變頻器基本原理培訓(xùn)技術(shù)

1、變頻器基本原理培訓(xùn)變頻器基本原理培訓(xùn) 變頻器變頻器是一種靜止的頻率變換器，它把配 電網(wǎng)的50hz（60hz）恒定頻率的交流電）恒定頻率的交流電，變 換成可調(diào)頻率的交流電，供給普通交流異步電 動(dòng)機(jī)作為電源用，從而實(shí)現(xiàn)變速，恒速（穩(wěn)速 ）。 變頻器的生產(chǎn)廠家很多，型號(hào)個(gè)不一樣。 用途很廣，但是總結(jié)起來(lái)也就兩種：一種是通 用型變頻器。一種是專用型變頻器。 變頻器的含義變頻器的含義 變頻器的含義變頻器的含義 通用和專用的區(qū)別在于：在通用型 變頻器原理的基礎(chǔ)上增加某些元器件， 或者是增添一些功能，而形成的。 也就是講，專用的不僅能用在通用 的上面還能用在要求特別高的場(chǎng)合以及 機(jī)械設(shè)備上面。 變頻器應(yīng)用意

2、義變頻器應(yīng)用意義 目的目的 根據(jù)設(shè)備和工藝的要求通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)速度或輸出轉(zhuǎn)矩改變終端設(shè)備的速度或輸 出轉(zhuǎn)矩 序 號(hào) 意義有代表意義的行業(yè)或設(shè)備 1節(jié)能風(fēng)機(jī)、水泵、注塑機(jī) 2提高產(chǎn)品質(zhì)量機(jī)床、印刷、包裝等生產(chǎn)線 3改善工作環(huán)境電梯、中央空調(diào) 意義：意義： 注：并不是所有的設(shè)備使用電氣傳動(dòng)裝置后都可以節(jié)能 變頻器應(yīng)用意義變頻器應(yīng)用意義 變頻器變頻器 變頻器是交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的一種,是將交流工頻電源轉(zhuǎn)換成電壓、頻率均可調(diào)的交流電機(jī) 調(diào)速的電力電子變換裝置，英文簡(jiǎn)稱vvvf ( variable voltage variable frequency） 變頻器的控制對(duì)象變頻器的控制對(duì)象 三相交流異步電機(jī)

3、和三相交流同步電機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)適配電機(jī)極數(shù)是2/4/8極 變頻調(diào)速的優(yōu)勢(shì)（與其它交流電機(jī)調(diào)速方式對(duì)比）變頻調(diào)速的優(yōu)勢(shì)（與其它交流電機(jī)調(diào)速方式對(duì)比） 序 號(hào) 優(yōu)點(diǎn) 1平滑軟啟動(dòng)，降低啟動(dòng)沖擊電流，減少變壓器占有量，確保電機(jī)安全 2在機(jī)械允許的情況下可通過(guò)提高變頻器的輸出頻率提高工作速度 3無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速精度大大提高 4電機(jī)正反向無(wú)需通過(guò)接觸器切換 5非常方便接入通訊網(wǎng)絡(luò)控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化控制 變頻調(diào)速原理變頻調(diào)速原理 交流異步電機(jī)的機(jī)械特性公式交流異步電機(jī)的機(jī)械特性公式 n60f/p(1-s) n：電機(jī)轉(zhuǎn)速 f：給電機(jī)供電的交流電頻率 p：電機(jī)極對(duì)數(shù) s：轉(zhuǎn)差率 t：電機(jī)力矩 負(fù)載1 異步機(jī)機(jī)械特性

4、 負(fù)載2 交流同步電機(jī)的機(jī)械特性公式交流同步電機(jī)的機(jī)械特性公式 負(fù)載1負(fù)載2 t：電機(jī)力矩 同步機(jī)機(jī)械特性 n60f/p n：電機(jī)轉(zhuǎn)速 f：給電機(jī)供電的交流電頻率 p：電機(jī)極對(duì)數(shù) 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識(shí)基本知識(shí)-發(fā)展歷程發(fā)展歷程 電機(jī)控制 算法 功率半 導(dǎo)體技術(shù) v/f控制 scrgtr 矢量控制 igbt 計(jì)算機(jī) 技術(shù) 單片機(jī) dsp igbt大容量化 更高速率和容量 大功率傳 動(dòng)使用變 頻器，體 積大，價(jià) 格高 未來(lái)發(fā)展方向 完美無(wú)諧波 pwm技術(shù) spwm技術(shù) 無(wú)速度矢量控制 電流矢量v/f 高速dsp 專用芯片 超靜音變頻器開(kāi)始流行 解決了gtr噪聲問(wèn)題 變頻器性能大幅提升 大

5、批量使用，取代直流 算法優(yōu)化 更大容量 更高開(kāi)關(guān)頻率 pwm技術(shù) 空間電壓矢量 調(diào)制技術(shù) 變頻器體 積縮小， 開(kāi)始在中 小功率電 機(jī)上使用 pwm定義 pulse width modulation”的縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制 spwm，就是在pwm的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)率排列 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識(shí)基本知識(shí)-分類分類 供電電源 低壓 220v/1ph、220v/3ph、380v/3ph 660 v/3ph、1140v/3ph 高壓3000、6000、10000v/3ph 控制算法 通用內(nèi)置v/f控制方式，簡(jiǎn)單，性能一般 高性能內(nèi)置矢量控制方式，復(fù)雜，高性能 變

6、換方法 （拓樸結(jié)構(gòu)） 交直交 電壓型（儲(chǔ)能環(huán)節(jié)為電解電容） 電流型(儲(chǔ)能環(huán)節(jié)為電抗器） 交交無(wú)儲(chǔ)能環(huán)節(jié) 注： l交直交電壓型變頻器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功率因素高，目前廣泛使用 l常用設(shè)計(jì)功率在大功率 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識(shí)基本知識(shí)-前言前言 載波 pwmpwm（pulse width pulse width modurationmoduration）調(diào)制）調(diào)制 lpwm調(diào)制是：利用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把直流電壓調(diào)制成電壓可變、頻 率可變的電壓脈沖列。 lspwm調(diào)制是：采用三角波和正弦波相交獲得的pwm波形直接控制各個(gè)開(kāi)關(guān)可以得 到脈沖寬度和各脈沖間的占空比可變的呈正弦變化的輸出脈沖電壓

7、電壓，能獲 得理想的控制效果：輸出電流近似正弦 l載波頻率必須高，才能保證調(diào)制后得到的波形與調(diào)制前效果相同 lgtr變頻器由于開(kāi)關(guān)頻率太低，電機(jī)噪聲較大，igbt有效的解決了這個(gè)問(wèn)題 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識(shí)基本知識(shí)-原理原理 整流部分儲(chǔ)能環(huán)節(jié)逆變部分 m 控制系統(tǒng) 交流 交流低壓交直交通用變頻器系統(tǒng)框圖交流低壓交直交通用變頻器系統(tǒng)框圖 直流直流交流 整流器：將交流電變換成直流的電力電子裝置，其輸入電壓為正弦波，輸入電流非 正弦，帶有豐富的諧波 逆變器：將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的電力電子裝置，其輸出電壓為非正弦波，輸出電 流近似正弦 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識(shí)基本知識(shí)-關(guān)鍵元件關(guān)鍵元件

8、igbt 驅(qū)動(dòng)電路 過(guò)流保護(hù) 過(guò)熱保護(hù) 欠壓保護(hù) ipm （智能功率模塊） pim（功率集成模塊） 目前以igbt 和pim使用較多 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識(shí)基本知識(shí)-主回路主回路 220v/380v 3ph 鍵盤控制板 1 43256 7 8 220v 1ph 鍵盤 控制電路 適用于小功率（5.5kw) 適用于中大功率(5.5kw以上） 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識(shí)基本知識(shí)-主回路主回路 類別作用主要構(gòu)成器件 主 回 路 整流部分1 將工頻交流變成直流，輸入無(wú)相 序要求 整流橋 逆變部分2 將直流轉(zhuǎn)換為頻率電壓均可變的 交流電，輸出無(wú)相序要求 igbt 制動(dòng)部分 3/4 消耗過(guò)多的回

9、饋能量，保持直流 母線電壓不超過(guò)最大值 單管igbt 和制動(dòng)電 阻,大功率制動(dòng)單元 外置 上電緩沖6 降低上電沖擊電流，上電結(jié)束后 接觸器自動(dòng)吸合，而后變頻器允 許運(yùn)行 限流電阻和接觸器 儲(chǔ)能部分5 保持直流母線電壓恒定，降低電 壓脈動(dòng) 電解電容和均壓電 阻 控 制 回 路 鍵盤7 對(duì)變頻器參數(shù)進(jìn)行調(diào)試和修改， 并實(shí)時(shí)監(jiān)控變頻器狀態(tài) mcu(單片機(jī)） 控制電路8 交流電機(jī)控制算法生成，外部信 號(hào)接收處理及保護(hù) dsp(或兩個(gè)mcu） 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識(shí)基本知識(shí)-主回路主回路 類別作用 結(jié) 構(gòu) 件 散熱器將整流橋、逆變器產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去 溫度傳感器檢測(cè)散熱器溫度，確保模塊工作在允許

10、溫度環(huán)境下 風(fēng)扇 配合散熱器，將變頻器內(nèi)部的熱量帶走，有直流風(fēng) 扇（24v)和交流風(fēng)扇兩種 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識(shí)基本知識(shí)-主回路接口主回路接口 r s t p 1 (+ ) p b (-) u v w p e p o w e r s u p p ly m o t o r 工頻電網(wǎng)輸入 380v 3ph/220v 3ph 220v 2ph 制動(dòng)電阻 直流電抗器 三相交流電機(jī) 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識(shí)基本知識(shí)-簡(jiǎn)要工作原理簡(jiǎn)要工作原理 s1 s4 s2 s3 ed u1 s1,s3導(dǎo)通 s2,s4導(dǎo)通 s1,s3導(dǎo)通 s2,s4導(dǎo)通 s1,s3導(dǎo)通 s2,s4導(dǎo)通 f1 f2 ed

11、 u1 逆變器的功能： l通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間改變輸出電壓的頻率 l通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通順序改變輸出電壓的相序 單相逆變電路工作原理單相逆變電路工作原理 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識(shí)基本知識(shí)-簡(jiǎn)要工作原理簡(jiǎn)要工作原理 s1 s4 s5 s2 s3 s6 u v ed w 561 uuv uvw uuw 612 123 234 345 456 561 612 三相逆變電路三相逆變電路 ed 缺點(diǎn)： l輸出電壓的諧波分量太大 l電機(jī)諧波損耗增加，發(fā)熱嚴(yán)重甚至燒壞電機(jī) l轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，低速運(yùn)行時(shí)影響轉(zhuǎn)速的平穩(wěn) l直到從通信技術(shù)中采用pwm調(diào)制才大大的緩解了以上問(wèn)題 電機(jī) 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本

12、知識(shí)基本知識(shí)-控制算法控制算法 交流調(diào)速的控制核心是： 只有保持電機(jī)磁通恒定才能保證電機(jī)出力，才能獲得理想的調(diào)速效果 v/fv/f控制控制簡(jiǎn)單實(shí)用，性能一般，使用最為廣泛 l只要保證輸出電壓和輸出頻率恒定就能近似保持磁通保持恒定 例: 對(duì)于380v 50hz電機(jī)，當(dāng)運(yùn)行頻率為40hz時(shí)，要保持v/f 恒定，則 40hz時(shí)電機(jī)的供電電壓:380（40/50)304v l低頻時(shí)，定子阻抗壓降會(huì)導(dǎo)致磁通下降，需將輸出電壓適當(dāng)提高 矢量控制矢量控制性能優(yōu)良，可以與直流調(diào)速媲美，技術(shù)成熟較晚 l模仿直流電機(jī)的控制方法，采用矢量坐標(biāo)變換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)定子勵(lì)磁電 流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦控制，保持電機(jī)磁

13、通的恒定，進(jìn)而達(dá)到良好的 轉(zhuǎn)矩控制性能，實(shí)現(xiàn)高性能控制。性能優(yōu)良，控制相同復(fù)雜，直到90代計(jì)算 機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展才真正大范圍使用 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識(shí)基本知識(shí)-功能介紹功能介紹 停車方式停車方式 減速停車 變頻器接到停止命令后按照減速時(shí)間對(duì)應(yīng)曲線逐漸減小輸出頻率，到0后停機(jī)。 注：這種方式最常用，當(dāng)直流母線電壓過(guò)高時(shí)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)能耗制動(dòng)，此時(shí)需 配置制動(dòng)單元，否則會(huì)報(bào)減速過(guò)電壓 自由停車 變頻器接到運(yùn)行停止命令后，立刻中止輸出，負(fù)載靠自然阻力停止。 注：變頻器故障時(shí)的停車方式就是自由停車 減速直流制動(dòng)停車 變頻器接到運(yùn)行停止命令后，按照減速時(shí)間對(duì)應(yīng)曲線逐漸減少輸出頻率，當(dāng) 到達(dá)某一預(yù)設(shè)頻率，即開(kāi)始直流制動(dòng)（通脈沖直流）停車，防止電機(jī)爬行 注：對(duì)于大慣量負(fù)載或有定位要求的場(chǎng)合非常適用 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識(shí)基本知識(shí)-功能介紹功能介紹 加減速時(shí)間（加減速時(shí)間（s/min)s/min) 頻率 時(shí)間 fmax最大輸出頻率 加速時(shí)間減速時(shí)間 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識(shí)基本知識(shí)-功能介紹功能介紹 點(diǎn)動(dòng)命令點(diǎn)動(dòng)命令 f1 t1 t3 t2 時(shí)間 頻率 時(shí)間 點(diǎn)動(dòng)間隔時(shí)間 注：一般在調(diào)試時(shí)使用，如：確定運(yùn)轉(zhuǎn)方向、反向倒車等 點(diǎn)動(dòng)點(diǎn)動(dòng) 變頻器保護(hù)功能變頻器保護(hù)功能 由于變頻器大量的使用了各種半導(dǎo)體器件，如整流橋、igbt、電解電容等， 要想保證變頻器長(zhǎng)期穩(wěn)定工