变频器原理培训 精.ppt

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1、变频器原理培训 第1页，本讲稿共29页变频器含义变频器含义 变频器变频器是一种静止的频率变换器，它把配电网的50HZ（60HZ）恒定频率的交流电）恒定频率的交流电，变换成可调频率的交流电，供给普通交流异步电动机作为电源用，从而实现变速，恒速（稳速）。变频器的生产厂家很多，型号个不一样。用途很广，但是总结起来也就两种：一种是通用型变频器。一种是专用型变频器。第2页，本讲稿共29页变频器的含义变频器的含义 通用和专用的区别在于：在通用型变频器原理的基础上增加某些元器件，或者是增添一些功能，而形成的。也就是讲，专用的不仅能用在通用的上面还能用在要求特别高的场合以及机械设备上面。第3页，本讲稿共29页

2、培训目标培训目标了解各大品牌变频器掌握变频器的基本工作原理能向用户进行简单的技术交流为了自己更好的发展第4页，本讲稿共29页培训目录培训目录1.市场上变频器几大品牌2.变频器的应用意义3.变频器的构成4.变频器保护功能5.本变频器技术特点第5页，本讲稿共29页 中国市场竞争情况中国市场竞争情况市场需求市场需求总容量（亿元）有效容量（亿元）剔除690V以上高电压等级产品剔除设备成套进口剔除交直交以外型式变频器（如：交交、电流型）高防护等级（如防爆）第6页，本讲稿共29页 中国市场竞争情况中国市场竞争情况重点行业需求重点行业需求总计：31.6亿重点行业情况：单位（亿元）第7页，本讲稿共29页 国内

3、外各大品牌变频器国内外各大品牌变频器欧美品牌欧美品牌西门子西门子、科比科比、伦茨、施耐德施耐德、丹佛斯丹佛斯、ROCKWELL、VACON、ABB、西威西威、日本品牌日本品牌富士富士、三菱三菱、安川安川、三垦三垦、日立日立、欧姆龙欧姆龙 松下电器、松下电工、东芝、国产品牌国产品牌保利保利 安邦信、佳灵、森兰森兰、英威腾、康沃、科姆龙、惠丰港台品牌港台品牌台达台达、普传、台安台安、东元、美高韩国品牌韩国品牌 LG、现代、三星、收获红色红色：主要对手主要对手 蓝色蓝色：需关注的对手：需关注的对手第8页，本讲稿共29页 变频器应用意义变频器应用意义目的目的 根据设备和工艺的要求通过改变电动机速度或输

4、出转矩改变终端设备的速度或输 出转矩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第9页，本讲稿共29页 变频器应用意义变频器应用意义变频器变频器 变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源转换成电压、频率均可调的交流电机调速的电力电子变换装置，英文简称VVVF(Variable Voltage Variable Frequency）变频器的控制对象变频器的控制对象 三相交流异步电机和三相交流同步电机，标准适配电机极数是2/4/8极变频调速的优势（与其它交

5、流电机调速方式对比）变频调速的优势（与其它交流电机调速方式对比）序号优点1平滑软启动，降低启动冲击电流，减少变压器占有量，确保电机安全2在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度3无级调速，调速精度大大提高4电机正反向无需通过接触器切换5非常方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制第10页，本讲稿共29页 变频调速原理变频调速原理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：电机力矩负载1异步机机械特性负载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负载1负载2T：电

6、机力矩同步机机械特性 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 第11页，本讲稿共29页 变频器构成变频器构成-基本知识基本知识-发展历程发展历程电机控制算法功率半导体技术V/F控制SCRGTR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技术无速度矢量控制电流矢量V/F高速DSP专用芯片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

7、PWM定义 Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制 SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规率排列 第12页，本讲稿共29页 变频器构成变频器构成-基本知识基本知识-分类分类供电电源低压220V/1PH、220V/3PH、380V/3PH660 V/3PH、1140V/3PH高压3000、6000、10000V/3PH控制算法通用内置V/F控制方式，简单，性能一般高性能内置矢量控制方式，复杂，高性能变换方法（拓朴结构）交直交电压型（储能环节为电解电容）电流型(储能环节为电抗器）交交无储能环节注：交直交电压型变频器因结构简单，功率因

8、素高，目前广泛使用常用设计功率在大功率第13页，本讲稿共29页 变频器构成变频器构成-基本知识基本知识-前言前言载波PWMPWM（Pulse Width ModurationPulse Width Moduration）调制）调制PWM调制是：利用半导体开关器件的导通和关断把直流电压调制成电压可变、频 率可变的电压脉冲列。SPWM调制是：采用三角波和正弦波相交获得的PWM波形直接控制各个开关可以得 到脉冲宽度和各脉冲间的占空比可变的呈正弦变化的输出脉冲电压电压，能获 得理想的控制效果：输出电流近似正弦载波频率必须高，才能保证调制后得到的波形与调制前效果相同GTR变频器由于开关频率太低，电机噪声

9、较大，IGBT有效的解决了这个问题第14页，本讲稿共29页 变频器构成变频器构成-基本知识基本知识-原理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 流近似正弦第15页，本讲稿共29页 变频器构成变频器构成-基本知识基本知识-关键元件关键元件IGBT驱动电路过流保护过热保护欠压保护IPM（智能功率模块）PIM（功率集成模块）目前以IGBT 和PIM使用较多第

10、16页，本讲稿共29页 变频器构成变频器构成-基本知识基本知识-主回路主回路14325678适用于小功率（5.5KW)适用于中大功率(5.5KW以上）第17页，本讲稿共29页 变频器构成变频器构成-基本知识基本知识-主回路主回路类别作用主要构成器件主回路整流部分1将工频交流变成直流，输入无相序要求整流桥逆变部分2将直流转换为频率电压均可变的交流电，输出无相序要求IGBT制动部分3/4消耗过多的回馈能量，保持直流母线电压不超过最大值单管IGBT 和制动电阻,大功率制动单元外置上电缓冲6降低上电冲击电流，上电结束后接触器自动吸合，而后变频器允许运行限流电阻和接触器储能部分5保持直流母线电压恒定，降

11、低电压脉动电解电容和均压电阻控制回路键盘7对变频器参数进行调试和修改，并实时监控变频器状态MCU(单片机）控制电路8交流电机控制算法生成，外部信号接收处理及保护DSP(或两个MCU）第18页，本讲稿共29页 变频器构成变频器构成-基本知识基本知识-主回路主回路类别作用结构件散热器将整流桥、逆变器产生的热量散发出去温度传感器检测散热器温度，确保模块工作在允许温度环境下风扇配合散热器，将变频器内部的热量带走，有直流风扇（24V)和交流风扇两种第19页，本讲稿共29页 变频器构成变频器构成-基本知识基本知识-主回路接口主回路接口 工频电网输入380V 3PH/220V 3PH220V 2PH制动电阻

12、直流电抗器三相交流电机第20页，本讲稿共29页 变频器构成变频器构成-基本知识基本知识-简要工作原理简要工作原理S1S4S2S3EdU1S1,S3导通S2,S4导通S1,S3导通S2,S4导通S1,S3导通S2,S4导通f1f2EdU1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单相逆变电路工作原理单相逆变电路工作原理第21页，本讲稿共29页 变频器构成变频器构成-基本知识基本知识-简要工作原理简要工作原理S1S4S5S2S3S6UVEdW561UUVUVWUUW612 123234 345456 561612三相逆变电路三相逆变电路Ed缺点：

13、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第22页，本讲稿共29页 变频器构成变频器构成-基本知识基本知识-控制算法控制算法交流调速的控制核心是：只有保持电机磁通恒定才能保证电机出力，才能获得理想的调速效果V/FV/F控制控制简单实用，性能一般，使用最为广泛只要保证输出电压和输出频率恒定就能近似保持磁通保持恒定 例:对于380V 50Hz电机，当运行频率为40HZ时，要保持V/F 恒定，则 40HZ时电机的供电电压:380（40/50)304V低频时，定子阻抗压降会导致磁通下降，需将

14、输出电压适当提高矢量控制矢量控制性能优良，可以与直流调速媲美，技术成熟较晚模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变换来实现对异步电机定子励磁电 流分量和转矩电流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，进而达到良好的 转矩控制性能，实现高性能控制。性能优良，控制相同复杂，直到90代计算 机技术迅速发展才真正大范围使用第23页，本讲稿共29页 变频器构成变频器构成-基本知识基本知识-功能介绍功能介绍停车方式停车方式减速停车 变频器接到停止命令后按照减速时间对应曲线逐渐减小输出频率，到0后停机。注：这种方式最常用，当直流母线电压过高时会自动启动能耗制动，此时需 配置制动单元，否则会报减速过电压自由停车 变

15、频器接到运行停止命令后，立刻中止输出，负载靠自然阻力停止。注：变频器故障时的停车方式就是自由停车减速直流制动停车 变频器接到运行停止命令后，按照减速时间对应曲线逐渐减少输出频率，当 到达某一预设频率，即开始直流制动（通脉冲直流）停车，防止电机爬行 注：对于大惯量负载或有定位要求的场合非常适用第24页，本讲稿共29页 变频器构成变频器构成-基本知识基本知识-功能介绍功能介绍加减速时间（加减速时间（S/min)S/min)频率时间 Fmax最大输出频率加速时间减速时间第25页，本讲稿共29页 变频器构成变频器构成-基本知识基本知识-功能介绍功能介绍注：一般在调试时使用，如：确定运转方向、反向倒车等

16、点动点动第26页，本讲稿共29页 变频器保护功能变频器保护功能 由于变频器大量的使用了各种半导体器件，如整流桥、IGBT、电解电容等，要想保证变频器长期稳定工作，则必须保证各器件工作在其允许条件下。超出条件则必须立刻或延时停止变频器工作，待异常条件消失后才能重 新开始工作，如保护失效或动作延迟将导致变频器出现不可恢复性损害。保护类型原因缺相输入缺相输入电压值相差超过允许值输出缺相输出电流三相不平衡过流加速/减速/恒速超过变频器允许的最大电流（2倍额定）过载超过变频器允许的过载范围过压加速/减速/恒速直流母线电压超过允许值过热散热器温度超过允许值欠压电网电压过低第27页，本讲稿共29页 本公司变频器技术特点本公司变频器技术特点最大输出电压：三相380/400/415/440/460V（对应输入电源）容许电压变动：10，-15 控制方式：磁通矢量控制，正弦波PWM 过载能力：额定电流150/1分钟 保护功能：过压，过流，过载，过力矩等及时有效保护电机第28页，本讲稿共29页 结束结束第29页，本讲稿共29页