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1、变频器知识学习培训教程全案目 录第1章 绪 论11.1 变频器技术的发展历史11.2 变领器调速控制系统的优势21.3 变领器技术的发展动向5第2章 变频器的基本原理及控制方式82.1变频器的基本构成和工作原理82.1.1 变频器的基本构成82.1.2 变频器内部电路的基本功能82.1.3 逆变电路基本工作原理92.2 变频器的种类102.3 变频器的控制方式152.3.1 V/f恒定控制152.3.2 矢量控制182.4 变频器驱动系统的设计212.4.1 机械负载与电动机的转矩特性232.4.2 设计变额器驱动系统的要点25第3章 变频器的安装调试和维修保养303.1 变频器的设置环境和安
2、装303.1.1 变频器的设置环境303.1.2 变频器的安装方式313.2 配 线323.2.1主电路配线323.2.2 接地线配线323.2.3 控制电路布线333.3 通电前的检查333.3.1 外观及结构检查333.3.2 绝缘电阻检查343.4 试运行343.4.1 电动机单独运行343.4.2 负载机械的试运行353.5 检查与维修保养363.5.1 维修保养时应遵照的准则363.5.2 定期检查和维修保养36第4章 变频器常见异常及其对策394.1 变频器自身异常及对策394.1.1 设置环境394.1.2 外部噪声的影响394.1.3 电源异常414.2 变频器对周边设备的影响
3、及对策434.3 变频器驱动系统故障分析44第5章 闭环控制系统475.1 自动控制系统概述475.1.1 自动控制系统的组成及方框图475.1.2自动控制系统的分类485.2 对自动控制系统的基本要求505.2.1 控制系统的主要性能指标505.2.2 反馈控制系统的过渡响应515.2.4 反馈控制系统过渡过程中的品质指标525.3 PID的调节原理545.3.1 PID的控制算式555.5 PID控制器的参数整定57第1章 绪 论 1.1 变频器技术的发展历史 直流电动机拖动和交流电动机抱功先后诞生于19世纪，距今已有100多年的历史，并已成为动力机械的主要驱动装置。但是，由于技术上的原因
4、，在很长一段时期内，占整个电力拖动系统80左右的不变速拖动系统中采用的是交流电动机（包括异步电动机和同步电动机），而在需要进行调速控制的拖动系统中则基本上采用的是直流电动机。 但是，由于结构上的原因，直流电动机存在以下缺点： （1）需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命较短； （2）由于直流电动机存在换向火花，难以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境； （3）结构复杂，难以制造大容量、高转速和高电压的直流电动机。 而与直流电动机相比，交流电动机则具有以下优点： （1）结构坚固，工作可靠，易于维护保养； （2）不存在换向火花，可以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境； （3）容易制造出大容量、高转
5、速和高电压的交流电动机。 因此，很久以来，人们希望在许多场合下能够用可调速的交流电动机来代替直流电动机，并在交流电动机的调速控制方面进行厂大量的研究开发工作。但是，直至20世纪70年代，交流调速系统的研究开发方面一直未能得到真正能够令人满意的成果，也因此限制了交流调速系统的推广应用。也正是因为这个原因，在工业生产中大量使用的诸如风机、水泵等需要进行调速控制的电力拖功系统中不得不采用挡板和阀门来调节风速和流量。这种做法不但增加了系统的复杂性，也造成了能源的浪费。 经历了20世纪70年代中期的第2次石油危机之后，人们充分认识到了节能工作的重要性，并进一步重视和加强了对交流调速技术的研究开发工作。随
6、着同时期内电力电子技术的发展，作为交流调速系统核心的变频器技术也得到显著的发展，并逐渐进入实用阶段。 虽然发展变频驱动技术最初的日的主要是为了节能，但是随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器件相微处理器的性能不断提高，变频驱动技术也得到了显著发展。随着各种复杂控制技术在变频器技术中的应用，变频器的性能不断得到提高，而且应用范围也越来越广。目的变频器不但在传统的电力拖动系统，得到了广泛的应用，而且几乎已经扩展到了工业生产的所有领域，并且在空调、洗衣机、电冰箱等家电产品中也得到了广泛应用。 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
7、础之上，并随着这些基础技术的发展而不断得到发展。1.2 变领器调速控制系统的优势 与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制的交流拖动系统有许多优点，如节能，容易实现对现有电动机的调速控制，可以实现大范围内的高效连续调速控制，容易实现电动机的正反转切换，可以进行高频度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动，可以适应各种工作环境，可以用一台变频器对多台电动机进行调速控制。电源功率因数大，所需电源容量小，可以组成高性能的控制系统等等。下面我们将简单介绍一下上面提到的变频器调速控制系统的各种主要优点。在许多情况下，使用变频器的目的是节能，尤其是对于在工业中大量使用的
8、风扇、鼓风机和泵类负载来说，通过变频器进行调速控制可以代替传统亡利用挡板和阀门进行的风量、流量和扬程的控制，所以节能效果非常明显。 因为以节能为目的的调速运转对电动机的调速范围和精度要求不高，所以通常采用在价格方面比较经济的通用型变频器。 由于变频器可以看作是一个频率可调的交流电源，对于现有的进行恒速运转的异步电动机来说，只需在电网电源和现有的电动机之间接入变频器和相应设备，就可以利用变频器实现调速控制，而无需对电动机和系统本身进行大的设备改造。 在采用了变频器的交流拖动系统中，异步电动机的调速控制是通过改变变频器的输出频率实现的。因此，在进行调速控制时，可以通过控制受频器的输出频率使电动机工
9、作在转差较小的范围，电动机的调速范围较宽，并可以达到提高运行效率的目的。一般来说，通用型变频器的调速范围可以达到1：10以上，而高性能的矢量控制变频器的调速范围可以达到1：1000。此外，当采用矢量控制方式的变频器对异步电动机进行调速控制时，还可以直接控制电动机的输出转短。因此，高性能的矢量控制变频器与变频器专用电动机的组合在控制性能方面可以达到和超过高精度直流伺服电动机的控制性能。 利用普通的电网电源运行的交流拖动系统，为了实现电动机的正反转切换，必须利用开闭器等装置对电源进行换相切换。利用变频器进行调速控制时，只需改变变频器内部逆变电路换流器件的开关顺序即可以达到对输出进行换相的口的，很容
10、易实现电动机的正反转切换而不需要专门设置正反转切换装置。 此外，对在电网电源下运行的电动机进行正反转切换时、如果在电动机尚未停止时就进行相序的切换，电动机内将会由于相序的改变而流过大于起动电流的电流，有烧毁电动机的危险，所以通常必须等电动机完全停下来之后才能够进行换相操作，而采用变频器的交流调速系统中，内于可以通过改变变频器的输出频率使电动机按照斜坡函数的规律进行减速，并存电动机减速至低速范围后再进行相序切换，进行相序切换时电动机的电流可以很小。同样，在电动机的加速过程中可以通过改变变频器的输出频率使电动机按照斜坡函数的规律进行加速，从而达到限制加速电流的目的。因此，在利用变频器进行调速控制时
11、更容易和其他设备一起构成自动控制系统。 对于利用普通的电网电源运行的交流拖功系统来说，由于电动机的起动电流较大并存在着与起动时间成正比的功率损耗，所以不能使电动机进行高频度的起停运转。而对于采用了变频器的交流调速系统来说，出于电动机的起停都是在低速区进行而且加减速过程都比较平缓，电动机的功耗和发热较小，可以进行较高频度的起停运转。 变频调速系统的上述特点可以用于采用交流拖动系统的传送带和移动工作台等以达到节能的目的。这是因为，在利用异步电动机进行佰速驱动的传送带以及移动工作台中，电动机通常一直处于工作状态，而采用变频器进行调速控制后，出于可以便电动机进行高频度的起停运转，可以使传送带或移动工作
12、台只是在有货物或工件时运行，而在没有货物或工件时停止运行，从而达到节能的目的。 由于在变频器驱动系统电电动机的调速控制是通过改变变频器的输出频率进行的，当把变频器的输出频率降至电动机的实际转速所对应的频率以下时，负载的机械能将被转换为电能，并被回馈到变频器。而变频器则可以利用自己的制动回路将这部分能量以热能消耗或回馈给供电电网，并形成电气制动。此外，一些变频器还具有直流制动功能，即在需要进行制动时，可以通过变频器给电动机加上一个直流电压，并利用该电压产生的电流进行制动。 同机械制动相比，电气制动有许多优点，例如体积小，维护简单，可靠件好等。但是也应该注意到，由于在静止状态下电气制动并不能使电动
13、机产生保持转矩，所以在某些场合还必须采取相应的措施，例如和机械制动器同时使用等。 高速驱动是变频器调速控制的最重要的优点之一。这是因为对于直流电动机来说，由于受电刷和换向环等因素的制约，无法进行高速运转。但是，对于异步电动机来说，由于不存在上述制约因素，理论上讲异步电动机的转速可以达到相当高的速度。由于异步电动机的转速为： n=120f（1-s）/p式中 n 电动机转速，r/min； f 电源频率，Hz； P 电动机磁极个数； s 转差率。 当用工频电源（50Hz）对异步电动机进行驱动时，二极电动机的最高速度只能达到3000r/min。为了得到更高转速，则必须使用专用的高频电源或使用机械增速装
14、置进行增速。与此相比，目前高频变频器的输出频率已经可以达到3000kHz所以当利用这种高速变频器对二极异步电动机进行驱动时，可以得到高达18000 r/min的高速。而且随着变频器技术的发展，高频变频器的输出频率也在不断提高，因此进行更高速皮的驱动也将成为可能。 此外，与采用机械增速装置的高速驱动系统相比，出于采用高频变频器的高速驱动系统中并不存在异步电动机以外的机械装置，其可靠性更好，而且保养和维修也更加简单。 在变领器调速控制系统中，变频器和电动机是可以分离设置的。因此，通过和各种不同的异步电动机的适当组合，可以得到适用于各种工作环境的交流调速系统，而对变频器本身并没有特殊要求。例如，对有
15、防爆和防腐蚀要求的环境只需将电动机换为专用电动机，而使用普通的变频器并将其安装在有防爆和防腐蚀要求的环境之外的普通环境中即可。由于变频器本身对外部来说可以看作是一个可以进行调频调压的交流电源，可以用一台变频器同时驱动多台异步电动机或同步电动机，从而达到节约设备投资的目的。而对于直流调速系统来说，则很难做到这一点。当用一台变频器同时驱动多台电动机时，昔驱动对象为同步电动机，所有的电动机将会以同一速度（同步转速）运转，而当驱动对象为容量和负载都不相同的异步电动机时，则由于转差的原因，各电动机之间会存在一定的速度差。 因为变频器是通过交流直流交流的电源变换后对异步电动机进行驱动的，所以电源的功率因数不受电动机功率因数的影响，几乎为定值。 此外，当用电网电源对异步电动机进行驱动时，电动机的起动电流为额定电流的56倍，而在采用变频器对异步电动机进行驱功时，由于可以将变频器的输出频率降至很低时起动，电动机的
