變頻器初級培訓教材

1、n了解電氣傳動的基本概念n掌握變頻器的基本工作原理n能初步理解變頻器宣傳資料n能向用戶進行簡單的技術(shù)交流和宣傳性介紹n了解變頻器的基本應用和選型原則n了解變頻器的市場競爭狀態(tài)n電氣傳動基礎知識n通用變頻器的構(gòu)成n通用變頻器保護功能nEMERSON公司產(chǎn)品情況n變頻器應用簡介n變頻器選型n中國市場競爭情況定義定義 以交流（直流）電動機為動力拖動各種生產(chǎn)機械的系統(tǒng)我們稱之為交流（直流） 電氣傳動系統(tǒng)，也稱交流（直流）電氣拖動系統(tǒng)構(gòu)成構(gòu)成中間傳動機構(gòu)交流電源輸入終端機械交流電機直流調(diào)速裝置直流輸出皮帶輪、齒輪箱等風機、泵等直流電機交流調(diào)速裝置交流輸出執(zhí)行機構(gòu)變頻器目的目的 根據(jù)設備和工藝的要求通過改

2、變電動機速度或輸出轉(zhuǎn)矩改變終端設備的速度或輸 出轉(zhuǎn)矩意義意義注：并不是所有的設備使用電氣傳動裝置后都可以節(jié)能電力傳動系統(tǒng)運動方程式電力傳動系統(tǒng)運動方程式lT電機轉(zhuǎn)矩T負載轉(zhuǎn)矩加速運行 T電機轉(zhuǎn)矩T負載轉(zhuǎn)矩減速運行 T電機轉(zhuǎn)矩T負載轉(zhuǎn)矩恒速運行l(wèi)電機轉(zhuǎn)矩控制性能是影響電氣傳動系統(tǒng)性能高低的最重要因素l加減速時間和電機轉(zhuǎn)矩、負載轉(zhuǎn)矩以及系統(tǒng)慣量有關(guān)dnT電機力矩T負載阻力dtJT電機轉(zhuǎn)矩T負載轉(zhuǎn)矩 P電機功率T電機轉(zhuǎn)矩N電機速度K常數(shù) MT電機轉(zhuǎn)矩T負載轉(zhuǎn)矩中間傳動機構(gòu)終端機械l速度模式： 以保持轉(zhuǎn)速恒定為目的，如常規(guī)調(diào)速系統(tǒng)（電梯、各類生產(chǎn)線）。控制設 備根據(jù)速度要求自動調(diào)整電機轉(zhuǎn)矩適應外部的負

3、載變化，恒速時電機轉(zhuǎn)矩 肯定等于負載轉(zhuǎn)矩l轉(zhuǎn)矩模式 以控制電機轉(zhuǎn)矩恒定為目的，如：開卷/收卷，恒速時電機轉(zhuǎn)矩肯定等于 負載轉(zhuǎn)矩，但電機的運轉(zhuǎn)速度不確定。 如果電機轉(zhuǎn)矩始終大于負載轉(zhuǎn)矩，則速度持續(xù)上升直至設備限速或損壞 如果電機轉(zhuǎn)矩始終小于負載轉(zhuǎn)矩，則速度為0或最低（下限）速度 為保證系統(tǒng)安全，必須額外考慮限速或超速保護dnT電機力矩T負載阻力dtJT電機轉(zhuǎn)矩T負載轉(zhuǎn)矩 MT電機轉(zhuǎn)矩T負載轉(zhuǎn)矩中間傳動機構(gòu)終端機械傳動機構(gòu)電動機生產(chǎn)機械負載特性摩擦恒轉(zhuǎn)矩l生產(chǎn)流水線l起重行走速度T負載轉(zhuǎn)矩勢能恒轉(zhuǎn)矩l電梯l起重機提升恒功率（速度越低，速度越低，負載轉(zhuǎn)矩越大）負載轉(zhuǎn)矩越大）l機床l開卷機/收卷機變轉(zhuǎn)

4、矩（速度越低，負載速度越低，負載轉(zhuǎn)矩越?。┺D(zhuǎn)矩越?。﹍風機水泵負載轉(zhuǎn)矩大小于與轉(zhuǎn)速無關(guān)直流電氣傳動系統(tǒng)特點：l控制對象：直流電動機控制對象：直流電動機l控制原理簡單，一種調(diào)速方式控制原理簡單，一種調(diào)速方式l性能優(yōu)良，對硬件要求不高性能優(yōu)良，對硬件要求不高 l電機有換向電刷（換向火化）l電機設計功率受限l電機易損壞，不適應惡劣現(xiàn)場l需定期維護交流電氣傳動系統(tǒng)特點：l控制對象：交流電動機l控制原理復雜，有多種調(diào)速方式l性能較差，對硬件要求較高l電機無電刷，無換向火化問題電機無電刷，無換向火化問題l電機功率設計不受限電機功率設計不受限l電機不易損壞，適應惡劣現(xiàn)場電機不易損壞，適應惡劣現(xiàn)場l基本免維護

5、基本免維護l70年代以前直流占統(tǒng)治地位l交流調(diào)速只在大功率電機調(diào)速上使用交流異步電機的機械特性公式交流異步電機的機械特性公式 n60f/p(1-s) n：電機轉(zhuǎn)速 f：給電機供電的交流電頻率 p：電機極對數(shù) s：轉(zhuǎn)差率 T：電機力矩N：速度n0負載1異步機機械特性負載2交流同步電機的機械特性公式交流同步電機的機械特性公式 n60f/p n：電機轉(zhuǎn)速 f：給電機供電的交流電頻率 p：電機極對數(shù) n0負載1負載2T：電機力矩同步機機械特性早早晚晚發(fā)發(fā) 展展 時時 間間l在變頻器出現(xiàn)前同步電機無法實現(xiàn)調(diào)速功能，因此只能在定速傳動領域使用l三相交流鼠籠電機盡管調(diào)速性能不佳，但其結(jié)構(gòu)堅固、經(jīng)久耐用且價格

6、低廉 還是在一些性能較低的傳動現(xiàn)場使用變頻器變頻器 變頻器是交流電氣傳動系統(tǒng)的一種,是將交流工頻電源轉(zhuǎn)換成電壓、頻率均可 變的適合交流電機調(diào)速的電力電子變換裝置，英文簡稱VVVF ( Variable Voltage Variable Frequency）變頻器的控制對象變頻器的控制對象 三相交流異步電機和三相交流同步電機，標準適配電機極數(shù)是2/4極變頻調(diào)速的優(yōu)勢（與其它交流電機調(diào)速方式對比）變頻調(diào)速的優(yōu)勢（與其它交流電機調(diào)速方式對比）整流部分儲能環(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

7、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 流近似正弦單相逆變電路工作原理單相逆變電路工作原理S1S4S2S3EdU1S1,S3導通S2,S4導通 S1,S3導通S2,S4導通S1,S3導通S2,S4導通f1f2EdU1逆變器的功能：l通過改變開關(guān)管導通時間改變輸出電壓的頻率l通過改變開關(guān)管導通順序改變輸出電壓的相序S1S4S5S2S3S6UVEdW561UUVUVWUVW612 123 234 345 456 561 612三相逆變電路三相逆變電路Ed缺點：l輸出電壓的諧波分量太大l電機諧波損耗增加，發(fā)熱嚴重甚至燒

8、壞電機l轉(zhuǎn)矩脈動較大，低速運行時影響轉(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題電機交流調(diào)速的控制核心是： 只有保持電機磁通恒定才能保證電機出力，才能獲得理想的調(diào)速效果V/FV/F控制控制簡單實用，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: 對于380V 50Hz電機，當運行頻率為40HZ時，要保持V/F 恒定，則 40HZ時電機的供電電壓:380（40/50)304Vl低頻時，定子阻抗壓降會導致磁通下降，需將輸出電壓適當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模仿直流電機的控制方法，采用矢量坐標變換來實現(xiàn)對

9、異步電機定子勵磁電 流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦控制，保持電機磁通的恒定，進而達到良好的 轉(zhuǎn)矩控制性能，實現(xiàn)高性能控制。性能優(yōu)良，控制相同復雜，直到90代計算 機技術(shù)迅速發(fā)展才真正大范圍使用輸入側(cè)輸入側(cè) 額定工作電壓： 給變頻器供電的額定工作電壓，各國家不完全一樣。 中國是220V/單相/50HZ或380V/3相/50HZ電壓允許波動： 限制變頻器的最高和最低工作電壓，避免損壞變頻器 當電壓超過最高值時變頻器并沒有保護能力頻率波動范圍： 50/60Hz5輸出側(cè)輸出側(cè) 額定輸出電壓：變頻器的最大輸出電壓，由額定工作電壓決定額定電流： 變頻器能夠長期輸出的最大電流過載能力： 變頻器的輸出電流允許超過

10、額定電流的倍數(shù)和時間，由逆變 模塊決定最大輸出頻率：變頻器能夠輸出的最大工作頻率頻率精度： 輸出頻率的準確度（相對于設定頻率）頻率分辯率： 指給定運行頻率的最小改變量防護等級防護等級 IP20(不防水） 220V/380V3PH鍵盤控制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）主回路接口控制回路接口模擬量輸入模擬量輸出通訊接口控制回路接口開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出編碼器接口 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

11、3PH220V 1PH制動電阻直流電抗器三相交流電機以上端子均可自由編程 由于變頻器大量的使用了各種半導體器件，如整流橋、IGBT、電解電容等， 要想保證變頻器長期穩(wěn)定工作，則必須保證各器件工作在其允許條件下。 超出條件則必須立刻或延時停止變頻器工作，待異常條件消失后才能重 新開始工作，如保護失效或動作延遲將導致變頻器出現(xiàn)不可恢復性損害。IGBT驅(qū)動電路過流保護過熱保護欠壓保護 IPM （智能功率模塊）PIM（功率集成模塊） 目前以IGBT 和PIM使用較多MDI經(jīng)濟型通用TD900TD1000/TD2000TD3000TD2100供水TD3100電梯TD3200門機TD3300張力TD340

12、0注塑機低高EV3100電梯多EV1000EV2000經(jīng)濟實用型V/F控制多功能V/F控制電流矢量多功能，矢量控制功能：少全面支持MODBUS/PROFIBUS性能TD900少多低高調(diào)速、通訊操作簡便寬電壓范圍元件化設計功能豐富高穩(wěn)態(tài)性能適用面廣行業(yè)專用動態(tài)性能好總線設計精確控制網(wǎng)絡化應用高動態(tài)性能行業(yè)專用EV1000EV2000TD3000TD3100TD3300成本功能完整的功率段TD2100供水專用供水專用TD32000.4-315KW0.4-5.5KW2.2-75KW門機門機E EV V 2 20 00 00 0 - - 4 4 T T 0 00 07 75 5 G G輸入電壓三相單相

13、代號T TS S代號P PG GS SD DJ JE E變頻器類型風機水泵類恒轉(zhuǎn)矩類供水門機注塑機電梯代號適配電機功率(KW)00550075011028005. 57. 511280代號電壓等級220V380V24變頻器系列TD900EV1000EV2000TD3000TD3100TD3200TD3300TD3400EV3100啟動方式啟動方式從啟動頻率啟動 變頻器輸出由0直接變化為啟動頻率對應的交流電壓，而后在此基礎上按照 加速曲線逐步提高輸出頻率和輸出電壓直到設定頻率到達。 注：啟動頻率不宜過大，否則會造成啟動沖擊或過流先制動后從啟動頻率再啟動 變頻器先給電機通脈沖直流，使電機保持在停止

14、狀態(tài)，然后再按照從啟動 頻率方式直接啟動。 注：一般應用在負載初始狀態(tài)不確定的場合轉(zhuǎn)速跟蹤啟動 直接將正在自由旋轉(zhuǎn)的電機或負載由當前速度驅(qū)動到預定速度 注：非常適用于水泵的工頻變頻切換或重要設備的異常停機后的快速恢復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間對應曲線逐漸減小輸出頻率，到0后停機。 注：這種方式最常用，當直流母線電壓過高時會自動啟動能耗制動，此時需 配置制動單元，否則會報減速過電壓自由停車 變頻器接到運行停止命令后，立刻中止輸出，負載靠自然阻力停止。 注：變頻器故障時的停車方式就是自由停車減速直流制動停車 變頻器接到運行停止命令后，按照減速時間對應曲線逐漸減少輸出

15、頻率，當 到達某一預設頻率，即開始直流制動（通脈沖直流）停車，防止電機爬行 注：對于大慣量負載或有定位要求的場合非常適用TD3300TD3300變頻器主要特點：變頻器主要特點：l硬件配置、功率等級與TD3000完全相同，在其基礎上增加了張力控制功能l內(nèi)置卷徑計算功能，支持三種卷徑計算方法u線速度計算u繞圈算法u外接卷徑傳感器l內(nèi)置三種張力控制方式u開環(huán)張力模式，變頻器工作在轉(zhuǎn)矩模式下，必須選用編碼器u閉環(huán)張力模式，變頻器工作在轉(zhuǎn)矩模式下，必須選用編碼器u閉環(huán)張力速度模式，變頻器工作在速度模式下，編碼器可選l內(nèi)置張力錐度控制l內(nèi)置斷帶檢測功能定義定義由于不同客戶對變頻器都有各自獨特的要求，鑒于成

16、本和體積，不可能把這些功能全部做到變頻器中去，因此變頻器廠家將這些常用的功能分類做成獨立于變頻器并能和變頻器配合使用的可選配設備分類分類調(diào)試LCD鍵盤，中文顯示抑制電網(wǎng)諧波交流輸入電抗器，直流電抗器、輸入濾波器抑制輸出諧波交流輸出電抗器、輸出濾波器快速剎車用制動單元、制動電阻，兩者必須配合使用通訊選配件PROFIBUS總線適配器、遠程控制盒交流輸入電抗器交流輸入電抗器/ /直流電抗器作用直流電抗器作用l 高次諧波電流抑制l 抑制合閘等浪涌電壓，保護變頻器的輸入電路l 抑制變頻器上電時的尖峰電流l 抑制三相電壓不平衡對變頻器產(chǎn)生的影響（交流輸入電抗器效果最好）l 提高功率因素（交流輸入電抗器：0

17、.9，直流電抗器：0.95），提高 供電變壓器的利用率注：EV2000 75G以上變頻器產(chǎn)品標準配置直流電抗器交流輸出電抗器作用交流輸出電抗器作用l 高次諧波電流抑制l 漏電流抑制l 降低電機噪聲運行給定運行給定運行命令運行命令l決定速度大小 （直接速度給定、多段速、PID結(jié)果）l決定電機的運行方向l決定變頻器是啟動還是停止一個狀態(tài)正常的變頻器要運行，以下兩個要素條件必須滿足：工頻電源外部延長電纜特點：l運行命令由鍵盤上的RUN和STOP決定l運行方向一般由變頻器內(nèi)部參數(shù)決定l運行給定由鍵盤修改特定功能碼完成l方便快捷適用場合l在設備調(diào)試時廣泛使用l應用在簡單且實時性不強的單機場合工頻電源特點

18、：l運行命令由外部啟停按鈕決定，通過變 頻器外部端子FWD/REV決定運行方向l運行給定一般由外部模擬端子決定：PLC 模擬輸出電位器l常與外部邏輯電路或PLC共同控制變頻器適用場合l應用在實時性較強獨立系統(tǒng)l使用范圍最廣 啟動停止開關(guān)量端子模擬量端子工頻電源啟動停止工頻電源速度給定使用場合： 各類小型生產(chǎn)線或系統(tǒng)特點：l 實時性好l 調(diào)試維護方便l 線路復雜，抗干擾 能力差 開關(guān)量端子模擬量端子開關(guān)量端子模擬量端子工頻電源啟動停止工頻電源速度給定使用場合： 各類中大型生產(chǎn)線或系統(tǒng)特點：l所有控制均通過通訊電纜l線路相對簡單，自動化 水平高，信息交換量大l實時性好，抗擾能力強l為防止網(wǎng)絡故障，特設獨立急停功能l投入大，調(diào)試維護困難通訊接口通訊接