【正文】 電源 ＋ － 晶體管變頻器基本回路 +Ed Ed 原理（三） 絕緣柵雙極晶體管 IGBT 37 YASKAWA 名稱(chēng) 二極管 （ D i o d e ） 晶閘管 ( T hyr is t or ) GT O ( Gat e T um Of f T hyr is t or ) 雙極晶體管 ( B ipol ar P ow e r T r ans is t or ) I GB T (I n s u l ate d G ate B i p o l ar T r . ) 功率 M OS F E T (P o w e r M e tal O x i d e S e m i c o n . F i e l d Effe c t T r . ) 構(gòu)造記號(hào) 特性 電壓電流波形 特征用途 高電壓、大電流 整流回路通 用 高電壓、大電流 整流部、帶換流回路變頻 部、斬波部 高電壓、大電流 變頻部、斬波部 中電壓、中電流 高速開(kāi)關(guān)、變頻部 中電壓、中電流 高速開(kāi)關(guān)、變頻部 低電壓、小電流 高速開(kāi)關(guān)、變頻部 變頻器使用的主要半導(dǎo)體電子元件 原理（四） 38 YASKAWA 控制方式 輸出頻率 特 征 PAM 方式 Pulse Amplitude Modulation 178。 ?起動(dòng) （ 加速 ） 時(shí) ， 按轉(zhuǎn)子 導(dǎo)體產(chǎn)生的 轉(zhuǎn)矩加速 ， 當(dāng)接近同步 速度 時(shí) ，由永磁鐵拉入同步 。 ?只產(chǎn)生磁鐵 轉(zhuǎn)矩， 轉(zhuǎn)子以和 旋轉(zhuǎn)磁 場(chǎng)同樣的速度旋轉(zhuǎn) 。 S N S n 電樞 （定子） 勵(lì)磁 （轉(zhuǎn)子） 旋轉(zhuǎn)磁 場(chǎng) 旋轉(zhuǎn)方向 （二） 30 YASKAWA 下表是鼠籠式感應(yīng)電機(jī)和 SPM電機(jī) 、 IPM電機(jī) 、 ISM電機(jī) 的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn) ， 以及特性 、 特征的不同點(diǎn) 。 這種關(guān)系就如下圖所示 ， 定子上 的 旋轉(zhuǎn) 磁極 （ N， S極 ） 和 轉(zhuǎn)子磁 極 （ n， S極 ） ， 模塊化 。 電樞上繞有 三相 線(xiàn)圈 ， 這和感應(yīng)電機(jī)一樣 ， 是形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)用的 。 頻率超過(guò) 50Hz/60Hz時(shí)的運(yùn)行情況 轉(zhuǎn)矩 50Hz和 60Hz時(shí)的運(yùn)行情況 28 YASKAWA S Ｎ S Ｎ 轉(zhuǎn)矩 磁力 線(xiàn) １ ） IPM電機(jī) 的 旋轉(zhuǎn)原理 IPM電機(jī) 的 旋轉(zhuǎn)原理 ， 就是利用同步狀態(tài)下的 磁鐵轉(zhuǎn)矩 和磁阻 轉(zhuǎn)矩 ， 這兩個(gè) 轉(zhuǎn)矩 的產(chǎn)生機(jī)制 。 IfVKIΦKT ??????K ： 參數(shù) I ： 電 流 Φ ： 磁力線(xiàn) 由于只有頻率變動(dòng) ， 如上示所示 電機(jī)電流值如果一定時(shí)，則轉(zhuǎn)矩和頻率呈反比關(guān)系 。 因此，頻率超過(guò) 50Hz或 60Hz(基波頻率 )時(shí)，輸出電壓為定值。 因此電機(jī)的溫升要比 60Hz時(shí)的高 。 I(200/50) ＞ I(200/60) ＞ I(220/60) 可以看出， 50Hz和 60Hz時(shí)的電機(jī)額恒轉(zhuǎn)矩不同 。 (V/f運(yùn)行的例子 ） 電機(jī)電流 ?轉(zhuǎn)矩特性比較 25 變頻器的過(guò)載耐量 電流 電流 轉(zhuǎn) 矩 轉(zhuǎn) 矩 YASKAWA 電 源 額定電流 (A) 額定旋轉(zhuǎn)速度 (min 1) 額定轉(zhuǎn)矩 (kgf ? m) 額定轉(zhuǎn)矩 (N ? m) 200V 50Hz 29 1460 200V 60Hz 27 1760 220V 60Hz 26 1780 4P的 例 ● 在 日本國(guó)內(nèi)， 由于電源頻率會(huì)因地區(qū)不同而異， 因此標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)備有三種規(guī)格。 （ 轉(zhuǎn)差增大 ） 電壓變動(dòng)和速度變化 負(fù)載變動(dòng)和速度變化 24 負(fù)載變動(dòng)和電壓變動(dòng) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定 負(fù)載轉(zhuǎn)矩小 負(fù)載轉(zhuǎn)矩大 輸出轉(zhuǎn)矩 輸出轉(zhuǎn)矩 旋轉(zhuǎn)速度 轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩 電壓大 電壓小 旋轉(zhuǎn)速度 YASKAWA 商用電源運(yùn)行 變頻器運(yùn)行 速度―電流特性 速度―轉(zhuǎn)矩特性 ■ 變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)的特征 ?由于是從低頻起動(dòng)，起動(dòng)電流與 商用 電源運(yùn)行時(shí)相比得到大幅控制 。 電機(jī)的發(fā)生轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比 。 此時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，電機(jī)電流也越大 。 ＝ 1800179。 因此 、 ■ 旋轉(zhuǎn)速度 以同步速度 NS為基準(zhǔn)，定義轉(zhuǎn)差率 S， SSNNNS ??? ?N fp S? ?120 1■ 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度 （ NS） NS f p ? 120 ? ? 1 ? min ? ? N N S S ? ? 1 ? ? 1 ? min ( ) 1 ? min ■ 例 題 ｆ = 60Hz, P = 4P， S = 3% NM＝ (min1) 120179。 103 1740 (N?m) ＝ 60 2π 179。 1740 (kgf?m) ＝ 額恒轉(zhuǎn)矩 TM ＝ 電機(jī)額恒功率 P (W) 額定旋轉(zhuǎn)速度 N (min1) (N?m) 60 2π 179。 ■ 例 題 4P，額定旋轉(zhuǎn)速度 1740 (min1)的 場(chǎng)合 額恒轉(zhuǎn)矩 TM ＝ 974 179。 200 100 電壓 （ Ｖ） 0 30 60 21 頻率 （ Hz ） 實(shí)際上，為了補(bǔ)償電機(jī)的電壓降，低頻率 時(shí)的電壓要提高 150%200%。（全 封閉 形、 或 全 封閉外 扇形） ?有塵埃的場(chǎng)所 JPE 44 防爆形 （四） YASKAWA 磁通量和 電壓、頻率的 關(guān)系如下所示。（全 封閉 形、 或 全 封閉外 扇形） JPC 44 屋外形 防腐蝕形 （三） YASKAWA 20 形式 結(jié)構(gòu) 使用環(huán)境 保護(hù)記號(hào)（代表例） 防爆形 (増 安型 、耐 壓 、內(nèi)壓 ) 在有爆發(fā)性氣體的場(chǎng)所，能不受阻礙的運(yùn)行的結(jié)構(gòu) 。 JP 44 全封閉外扇形 （二） YASKAWA 19 形式 結(jié)構(gòu) 使用環(huán)境 保護(hù)記號(hào)（代表例） 屋外形 常置于室外，經(jīng)久耐用的結(jié)構(gòu) 。 JP 22 防滴保護(hù)形 （一） YASKAWA 18 形式 結(jié)構(gòu) 使用環(huán)境 保護(hù)記號(hào)（代表例） 全封閉形 電機(jī)外部氣流不會(huì)流入電機(jī)內(nèi)部的封閉式結(jié)構(gòu)。 以?xún)?nèi)落下的水滴不會(huì)直接或沿電機(jī)表面 ， 滲入電機(jī)內(nèi)部 。 開(kāi)口的大小應(yīng)使直徑 12mm以上 的圓棒不能通過(guò) 。 13 YASKAWA 三相鼠籠式感應(yīng)電機(jī)根據(jù)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的不同進(jìn)行的分類(lèi) 形式 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 JIS C 4210 形式記 號(hào) 我社 適用 普通鼠籠形 125% 以上 C Q kW以下 特殊 鼠籠形 1 100% 以上 K 1 K 2極 kW以上 特殊 鼠籠形 2 150% 以上 K 2 F 4極 kW以上 6極 kW以上 高 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 形 200% 以上 － D － 高 電阻鼠籠形 － － U 循環(huán)起動(dòng)電機(jī) 14 YASKAWA 電機(jī)的基本記號(hào) Ｆ Ｅ Ｑ － 附加記號(hào) 保 護(hù) ?外 罩形 機(jī)械 ?起動(dòng) 特性 FE：全 封閉 外扇形 EE：全 封閉 形 BD：防滴保 護(hù) 形 FG：耐 壓 防 爆形 I ： 變頻器 K ： 外力 冷卻 扇 M ： 帶 PG Φ ：屋外 F ：防爆 C ：防 腐蝕 1 ： 法蘭 1形 5 ： 法蘭 5形 7 ： 法蘭 7形 8 ： 法蘭 8形 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 型號(hào) 應(yīng)用 K 100%以上 特殊鼠籠形 1種 2P Q 125%以上 普通鼠籠形 F 150%以上 特殊鼠籠形 4P,6P D 200%以上 高 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 形 15 YASKAWA （ｍｉｎ 1） 16 感應(yīng)電機(jī)的速度變化 感應(yīng)電機(jī)的控制方式 p S ｆ 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的交點(diǎn)為運(yùn)行速度 極數(shù)大 P改變方式 （極數(shù)切換電機(jī)） S改變方式 定子電壓控制 S改變方式 轉(zhuǎn)子電阻控制 f改變方式 （定子頻率控制 變頻驅(qū)動(dòng)） 頻率小 電壓小 轉(zhuǎn)子電阻大 YASKAWA *不帶 端子箱 的結(jié)構(gòu)，在保護(hù)記號(hào)前加 “ BODY” 。 此時(shí)負(fù)載機(jī)械的動(dòng)能消耗在電機(jī)轉(zhuǎn)子上。 再生制動(dòng)領(lǐng)域 電機(jī) 在負(fù)載機(jī)械的的拖動(dòng)下，以高于同步轉(zhuǎn)速的速度運(yùn)行的領(lǐng)域 。 此時(shí)的 速度 大致等同于 同 步轉(zhuǎn)速 。 空載 電流 空載時(shí) （ 不需要驅(qū)動(dòng)負(fù)載的 轉(zhuǎn)矩 的場(chǎng)合 。 起動(dòng)電流 給 停止中 的感應(yīng) 電機(jī) 外加電壓時(shí)，電機(jī)所流過(guò)的電流。 通常在額恒轉(zhuǎn)矩的 125%以上（ ） 最大 轉(zhuǎn)矩 隨著 起動(dòng) 了的 電機(jī) 轉(zhuǎn)速的加快， 電機(jī) 所產(chǎn)生的 轉(zhuǎn)矩 也 増加， 不久到達(dá)最大值 。 SSNNNS ??? ?SNN S ?? 1? ?Sp fN ?? 11 2 0N fpS ? 120NS : 同步旋轉(zhuǎn)速度 ( min1 ) f : 頻率 ( Hz ) 10 ( min1 ) ( min1 ) NS： 是 由 電機(jī) 的 規(guī)格 決定 的 固 有 值 。 ■ 旋轉(zhuǎn)速度 轉(zhuǎn) 子 的 速度 N(min1)比 同 步 旋轉(zhuǎn) 速度 NS略 慢 。 U V W U V相 V W U’ V’ W’ 8 0 π ωｔ 2π （２極）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的原理 U,V,W 線(xiàn) 圈 的 始 繞 點(diǎn) U’,V’,W’ 線(xiàn)圈的終繞點(diǎn) （一） U V W U’ V’ W’ 1個(gè)周期 （ 電流 ） 三相交流 磁場(chǎng)方向 三 相 交 流 （ 電源） 和 磁場(chǎng) 方向 感應(yīng)電機(jī) U相 YASKAWA 4極電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) （ａ） 線(xiàn)圈的配置 （ｂ） 三相交流電流 U相 V相 W相 U V W （二） 9 YASKAWA 將上式換算一下，得到如下結(jié)果。YASKAWA 最新版 變頻器 教育 用資 料 安川（上海） 驅(qū)動(dòng)控制事業(yè)部 1 YASKAWA 目 錄 第 1章： 電機(jī)的原理和控制方法 第 2章：變頻器的原理和特性 第 3章：變頻器的運(yùn)行特性 第 4章：變頻器驅(qū)動(dòng)、外圍器件的 選 定 第 5章：變頻器的功能和優(yōu)點(diǎn) 第 6章：變頻器驅(qū)動(dòng)的注意點(diǎn) 第 7章：高次諧波和噪音 第 8章：保養(yǎng) ? 點(diǎn)檢 第 9章： 附錄 YASKAWA 1章： 電機(jī)的原理和控制方法 2 YASKAWA 電機(jī) 以動(dòng)力為主要目的的電機(jī) 以動(dòng)態(tài)應(yīng)答為主要目的的電機(jī) 直流電機(jī) （ 并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì) ） 交流電機(jī) 感應(yīng)電機(jī) （鼠籠式、線(xiàn)圈式） 同步電機(jī) （磁 場(chǎng) 線(xiàn)圈式、永磁 式 ） 渦流電機(jī) （ VSMOTOR） 伺服電機(jī) 直流伺服電機(jī) 交流伺服電機(jī) （ SM形、 IM形） 3 電機(jī)的種類(lèi) YASKAWA (a)鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)（全封閉外扇形的例子） ? 感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu) ② 輸出軸 ① 定子外殼 ⑾ 端子箱 ⑩ 外風(fēng)扇 ③ 定子線(xiàn)圈 ⑦ 軸承 ⑨ 內(nèi)風(fēng)扇 ⑤ 轉(zhuǎn)子短路環(huán) ⒀ 風(fēng)扇罩 ⑥ 轉(zhuǎn)子鐵芯 ④ 定子鐵芯 ⑿ 中心高 （ 機(jī)座號(hào) ） ⑧ 端蓋 (b) 鼠籠式轉(zhuǎn)子（除去鐵芯部分） 4 短路環(huán) 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體 YASKAWA 阿拉戈圓盤(pán) (若使 磁 鐵旋轉(zhuǎn)，則圓盤(pán)也隨之旋轉(zhuǎn) ) 若使 磁鐵 旋轉(zhuǎn)，則 鼠籠式的 轉(zhuǎn)子也同方向隨之轉(zhuǎn)動(dòng) 。 磁極 旋轉(zhuǎn)軸 鋁盤(pán) 5 N S N S 短路環(huán) 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體 FL FR e IM I2 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) φ YASKAWA N S B