變頻器調(diào)速技術(shù)

1、變頻器調(diào)速技術(shù)第1頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二主要內(nèi)容 概述變頻器基本原理變頻器構(gòu)成變頻器的應(yīng)用 第2頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二概述自80年代以來(lái)，隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)化需求程度的提高和社會(huì)節(jié)能環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，變頻調(diào)速器的應(yīng)用越來(lái)越普及。變頻器產(chǎn)品也從以大功率雙極晶體管（GTR）為主的時(shí)代發(fā)展為以絕緣柵晶體管（IGBT）為主的新時(shí)代。 變頻器廣泛應(yīng)用于：石油、化工、冶金等大型生產(chǎn)線；裝備制造業(yè)：如電力機(jī)車、塔吊、機(jī)床、紡織機(jī)械、印刷包裝機(jī)械、線纜行業(yè)等；民用行業(yè)：商用空調(diào)、電梯、供水、家電、健身器材等。第3頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月2

2、0日，5點(diǎn)56分，星期二什么是變頻器？ 各國(guó)使用的交流供電電源，無(wú)論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均為400V/50Hz或220V/50Hz，等等。把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC）。把直流電（DC）變換為交流電（AC）用于電機(jī)控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。第4頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二基本原理 變頻器所拖動(dòng)的電機(jī)為感應(yīng)式交流電動(dòng)機(jī)，也稱交流異步電動(dòng)機(jī)。在工業(yè)中所使用的大部分電機(jī)為交流異步電動(dòng)機(jī)。異步電機(jī)轉(zhuǎn)速公式： n=120*

3、f/p*(1-s) n：電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min） f：電源頻率（Hz） p：電機(jī)磁極數(shù) s：轉(zhuǎn)差率 第5頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二基本原理變頻器綜合了電子技術(shù)、電機(jī)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等多種技術(shù)為一體。是一種廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的電力電子設(shè)備，它通過(guò)控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)滿足各行業(yè)的需求.控制模式：變頻器一般有三種基本方式可選擇：有速度傳感器矢量控制，閉環(huán)矢量無(wú)速度傳感器矢量控制，開(kāi)環(huán)矢量V/F控制第6頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二變頻器優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速方便（相對(duì)與調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子電子調(diào)速等）。節(jié)能（與具體負(fù)載、使用情況有關(guān)）。啟動(dòng)電流小、

4、對(duì)電網(wǎng)沖擊?。ㄅc直接啟動(dòng)比）。功能多樣，有利于自動(dòng)化生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率及自動(dòng)化水平。缺點(diǎn)：對(duì)其他設(shè)備干擾大。輸出電壓是PWM波形，對(duì)電機(jī)溫升及絕緣有不利影響。調(diào)試、維護(hù)等需要一定的技術(shù)水平。第7頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二變頻器主回路原理 第8頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二各大部分作用整流部分 整流部分與三相交流電源相連接，把交流輸入電源整流成脈動(dòng)的直流電源。整流器有兩種基本類型可控的和不可控的。中間電路 中間電路由大電解電容和均壓電阻組成，主要作用是把脈動(dòng)的電壓穩(wěn)成平滑的直流電壓，給逆變部分提供平穩(wěn)的電源，同時(shí)提供開(kāi)關(guān)管的脈動(dòng)電流。逆變部

5、分 逆變模塊在控制電路和軟件的控制下把直流電壓逆變成電壓和頻率可調(diào)的交流電壓，輸出給交流電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)需要的各種功能。控制電路 控制電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心電路，系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的各種不同的功能主要是由其控制電路決定的?？刂齐娐穼⑿盘?hào)傳遞給整流器、中間電路和逆變器，同時(shí)也接受其反饋信號(hào)。控制電路的結(jié)構(gòu)和復(fù)雜程度取決于不同的變頻器設(shè)計(jì)。第9頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二交直流電抗器的作用解決電網(wǎng)的諧波問(wèn)題；減小變頻器對(duì)電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾減小整流橋的沖擊電流 解決電網(wǎng)的諧波問(wèn)題減小整流橋的沖擊電流 減小變頻器的輸出干擾問(wèn)題；解決變頻器長(zhǎng)線輸出振蕩問(wèn)題，避免過(guò)高的振蕩電壓

6、對(duì)電機(jī)造成傷害第10頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二輸入電抗器的作用輸入電抗器和直流電抗器： 在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量（5次諧波、7次諧波）所占的比重是較高的，它們除了可能干擾其他設(shè)備的正常運(yùn)行之外，還因?yàn)樗鼈兿牧舜罅康臒o(wú)功功率，使線路的功率因數(shù)大為下降。在輸入電路內(nèi)串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據(jù)接線位置的不同，主要有以下兩種： 輸入交流電抗器: 串聯(lián)在電源與變頻器的輸入側(cè)之間。其主要功能有：通過(guò)抑制諧波電流，將功率因數(shù)提高至（）； 削弱輸入電路中的浪涌電流對(duì)變頻器的沖擊； 削弱電源電壓不平衡的影響。第11頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20

7、日，5點(diǎn)56分，星期二直流電抗器的作用直流電抗器：串聯(lián)在整流橋和濾波電容器之間。它的功能比較單一，就是削弱輸入電流中的高次諧波成分和減小浪涌電流。 但在提高功率因數(shù)方面比交流電抗器有效，可達(dá)0.95，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小等優(yōu)點(diǎn)。其他區(qū)別：1，輸入電抗器對(duì)于變頻器的傳導(dǎo)干擾有抑制作用，直流電抗器沒(méi)有；2，電網(wǎng)輸入電壓不平衡時(shí)，由于三相電流有耦合的緣故，直流電抗器會(huì)引起輸入電流的不平衡， 而輸入電抗器則沒(méi)有這一問(wèn)題；3，電壓利用率：由于輸入電抗器位于交流輸入側(cè)，電抗器上的交流壓降會(huì)對(duì)電壓利用率有一定的影響。4，成本差異：由于直流電抗器工作時(shí)，負(fù)載電流是連續(xù)的流過(guò)直流電抗器，而輸入交流電抗器的三個(gè)

8、線包是間斷地流過(guò)電流的，因此直流電抗器的利用率要高。反映在成本上就是：在滿足同樣 的諧波電流要求的情況下，輸入交流電抗器的成本要比直流 電抗器高很多。第12頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二輸出電抗器的作用b）輸出電抗器： 輸出電抗器也分為兩種：普通的輸出電抗器（參數(shù)及要求與輸入電抗器相同）和正弦波電抗器。正弦波電抗器用于把變頻器輸出的PWM調(diào)制波濾波成正弦波電壓波形，主要應(yīng)用于特殊場(chǎng)合，在此不作討論；下面主要分析普通的輸出電抗器： 為了抑制干擾信號(hào)從變頻器通過(guò)電源線傳導(dǎo)干擾到電源。為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出側(cè)可設(shè)置輸出電抗器，它可以有效地削弱輸出電流中的高次諧波

9、成分。尤其是當(dāng)變頻器輸出到電機(jī)之間的距離較長(zhǎng)時(shí)，由于變頻器輸出的是具有高dV/dt的PWM調(diào)制波，輸出長(zhǎng)電纜之間存在的較大的分布電容會(huì)造成變頻器的輸出電壓在電機(jī)側(cè)產(chǎn)生很高的振蕩電壓，一方面使得對(duì)外界的干擾加劇， 另一方面過(guò)高的振蕩電壓也會(huì)影響電機(jī)的使用壽命。 在這種場(chǎng)合，增加輸出電抗器是非常有效的措施。第13頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二變頻器基本構(gòu)成 基本構(gòu)成變頻器硬件結(jié)構(gòu)軟件主回路元器件單板鈑金件塑膠件性能功能第14頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二變頻器軟件性能軟件：燒制在DSP板上的DSP中，其核心是根據(jù)電壓及負(fù)載電流，來(lái)控制6個(gè)逆變IG

10、BT的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。指標(biāo)：電機(jī)出力的大小，加減速的性能、各種各樣的保護(hù)等等。功能軟件：滿足客戶的要求，諸如：何時(shí)運(yùn)行、何時(shí)停止、正傳、反轉(zhuǎn)、端子控制、鍵盤控制、輸出故障信號(hào)等要求。第15頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二主回路器件整流橋：3.7KW-15KW，整流橋與逆變IGBT、制動(dòng)管等封裝在一起，稱為PIM。逆變IGBT ：3.7KW-15KW ，整流橋與逆變IGBT、制動(dòng)管等封裝在一起，稱為PIM，18.5KW-22-30KW的整流橋與逆變模塊分開(kāi)，都是六管封裝、37KW以上的整流橋與逆變模塊是雙管封裝。大電解電容，作用：儲(chǔ)能和濾波。第16頁(yè)，共3

11、2頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二控制板主控制電路板第17頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二控制板驅(qū)動(dòng)電路板第18頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二三相整流橋第19頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二IGBT第20頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二整流橋與IGBT第21頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二電容第22頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二變頻器和軟起動(dòng)器的區(qū)別軟起動(dòng)器軟起動(dòng)器是一種智能化的降壓起動(dòng)器, 在起動(dòng)電機(jī)時(shí)可以有效地控制和限制起動(dòng)電流,

12、 同時(shí)可減少對(duì)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)的設(shè)備的機(jī)械應(yīng)力.軟起動(dòng)可以將機(jī)械從零速平滑地加速到額定轉(zhuǎn)速, 也可以控制平滑地減速到零速在只需要軟起動(dòng)和軟停止而不需要調(diào)速的場(chǎng)合可以使用軟起動(dòng)器軟起動(dòng)器為了降低起動(dòng)電流,必須實(shí)施降壓起動(dòng), 同時(shí)降低了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩變頻器變頻器可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和軟停止也可以根據(jù)負(fù)載的變化和系統(tǒng)的要求調(diào)節(jié)速度和改變輸出轉(zhuǎn)矩電機(jī)起動(dòng)后可以不以工頻轉(zhuǎn)速運(yùn)行變頻器在起動(dòng)電機(jī)的同時(shí)不必降低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩結(jié)論從功能上,變頻器可以取代軟起動(dòng)器,但軟起動(dòng)器不能取代變頻器從成本上,變頻器高于軟起動(dòng)器, 但其優(yōu)勢(shì)自不待言.第23頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二變頻器快速增長(zhǎng)的原因節(jié)能, 尤其是

13、風(fēng)機(jī),泵和壓縮機(jī)應(yīng)用通過(guò)減少傳動(dòng)環(huán)節(jié)的應(yīng)力提高機(jī)械設(shè)備的使用壽命減少電機(jī)中的電流沖擊,從而延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命可以使用通用的鼠籠式異步電機(jī), 價(jià)格低廉, 安裝維護(hù)簡(jiǎn)單, 易于采購(gòu)變頻器內(nèi)無(wú)接觸器和其他運(yùn)動(dòng)部件, 是固態(tài)設(shè)備, 可靠性高第24頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二變頻器對(duì)電氣方面的影響頻繁的起?？刂朴捎谧冾l器可以進(jìn)行軟起, 所以可以對(duì)電機(jī)和負(fù)載進(jìn)行頻繁的起停和正反轉(zhuǎn)控制,而不需要過(guò)多考慮電機(jī)的熱容量電氣保護(hù)變頻器將電機(jī)屏蔽于電氣擾動(dòng)之外從電機(jī)側(cè)不能看到電網(wǎng)的瞬間波動(dòng)輕微的電網(wǎng)不平衡不影響電機(jī)的平衡運(yùn)行變頻器可提供電機(jī)過(guò)載,堵轉(zhuǎn),短路等的精確保護(hù), 從而避免電機(jī)的過(guò)

14、載和堵轉(zhuǎn).效率變頻器的效率很高,可以最大限度地降低電機(jī)的損耗.變頻控制的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其它的調(diào)速方式第25頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二變頻器對(duì)供電系統(tǒng)的影響軟起動(dòng)變頻器近乎理想的起動(dòng)電流最大程度地減少了對(duì)供電系統(tǒng)的擾動(dòng)對(duì)其它設(shè)備的影響幾可忽略不計(jì)可以減少變壓器,開(kāi)關(guān),電纜及其保護(hù)裝置的容量,節(jié)省投資.對(duì)于有備用發(fā)電機(jī)的場(chǎng)合,發(fā)電機(jī)的容量可以減少30-50%功率因數(shù)變頻器的相移功率因子接近于1,對(duì)于很輕的負(fù)載也是如此.從而可以省卻功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)耐顿Y.短路容量通過(guò)變頻器,電機(jī)不再產(chǎn)生對(duì)電網(wǎng)的短路電流, 從而可以減少開(kāi)關(guān)的容量.第26頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5

15、點(diǎn)56分，星期二變頻器帶來(lái)的負(fù)面影響及其對(duì)策諧波電流變頻器中的整流環(huán)節(jié)從電網(wǎng)吸收非正弦電流, 其中包括很多諧波電流諧波電流的抑制通常通過(guò)直流電抗器或交流電抗器來(lái)解決當(dāng)變頻器負(fù)載超過(guò)供電容量的30-40%,或沒(méi)有安裝電抗器,就必須評(píng)估諧波電流的影響變頻器帶來(lái)的諧波效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同等容量的直流調(diào)速裝置射頻干擾伴隨PWM(脈寬調(diào)調(diào)制)的高速切換形成射頻干擾變頻器設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮抑制這種射頻干擾,例如采用射頻干擾濾波器對(duì)于異常敏感的場(chǎng)合需要安裝附加射頻干擾濾波器電機(jī)噪聲變頻器的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)給電機(jī)帶來(lái)額外的噪聲通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率可以降低電機(jī)噪聲在額定頻率和額定負(fù)載下比直接運(yùn)行帶來(lái)的電機(jī)噪聲增加量不超過(guò)2-3dB

16、一般來(lái)講,在低于額定頻率和負(fù)載下,噪聲比工頻運(yùn)行還要小第27頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二負(fù)載類型變頻器的選型和應(yīng)用, 首先要考慮的就是負(fù)載的類型負(fù)載可以分為三大類恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載例如輸送帶,提升,鉆床,擠出機(jī),容積泵變轉(zhuǎn)矩負(fù)載例如離心風(fēng)機(jī), 離心泵恒功率負(fù)載例如磨床, 高速車床, 繞線筒等根據(jù)不同的負(fù)載類型,以及其它功能和性能的要求,選擇對(duì)應(yīng)系列的變頻器第28頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在整個(gè)運(yùn)行的速度范圍內(nèi),需要相同大小的負(fù)載當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí),負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持不變所需功率與轉(zhuǎn)速成正比通常轉(zhuǎn)速限制在基本頻率以內(nèi)第29頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二變轉(zhuǎn)矩負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)速的函數(shù):在低速下需要較小的轉(zhuǎn)矩, 而在高速下需要較大的轉(zhuǎn)矩只有兩類典型的負(fù)載:離心泵和離心風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速以下設(shè)備產(chǎn)生的流量與泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比設(shè)備產(chǎn)生的壓力與泵或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的平方成正比設(shè)備消耗的功率與泵或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的立方成正比第30頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)56分，星期二變轉(zhuǎn)矩負(fù)載對(duì)于