《变频器应用技术项目教程ppt课件(完整版).pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变频器应用技术项目教程ppt课件(完整版).pptx（458页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、主编：蒋伟吕洪善变频器应用技术项目教程变频器应用技术项目教程(第 2 版）中国铁道出版社有限公司中国铁道出版社有限公司 一、课程一、课程简介简介本书根据高等职业教育的特点，突出了应用能力和实践能力培养的特色，结合本书根据高等职业教育的特点，突出了应用能力和实践能力培养的特色，结合高职高专教学改革和课程改革要求及作者多年的教学经验，采用项目式的高职高专教学改革和课程改革要求及作者多年的教学经验，采用项目式的“教、学、训、教、学、训、评评”一体化教学方法来编写。全书以行业广泛使用的三菱一体化教学方法来编写。全书以行业广泛使用的三菱FR-D740变频器为主线，结变频器为主线，结合大量典型实例，以变频
2、器基本认识、合大量典型实例，以变频器基本认识、FR-D740变频器的面板认知及操作、变频器的变频器的面板认知及操作、变频器的基本功能、基于变频器的自动控制系统设计、变频器的选择、安装及维护和变频器的基本功能、基于变频器的自动控制系统设计、变频器的选择、安装及维护和变频器的工程应用共工程应用共6个项目、个项目、22个学习任务和个学习任务和14个实训案例组织实施，将变频器的基础知识、个实训案例组织实施，将变频器的基础知识、结构原理、选型、参数设置方法、故障原因及分析以及变频器的工程综合应用等分解结构原理、选型、参数设置方法、故障原因及分析以及变频器的工程综合应用等分解在各个任务中。在各个任务中。本
3、书编写内容贴近工厂实际，实用性、可操作性强，强调理论联系实际，重在应本书编写内容贴近工厂实际，实用性、可操作性强，强调理论联系实际，重在应用技能训练。可作为应用型本科、高职高专的机电一体化技术、电气自动化技术和工用技能训练。可作为应用型本科、高职高专的机电一体化技术、电气自动化技术和工业机器人技术等专业的教学用书，也可作为中、高级维修电工考证前培训教材或相关业机器人技术等专业的教学用书，也可作为中、高级维修电工考证前培训教材或相关专业工程技术人员的岗位培训教材和参考用书。专业工程技术人员的岗位培训教材和参考用书。二、目录二、目录项目一项目一 变频器基本认识变频器基本认识项目二项目二 FR-D7
4、40变频器的面板认知及操作变频器的面板认知及操作项目三项目三 变频器的基本功能变频器的基本功能项目四项目四 基于变频器的自动控制系统设计基于变频器的自动控制系统设计项目五项目五 变频器的选择、安装及维护变频器的选择、安装及维护项目六项目六 变频器的工程应用变频器的工程应用 主编：蒋伟吕洪善变频器应用技术项目教程(第 2 版）中国铁道出版社有限公司任任务务1 变频器的认识变频器的认识变频器的认识变频器的认识任任务务2 变频器的组成、结构框图、基本原理变频器的组成、结构框图、基本原理变频器的组成、结构框图、基本原理变频器的组成、结构框图、基本原理任任务务3 变频器中的开关器件变频器中的开关器件变频
5、器中的开关器件变频器中的开关器件项目一项目一 变频器基本认识变频器基本认识 项目描述 变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电力电子技术、微电子技术和计算机技术的基础之上，并随着这些基础技术的发展而不断得到发展。变频器即电压频率变换器，是一种将固定频率的交流电变换成频率、电压连续可调的交流电，以供给电动机运转的电源装置。变频器的问世，使电气传动领域发生了一场技术革命，即交流调速取代直流调速。交流电动机变频调速主要应用在节能、自动化系统及提高工艺水平和产品质量等方面，已被公认为最理想、最有发展前途的调速方式之一。本项目中，以三菱FR-D700系列变频器为例，通过对变频器的认识、面板的拆
6、装、调试以及维护等任务的训练，以及对变频器中常用开关器件的特点的了解，使学生对变频器有一定的认识。项目目标 1 1、知识目标、知识目标（1）了解变频器在各种行业上的应用。（2）掌握通用变频器的基本结构及其各部分的作用。（3）理解通用变频器的基本工作原理。（4）了解功率晶体管、绝缘栅双极晶体管的结构及其驱动。2 2、技能目标、技能目标（1）认识变频器。（2）变频器面板的拆装。（3）变频器的基本操作。（4）能对交直交变频器主要电路进行工作分析。变频器应用技术项目教程（第二版）教材配套课件项目一 变频器基本认识任务1 认识变频器在实际的生产过程中离不开电力传动。20世纪70年代前，电动机运行的基本方
7、式是转速不变的定速拖动。对于控制精度要求不高以及无调速要求的许多场合，定速拖动基本能够满足生产要求。随着工业化进程的发展，对传动方式提出了可调速拖动的更高要求。用直流电动机可方便地进行调速，但直流电机体积大、造价高，并且无节能效果。而交流电动机体积小、价格低廉、运行性能优良、重量轻，因此对交流电动机的调速具有重大的实用性。通过大量的理论研究和实验，人们认识到：对交流电动机进行调速控制，不仅能使电力拖动系统具有非常优秀的控制性能，而且在许多生产场合中，还具有非常显著的节能效果。鉴于此，交流变频调速技术获得了迅速发展和广泛的应用。目前国内外变频器的种类很多，图1.1为常见的几种变频器的外形。一、任
8、务描述 一、任务描述 二、任务分析 目前国内外变频器的种类很多，分类方法也很多，常见的分类方法有：按变频的原理分类、按变频器的控制方式分类、按用途分、按直流电源性质分类和按输出电压调节方式分。变频调速已被公认为最理想、最有发展前途的调速方式之一，它的优势主要体现在节能方面的应用、在自动化系统中的应用和在提高工艺水平和产品质量方面的应用。对于不同种类的变频器它们是怎么分类的呢？它们的优势又主要体现在哪里呢？三、知识导航一、变频器技术的发展历史一、变频器技术的发展历史1）电力电子器件是发展基础电力电子器件是发展基础 变频器主电路采用电力电子器变频器主电路采用电力电子器件作为开关器件，时至今日，电力
9、件作为开关器件，时至今日，电力电子器件已经历经了四代发展，而电子器件已经历经了四代发展，而每一次器件的更新换代都促使变频每一次器件的更新换代都促使变频技术进一步向前发展。技术进一步向前发展。三、知识导航 变频器内部的核心控制由变频器内部的核心控制由CPUCPU完完成，最初是成，最初是8 8位处理器，现在发展为位处理器，现在发展为1616位处理器甚至位处理器甚至3232位处理器，使变频位处理器，使变频器的功能也从单一的变频调速功能发器的功能也从单一的变频调速功能发展为包含算术、逻辑运算及智能控制展为包含算术、逻辑运算及智能控制的综合功能。的综合功能。2）计算机技术是发展支柱计算机技术是发展支柱
10、三、知识导航 自上世纪自上世纪7070年代开始，先后出现恒年代开始，先后出现恒压频比、矢量和直接转矩等控制模式。压频比、矢量和直接转矩等控制模式。目前针对变频器的模糊控制和自适应控目前针对变频器的模糊控制和自适应控制模式也已开始应用，这必将使变频器制模式也已开始应用，这必将使变频器性能越来越好。性能越来越好。3）自控理论引领发展的方向自控理论引领发展的方向变频器交直交变频器交交变频器整流（AC/DC）中间电路（滤波、制动）逆变（DC/AC）三、知识导航二、变频器的分类二、变频器的分类变频器交直交变频器交交变频器整流（AC/DC）中间电路（滤波、制动）逆变（DC/AC）交-交变换（AC/AC）无
11、直流环节，变频效率高最高输出频率是电网频率的1/3-1/2大功率低频范围有很大的优势两次换能，变频效率低输出频率范围宽适用于各种电力拖动装置 三、知识导航变频器交直交变频器交交变频器整流（AC/DC）中间电路（滤波、制动）逆变（DC/AC）两次换能，变频效率低交-交变换（AC/AC）无直流环节，一次换能，变频效率高最高输出频率是电网频率的1/3-1/2大功率低频范围有很大的优势输出频率范围宽适用于各种电力拖动装置 三、知识导航变频器交直交变频器交交变频器滤波元件分电压型变频器电流型变频器调压方式分脉宽调制（PWM）脉幅调制（PAM）宽度变化幅值变化 三、知识导航变频器通用变频器专用变频器适用于
12、对调速性能没有严格要求的场合用途平方转矩变频器+恒转矩变频器卷扬机功率要求很高，速度要求低精密机床功率要求低，速度要求很高（高频）在某方面的性能要求极高，因而可以实现高控制要求。变频器U/f控制变频器矢量控制变频器控制方式转差频率控制变频器变频变压FU=恒定值磁通保持一定又称VVVF控制方式检测实际转速设定频率实际频率-差值交流电动机的动态数学模型模仿直流电动机的控制方式调速精度高过度过程快变频器U/f控制变频器矢量控制变频器控制方式转差频率控制变频器在改变电动机电源频率的同时改变电动机的电压，电动机的磁通保持一定。又称VVVF控制方式。通过检测电动机的实际转速，根据设定频率与实际频率的差对输
13、出频率进行连续的调节，从而使输出频率始终满足电动机设定转速的要求。根据交流电动机的动态数学模型，模仿直流电动机的控制方式，获得类似直流调速系统的动态性能，是一种高性能的异步电动机的控制方式。可以完全达到直流调速精度和过度过程快速性要求。三、知识导航三、变频器的应用三、变频器的应用变频调速已被公认为最理想、最有发展前途的调速方式之一，从一般小范围到高精度调速传从一般小范围到高精度调速传动、从单机传动到多机协调运转，几乎都可采用变频技术。动、从单机传动到多机协调运转，几乎都可采用变频技术。它的优势主要体现在以下几个方面。1、变频器在节能方面的应用。2、在自动化系统中的应用。3、在提高工艺水平和产品
14、质量方面的应用等。水泵的变频控制水泵的变频控制 空压机的变频控制空压机的变频控制 纺织机械变频控制纺织机械变频控制造纸机械变频控制造纸机械变频控制家用电器变频控制家用电器变频控制 三、知识导航四、变频器技术发展方向四、变频器技术发展方向今天，电力电子的基片已从Si（硅）变换为SiC（碳化硅）进入到高电压大容量化、高频化、组件模块化、微小型化、智能化和低成本化，多种适宜变频调速的新型电机正在开发研制之中，IT技术的迅猛发展，以及控制理论的不断创新，这些与变频器相关的技术将影响其发展的趋势。变频器技术的发展趋势是朝着网络智能化、专门化、一体化、操作简便、功能健全、安全可靠、环保低噪、低成本和小型化
15、的方向发展。四、思考与练习1 1.什么是变频器？变频器的作用是什么？什么是变频器？变频器的作用是什么？2 2.变频器的发展趋势是什么？变频器的发展趋势是什么？3 3.按照用途变频器有哪些种类？其中电压型变频器和电流型变频按照用途变频器有哪些种类？其中电压型变频器和电流型变频器的主要区别在哪里？器的主要区别在哪里？4 4.简述变频器的主要应用场合。简述变频器的主要应用场合。主编：蒋伟吕洪善变频器应用技术项目教程(第 2 版）中国铁道出版社有限公司变频器应用技术项目教程（第二版）教材配套课件项目一 变频器基本认识任务2 变频器的组成、结构框图、基本原理随着工农业生产对调速性能要求的不断提高和电力电
16、子、微电子及计算机控制等技术的迅速发展，变频调速技术日趋成熟，传统的直流调速系统将逐渐被变频调速系统所取代。变频调速是通过变频器来实现的，那么变频器是由哪些部分组成的?各部分作用是什么？它是如何实现变频调速的？一、任务描述 二、任务分析 变频器的内部结构相当复杂，除了电力电子器件组成的主电路外，还有以微处理器为核心的运算、检测、保护、驱动、隔离等控制电路，对大多数用户来说，变频器作为整体设备使用的，因此，我们可以不必探究其内部电路的原理，但对变频器的基本结构有个了解还是很有必要的。如图1.7为三菱FR-D740变频器的外观和结构图。二、任务分析 三、知识导航 从外部结构上看，变频器有开启式和封
17、闭式两种。开启式的散热性能好，但接线端子外露，适用于在电气柜内进行安装；封闭式的接线端子全部在内部，不打开盖子是看不见的。通用变频器的功能单元根据变频器生产厂家的不同而千差万别，但是它们的基本功能相同。基本功能相同。主要功能有以下几个方面：1)显示频率、电流、电压等参数。2)设定操作模式、操作命令、功能码等。3)读取变频器运行信息和故障报警信息。4)监视变频器运行状况。5)故障报警状态的复位。一 认识变频器认识变频器变频器外形结构变频器外形结构变频器外形结构变频器外形结构变频器外形结构变频器外形结构 三、知识导航1 1、变频器的基本构成、变频器的基本构成二 变频器的工作原理变频器的工作原理通用
18、变频器由主电路（整流器、中间直流环节（中间直流储能环节）、逆变器）和控制电路组成，如图1.8所示。图1.8 变频器的基本构成 三、知识导航2 2、交直交变频器的主电路、交直交变频器的主电路结构结构二 变频器的工作原理变频器的工作原理图1.9变频器的主电路DCAC+-2 2、交直交变频器的主电路、交直交变频器的主电路结构结构+-2 2、交直交变频器的主电路、交直交变频器的主电路结构结构+-限 流 电 路2 2、交直交变频器的主电路、交直交变频器的主电路结构结构+-限 流 电 路开 关 K熔 焊接 触 不 良烧 坏 整 流 模 块欠 电 压2 2、交直交变频器的主电路、交直交变频器的主电路结构结构
19、+-逆 变 电 路三 个 桥6 个 I G BT 全 控 性 开 关 管I G BT 全 控 性 开 关 管 两 端 反并 联 一 个 二 极 管2 2、交直交变频器的主电路、交直交变频器的主电路结构结构+-过电压逆 变 电 路 每 个 开 关 管 两 端 为 什 么 要 反 并 联 二 极 管 呢？电 机 处 于 发 电 状 态，通 过 逆 变 单 元 中 的 续 流 二 极 管 向 直 流 侧 供 电电 压 泵 升制 动 电 路热能2 2、交直交变频器的主电路、交直交变频器的主电路结构结构整 流 电 路限 流 电 路滤 波、制 动 电 路逆 变 电 路2 2、交直交变频器的主电路、交直交变
20、频器的主电路结构结构 三、知识导航3 3、SPWMSPWM控制技术控制技术我们期望通用变频器的输出电压波形是纯粹的正弦波形，但就目前技术而言，还不能制造功率大、体积小、输出波形如同正弦波发生器那样标准的可变频变压的逆变器。目前技术很容易实现的一种方法是：逆变器的输出波形是一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，这些波型与正弦波等效，如图1.21所示。图1.21 单极式SPWM电压波形PWMPWM控制技术控制技术 面积相等面积相等 效果相同效果相同 PWM PWM波波=正弦半波正弦半波SPWMSPWM控制方式控制方式SPWMSPWM控制方式控制方式 三、知识导航三三 变频调速的基本原理变频调速的基本原理
21、1 1、三相异步电动机构造三相异步电动机构造1.1.电动机的内部构造电动机的内部构造工作原理三相交流电源接通三相定子绕组定子绕组产生三相对称电流三相对称电流在电机内部建立旋转磁场旋转磁场与转子绕组产生相对运动(切割)转子绕组中产生感应电流感应电流转子绕组(感应电流)在磁场中受到电磁力的作用在电磁力作用下，转子逆时针方向开始旋转，转速为n。iAACBXZYiBiC三相异步电动机原理简图三相对称电流旋转磁场感应电流2 2、三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 1 1、电生磁、电生磁 2 2、磁生电、磁生电总结：三相异步电动机的工作原理总结：三相异步电动机的工作原理三相对称绕组通往三相对
22、称三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。电流产生圆形旋转磁场。旋转磁场切割转子导旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流体感应电动势和电流。3 3、电磁力、电磁力转子载流（有功分量电流）体在转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。电能转化为机械能。U2U1W2V1W1V2n定子铁心定子绕组 给三相对称的定子绕组中给三相对称的定子绕组中通入三相对称交流电，就通入三相对称交流电，就可以产生旋转磁场。可以产生旋转磁场。U2U1W2V1W1V2 为什么？3 3、三相异步电动机的旋转
23、磁场三相异步电动机的旋转磁场 三、知识导航3.问题研讨三相异步电动机如何实现能量转换?三相对称的定子绕组三相对称的定子绕组：是指是指U U、V V、W W三相绕组的匝数、材料三相绕组的匝数、材料等参数都相同，在等参数都相同，在360360的空间的空间内均匀分布，彼此相差内均匀分布，彼此相差120120。U2U1W2V1W1V23 3、三相异步电动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场三相对称交流电三相对称交流电：3 3、三相异步电动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场 三、知识导航3.问题研讨三相异步电动机如何实现能量转换?U1U2V1W1V2W2NS wt=00wt=600wt=1200wt=
24、1800U1U2V1W1V2W2NSU1U2V1W1V2W2NSU1U2V1W1V2W2Sn0旋转磁场的产生旋转磁场的产生磁场旋转示意图磁场旋转示意图i2ImOti1i3任意对调两根电源进线，磁场反转。任意对调两根电源进线，磁场反转。i1i3ImOti22.旋转磁场的反转旋转磁场的反转U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1磁磁磁磁场场场场的的的的旋旋旋旋转转转转方方方方向向向向取取取取决决决决电电电电流流流流的的的的相相相相序序序序任任任任意意意意调调调调换换换换两两两两根根根根电电电电源源源源进进进进线线线线，磁磁磁磁场场场场方方方方向向向向旋转磁场的转速 f1为电源频率，我国的电
25、网频率为50HZ;p为电动机的磁极对数;p12 3456n1/(r/min)300015001000750600500同步转速旋转磁场的转速用旋转磁场的转速用n1n1来表示，也称为同步转速。来表示，也称为同步转速。旋转磁场旋转磁场转速转速n1与定子电流频率与定子电流频率f、磁极对数、磁极对数P有关。有关。三、知识导航（2 2）转差率）转差率 转差率转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。转子未转动时转子未转动时，电机理想空载时电机理想空载时，作为电动机，转速在作为电动机，转速在范围内变化，转差率在范围内变化，转差率在0
26、01 1范围内变。范围内变。负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：额定运行时，转差率一般在额定运行时，转差率一般在0.010.010.060.06之间，即电机转速接近同之间，即电机转速接近同步速。步速。同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用s s表示，表示，即：即：三、知识导航 交流异步电动机的转速表达式：交流异步电动机的转速表达式：由上式可见转速与
27、频率由上式可见转速与频率 1成正比，如果不改变电动机的极数，只要改变成正比，如果不改变电动机的极数，只要改变频率频率 1即可改变电动机的转速，当频率即可改变电动机的转速，当频率 1在在0 050Hz 50Hz 的范围内变化时，电动的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。节的。三相异步电动机的转速三相异步电动机的转速 6 1 （）/min ：马达的转速马达的转速（r/min）：频率频率（Hz）：马达的极对数马达的极对数（P）：马达的转差率马达的转差率 三、知识导航定子绕组接线：定子绕
28、组接线：三相异步电动机定子绕组的三个首端三相异步电动机定子绕组的三个首端U U1 1、V V1 1、W W1 1和三个尾端和三个尾端U U2 2、V V2 2、W W2 2，都从机座上的接线盒中引，都从机座上的接线盒中引出。一般功率在出。一般功率在3kW3kW以下者采用星形接法（以下者采用星形接法（Y Y），在），在4kW4kW以以上者采用三角形接法（上者采用三角形接法（）。）。W1V1U1W2U2V2W1V1U1W2U2V2Y形接法形接法首端接线柱首端接线柱尾端接线柱尾端接线柱连接片连接片连接片连接片（尾端连接到一点）（尾端连接到一点）（首尾端相连）（首尾端相连）三、知识导航 三、知识导航四
29、 变频器的铭牌变频器的铭牌变频器的铭牌与型号变频器的铭牌与型号 四、任务实施1.前盖板前盖板3.7kW或以下型号的情况：拆卸FR-D740-1.5K-CHT的步骤如图1.28所示。1)旋松前盖板用的安装螺丝。（螺丝不能卸下）2)将前盖板沿箭头所示方向向前面拉，将其卸下。图1.28 FR-D740-1.5K-CHT的拆卸步骤案例：案例：安装安装FR-D740-1.5K-CHTFR-D740-1.5K-CHT的步骤：的步骤：四、任务实施2.配线盖板配线盖板FR-D740-1.5K-CHT的配线盖板向下拉即可简单卸下，安装时请对准导槽，如图1.32所示。案例：案例：安装安装FR-D740-1.5K-
30、CHTFR-D740-1.5K-CHT的步骤：的步骤：图1.32 FR-D740-1.5K-CHT的配线盖板拆装步骤三菱三菱FR-D740-0.4K3.7K-CHT端子接端子接线图 四、任务实施 接线时的注意点接线时的注意点接线时的注意点接线时的注意点 主回路端子主回路端子接线接线输输入端子（，入端子（，），）接接電源電源、输输出端子（，）出端子（，）接马达接马达。主电路接线完毕主电路接线完毕，一定要确认连接是否牢固，一定要确认连接是否牢固。请务必接上地线，以避免发生触电及火灾。请务必接上地线，以避免发生触电及火灾。请请确确认认商品的商品的额额定定电电压压与交流与交流电电源的源的电压电压一致。
31、一致。以避免受伤以避免受伤火灾。火灾。不要不要在在输输出端子出端子上上连连接交流接交流电电源。源。以避免发生故障。以避免发生故障。注意注意 电电 源源 侧侧 马马 达达 侧侧注意注意在变频器的电线间请勿进行绝缘电阻测试。在变频器的电线间请勿进行绝缘电阻测试。请勿对控制电路进行兆欧表的测量。请勿对控制电路进行兆欧表的测量。变频器变频器注意注意在变频器的电线间请勿进行绝缘电阻测试。在变频器的电线间请勿进行绝缘电阻测试。马达马达兆欧表测试兆欧表测试（）电线尺寸：2紧固力矩：（详细内容请参照说明书）電源電源 四、任务实施 接线时的注意点接线时的注意点接线时的注意点接线时的注意点注意注意变频器的输出端请
32、勿安装进相电容器或浪涌制动器。变频器的输出端请勿安装进相电容器或浪涌制动器。这会导致变频器发生故障或使电容器等受损，如果这会导致变频器发生故障或使电容器等受损，如果 已经接上了，请拆除。已经接上了，请拆除。注意注意进相电容进相电容输出电压波形输出电压波形電流電流【理由理由】变频器的输出电压波形是高电压脉冲波形，变频器的输出电压波形是高电压脉冲波形，所以在所以在进相电容器冲进相电容器冲/放电中会产生过电流放电中会产生过电流！变频器变频器马达马达 四、任务实施 五、思考与练习1.1.变频器的基本组成有哪些？变频器的基本组成有哪些？2.2.变频器的控制端子大致分为哪几类？变频器的控制端子大致分为哪几
33、类？3.3.变频器的主电路端子有哪些？分别与什么相连接？变频器的主电路端子有哪些？分别与什么相连接？主编：蒋伟吕洪善变频器应用技术项目教程(第 2 版）中国铁道出版社有限公司变频器应用技术项目教程（第二版）教材配套课件项目一 变频器基本认识任务3 变频器中的开关器件 任务2 变频器的组成、结构框图、基本原理逆变电路输出频率较高时，电路中开关元件应采用什么元件？怎么判断其好坏？一、任务描述 二、任务分析 逆变电路的基本作用是在驱动信号的控制下，将直流电源转换成频率和电压可以任意调节的交流电源，即变频器的输出电源。它有六个开关器件（如GTR、IGBT）组成三相桥式逆变电路。这些开关器件都是做成模块
34、形式，通常同一桥臂由上下两个开关器件组成，六个开关器件组成一个模块。逆变电路输出频率较高时，电路中开关元件应采用电力场效应管，现在基本上采用绝缘栅双极型晶体管。绝缘栅双极型晶体管（Insulate-Gate Bipolar Transistor，缩写为IGBT）综合了电力晶体管（Giant Transistor，缩写为GTR）和电力场效应晶体管（Power MOSFET）的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛。IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。三、知识导航 在变频器主电路的整流电路和逆变电路中都要用到半导体开关器件。目前，用于变频器的半导体开关器件主要有晶闸管、门极可关断晶闸管（GT
35、O）、双极型功率晶体管、隔离门极双极型晶体管（IGBT）、功率场效应管（功率MOSFET），以及最近几年发展起来的集成模块和智能功率模块IPM等。下面我们对近几年在通用变频器中最常用的主开关器件：IGBT、IEGT和IPM作以简单的介绍。三、知识导航 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是由P-MOSFET与GTR组成达林顿结构，见图1.37，因此综合了功率MOSFET与GTR的优点，具有驱动简单、保护容易、不用缓冲电路、开关频率高等特点。其工作频率为120kHz，主要应用在变频器的主电路逆变器及起塔逆变电路，即DC/AC变换中，如电动汽车、伺服控制器、UPS、开关电源、斩波电源、无轨电车等。如今功
36、率可高达1MW的低频应用中，单个器件电压可达4.0kV(PT结构)至6.5kV(NPT结构)，电流可达1.5kA，是较为理想的功率模块。一、绝缘栅双极型晶体管（一、绝缘栅双极型晶体管（IGBTIGBT）三、知识导航 IGBT应用在变频器中，使变频器具有以下优点：输出电流波形大为改善，电动机的转矩增大；电磁噪声极小，因为采用了IGBT和PWM变频器的载频可以达到1015KHz，从而达到降低电动机运行噪声的目的，有“静音式”美称；增强了对常见故障（过流、过压瞬间断电等）的自处理能力，故障率大为减少；变频器自身的损耗也大为减少。IGBT的导通压降为1.52.0V，关断时间为0.20.3S。图1.37
37、 IGBT实物图、内部结构端面示意图、电气图形符号 三、知识导航 新型IEGT器件见图1.38是一种“电子加强注入型绝缘栅双极晶体管”。它融合了IGBT和GTO器件的优点，维持了IGBT的开关特性，又有GTO的低通态电压值。这种新型器件既能保持IGBT的优良关断特性，又使高压情况下通态电压降低。二、加强注入型绝缘栅极晶体管（二、加强注入型绝缘栅极晶体管（IEGTIEGT）图1.38 IEGT的结构、电气符号、实物图 三、知识导航 智能功率模块IPM不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有过电压、过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的管芯和优化的门级驱
38、动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以使IPM自身不受损坏。IPM一般使用IGBT作为功率开关元件，并内藏电流传感器及驱动电路的集成结构，IPM以其高可靠性，使用方便赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源，是变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服进给、变频家电的一种非常理想的电力电子器件。图1.39为IPM单元电路框图，图1.40为IPM的等效电路。三、智能功率模块三、智能功率模块IPM IPM 三、知识导航三、智能功率模块三、智能功率模块IPM IPM 图1.39 智能模块单元电路框图图1.40 单元IPM原理图 四、任务实施1 1、静态测试变频器整
39、流电路、静态测试变频器整流电路找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑表棒分别依到R、S、T，应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T，有一个接近于无穷大的阻值。将红表棒接到N端，重复以上步骤，都应得到相同结果。如果有以下结果，可以判定电路已出现异常：阻值三相不平衡，可以说明整流桥故障；红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。四、任务实施2 2、静态测试变频器逆变电路、静态测试变频器逆变电路将红表棒接到P端，黑表棒分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大
40、。将黑表棒接到N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块故障。3 3、IGBTIGBT模块测试模块测试最简单的测量方法（专业不是这样测量）用指针万用表电阻10k档表棒去触发GwEw（黑笔碰Gw，红笔碰Ew）则P到W可导通。当Gw Ew短路，P到W则关闭，其它各管引脚同理。四、任务实施 4 4、动态测试、动态测试在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。在上电前后必须注意以下几点：上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。检查变频器各接口是否已正确连接，连接是否有松动，连接异常有时可能导致变频器出现故障，
41、严重时会出现炸机等情况。上电后检测故障显示内容，并初步断定故障及原因。如未显示故障，首先检查参数是否有异常，并将参数复归后，进行空载(不接电机)情况下启动变频器，并测试U、V、W三相输出电压值。如出现缺相、三相不平衡等情况，则模块或驱动板等有故障。在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，带载测试。测试时，最好是满负载测试。五、思考与练习1.GTR的应用特点和选择方法是什么？的应用特点和选择方法是什么？2.说明说明IGBT的结构组成特点。的结构组成特点。3.智能功率模块智能功率模块(IPM)的应用特点有哪些？的应用特点有哪些？主编：蒋伟吕洪善变频器应用技术项目教程(第 2 版）中国铁道出版社
42、有限公司任任务务1 变频器的变频器的变频器的变频器的基本操作基本操作基本操作基本操作任任务务2 运行模式和操作权选择运行模式和操作权选择运行模式和操作权选择运行模式和操作权选择任任务务3 参数单元、操作面板的设定参数单元、操作面板的设定参数单元、操作面板的设定参数单元、操作面板的设定项目二项目二 FR-D740 FR-D740变频器的面板认知及操作变频器的面板认知及操作 项目描述变频调速被认为是一种理想的交流调速方法。变频调速被认为是一种理想的交流调速方法。2020世纪世纪9090年代，随着半导体开关器年代，随着半导体开关器件件IGBTIGBT、矢量控制技术的成熟，微机控制的变频调速成为主流，
43、调速后异步电动机的、矢量控制技术的成熟，微机控制的变频调速成为主流，调速后异步电动机的静、动态特性已经可以和直流调速相媲美。随着变频器的专用大规模集成电路、半导静、动态特性已经可以和直流调速相媲美。随着变频器的专用大规模集成电路、半导体开关器件、传感器的性能越来越高，进一步提高变频器的性能和功能已成为可能。体开关器件、传感器的性能越来越高，进一步提高变频器的性能和功能已成为可能。变频器相关技术向着网络智能化、专门化和一体化、环保无公害和适应新能源的发展变频器相关技术向着网络智能化、专门化和一体化、环保无公害和适应新能源的发展趋势，了解和掌握变频器的一些基础知识，对正确使用变频器至关重要，这样才
44、能保趋势，了解和掌握变频器的一些基础知识，对正确使用变频器至关重要，这样才能保证变频器的正常工作，发挥变频器的最大作用。证变频器的正常工作，发挥变频器的最大作用。本项目中，以三菱本项目中，以三菱FR-D740FR-D740变频器为例，通过对变频器面板的操作以及基本参数变频器为例，通过对变频器面板的操作以及基本参数的设定等任务的训练，使学生能熟练地操控变频器的运行。的设定等任务的训练，使学生能熟练地操控变频器的运行。项目目标 1 1、知识目标、知识目标（1）熟悉SPWM控制原理及逆变电路的控制方式。（2）掌握变频器基本的频率参数及设定。（3）掌握变频器的主要功能及其他常见功能。2 2、技能目标、
45、技能目标（1）能对交-直-交变频器主电路进行工作分析。（2）能对SPWM逆变电路原理及控制方式进行分析。（3）能熟练的进行变频器面板操作。（4）熟练地进行变频器功能参数码的设定。（5）能熟练地操控变频器的运行。变频器应用技术项目教程（第二版）教材配套课件项目二 FR-D740变频器的面板认知及操作任务1 变频器的基本操作功能参数码是变频器基本功能的指令形式，它存储在变频器中。若要求变频器完成一种或几种控制功能，可通过键盘操作键将对应的功能参数码预置进去，变频器即可按照预置的功能运行。预置这些功能参数码没有先后顺序，只要预置进去后，即被记忆。三菱FR-D740操作面板如图2.1所示。一、任务描述
46、 二、任务分析 使用变频调速器之前，首先要熟悉它的面板显示和键盘操作单元，并且按照使用现场的要求合理设下参数。FR-D740变频器的操作面板基本操作如图2.2所示，可进行模式切换、电机频率设定、变频器功能参数设定和报警历史查看等。三、知识导航一、变频器的额定值一、变频器的额定值1.1.输入侧的额定值输入侧的额定值输入侧的额定值主要是电压和相数。在我国的中小容量变频器中，输入电压的额定值有以下几种情况（均为线电压）：(1)380V/50Hz，三相，用于绝大多数电器中。(2)220230V/50Hz或60Hz，三相，主要用于某些进口设备中。(3)200230V/50Hz，单相，主要用于精细加工和家
47、用电器。三、知识导航2.2.输出侧的额定值输出侧的额定值(1)输出电压额定值UN由于变频器在变频的同时也要变压，所以输出电压的额定值是指输出电压中的最大值。在大多数情况下，它就是输出频率等于电动机额定频率时的输出电压值。通常，输出电压的额定值总是和输入电压相等的。(2)输出电流额定值IN输出电流的额定值是指允许长时间输出的最大电流，是用户在选择变频器时的主要依据。(3)输出容量SN（kVA）三、知识导航一、变频器的额定值一、变频器的额定值(4)配用电动机容量PN（kW）变频器说明书中规定的配用电动机容量，是根据下式估算出来的。由于电动机容量的标称值是比较统一的，而M和 值却很不一致，所以容量相
48、同的电动机配用的变频器容量往往是不相同的。变频器铭牌上的“适用电动机容量”是针对四极的电动机而言，若拖动的电动机是六极或其他，那么相应的变频器容量加大。(5)过载能力变频器的过载能力是指其输出电流超过额定电流的允许范围和时间。大多数变频器都规定为150%IN，60s或180%IN，0.5s。三、知识导航二、变频器的频率指标二、变频器的频率指标1.1.频率的名词术语频率的名词术语(1)基准频率基准频率也叫基本频率，用 表示。在大多数情况下，一般以电动机的额定频率作为基准频率，即=(2)最高频率当变频器的频率给定信号为最大值时，变频器的给定频率。这是变频器的最高工作频率的设定值。(3)上限频率和下
49、限频率根据拖动系统的工作需要，变频器可设定上限频率和下限频率，如图2.4所示。与和对应的给定信号分别是和，则上限频率的定义是：当 时，；下限频率的定义是：当 时，。三、知识导航(4)跳变频率fJ生产机械在运转时总是有振动的，其振动频率和转速有关。有可能在某一转速下，机械的振动频率与它的固有振荡频率相一致而发生谐振的情形。这时，振动将变得十分强烈，使机械不能正常工作，甚至损坏。为了避免机械谐振的发生，机械系统必须回避可能引起谐振的转速。与回避转速对应的工作频率就是跳变频率，用fJ表示。(5)点动频率fJOG 生产机械在调试过程中，以及每次新的加工过程开始前，常常需要“点一点、动一动”，以便观察各
50、部位的运转情况。如果每次在点动前后，都要进行频率调整的话，既麻烦，又浪费时间。因此，变频器可以根据生产机械的特点和要求，预先一次性地设定一个“点动频率”fJOG，每次点动时都在该频率下运行，而不必变动已经设定好的给定频率。三、知识导航2.2.变频器的频率指标变频器的频率指标(1)频率范围频率范围即变频器能够输出的最高频率fmax和最低频率fmin。各种变频器规定的频率范围不尽一致。通常，最低工作频率为0.11Hz，最高工作频率为120650Hz。(2)频率精度指变频器输出频率的准确程度。用变频器的实际输出频率与设定频率之间的最大误差与最高工作频率之比的百分数表示。例如，用户给定的最高工作频率为