變頻器原理培訓(xùn)

1、變頻器原理培訓(xùn)第1頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二變頻器含義 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，變換成可調(diào)頻率的交流電，供給普通交流異步電動機作為電源用，從而實現(xiàn)變速，恒速（穩(wěn)速）。 變頻器的生產(chǎn)廠家很多，型號個不一樣。用途很廣，但是總結(jié)起來也就兩種：一種是通用型變頻器。一種是專用型變頻器。第2頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二變頻器的含義 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合以及機械

2、設(shè)備上面。第3頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二培訓(xùn)目標了解各大品牌變頻器掌握變頻器的基本工作原理能向用戶進行簡單的技術(shù)交流為了自己更好的發(fā)展第4頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二培訓(xùn)目錄市場上變頻器幾大品牌變頻器的應(yīng)用意義變頻器的構(gòu)成變頻器保護功能本變頻器技術(shù)特點第5頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 中國市場競爭情況市場需求總?cè)萘?（億元）有效容量 （億元）剔除690V以上高電壓等級產(chǎn)品剔除設(shè)備成套進口剔除交直交以外型式變頻器（如：交交、電流型）高防護等級（如防爆）第6頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二

3、 中國市場競爭情況重點行業(yè)需求總計：31.6億重點行業(yè)情況：單位（億元）第7頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 國內(nèi)外各大品牌變頻器歐美品牌西門子、科比、倫茨、施耐德、丹佛斯、ROCKWELL、VACON、 ABB、西威 、日本品牌富士、三菱、安川、三墾、日立、歐姆龍 松下電器、松下電工、東芝、國產(chǎn)品牌保利 安邦信、佳靈、森蘭、英威騰、康沃、科姆龍、惠豐港臺品牌臺達、普傳、臺安、東元、美高韓國品牌 LG 、現(xiàn)代、三星、收獲紅色：主要對手 藍色：需關(guān)注的對手第8頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器應(yīng)用意義目的 根據(jù)設(shè)備和工藝的要求通過改變電動機速

4、度或輸出轉(zhuǎn)矩改變終端設(shè)備的速度或輸 出轉(zhuǎn)矩序號意義有代表意義的行業(yè)或設(shè)備1節(jié)能風(fēng)機、水泵、注塑機2提高產(chǎn)品質(zhì)量機床、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：注：并不是所有的設(shè)備使用電氣傳動裝置后都可以節(jié)能第9頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器應(yīng)用意義變頻器 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、頻率均可調(diào)的交流電機調(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 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2/4/8極變頻調(diào)速的優(yōu)勢（與

5、其它交流電機調(diào)速方式對比）序號優(yōu)點1平滑軟啟動，降低啟動沖擊電流，減少變壓器占有量，確保電機安全2在機械允許的情況下可通過提高變頻器的輸出頻率提高工作速度3無級調(diào)速，調(diào)速精度大大提高4電機正反向無需通過接觸器切換5非常方便接入通訊網(wǎng)絡(luò)控制，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化控制第10頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻調(diào)速原理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負載1負載2T：電機力矩同步機機械特性 n60f/p n：電機轉(zhuǎn)速 f：給電機供

6、電的交流電頻率 p：電機極對數(shù) 第11頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器構(gòu)成-基本知識-發(fā)展歷程電機控制算法功率半導(dǎo)體技術(shù)V/F控制SCRGTR矢量控制IGBT計算機技術(shù)單片機DSP IGBT大容量化更高速率和容量大功率傳動使用變頻器，體積大，價格高未來發(fā)展方向完美無諧波PWM技術(shù)SPWM技術(shù)無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始流行解決了GTR噪聲問題變頻器性能大幅提升大批量使用，取代直流算法優(yōu)化 更大容量 更高開關(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，開始在中小功率電機上使用PWM定義 Pulse Width Modulat

7、ion”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制 SPWM，就是在PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時間占空比按正弦規(guī)率排列 第12頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器構(gòu)成-基本知識-分類供電電源低壓220V/1PH、220V/3PH、380V/3PH660 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，簡單，性能一般高性能內(nèi)置矢量控制方式，復(fù)雜，高性能變換方法（拓樸結(jié)構(gòu)）交直交電壓型（儲能環(huán)節(jié)為電解電容）電流型(儲能環(huán)節(jié)為電抗器）交交無儲能環(huán)節(jié)注：交直交電壓型變頻器因結(jié)構(gòu)簡單，功率因素高，目前廣泛使用常用設(shè)計功率在大

8、功率第13頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器構(gòu)成-基本知識-前言載波PWM（Pulse Width Moduration）調(diào)制PWM調(diào)制是：利用半導(dǎo)體開關(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。SPWM調(diào)制是：采用三角波和正弦波相交獲得的PWM波形直接控制各個開關(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電壓，能獲 得理想的控制效果：輸出電流近似正弦載波頻率必須高，才能保證調(diào)制后得到的波形與調(diào)制前效果相同GTR變頻器由于開關(guān)頻率太低，電機噪聲較大，IGBT有效的解決了這個問題第14頁，共29頁，2022年，5月20

9、日，5點46分，星期二 變頻器構(gòu)成-基本知識-原理整流部分儲能環(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 流近似正弦第15頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器構(gòu)成-基本知識-關(guān)鍵元件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使用較多第16頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器構(gòu)成-

10、基本知識-主回路14325678適用于小功率（5.5KW)適用于中大功率(5.5KW以上）第17頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器構(gòu)成-基本知識-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，輸出無相序要求IGBT制動部分3/4消耗過多的回饋能量，保持直流母線電壓不超過最大值單管IGBT 和制動電阻,大功率制動單元外置上電緩沖6降低上電沖擊電流，上電結(jié)束后接觸器自動吸合，而后變頻器允許運行限流電阻和接觸器儲能部分5保持直流母線電壓恒定，降低電壓脈動電解電容和均壓電阻控制回路鍵盤7對變

11、頻器參數(shù)進行調(diào)試和修改，并實時監(jiān)控變頻器狀態(tài)MCU(單片機）控制電路8交流電機控制算法生成，外部信號接收處理及保護DSP(或兩個MCU）第18頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器構(gòu)成-基本知識-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散熱器溫度，確保模塊工作在允許溫度環(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)扇兩種第19頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器構(gòu)成-基本知識-主回路接口 工頻電網(wǎng)輸入380V 3PH/220V 3PH220V 2PH制動電阻直流電抗器三相交流電機

12、第20頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器構(gòu)成-基本知識-簡要工作原理S1S4S2S3EdU1S1,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f1f2EdU1逆變器的功能：通過改變開關(guān)管導(dǎo)通時間改變輸出電壓的頻率通過改變開關(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第21頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器構(gòu)成-基本知識-簡要工作原理S1S4S5S2S3S6UVEdW561UUVUVWUUW612123234345456561612三相逆變電路Ed缺點：輸出電壓的諧波分量太大電機諧波損耗增加，發(fā)熱

13、嚴重甚至燒壞電機轉(zhuǎn)矩脈動較大，低速運行時影響轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)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第22頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器構(gòu)成-基本知識-控制算法交流調(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/F控制簡單實用，性能一般，使用最為廣泛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(dāng)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)304V低頻時，定子阻抗壓降會導(dǎo)致磁通下降，需將輸出電壓適當(dāng)提高矢量控制性能優(yōu)良，可以

14、與直流調(diào)速媲美，技術(shù)成熟較晚模仿直流電機的控制方法，采用矢量坐標變換來實現(xiàn)對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(fù)雜，直到90代計算 機技術(shù)迅速發(fā)展才真正大范圍使用第23頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器構(gòu)成-基本知識-功能介紹停車方式減速停車 變頻器接到停止命令后按照減速時間對應(yīng)曲線逐漸減小輸出頻率，到0后停機。 注：這種方式最常用，當(dāng)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

15、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(yīng)曲線逐漸減少輸出頻率，當(dāng) 到達某一預(yù)設(shè)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第24頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器構(gòu)成-基本知識-功能介紹加減速時間（S/min)頻率時間 Fmax最大輸出頻率加速時間減速時間第25頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器構(gòu)成-基本知識-功能介紹注：一般在調(diào)試時使用，如：確定運轉(zhuǎn)方向、反向倒車等點動第26頁，共29頁，2022年，5月20日，5點46分，星期二 變頻器保護功能 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(dǎo)致變頻器出現(xiàn)不可恢復(fù)性損害。保護類型原因缺相輸入缺相輸入電壓值相差超過允許值輸出缺相輸出電流三相不平衡過流加速/減速/恒速超過變頻器允許的最大電流（2倍額定）過載超過變頻器允許的過載范圍過壓加速/減速/恒速直流母線電壓超過允許值過熱