的的是是符符合合交交流流变变频频压压缩缩机机V/fV/f曲曲线线要要求求的的SPWMSPWM电电压压型型双双极极性性脉脉宽宽调调制制信信号号，既既变变频频又又调调压压。SPWMSPWM控控制制方方式式的的输输出出电电压压一一相相波波形形如图如图7 7所示。所示。现在学习的是第17页，共30页现在学习的是第18页，共30页直流变频压缩机调速原理直流变频压缩机调速原理ll直直流流变变频频压压缩缩机机采采用用的的是是直直流流电电动动机机，其其转转速速方方程程为为：n n=U U Te Te K KEegEeg F F00式中：式中：n n电动机实际转速电动机实际转速U U电动机电柜

12、电压，即端电压电动机电柜电压，即端电压K KEegEeg电动机等效反电势常数电动机等效反电势常数TeTe电动机额定电磁转矩电动机额定电磁转矩F F00零阻抗电源电动机阻系数零阻抗电源电动机阻系数 由由此此可可见见，直直流流变变频频压压缩缩机机可可以以直直接接通通过过改改变变直直流流电电动动机机的的端端电电压压即即能能获获得得理理想想调调速速，转转速速并并实实行行闭闭环环控制。控制。现在学习的是第19页，共30页l l对于直流变频压缩机调速，对于直流变频压缩机调速，CPUCPU对对IPMIPM功率模功率模块发送的调制信号，可采用块发送的调制信号，可采用PAMPAM脉冲幅值调节脉冲幅值调节控制，或

13、采用控制，或采用PWMPWM等间隔脉冲占空比调节控等间隔脉冲占空比调节控制。制。PAMPAM控制方式的输出电压一相波形如图控制方式的输出电压一相波形如图8 8所示。等间隔所示。等间隔PWMPWM控制方式的输出电压一相控制方式的输出电压一相波形如图波形如图9 9所示。所示。现在学习的是第20页，共30页现在学习的是第21页，共30页66、无无位位置置传传感感器器无无刷刷直直流流电电机机的的转子位置控制转子位置控制l l为为满满足足高高可可靠靠性性、低低噪噪声声、无无机机械械磨磨擦擦的的要要求求，在在变变频频空空调调中中，直直流流变变频频压压缩缩机机的的电电动动机机和和直直流流室室内内外外、风风扇

14、扇的的电电动动机机都都采采用用无无位位置置传传感感器器的的无无刷刷直直流流电电机机，采采用用电电子子换换向向，其其转转子子位位置置信信号号的的检检测测则则是是通通过过间间接接检检测测电电动动机机反反电电势势实实现现。在在电电机机启启动动之之初初，由由于于没没有有反反电电势势或或反反电电势势很很小小，无无法法实实现现闭闭环环的的频频率率控控制制，这这时时可可以以让让电电机机开开环环地地转转起起来来；待待电电机机达达到到一一定定转转速速后后，再再进进行行反反电电势势采采样样，以以其其反反电电势势过过零零信信号号作作为为换换向向信信号号，输输入入CPUCPU，由由CPUCPU按按此此发发生生序序列列

15、的调制信号。的调制信号。现在学习的是第22页，共30页l l如大功率模块通电状态如图如大功率模块通电状态如图1010所示，转子位置所示，转子位置检测电路如图检测电路如图1111所示，所示，A A相波形如图相波形如图1212所示。所示。现在学习的是第23页，共30页现在学习的是第24页，共30页l l根据该电路，以根据该电路，以A A相为例分析如下：相为例分析如下：l lA A相波表如（相波表如（A A）点，输入后经）点，输入后经R101R101、R104R104、C101C101产生三角波，经产生三角波，经C104C104滤波移相后生产滤波移相后生产（B B）点波形，相对（）点波形，相对（A

16、A）点滞后）点滞后9090，同时，同时B B相，相，C C相波形与（相波形与（B B）点波形在运放负端合成）点波形在运放负端合成一个三倍频的三角波，如（一个三倍频的三角波，如（C C）点波形，再把）点波形，再把（B B）点与（）点与（C C）点波形比较后产生（）点波形比较后产生（D D）点波）点波形。其中（形。其中（D D）点波形上升前）点波形上升前6060导通的三极导通的三极管为管为A A+、B B-，E E点为点为B B-、C C-的切换点。的切换点。B B相、相、C C相波形相对相波形相对A A相差相差120120、240240。现在学习的是第25页，共30页77、PGPG电机调速原理电机调速原理l l在在普普及及型型变变频频空空调调中中，室室内内风风扇扇电电机机一一般般都都采采用用PGPG电电机机。PGPG电电机机的的驱驱动动电电路路如如图图1313所所示示，其各点波形如图其各点波形如图1414所示。所示。现在学习的是第26页，共30页图图图图1313、图、图、图、图1414现在学习的是第27页，共30页现在学习的是第28页，共30页PI调节调节转速采样转速采样电机电机设定设定转速转速N0N1 N现在学习的是第29页，共30页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第30页，共30页