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1、 变频器基础知识变频器基础知识 培训教材培训教材培训教材培训教材 讲师：讲师：讲师：讲师：课时：课时：课时：课时：9090分钟分钟分钟分钟 Engineering Department培训目标培训目标培训目标培训目标n了解变频器作为电气传动的基本概念n初步理解变频器宣传资料n能进行简单的技术交流和宣传性介绍n了解变频器的基本应用和选型原则目目目目 录录录录n通用变频器的构成n通用变频器保护功能n变频器应用简介n变频器选型变频器的基本概念变频器的基本概念变频器的基本概念变频器的基本概念 定义：定义：变频器是由控制电路利用信号来开关逆变器的半导变频器是由控制电路利用信号来开关逆变器的半导体器件，将
2、工频电源变换为另一频率的电能控制装置。体器件，将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。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、三相交流同步电机，标准适配电机极数三相交流异步电机、三相交流同步电机，标准适配电机极数是是4 4极极 把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说
3、，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。变频器的作用变频器的作用变频器的作用变频器的作用 作用：作为电气传动的执行机构，作用：作为电气传动的执行机构，控制控制与与调节调节电电动设备的速度。动设备的速度。起源：起源：芬兰瓦萨控制系统有限公司，前身瑞典的STRONGB，于20世纪60年代成立，于1967年开发出世界上第一台变频器，被称为变频器的鼻祖，开创了世界商用变频器的市场。1968年起，丹麦的丹佛斯公司就在市场上生产与销售三相交流电机的VLT无极变频调速器。电气术语：电气术语：电气术语：电气术语：“控制控制控制控制”与与
4、与与“调节调节调节调节”“控制”与“调节”这两个词取决于生产设备类型。速度“控制”是将信号传送给电机，并预期完成它能产生所需要的速度。例如：控制电机速度为0-50Hz之间变化，灌装机主传动电机，依据生产率不同，人为操作控制传动电机速度随之不同。速度“调节”则是从过程中采集一个反馈信号，如果速度不满足工作要求，传送给电机的信号就自动被调节，直到满足要求为止。例如：厂区中央空调温度调节，通过PID依据对环境温度的检测，信号反馈到变频器自动调节变频器的转速，无需人工干预，直到满足工作要求的环境为止。变频器的调速原理变频器的调速原理N=60F/P P：极对数 F：频率N：转速改变极对数 （有级调速）改
5、变输入频率 （无级调速）变频器调速原理：调速原理：调速方法：调速方法：与调速相关的转差率，电压，相位差，空载转差，转子电阻，励磁电阻，转差转速，转子感抗，定子磁通，角速度等等相关参数不予阐述。使用变频器的优点使用变频器的优点使用变频器的优点使用变频器的优点1.1.节能：节能：专业选型的变频器依据现场特征，采用调节变速方式可以节能，例如：风机水泵，在流量不大的情况下，可以降低泵的转速，从而节能。一方面可以避免风机水泵长期工作在满负荷状态，造成电机过早的老化。2.2.无级调速：优化过程，提高产品质量无级调速：优化过程，提高产品质量 无级调速，调速精度大大提高，在机械允许的情况下可通过提高变频器的输
6、出频率提高工作速度。按照生产过程调节转速具有很多优点，包括提高生产率、降低废品率、减少材 料水泵和磨损。例如：机床、印刷、包装等生产线3.3.软启功能：设备起动与运行平稳软启功能：设备起动与运行平稳 全速起动和停车的次数可大幅度降低，采用变频器的软起动和停车的斜坡信 号可避免电动机对机器部件的冲击和震动。例如：在供水系统中可消除水泵电机直接启停产生水锤现象。使用变频器的优点使用变频器的优点使用变频器的优点使用变频器的优点4.4.使系统维护简单化：电机正反向无需通过接触器切换使系统维护简单化：电机正反向无需通过接触器切换 例如：吹瓶间的主传动电机如果在设备调试时能降低速度，可大大方便操作 工的检
7、修与清洁工作，也减小了噪音。例如：安装灌装机时，喷瓶、冲瓶、洗瓶三个电机同步运行调试时，旋转方 向相反，可以即时停止并且即时调整。5.5.5.5.提高技术含量，改善工作环境：提高技术含量，改善工作环境：提高技术含量，改善工作环境：提高技术含量，改善工作环境：非常方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制，例如，Profibus-DP 例如：瓶输送线上的瓶子在排队等候时，若能降低带速，就可以大减少噪音。例如：电梯、中央空调变频器的分类变频器的分类变频器的分类变频器的分类 变频器的分类方法有多种：按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、
8、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、矢量控制变频器和无传感器矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。变频器的保护功能：变频器的保护功能：（1）检知异常状态后自动地进行修正动作，如过电流失速防止，再生过电压失速防止。（2）检知异常后封锁电力半导体器件PWM控制信号，使电机自动停车。如过电流切断、再生过电压切断、半导体冷却风扇过热和瞬时停电保护等。变频器常见的保护功能变频器常见的保护功能变频器常见的保护功能变频器常见的保护功能 由于变频器大量的使用了各种半导体器件，如整流桥、IGB
9、T、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）过载变频器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DisplayDisplayLED Indicators LED Indicators for:for:for:AlarmAlarmWarni
10、ngWarningPower OnPower OnALARMWARNINGON变频器的基本构成变频器的基本构成 变频器的基本构成：由主回路（包括整流器、中间电路、逆变器）和控制回路组成，如上图所示变频器的基本构成变频器的基本构成1.1.整流器。整流器。它与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压。整流器有两种基本类型：可控与不可控。2.2.中间电路。中间电路。它有以下三种类型：a)将整流电压变换成直流电压。b)使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变器使用。c)将整流后固定的直流电压变换成可变的直流电压。3.3.逆变器。逆变器。它产生电动机电压的频率。另外，一些逆变器还可以将固定的直流电压变
11、换成可变的交流电压。4.4.控制电路。控制电路。它将信号传送给整流器、逆变器与中间电路，同时它也接收来自些部分的信号。具体被控制的部分取决于各个变频器的设计。变频器的构造分解图示变频器的构造分解图示14325678适用于中大功率(5.5KW以上）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
12、流母线电压恒定，降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）变频器的详细构成（上）变频器的详细构成（上）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)和交流风扇两种变频器的详细构成（下）变频器的详细构成（下）Danfass变频器操作面板变频器操作面板DanfassDanfass变频器控制端子与常用控制接线图变频器控制端子与常用控制接线图
13、DanfassDanfass变频器的控制板变频器的控制板主回路接口控制回路接口模拟量输入模拟量输出通讯接口控制回路接口开关量输入开关量输出编码器接口本图片与线路图依本图片与线路图依照松下变频器制照松下变频器制作，只作代表，作，只作代表，不具备原理性不具备原理性M主回路接口主回路接口工频电网输入工频电网输入380V 3PH/220V 3PH380V 3PH/220V 3PH220V 1PH220V 1PH制动电阻直流电抗器三相交流异步电机、三相交流异步电机、三相交流同步电机，三相交流同步电机，标准适配电机极数是标准适配电机极数是4极极控制回路接口控制回路接口控制回路接口控制回路接口控制回路接口控
14、制回路接口接口类型主要特点主要功能开关量输入无源输入，一般由变频器内部24V供电，启/停变频器，接收编码器信号、多段速、外部故障等信号或指令开关量输出集电极开路输出、继电器输出变频器故障、就绪、达速等，参与外部控制模拟量输入0-10V/4-20mA频率给定/PID给定、反馈，接收来自外部的给定或控制模拟量输出0-10V/4-20mA运行频率、运行电流的输出，用于外界显示仪表和外部设备控制脉冲输出PWM波输出功能同模拟量输出（只有个别变频器提供）通讯口RS485/RS232组网控制以上端子均可自由编程一般常见变频器主回路关键器件一般常见变频器主回路关键器件IGBT驱动电路过流保护过热保护欠压保护
15、IGBTIGBT的理解的理解 IGBT是一种功率晶体，运用此种晶体设计之UPS可有效提升产品效能，使电源品质好、效率高、热损耗少、噪音低、体积小与产品寿命长等多种优点。IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的英文缩写。可以翻译做绝缘栅双极晶体管。逆变器逆变器单相逆变电路工作原理单相逆变电路工作原理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：l通过改变开关管导通时间改变输出电压的频率l通过改变开关管导通顺序改变输出电压的相序逆变器逆变器S1S4S5S2S3S6UV
16、EdW561UUVUVWUVW612 123 234 345 456 561 612三相逆变电路三相逆变电路Ed缺点：缺点：l输出电压的谐波分量太大输出电压的谐波分量太大l电机谐波损耗增加，发热严重甚至烧坏电机电机谐波损耗增加，发热严重甚至烧坏电机l转矩脉动较大，低速运行时影响转速的平稳转矩脉动较大，低速运行时影响转速的平稳l直到从通信技术中采用直到从通信技术中采用PWMPWM调制才大大的缓解了以上问题调制才大大的缓解了以上问题电机变频器选型变频器选型选型原则选型原则使用通用变频器的行业和设备使用矢量变频器的行业和设备纺织绝大多数设备纺织有张力控制场合需使用冶金辅助风机水泵、辊道、高炉卷扬冶金各种主轧线、飞剪石化用风机、泵、空压机电梯门机、起重行走电梯、起重提升供水油田用风机、水泵、抽油机、空压机电厂风机水泵、传送带市政锅炉、污水处理部分拉丝机牵引拉丝机的收放卷凹版印刷水泥、陶瓷、玻璃生产线全线传送带矿山风机泵矿山提升机卷烟制丝卷烟成型包装低速造纸及配套风机水泵、制浆高速造纸、切纸机、复卷机 End Thanks!