[工程科技]自动化培训班.ppt
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1、2012自动化技术培训-之变频器基础知识首席操作师工作站首席操作师工作站第一节 变频器的发展史1.变频器的发展历程变频器的发展历程 19世纪末发明了三相交流电和三相异步电动机，世纪末发明了三相交流电和三相异步电动机，6070%的电能被各种电动机所利用，其中的电能被各种电动机所利用，其中80%的的电能被交流电动机所利用，电能被交流电动机所利用，20%的电能被直流电动的电能被直流电动机所利用。机所利用。直流电动机直流电动机结构复杂，用电刷导电结构复杂，用电刷导电，但，但调速性能调速性能良好良好，在近百年间直流电动机在调速领域一统天下。，在近百年间直流电动机在调速领域一统天下。三相异步电动机三相异步
2、电动机结构简单，工作可靠结构简单，工作可靠，但，但调速困调速困难难。第一单元第一单元 变频调速相关知识变频调速相关知识2 人们早就知道交流电动机改变频率可以调人们早就知道交流电动机改变频率可以调速，但因技术问题难以实现。进入速，但因技术问题难以实现。进入20世纪世纪70年年代，电力电子和微电子技术有了突飞猛进的发代，电力电子和微电子技术有了突飞猛进的发展，为变频器的诞生奠定了基础。就在此时，展，为变频器的诞生奠定了基础。就在此时，中东战争爆发，一场石油危机席卷全球，节约中东战争爆发，一场石油危机席卷全球，节约能源成了当务之急。人们首先发现风机和泵类能源成了当务之急。人们首先发现风机和泵类是用异
3、步电动机恒速拖动，用阀门和挡板控制是用异步电动机恒速拖动，用阀门和挡板控制流量，浪费极大。如果采用调速控制，可以大流量，浪费极大。如果采用调速控制，可以大大节约电能。由于有了物质基础和社会需要，大节约电能。由于有了物质基础和社会需要，第一代第一代模拟控制模拟控制变频器诞生了。用在风机和水变频器诞生了。用在风机和水泵上，节能高达泵上，节能高达20%40%。2.现代变频器的特点现代变频器的特点现在的变频器早已经由模拟控制发展为计现在的变频器早已经由模拟控制发展为计算机控制，而计算机控制可以进行算机控制，而计算机控制可以进行功能预功能预置、联网控制，置、联网控制，使它的应用范围越来越广。使它的应用范
4、围越来越广。已经由最初的单机调速，发展为现在的闭已经由最初的单机调速，发展为现在的闭环调速系统；联网控制；组成柔性控制系环调速系统；联网控制；组成柔性控制系统等。它是目前统等。它是目前最好的异步电动机调速系最好的异步电动机调速系统，目前还没有任何一种交流调速系统能统，目前还没有任何一种交流调速系统能取代变频器。取代变频器。它在很多应用领域已经取代它在很多应用领域已经取代了直流电动机，使控制系统的可靠性大大了直流电动机，使控制系统的可靠性大大提高提高。43.3.变频器应用变频器应用节能应用节能应用：仍然是变频器应用的目的之一，主要：仍然是变频器应用的目的之一，主要应用于应用于风机和泵类负载风机和
5、泵类负载。在其他应用领域，当。在其他应用领域，当输输出电压比额定电压低时，出电压比额定电压低时，也具有节能效果。也具有节能效果。工艺控制应用工艺控制应用：为了满足负载的调速要求而采用为了满足负载的调速要求而采用变频调速。他可提升产品质量、减轻人工劳动强变频调速。他可提升产品质量、减轻人工劳动强度、提高生产效率和成品率。度、提高生产效率和成品率。柔性控制应用柔性控制应用：在复杂的传动流水线上，多台电：在复杂的传动流水线上，多台电动机由变频器驱动，而变频器由上位机控制，组动机由变频器驱动，而变频器由上位机控制，组成无人操作的自动化流水线。成无人操作的自动化流水线。54.4.变频器的发展趋势变频器的
6、发展趋势1）向专用型方向发展）向专用型方向发展专用变频器是变频器的发展方向，是根据某种具体专用变频器是变频器的发展方向，是根据某种具体应用专门设计。具有安装调试方便、成本低等优点。应用专门设计。具有安装调试方便、成本低等优点。2）向多用途方向发展）向多用途方向发展优化控制技术：变频器已由最初的优化控制技术：变频器已由最初的U/f模拟控制模拟控制，发展为转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制发展为转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制 等等多种控制方式，应用更加方便。多种控制方式，应用更加方便。向高压、大容量方向发展向高压、大容量方向发展 大容量、高耐压开关器大容量、高耐压开关器件的开发，为高压变频
7、器奠定了基础。发电厂、炼件的开发，为高压变频器奠定了基础。发电厂、炼钢，供排水公司等，所用的钢，供排水公司等，所用的10kV高压变频器，容量高压变频器，容量有的已超过几千有的已超过几千KVA。63）向智能化、个性化方向发展向智能化、个性化方向发展智能智能IC卡参数的存取方式；卡参数的存取方式；PDA（个人数字助理）界面，采用（个人数字助理）界面，采用PDA界面的变界面的变频器，省去了变频器与计算机之间的布线，可直频器，省去了变频器与计算机之间的布线，可直接在接在PDA上进行参数编程、故障诊断和数据监视。上进行参数编程、故障诊断和数据监视。如施耐德的如施耐德的ATV71变频器。变频器。高功率变频
8、器模块的立体封装形式，立体封装形高功率变频器模块的立体封装形式，立体封装形式已能将式已能将IGBT、电流电压温度传感器、保护回路、电流电压温度传感器、保护回路、直流回路、散热装置和强制风冷的电路组合在一直流回路、散热装置和强制风冷的电路组合在一起。冷却效果好，功率密度高。起。冷却效果好，功率密度高。5.5.本课程的任务本课程的任务我们工作在现场的变频器技术人员主要任务是：我们工作在现场的变频器技术人员主要任务是：1）根据本企业的要求能正确的设计、选用、安装、）根据本企业的要求能正确的设计、选用、安装、调试变频器；调试变频器；2）能正确使用变频器，能进行日常的变频器维护）能正确使用变频器，能进行
9、日常的变频器维护维修工作。维修工作。3）能根据故障现象分析确诊变频器控制系统的故）能根据故障现象分析确诊变频器控制系统的故障范围，并能排除变频器的非硬件故障和外围电障范围，并能排除变频器的非硬件故障和外围电路故障。路故障。第二节第二节 电动机与变频器电动机与变频器 变频器与电动机的关系变频器与电动机的关系变频器从输入端看：输入的是工频三相交流电；变频器从输入端看：输入的是工频三相交流电；从输出端看：输出的是频率和电压可调的交流电，从输出端看：输出的是频率和电压可调的交流电，控制电动机工作。控制电动机工作。变频器是电动机和电源之间的一个变频器是电动机和电源之间的一个中间控制环节中间控制环节，变频
10、器和电动机要匹配，变频器和电动机要匹配，变频器的输出特性和功变频器的输出特性和功能参数必须与电动机的工作特性相吻合。能参数必须与电动机的工作特性相吻合。三相异步感应交流电动机的工作原理三相异步感应交流电动机的工作原理 1.旋转磁场现象：现象：用手转动马蹄形磁铁笼型转子就会跟着一起旋转。用手转动马蹄形磁铁笼型转子就会跟着一起旋转。原理：原理：在转动马蹄形磁铁时，磁铁和笼型转子有了相对运在转动马蹄形磁铁时，磁铁和笼型转子有了相对运动，笼型转子动，笼型转子导线切割磁力线产生感应电流；该电流又和导线切割磁力线产生感应电流；该电流又和旋转磁场相互作用，产生感应电磁力，该电磁力使转子产旋转磁场相互作用，产
11、生感应电磁力，该电磁力使转子产生电磁转矩生电磁转矩，随着磁场的转动方向而转动。，随着磁场的转动方向而转动。2.2.转速差转速差n n 转子要想随着旋子要想随着旋转磁磁场一起一起转动，转子和旋子和旋转磁磁场必必须维持一定的持一定的转速差，速差，转子子导线中才能中才能产生感生感应电流，由流，由感感应电流流产生生电磁磁转矩，矩，转子才能子才能转动。转速差是速差是电动机机正常工作的保正常工作的保证。实验证明，在明，在额定定转矩情况下，矩情况下，转速差速差n 和和转矩矩T成正比。即成正比。即 n T转速差速差为：式中，式中，n 转速差，速差，单位位r/min n1 旋旋转磁磁场转速，速，单位位r/min
12、 n 电动机机转子子转速，速，单位位r/min电动机的旋转磁场3.3.电动机旋转磁场与转速电动机旋转磁场与转速1）旋转磁场）旋转磁场2）旋转磁场的转速）旋转磁场的转速即即p=1：电流变化一个周期，旋转磁场正好在空间转过一：电流变化一个周期，旋转磁场正好在空间转过一周。对周。对50Hz工频交流电而言，旋转磁场每秒在空间旋转工频交流电而言，旋转磁场每秒在空间旋转50周，周，n1=60f1=6050r/min=3000r/min。p=2：电流变化一周，旋转磁场只转过：电流变化一周，旋转磁场只转过0.5周，比磁极对周，比磁极对数数p=1情况下的转速慢了一半，即情况下的转速慢了一半，即n1=60f1/2
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