变频器100问

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1、*致远控制1变频器变频器100100问问主讲人：刘国强 常州市致远通用控制技术有限公司*致远控制2变频调速技术是怎样发展起来的？变频调速技术是怎样发展起来的？l变频可以调速这个概念，可以说是交流电动机“与生俱来”的。同步电动机不消说，即使是异步 电动机，其转速也是取决于同步转速(即旋转磁场的转速)的n=n1(1-S)(1-1)式中：n电动机的转速，m/minn1电动机的同步转速，r/minS电动机的转差率而同步转速则主要取决于频率n1=60f/p(1-2)式中：f频率，Hzp磁极对数l所以说，交流电动机从诞生之日起，就已经知道改变频率可以调节转速了。但当时，还不具备 改变频率的手段。l闸流管的

2、问世，使变频调速的梦想出现了能够实现的希望。但那设备的庞大与昂贵，使它无法 进入实用的阶段。l直到20世纪的60年代，随着晶闸管的出现及其应用技术的迅速发展，变频调速开始进入实用的 阶段。但由于许多技术问题解决得还不够完善，调速系统的性能指标难以和直流电机相匹敌， 因而未能达到推广应用的阶段。l70年代末期以来，一方面，矢量控制理论的提出和实施，使变频调速系统的性能指标达到了与 直流电机调速系统十分接近的地步；另一方面，电力电子器件的飞速发展，也使SPWM调制技 术日臻完善，变频调速器的体积越做越小，价格也达到了用户能够接受的程度。变频调速这才 进入了普及应用的阶段。*致远控制3变频调速为什么

3、常缩写成变频调速为什么常缩写成VVVFVVVF？lVVVF的全称是Variable Voltage Variable Frequency，意思是“变压变频”。l原来，在交流异步电动机内，外加的电源电压主要和绕组的反电势相平衡，而绕 组的反电势则与电流的频率和每极下的磁通量有关：lUE=4.44 W1ff=Keffl可见，磁通量的大小与电压和频率的比值有关：lfU/Kef=KeU/fl式中：U电源相电压l E1每相定子绕组的反电势l W1每相定子绕组的匝数l f每个磁极下的磁通量l Ke、Ke常数l式(1-4)表明：当频率下降时，如果电压不变，则磁通量将增加，引起电机铁心的 饱和。这当然是不允许

4、的。因此，为了保持电机内的磁通量基本不变，在改变频 率的同时，也必须改变电压。*致远控制4交交直直交是什么意思？交是什么意思？l变频装置有两大类：一类是由工业频率直接转接成可变频率的，称为“交 交变频”。另一类就是“交直交变频”，意思是：先把工业频率的交 流整流成直流，再把直流“逆变”成频率可变的交流。交直交的电路结构。*致远控制5电压型的主要特点是什么？电压型的主要特点是什么？l交直交变频装置按直流部分贮能方式的不同分为：l(1) 电压型l贮能元件为滤波电容C，如图1-2a所示。其工作特点是电压基本不变。图1-2 电压型和电流型(2) 电流型 贮能元件为电抗器l，如图1-2b所示。其工作特点

5、是电流基本不变。*致远控制6SPWMSPWM代表什么？代表什么？lSPWM的全称是Sine Pulse Width Modulation，意思是正 弦脉冲宽度调制。这是实现改变频率的同时也改变电压的 一种调制方式。l变压变频的基本方式有两种：l(1) 在改变频率的同时也改变幅值，称为脉幅调制，简写为PAM，如图1-3a所 示。l(2) 在改变频率时，脉冲的幅值不变，而通过改变脉冲的占空比来改变其平均 电压，称为脉宽调制，简写为PWM。lSPWM的特点是：脉冲序列中的脉冲宽度和脉冲间的间隔 宽度是按正弦规律安排的。*致远控制7SPWMSPWM代表什么？代表什么？脉幅调制和脉宽调制脉幅调制和脉宽调

6、制l T/2T/2*致远控制8SPWMSPWM代表什么？代表什么？SPWMSPWM的波形变频器的主电器的波形变频器的主电器 l MUDAk1k2k3k4BCD*致远控制9SPWMSPWM代表什么代表什么? ?脉幅调制和脉宽调制脉幅调制和脉宽调制UmT UmT tuut(a)T T (b)*致远控制10直流是怎样直流是怎样“ “逆变逆变” ”成交流的？成交流的？l如图1-5，K1K4是开关器件，M是负载，A、B间通以直流电压 UD。先令K1|K4闭合，K2、K3断开。则电流的路径如实线空心箭 头所示，C、D间的电压为C“+”、D“-”。再令K1、K4断开，K2 、K3闭合，则电流的路径如虚线实心

7、箭头所示，C、D间的电压 为C“-”、D“+”。l如使上述两种状态不停地交替工作，则负载M上所得到的便是交 流电压了。 l 用六个开关器件，使它们按三相间互差三分之一周期的规律交替 工作，就可将直流电“逆变”成三相交流电了 *致远控制11l常用的开关器件有哪些？l目前，在中、小型变频调速器中用得最多的是 功率晶体管，为了提高放大倍数，常做成达林 顿管，如图1-7a所示，一般电路图中仍画成单 管，如图1-7b所示，代表符号是CTR或BTR。l l l l l l l l l l l图1-7 功力晶体管l l容量较大的变频调速器中则常用可关断晶闸管 ，其代表符号是GTO，图形符号如图1-8所示 。

8、l已经进入实用阶段的最新器件有：绝缘栅双极 晶体管，代号IGBT，图形符号如图1-9所示。 正在开发并已经取得成果的新品种还有不少， 不再一一赘述。*致远控制12常用的开关器件有哪些？常用的开关器件有哪些？l目前，在中、小型变频调速器中用得最多的是功率晶体管 ，为了提高放大倍数，常做成达林顿管，一般电路图中仍 画成单管，代表符号是CTR或BTR。l容量较大的变频调速器中则常用可关断晶闸管，其代表符 号是GTO。l已经进入实用阶段的最新器件有：绝缘栅双极晶体管，代 号IGBT，所示。正在开发并已经取得成果的新品种还有不 少。*致远控制13三相逆变原理三相逆变原理图1-6 三相逆变电器M*致远控制

9、14常用的开关器件常用的开关器件l *致远控制15变频调速器的主电路是怎样构成的？变频调速器的主电路是怎样构成的？l交直交电压型变频调速器主电路的基本结构如图1-10。图中，DR 是三相整流。RA是限流电阻，限制变频器刚合上电源时，对滤波电容C 的充电电流。当C充电到一定程序后，晶闸管VT导通，RA将不再起限 流作用。功率晶体管V1V6组成三相逆变桥，将直流电逆变成三相交流 电后供电给电动机M。二极管V01V06的作用是：在逆变过程中，当晶 体管的e极电位高于c集电位时提供续流回路；在电动机降速过程中提供 能量反馈(再生)回路。RB是电动机在再生制动过程中的耗能电阻，VB 在电动机降速过程中导

10、通，提供耗能回路。如RB阻值太大，可在接线 端P和DB之间接入外接制动电阻。*致远控制16变频调速器的主电路图变频调速器的主电路图l MDRRAvTDBPv1C+VBRBv2v01v3v4v02v03v04v5v6v05v06*致远控制17变频调速器有哪些额定数据？变频调速器有哪些额定数据？l变频调速器主要的额定数据如下：l(1) 最高输入电压Umax为了适应电网电压的波动， Umax通常规定为额定工作电压的1.15倍。l(2) 最大输出电流Imax这是最重要的一个数据，也是选 择变频器容量时的最主要依据。l(3) 最大输出容量Smax必须注意的是：说明书中给出 的容量是按最大工作电压算出的，

11、实际应用时，应根 据工作电压进行修正。*致远控制18说明书中的说明书中的“ “配用电动机容量配用电动机容量” ”能不能能不能 作为选择变频器容量的依据？作为选择变频器容量的依据？l如电动机驱动的是连续恒定负载(如风机)，则可以。但 对于连续变动负载、继续负载和短时负载来说，则只 能作参考，而不能作依据。这是因为，在这些负载中 ，决定电动机容量的主要因素是发热问题。只要温升 不超过允许范围，短时间的过载(在过载能力范围内)对 电动机来说是正常。例如，一台3.7kW的电动机，在 实际工作中，其输出功率有时可达4.0kW或4.5kW。而 变频调速器的过载能力则十分有限。在大多数情况下 ，变频器的容量

12、应放大一档。*致远控制19变频器的频率调节范围如何？变频器的频率调节范围如何？l通用型变频调速器的最高输出频率一般不高于 400Hz；最低输出频率不低于0.1Hz。各种变频 器的调频范围各不相同。l我国工业用的普通电动机，最高工作频率不宜 超过100Hz *致远控制20什么是频率精度？什么是频率精度？l通常，当频率为数字量设定时，精度高些(误差小些)， 而在频率精度是指变频器的实际输出频率与设定频率 之间的误差大小，也叫频率准确度或频率稳定度。l模拟设定时，精度高些(误差小些)，而在模拟量设定时 ，精度低些(误差大些)。l *致远控制21“ “频率分辨率频率分辨率” ”的含义是什么？的含义是什

13、么？l“频率分辨率”的含义是什么？l频率分辨率指的是：变频器输出的相邻两“挡” 频率之间的最小差值。l例如，日本富士FVR-G7S型变频器的数字量设 定时的频率分辨率为0.002Hz。则，对于40Hz 来说，比它高一“挡”的最小频率为40.002Hz； 而比它低一“挡”的最大频率为39.998Hz。*致远控制22怎样调节和设定变频器的输出频率？怎样调节和设定变频器的输出频率？l主要有以下三种方式：l(1) 旋钮设定 通过旋动面板上的旋钮(调节面板 内侧的电位器)来进行调节和设定。属于模拟量 设定方式。l(2) 按键设定 利用键盘上的A键(或键)和V键( 或键)进行调节和设定。属于数字设定方式。

14、l(3) 程序设定 在编制驱动系统的工作程序中进 行设定。也属数字量设定方式。*致远控制23什么是外接设定？什么是外接设定？l在实际工作中，变频器常被安置在控制柜内或 挂在墙壁上，而工作人员则通常在机械旁边进 行操作。这时，就需要在机械旁边另设一个设 定频率的装置，称为外接设定装置。l所有的变频器都为用户提供专用于外接设定的 接线端。*致远控制24变频器对外接设定信号有些有什么规定？变频器对外接设定信号有些有什么规定？l外接设定信号通常有三种。l(1) 外接电位器设定 电位器的阻值和瓦数各变频器的 说明书中均有明确规定。l(2) 外接电压信号设定 各种变频器对外接电压信号的 范围也各不相同，通

15、常有：0+10、0+5、010、 05V等。l(3) 外接电流信号 所有变频器对外接电流信号的规定 是统一的，都是420mA。l为了加强抗干扰能力，所有的外接设定信号线都应采 用屏蔽线*致远控制25什么是什么是“ “输出频率线输出频率线” ”？l l“输出频率线”是指变频 器的输出频率与给定信 号间的关系线。如图2-2 ，横坐标是给定信号Fs ，通常用百分数表示； 纵坐标是输出频率fx。 图中曲线为基本频率线 ，其特点是：当Fs=0时 ，fx=0；当Fs=100%时， fx=fmax。*致远控制26什么是偏置频率？什么是偏置频率？l l对应于设定信号为0时的 输出频率称为偏置频率 fB，它可以

16、一定范围内 进行设定，如图2-4。图 中，曲线是基本频率 线；曲线是正偏置的 情形；曲线是负偏置 。l通过设定频率增益和偏 置频率，变频器的输出 频率线就可以任意地进 行调整了。*致远控制27怎样设定最大频率、基本频率？怎样设定最大频率、基本频率？l最大频率即最大允许 的极限频率。它根据 驱动系统的允许最高 转速来设定。l使电动机运行在基本 工作状态下的频率叫 基本频率，一般按电 动机的额定频率设定 。例如，对于国产的 通用型电动机，基本 频率设定为50Hz。*致远控制28上限频率和下限频率是根据什么设定的？上限频率和下限频率是根据什么设定的？l l根据驱动系统的工作状 况来设定。它可以是保 护性设定，即：变频器 的输出频率不得超过所 设定的范围；也可以用 作程序性设定，即：根 据程序的需要，或上升 至上限频率，或下降至 下限频率。l图2-4中，fmax是最大频 率，fHL是上限频率；fLL 是下限频率。*致远