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1、变频器技术知识培训,培训目标,了解电气传动的基本概念 掌握变频器的基本工作原理 了解变频器的基本应用和选型原则 了解变频器的市场竞争情况,目录,电气传动基础知识 变频器基础知识 变频器的构成 变频器基本功能 变频器应用 变频器选型,国内低压变频器市场需求,（亿元 ）,数据来源：中国工控网,国内小型PLC市场需求,（亿元 ）,数据来源：中国工控网,国内常用变频器品牌,欧美品牌 西门子、施耐德、ABB 丹佛斯、ROCKWELL、VACON、西威 日本品牌 富士、三菱、安川、三垦、日立、欧姆龙 松下电工、东芝 国产品牌 安邦信、森兰、英威腾、惠丰 港台品牌 台达、东元 韩国品牌 LG 英国品牌 CT
2、、艾默生EV系列及SK系列,主要产品MDI,变频电机一体化（小型化） 变频技术网络化 变频传动分布化 变频环保化,主要竞争产品PLC,体积小型化 功能中型化 应用简单化 行业设计化,电气传动基础知识电气传动系统概述,电气传动基础知识电气传动的目的和意义,目的 根据设备和工艺的要求通过改变电机速度或输出转矩改变终端设备的速度或转矩,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,电气传动基础知识交流电机的机械特性,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,额定,异步机机械特性,最
3、大,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,额定,最大,T：电机力矩,同步机机械特性,交流异步电机广泛应用在传动系统中 交流同步电机目前已开始在纺织行业广泛使用,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,T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,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,T电机转矩T负载转矩,电气传动基础知识电气传动系统工作原理,速度模式： 以控制转速恒定为目的，控制设备根据设定速度要求自动调整电机转矩适 应外部的负载变化，达速
4、时电机转矩等于负载转矩 应用：如常规调速系统（电梯、各类生产线）， 转矩模式 以控制电机转矩恒定为目的，达速时电机转矩等于负载转矩，但电机的运 转速度不确定，如果控制不当可能会引起传动设备超速损坏等事故 为保证系统安全，必须额外考虑限速或超速保护 应用：如：开卷/收卷,T电机转矩T负载转矩,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 生产流水线 起重行走,速度,T负载转矩,势能恒转矩 电梯 起重机提升,恒功率 速度越低， 负载转矩越大 机床 开卷机/收卷机,变转矩 速度越低，负载 转矩越小 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）
5、流电气传动系统的特点,直流电气传动系统特点： 控制对象：直流电动机 控制原理简单，一种调速方式 性能优良，对硬件要求不高 电机有换向电刷（换向火化） 电机设计功率受限 电机易损坏，不适应恶劣现场 需定期维护,交流电气传动系统特点： 控制对象：交流电动机 控制原理复杂，有多种调速方式 性能较差，对硬件要求较高 电机无电刷，无换向火化问题 电机功率设计不受限 电机不易损坏，适应恶劣现场 基本免维护,70年代以前直流占统治地位，交流调速只在大功率电机调速上使用 目前交流调速已经占统治地位,早,晚,发 展 时 间,电气传动基础知识交流电气传动系统的发展历程,变频器基础知识变频器定义及其特点,变频器 变
6、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,变频调速的优势（与其它交流电机调速方式对比）,变频器基础知识变频技术发展历程,控制算法,功率半 导体技术,V/F控制,SCR,GTR,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
7、技术,SPWM,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,00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,空间电压矢量 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,交直交电压型变频器因结构简单，功率因素高(接近1），目前广泛使用,变频器基础知识基本工作原理,整流部分,储能环节,逆变部分,M,控制系统,交流,交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
8、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,变频器基础知识基本工作原理,单相逆变电路工作原理,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： 通过改变开关管导通时间改变输出电压的频率 通过改变开关管导通顺序改变输出电压的相序,变频器基础知识基本工作原理,S1,S4,S5,S2,S3,S6,U,V,Ed,W,561,UUV,UVW,UVW,612,123,234,345,456,561,612,三相逆
9、变电路（电压型）,Ed,特点：（180导电型） 输出电压的波形是矩形波，电流波形是正弦波。谐波分量太大。 电机谐波损耗增加，发热严重甚至烧坏电机。 逆变器从直流侧向交流侧传送的的功率是脉动的，转矩脉动较大，低速运行时影响转速的平稳。 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,三相逆变电路（电压型）,变频器基础知识基本工作原理,将上图电压源换成电流源就是电流型变频器 特点（120导电型） 输出电压的波形是正弦波，电流波形是矩形波。与负载性质无关。 逆变器从直流侧向交流侧传送的的功率是脉动的，转矩脉动较大，低速运行时影响转速的平稳。 直到从通信技术中采用PWM调制才大大的缓解了以
10、上问题,变频器基础知识基本工作原理,调制解调器（PWM) 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Internet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
11、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”,变频器基础知识基本工作原理,SPWM调制,PWM（Pulse Width Moduration）调制 PWM调制是：利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。 SPWM调制是：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 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 GTR
12、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,变频器基础知识核心控制算法,交流调速的控制核心： 在预定的频率（速度范围内）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 只要保证输出电压和输出频率恒定就能近似保持磁通保持恒定 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 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 模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变换来实现对
13、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,变频器基础知识核心控制算法,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 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 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
14、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） 频率分辩率： 指给定运行频率的最小改变量 防护等级 一般是IP20 (“0”代表不防水）,变频器的构成实用原理框图,1,4,3,2,5,6,7,8,部分小功率变频器使用的单相220V,变频器的构成实用原理框图,变频器的构成实用原理框图,变频器的构成主回路关键器件,IPM （智能功率模块）,PIM（功率集成模块）,变频器的构成用户接口,主回路接口,控制回路接口 模拟量输入 模拟量输出 通讯接口,控制回路接口 开关量输入 开关量输出 编码器接口,变频器的构成主回路接口,工频电网输入 380V 3PH/220V 3PH 22
15、0V 1PH,制动电阻,直流电抗器,三相交流电机,变频器的构成控制回路接口,变频器的构成键盘及功能,频率单位,点动键,电流单位,电压单位,转速,线速,四位数码管显示,运行命令指示灯,运行命令切换键,LCD文字说明,增减键,ENTER进入键,数据确认键,变频器参数编程 简易调试或应用,变频器基本应用功能启动方式,起动频率起动 先直流制动再起动 转速跟踪起动,t,f,t,f,f,起动 频率,1、起动频率不易过高 否则容易过流或损 伤设备 2、如电机未停止，采用 该模式可能导致过流 或过压,1、制动频率、电压不易 过高，则容易过流或 损伤设备 2、常用于风机,1、电机运行频率自学习 2、常用于水泵和大惯量 负载（离心机），可 降低故障影响,变频器基本应用功能转速跟踪,功能定义：对旋转的电机实施启动时，需要平稳不跳闸启动 功能特点：变频器先检测当前电机转速和方向后以该速度为起点平滑再启动 适用： 风机、水泵
