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1、ATV1100中压变频器 旨在节能的清洁 紧凑中压变频器 ATV1100系列 高压变频器产品培训 培训时 请大家保持安静 对不清楚的地方 可随时提出 对讲课中出现的错误 可及时纠正 培训目的 1 了解电机基础和变频器调速原理和特点 2 熟悉施耐德高压变频器原理和构成 3 能够处理变频器的一些简单故障 时间安排 2个小时 培训对象 维护及操作相关工作人员 培训讲师 施耐德电气高压变频器服务工程师 培训地点 培训安排 为什么要使用高压变频器 电机及变频调速理论 高压变频器原理及结构 施耐德高压变频性能及特点 操作与维护 目 录 第一部分 为什么要使用高压变频器 节能减排 降低能耗 减少二氧化碳的排
2、放量 1 节电效果显著 P 泵特性曲线 系统特性曲线 A Q B Q2Q1 P1 P2 A 用调节阀门来调节流量时的曲线 风机或泵的比例公式 Q n P T n2 Pw T n n3 Pw Q P c b 泵特性曲线 速 度 1 泵特性曲线 速 度 2 P Q Q1 Q2 P1 P2 B 靠调节电机速度来调节流量时的曲线 电源三相交流 3KV 6KV 10KV 转速 恒定 无变频器 工频驱动 的情况 流量Q 压力H 功率P 转速N 电源3kV 6kV 10kV 变频驱动时 转速 可变 变频器是可以连续 高效 任意地改变马达转速的装置 可根据工艺调整转速 2 改善工艺 启动时压力或风量更平稳 被
3、控量调节更及时 准确 减少风机喘震或水泵水锤效应 3 延长电机寿命降低维护成本 电机启动电流被限制在额定电流 对电机或机 械无启动冲击 机械转速降低 有效降低机械磨损 4 降低启动时电网干扰输入谐波 大电机启动时对电网及其他设备无影响 启动时无冲击电流 谐波也被控制在很低的程 度 避免继电保护装置误动作 对附近的计算 机 通讯装置也无影响 第二部分 电机及变频器调速原理 N 60 fN 60 f 1 1 1 s p 1 s p f 1 电机供电频率 S n1 n n1 转差率 P 电机极对数 Y B Z X A C 转子 定子 定子绕组 三相 机 座 三相异步机的结构 转子 在旋转磁场作用下
4、产生感应 电动势或电流 三相定子绕组 产生旋转磁场 绕线式 鼠笼式 鼠笼转子 电机调速分类 改变电机的极对数 改变电机的转差率 1 转子串电阻调速 2 定子调压调速 3 电磁转差离合器调速 4 转子串级调速 改变电机的供电频率 即变频调速 什么是变频器 1 是一种控制交流电机的装置 它将固定电压 固定频率的电 源转换为电压可变 频率可变的电源 2 VFD 控制对象为通用交流电机 3 使电机在不同速度运行时也能保持工频运行时的性能 如振 动 噪音等 4 VFD 可以替代更贵或效率低下的调速设备 如直流传动 机械 离合器 液力偶合器等 以降低设备维护成本 5 VFD可提供更高效率 降低用户运行成本
5、 i2 转 定子电路 R1 R2 i1 u1 e1 e 1 e2 e 2 漏磁通 产生的感应电动 势 主磁通产 生的感应电动势 e1e2 e 1e 2 设 则 定子边 变频器的基本原理 E 4 44 f1 K N f1 电机频率 N 每相绕组匝数 电机气隙磁通 K 与绕组有关的常数 E 4 44 K N f1 K E f1 VVVF 变压变频同时进行是电 机正常运行的需要 U ff0 un 调压调频曲线 保持磁通恒定的必要性 电机在任何速度下都应保持磁通恒定 磁通太强 电机励磁电流过大 磁通太弱 电机铁芯利用不充分 输出力矩 下降 通用变频器中的电子器件 电感在电路中储存无功能量的作用 限制电
6、流的突然变化 电阻在电路中起限制电流或产生压降的作用 二极管广泛应用与各种整流电路中 晶闸管是一种半可控器件 只允许电流在其中单方向流动 GE CIGBT 绝缘栅型双极晶体管 是一种广泛应用于变频器中的电压 控制型全控器件 开关速度高 电压 电流等级已超过BJT 通用变频器的基本结构 整流器 中间直流环节 逆变器 控制电路 整流器逆变器 电动机 直流环节 控制电路 ACDCAC 整流器 三相全波半控整流 效率略低 可省去充电限幅电路 斩控式整流器 PWM整流器 效率高 功率因素可调 能量可回馈电网 三相全波桥式二极管整流 效率高 成本低 控制简单 六脉波整流电路 直流环节 也称滤波或储能环节
7、由电感或电容组成 用于负载与整流器之间的无功功率 的缓冲 抑制直流侧电压或电流的脉动 电容电感 逆变器 将直流电压或电流转换成频率 电压可变的交流电 器件工作于开关状态 每个器件并联续流二极管 器件为全控型 GTR GTO IGBT IGCT等 通用变频器的分类 按主回路结构形式 1 电流源型 2 电压源型 按控制方式分 1 V F控制 2 转差频率控制 3 矢量控制 4 直接转矩控制 按输出电压调节方式分类 1 PAM 脉冲幅值调制方式 2 PWM 脉冲宽度调制方式 按采用的功率器件分类 1 BJT 双极晶体管 2 GTO 门极可关断晶闸管 3 IGBT 绝缘栅双极晶体管 4 其他 变频器结
8、构图 3 1 2 T1 T2 Q4 Q1 Q2 Power Output IGBTQ1 Q4 Q3 整流部分直流环节逆变部分 A B C1 变频器基本原理 当K1 K2同时闭合时 电机上的电压为A点高 B点低 K3 K4同时 闭合时 则电机上的电压为A点低B点高 这样和连续不断地交替开合 在电机两端就形成了一交变电压 也就是交流电 PWM技术 PWM Pulse Width Modulated Technology 脉冲宽度调制 通过控制电力电子器件的通 断时间 及通断次序将直流电压转换为系列宽度不一的矩形 脉冲电压 PWM的类型 SPWM 正弦波PWM 准优化PWM SVPWM SAPWM
9、优化PWM 指定谐波消除PWM 转矩脉动PWM PWM波形图 第三部分 高压变频器原理及结构 常见高压变频器的分类 按输出形式分 1 高 高型 2 高 低 高型 按电路结构分 1 三电平 中点钳位式 2 两电平 3 单元串联多电平 按缓冲电路分 1 电压源型 2 电流源型 三电平输出电压波形 PWM 电流源型输出波形 高压大功率变频器的性能指标高压大功率变频器的性能指标 输入谐波 谐波就是无用和有害的 电压和电流 一般频率 变化并且和基波叠加在 一起 谐波产生于非线性负载 电流和电压不成比例 输入谐波的概念输入谐波的概念 所谓非线性 就是自变量和变量之间不成线性关系 成曲线或者其他关系 用函数
10、解释则为Y f x 当为一次函数时 Y与x是线性关系 为其他函数时 为非线性关系 常见的典型非线性负载有 1 软启动器 可控硅 电机启动器 2 开关电源 UPS 逆变元件 电池充电器 3 变频控制的电机 起重机 电梯 泵等制造过程控制 4 电子数据图像设备 如电视等无线电发射设备 可控灯光设备 5 整流器 荧光灯等等 输入谐波的概念输入谐波的概念 输入谐波的概念输入谐波的概念 任何满足狄里赫利条件的周期性函数都可以变换成三角函数集或指数函数集 欧拉公式 傅里叶变换指数形式傅里叶变换三角函数形式 加入5次谐波 250 Hz 高压变频器输入整流环节都为非线性的 会对电网产生谐波 其输入谐 波的幅值
11、与变频器整流环节的脉冲数 或多重化的次数 密切相关 1 谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗 降低发电 输电及用电 设备的效率 大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾 2 谐波影响各种电器设备的正常工作 谐波对电机的影响除引起附加损耗外 还会产生机械振动 噪声和过电压 使变压器局部严重过热 谐波使电容 器 电缆等设备过热 绝缘老化 寿命缩短 以至损坏 3 谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振 从而使谐波放大 使 危害加剧 甚至引起严重事故 4 谐波会导致继电保护和自动装置的误动作 并会使电器测量仪表计量不准 确 5 谐波会对邻近的通信系统产生干扰 轻者产生噪声 降低通
12、信质量 重者 导致信息丢失 使通信系统无法正常工作 谐波有哪些危害谐波有哪些危害 IEEE519 1992国际标准 GB T14549 93国家标准 输入谐波的标准输入谐波的标准 GB T14549 93GB T14549 93国家标准国家标准 对电压而言 就6KV和10KV电网要求电压总谐波不超过4 对电流而言 在基准短路容量为100MVA的条件下 对每次 谐波电流的幅值提出了具体的要求 对6KV电网 2次谐波电流小于43A 3次谐波电流小于34A 4次谐波电流小于21A 5次谐波电流小于34A 6次谐波电流小于14A 将各次谐波换算成百分比 也为4 左右 二极管六脉冲整流电路 电路简单 可
13、靠 输出直流电压VDC 3 p Vllpk 通常用于PWM电压源型变频器 6脉冲二极管整流电路输入电流波形 12 脉冲二极管整流电路 12 脉冲二极管整流电路输入电流 减少输入谐波的有效措施是将输入变压器进行多重化设计形成多脉冲整流 从理论上可以推导出下列结论 12脉冲整流 11次以下谐波自动抵销 18脉冲整流 17次以下谐波自动抵销 24脉冲整流 23次以下谐波自动抵销 30脉冲整流 29次以下谐波自动抵销 36脉冲整流 35次以下谐波自动抵销 而谐波的幅值与次数是成反比的 施耐德高压变频器采取多重化有效消除输入谐波 以6KV变频器为例 变压器的18个二次绕组 采用延变三角形联结 分成6 个
14、不同的相位组 互差10度电角度形成36脉波的二极管整流电路结构 消除输入谐波的有效方法消除输入谐波的有效方法 K N P 1 N为整数 P为脉冲数 kV变频器 M 三电平单相变频器回路构成 Local Controller 1700V IGBT M 10kV变频器 施耐德高压变频器施耐德高压变频器3636相整流相整流 施耐德高压变频器单元配置 变频器型号电压等级每相单元数 单元输入电压整流脉冲数 ATV1100 E系列 EC系列 3 3 3KV250036 4 16KV264036 5 5KV358036 6KV450036 ATV1100 C系列 6 6 6KV3580 64036 10 1
15、1KV5580 64036 不同整流结构输入电流谐波失真比较 6 脉冲电压源加 2 5 LR 40 6脉冲电流源加 2 5 LR 30 12脉冲电流源加 5 LR 15 12 脉冲电压源加5 LR 9 18脉冲电流源输入 4 5 单元串联多电平变频器 5cells phase 2 输入谐波结论输入谐波结论 按照输入谐波标准并对照各种整流电路可以得 出下列结论 整流电路脉冲数至少多于18脉冲 包括18脉冲 才 能满足输入谐波的标准 36相脉冲整流 完全满足国家对高次谐波发生量的限制指标 无需配置滤波器 高次谐波电流含有率 次数57111317192325 IEEE 519 1992 4 002
16、002 001 501 500 600 60 实测值 0 581 000 200 320 750 540 060 24 4 00 输入电压电流波形 高压大功率变频器的性能指标高压大功率变频器的性能指标 输入功率因素 AC Input fixed Frequency fixed Voltage AC Output variable Frequency variable Voltage AC DC Conversion DC AC Conversion DC Link Motor Capacitor or Inductor 变频器输入功率因素主要与变频器中间直流环节 电压源型或电流源型 有关 1 电压源型直流环节为电容 电机需要的无功电流由电容提供 而不需要和电 网交换 变频器输入功率因素高 在整个速度范围段内基本保持不变 2 电流源型直流环节为大电感 电机需要的无功电流还需与电网交换 功率因 素较低 且随着电机负载的降低而降低 负载率 输入功率因数特性 适用于3 3kV 1250kVA 1020kW时 实测值 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 020406080100 负载率
