變頻器基本原理培訓技術(shù)

1、變頻器基本原理培訓變頻器基本原理培訓 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。 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 機械設備上面。 變頻器應用意

2、義變頻器應用意義 目的目的 根據(jù)設備和工藝的要求通過改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 序 號 意義有代表意義的行業(yè)或設備 1節(jié)能風機、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：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 變頻器應用意義變頻器應用意義 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） 變頻器的控制對象變頻器的控制對象 三相交流異步電機

3、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） 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)絡控制，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化控制 變頻調(diào)速原理變頻調(diào)速原理 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 負載1 異步機機械特性

4、 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 負載1負載2 t：電機力矩 同步機機械特性 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) 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識基本知識-發(fā)展歷程發(fā)展歷程 電機控制 算法 功率半 導體技術(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

5、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 modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制 spwm，就是在pwm的基礎上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時間占空比按正弦規(guī)率排列 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識基本知識-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，簡單，性能一般 高性能內(nèi)置矢量控制方式，復雜，高性能 變

6、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： l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 l常用設計功率在大功率 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識基本知識-前言前言 載波 pwmpwm（pulse width pulse width modurationmoduration）調(diào)制）調(diào)制 lpwm調(diào)制是：利用半導體開關(guān)器件的導通和關(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

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變頻器由于開關(guān)頻率太低，電機噪聲較大，igbt有效的解決了這個問題 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識基本知識-原理原理 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-基本知識基本知識-關(guān)鍵元件關(guān)鍵元件

8、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 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識基本知識-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-基本知識基本知識-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

9、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） 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識基本知識-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 溫度傳感器檢測散熱器溫度，確保模塊工作在允許

10、溫度環(huán)境下 風扇 配合散熱器，將變頻器內(nèi)部的熱量帶走，有直流風 扇（24v)和交流風扇兩種 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識基本知識-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 制動電阻 直流電抗器 三相交流電機 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識基本知識-簡要工作原理簡要工作原理 s1 s4 s2 s3 ed u1 s1,s3導通 s2,s4導通 s1,s3導通 s2,s4導通 s1,s3導通 s2,s4導通 f1 f2 ed

11、 u1 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 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-基本知識基本知識-簡要工作原理簡要工作原理 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： 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 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本

12、知識基本知識-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)304v l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

13、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 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識基本知識-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 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識基本知識-功能介紹功能介紹 加減速時間（加減速時間（s/min)s/min) 頻率 時間 fmax最大輸出頻率 加速時間減速時間 變頻器構(gòu)成變頻器構(gòu)成-基本知識基本知識-功能介紹功能介紹 點動命令點動命令 f1 t1 t3 t2 時間 頻率 時間 點動間隔時間 注：一般在調(diào)試時使用，如：確定運轉(zhuǎn)方向、反向倒車等 點動點動 變頻器保護功能變頻器保護功能 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