变频器知识(刘长力).

《变频器知识(刘长力).》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变频器知识(刘长力).（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、主讲人：刘长利 二零一二年三月十九日 学习目标 n了解电气传动的基本概念 n掌握变频器的基本工作原理 n了解变频器的基本应用和选型原则 目录 n电气传动基础知识 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 电气传动基础知识电气传动 系统概述 定义 以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交流（直流） 电气传动系统，也称交流（直流）电气拖动系统 构成 中间传动机构 交流电源 输入 终端机械 交流 电机 直流 调速 装置 直流输出 皮带轮、齿轮箱等风机、泵等 直流 电机 交流 调速 装置 交流输出 执行机构 变频 器 电气传动基础知识电气传动的目的和

2、意义 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 目的 根据设备和工艺的要求通过改变电动机速度或输出转矩改变终端设备的速度或输 出转矩 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 电气传动基础知识电气传动 系统基本工作原理 电力传动系统运动方程式 lT电机转矩T负载转矩加速运行 T电机转矩T负载转矩减速运行 T电机转矩T负载转矩恒速运行 l电机转矩控制性能是影响电气传动系统性能高低的最重要因素 l加减速时间和电机转矩、负载转矩以及系统惯量有关 T电机转矩T负载转矩 P电机功率 T电机转矩N电机速

3、度K常数 M T电机转矩 T负载转矩 中间传动机构终端机械 电气传动基础知识电气传动 系统工作原理 l速度模式： 以保持转速恒定为目的，如常规调速系统（电梯、各类生产线）。控制设 备根据速度要求自动调整电机转矩适应外部的负载变化，恒速时电机转矩 肯定等于负载转矩 l转矩模式 以控制电机转矩恒定为目的，如：开卷/收卷，恒速时电机转矩肯定等于 负载转矩，但电机的运转速度不确定。 如果电机转矩始终大于负载转矩，则速度持续上升直至设备限速或损坏 如果电机转矩始终小于负载转矩，则速度为0或最低（下限）速度 为保证系统安全，必须额外考虑限速或超速保护 T电机转矩T负载转矩 M T电机转矩 T负载转矩 中间

4、传动机构终端机械 电气传动基础知识电气传动系 统负载特性 传动机构 电动机 生产机械 负载特性 摩擦恒转矩 l生产流水线 l起重行走 速度 T负载转矩 势能恒转矩 l电梯 l起重机提升 恒功率 （速度越低， 负载转矩越大） l机床 l开卷机/收卷机 变转矩 （速度越低，负载 转矩越小） l风机水泵 负载转矩大小于与转速无关 电气传动基础知识交（直）流电 气传动系统的特点 直流电气传动系统特点： l控制对象：直流电动机 l控制原理简单，一种调速方式 l性能优良，对硬件要求不高 l电机有换向电刷（换向火化） l电机设计功率受限 l电机易损坏，不适应恶劣现场 l需定期维护 交流电气传动系统特点： l

5、控制对象：交流电动机 l控制原理复杂，有多种调速方式 l性能较差，对硬件要求较高 l电机无电刷，无换向火化问题 l电机功率设计不受限 l电机不易损坏，适应恶劣现场 l基本免维护 l70年代以前直流占统治地位 l交流调速只在大功率电机调速上使用 变频器基础知识交流电气传 动系统的发展历程 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 N：速度 n0 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 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 n0 负载1负载2 T：电机

6、力矩 同步机机械特性 调速方式名称控制对象特点 变极调速交流异步电动 机 有级调 速，系统简单 ，最多4段 速 调压调 速无级调 速，调速范围窄 电机最大出力能力下降，效率低 系统简单 ，性能较差 转子串电阻调速 变频调 速 交流异步电动 机 交流同步电动 机 真正无级调 速，调速范围宽 电机最大出力能力不变，效率高 系统复杂，性能好 可以和直流调速系统相媲美 早 晚 发 展 时 间 变频器基础知识交流电气传 动系统的发展历程 l在变频器出现前同步电机无法实现调速功能，因此只能在定速传动领域使用 l三相交流鼠笼电机尽管调速性能不佳，但其结构坚固、经久耐用且价格低廉 还是在一些性能较低的传动现场

7、使用 变频器基础知识变频器及其 特点 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 变的适合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 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极 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 变频调

8、速的优势（与其它交流电机调速方式对比） 变频器基础知识变频调速的 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 如：矩阵式变频器 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 PWM优化 新一代开关技术 无速度矢量控制 电流矢量V/F 70年代80年代60年代90年代 高速DSP 专用芯片 2000年代 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

9、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 变频器基础知识变频器分类 供电电 源 低压220V/1PH、220V/3PH、380V/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： l交直交电压型变频器因结构简单，功率因素高，目前广泛使用 l常用设计功率在315KW 变频器基础知识简要工作原理 整流部分储能环节逆变部分 M 控制系统 交流 交

10、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 变频器基础知识简要工作原 理 单相逆变电路工作原理 S1 S4 S2 S3 Ed U1 S1,S3导通 S2,S4导通 S1,S3导通 S2,S4导通 S1,S3导通 S2,S4导通 f1 f2 Ed U1 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 变频器基础知识简要工作原 理 S1 S4 S5 S2 S3

11、S6 U V Ed W 561 UUV UVW UVW 612 123 234 345 456 561 612 三相逆变电路 Ed 缺点： l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 l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PWM调制才大大的缓解了以上问题 电机 变频器基础知识简要工作原 理 调制解调器 调制解调器 的英文是MODEM，其作用是利用模拟信号传输线路传输数字信号 。 电子信号分两种，一种是“模拟信号”，一种是“数字信号”。我们使用的 电话线路传输的是模拟信号，而PC机之间传输的是数字信号。所以当你想通过电 话线把自己的电脑连入Int

12、ernet时，就必须使用调制解调器来“翻译”两种不同 的信号。 连入Internet后，当PC机向Internet发送信息时，由于电话线传输的 是模拟信号，所以必须要用调制解调器来把数字信号“翻译”成模拟信号，才能 传送到Internet上，这个过程叫做“调制”。 当PC机从Internet获取信息时， 由于通过电话线从 Internet传来的信息都是模拟信号，所以PC机想要看懂它们 ，还必须借助调制解调器这个“翻译”,这个过程叫作“解调”。合起来就是“ 调制解调”。 变频器基础知识简要工作原理 SPWM调制 载波 PWM（Pulse Width Moduration）调制 lPWM调制是：利

13、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。 lSPWM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 l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 lGTR变频器由于开关频率太低，电机噪声较大，IGBT有效的解决了这个问题 变频器基础知识控制算法 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/F控制简单实用，性能一般，使用最为广泛 l只要保证输出电压和输出频率恒定就能近似保持

14、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 l低频时，定子阻抗压降会导致磁通下降，需将输出电压适当提高 矢量控制性能优良，可以与直流调速媲美，技术成熟较晚 l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 变频器基础知识控制算法 项目通用变频 器高性能变频 器 控制算法V/F控制转矩提 升 同步机异步

15、机控制 算法基本相同 开环矢量控制（无速度传感器矢量控 制） 闭环 矢量控制（有速度传感器矢量控 制） 异步机和同步机需要不同的控制算法 调速范围1:401:100（开环矢量),1:1000(闭环 矢量) 启动转 矩无要求180% 0.5Hz（开环矢量)， 200% 0速(闭环 矢量) 稳速精度与转差有关（2- 3%) 0.5%(开环矢量)，0.05%(闭环 矢量) 转矩控制无有 控制算法简单复杂 电机参数不依赖电 机参数， 支持同时驱动 不同 类型不同功率的电 机 电机参数对控制性能的影响较大，一 般只能驱动 一台电机 变频器基础知识变频器关键 技术指标 输入侧 额定工作电压： 给变频器供电的额定工作电压，各国家不完全一样。 中国是220V/单相/50HZ或380V/3相/50HZ 电压允许波动： 限制变频器的最高和最低工作电压，避免损坏变频器 当电压超过最高值时变频器并没有保护能力 频率波动范围： 50/60Hz5 输出侧 额定输出电压：变频器的最大输出电压，由额定工作电压决定 额定电流： 变频器能够长期输出的最大电流 过载能力： 变频器的输出电流允许超过额定电流的倍数和时间，由逆变 模块决定 最大输出频率：变频器能够输出的最大工作频率 频率精度： 输出频率的准确度（相对于设定频率） 频率