變頻器(培訓技巧講稿)

1、變頻器簡介一、變頻器的概念 變頻器（英文簡稱VVVF ）是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設備。其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。二、變頻器的基本構成 變頻器的基本構成如上圖所示，由主回路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制回路組成。三、變頻器的調速原理 電動機的轉速：n=60f(1-s)/p 其中n為轉速，f為頻率，s為滑差率，p為電機的極對數(shù)。 交流電機轉速的方法有三種即： 變頻調速 變極調速 變轉差率調速 其中變轉差率調速主要包括調壓

2、調速、串極調速和滑差電機調速，這些調速方式調速范圍窄、效率低，對電網(wǎng)污染較大，不能滿足交流調速應用的廣泛需求。而電機的極數(shù)一般是不變的，因此變頻調速是一個最好的選擇。三、變頻器的種類v按直流電源的性質分類電流型變頻器電壓型變頻器v按輸出電壓調節(jié)方式分PAM方式PWM方式調載波頻率的PWM方式V/f控制轉差頻率控制矢量控制v按主開關器件分類：如以IGBT、BJT、GTO和SCR分類v按控制方式分類四、變頻器的優(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、無級調速，調速精度大大提高。 4、電機正反向無需

3、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。五、變頻器的應用 變頻器除了可以用來改變交流電源的頻率之外，還可以用來改變交流電動機的轉速和扭矩。 變頻器廣泛應用于機械、石化、水泥、紡織、印染、造紙、塑膠、供水等行業(yè)的各級變速驅動裝置。 1、OMRON變頻器應用（以3G3MZ為例）1）滌綸短絲纖維紡織機應用 通過DeviceNet現(xiàn)場總線通信，3G3MZ可以實現(xiàn)多臺變頻器與上位機的通信，紡織機的各個工序能輕松實現(xiàn)工藝要求。2）遠距離操作應用 3G3MZ的操作器可以輕松拆卸，再加上一根電纜即自由移出或安裝在控制盤上。3）送風機信號疊加應用 3G3MZ可以輕松實現(xiàn)2路信號的疊加

4、，從而實現(xiàn)遠程/本地設備操作的無縫切換。4）恒壓供水系統(tǒng)應用 通過內置的PID，無需再另外加控制器。六、變頻器的型號和接線說明以OMRON的3G3MZ變頻器為例型號說明3G3MZ-A 系列名 無3G3MZ ZV2(制動單元全型內置） 002:0.2KW 015:1.5KW 055:5.5KW 004:0.4KW 022:2.2KW 075:7.5KW 007:0.75KW 037:3.7KW 110:11KW B:單相AC200V（200V級） 2:三相AC200V（200V級） 4:三相AC400V（400V級） 保護構造：柜內安裝型（IP20）/掛壁安裝型 接線說明七、變頻器的主要品牌 1

5、、國產(chǎn)變頻器： ACI變頻器、Qma變頻器、TE變頻器、阿爾法變頻器、安邦信變頻器、安圣變頻器、百德福變頻器、貝西變頻器、 2、臺灣變頻器： 愛德利變頻器、東達變頻器、東力變頻器、臺達變頻器、東菱變頻器、富華變頻器、凱奇變頻器、利佳變頻器、 3、日本變頻器： 歐姆龍變頻器、富士變頻器、安川變頻器、東芝變頻器、松下變頻器、三菱變頻器、日立變頻器、三墾變頻器、 4、韓國變頻器： LG變頻器、大宇變頻器、三星變頻器、現(xiàn)代變頻器 5、美國變頻器： AB變頻器、EMERSON、艾默生變頻器、安薩爾多變頻器、羅賓康變頻器 6、西歐變頻器： ABB變頻器、西門子變頻器、施耐德變頻器、丹佛斯變頻器、科比變頻器

6、、G.E.變頻器、BARMAG、CT變頻器、 歐姆龍變頻器系列：D&A、SYS、IND D&A系列： 3G3MZ：開環(huán)矢量0.211kW。 3G3JV： 簡易小型變頻器，0.13.7kW 3G3MV：0.17.5kW（開環(huán)矢量控制） 3G3RV： 0.4160kW高性能通用變頻，可以實現(xiàn)閉環(huán)矢量。 3G3EV： 簡單緊湊型，輸入電源為3相AC200V、單/三相 AC200V、單相AC110V等。 西門子變頻器系列：MM4、G110、LD、BA MM4系列： MM410：0.12至0.75 kW “廉價型” MM420：0.12 至11 kW “通用型” MM430：7.5至250 kW “風機

7、和水泵專用型” Altivar 440：0.12至250 kW 適用于一切傳動裝置的 (0.16至300 HP) “矢量型” 富士變頻器系列：E1S、G11、MULTI、OPTION、VP、P11、MINI、P11S、G11S、VG7 FUJI變頻器的返修率低，質量可靠。有恒力矩用變頻以及風機水泵用變頻器。 FRENIC-VP:風機水泵專用變頻器，型號為FRN*F1S-2/4C,范圍為0.75220kW 施耐德變頻器系列：VSD_S、VSD_E、TEVSDS6106、TEVSDS7106、TEVSDS3106 ATV31：適用于 0.18 至 15 kW 的三相異步電動機，變頻器體積減小，并且

8、集成了 EMC 濾波器。集成 Modbus 和CANopen通訊方便連接至自動化系統(tǒng)。典型運用旋切機。 ATV21/61：風機水泵類，如暖通、恒壓供水等 Altivar 61：0.37 至630 kW Altivar 21：0.75 至30 kW ATV71：0.75至500 kW 高性能，幾乎可以用于所以場合，可以實現(xiàn)無速度反饋的矢量控制和有速度反饋的矢量控制。 臺達變頻器系列：INV、HMI 三菱變頻器系列：INV、PLC ABB變頻器系列：ABBV、PLC 1、控制方式的選擇 通用性變頻器基本的幾種控制方式：V/F：可以設置為一次方和二次方兩種控制方式（一般在使用在不會在低速運行、風機水

9、泵類等負載）八、變頻器的選型 FCC: Flux current control （磁通電流控制）控制系統(tǒng)內部有一精確的電流監(jiān)控系統(tǒng)，可以精確測量參考電機電壓的輸出電流。因此，可以把總的輸出電流分解為磁通分量和轉矩分量。磁通分量可控，因此電機的磁通可以優(yōu)化，適合各種應用場合。其控制性能很高，一般使用在電梯等場合。 SLVC: sensor less vector control ( 無速度傳感器的矢量控制)矢量控制需觀測轉子位置及磁通,才可以把電流分解為兩部分,再分別控制。無速度傳感器的矢量控制可以自己計算出磁通位置，使用范圍廣。 矢量控制：能夠獨立控制異步電動機的磁場分量和轉矩分量，以便得到

10、精確的轉矩和電源輸出控制。調節(jié)器，邏輯控制回路和整流橋觸發(fā)電路電樞回路磁場回路電樞磁場轉矩電流磁場電流直流驅動3相交流輸入調節(jié)器，邏輯控制回路和整流橋觸發(fā)電路逆變器定子繞組磁場和轉矩電流交流驅動3相交流輸入 2、變頻器的功率 電機的功率是最主要的選型依據(jù)，同時要注意使用所在地的海拔高度，以及使用環(huán)境溫度。 海拔越高，則功率要適當放大，大部分的變頻器不允許在3000m海拔的地方使用，在1000米的則每升高100米則功率放大2%左右。 現(xiàn)場的環(huán)境溫度越高也需要適當放大功率使用，變頻器一般不允許在60度的環(huán)境使用，50度，每升高1度則需要放大2%左右的功率。 3、外圍設備的選型1）電抗器：電抗器分為

11、進線（輸入）電抗器和輸出電抗器兩種，主要作用有： A、提高功率因素 B、限制尖峰電流產(chǎn)生高次諧波的不良影響 C、降低噪音（輸出電抗器）在以下情況需加電抗器： A、主電源受到嚴重干擾或過電壓 B、主電源的相間電壓不平衡度大于額定電壓的1.8 C、變頻器的進線阻抗非常低 D、同一條線路上連接多臺變頻器 2）濾波器：濾波器一般稱為信號濾波器，同樣分為輸入濾波器和輸出濾波器兩種，安裝位置不同以外，功能均為抑制變頻器本身產(chǎn)生的噪聲信號，降低對周圍電器設備的干擾影響 ，一般控制設備如PLC或者儀表安裝在附件的時候建議配置。3）制動電阻制動單元：用于釋放緊急停車時變頻器出線端產(chǎn)生的再生電，一般在行車中的卷揚

12、中、大慣性需要在短時間內停止等場合要使用。4）速度閉環(huán)卡：當需要進行編碼器速度閉環(huán)的時候，需要選購速度閉環(huán)卡。一般在需要有精確速度控制的場合使用，還有矢量變頻器需要在0轉速輸出滿力距的時候也需要使用。5）其他附件，如通訊卡，I/O卡，編碼器反饋卡等等 選型舉例1（富士） 要求選擇一風機水泵類的變頻器，功率為220kW 選型舉例2（歐姆龍） 要求旋切機上使用，功率5.5kW4、變 頻 器 選 型 注 意 事 項 ： 1) 根 據(jù) 負 載 特 性 選 擇 變 頻 器 。 2) 選 擇 變 頻 器 時 應 以 實 際 電 機 電 流 值 作 為 變 頻 器 選 擇 的 依 據(jù) ， 電 機 的 額 定

13、 功 率 只 能 作 為 參 考 。另 外,應 充 分 考 慮 變 頻 器 的 輸 出 含 有 豐 富 的 高 次 諧 波 ，會 使 電 動 機 的 功 率 因 數(shù) 和 效 率 變 壞 。 3) 變 頻 器 若 要 長 電 纜 運 行 時 ，此 時 應 該 采 取 措 施 抑 制 長 電 纜 對 地 耦 合 電 容 的 影 響 ，避 免 變 頻 器 出 力 不 夠 。 4) 對 于 一 些 特 殊 的 應 用 場 合 ， 如 高 環(huán) 境 溫 度 、 高 開 關 頻 率、高 海 拔 高 度 等 ，此 時 會 引 起 變 頻 器 的 降 容 ，變 頻 器 需 放 大 一 檔 選 擇 。 5) 當

14、變 頻 器 用 于 控 制 并 聯(lián) 的 幾 臺 電 機 時 ，一 定 要 考 慮 變 頻 器 到 電 動 機 的 電 纜 的 長 度 總 和 在 變 頻 器 的 容 許 范 圍 內。 6) 使 用 變 頻 器 控 制 高 速 電 機 時 ，由 于 高 速 電 動 機 的 電 抗 小 ，會 產(chǎn) 生 較 多 的 高 次 諧 波 。而 這 些 高 次 諧 波 會 使 變 頻 器 的 輸 出 電 流 值 增 加。因 此 ， 選 擇 用 于 高 速 電 動 機 的 變 頻 器 時 ，應 比 普 通 電 動 機 的 變 頻 器 稍 大 一 些 。 7) 變 頻 器 用 于 變 極 電 動 機 時 ，應 充

15、 分 注 意 選 擇 變 頻 器 的 容 量 ，使 其 最 大 額 定 電 流 在 變 頻 器 的 額 定 輸 出 電 流 以 下。 8) 驅 動 防 爆 電 動 機 時 ，變 頻 器 沒 有 防 爆 構 造 ，應 將 變 頻 器 設 置 在 危 險 場 所 之 外。 9) 使 用 變 頻 器 驅 動 齒 輪 減 速 電 動 機 時 ， 使 用 范 圍 受 到 齒 輪 轉 動 部 分 潤 滑 方 式 的 制 約 。 10) 變 頻 器 驅 動 繞 線 轉 子 異 步 電 動 機 時 ，大 多 是 利 用 已 有 的 電 動 機 。繞 線 電 動 機 與 普 通 的 鼠 籠 電 動 機 相 比

16、，繞 線 電 動 機 繞 組 的 阻 抗 小 。 11) 對 于 壓 縮 機、振 動 機 等 轉 矩 波 動 大 的 負 載 和 油 壓 泵 等 有 峰 值 負 載 情 況 下，如 果 按 照 電 動 機 的 額 定 電 流 或 功 率 值 選 擇 變 頻 器 的 話 ，有 可 能 發(fā) 生 因 峰 值 電 流 使 過 電 流 保 護 動 作 現(xiàn) 象 。 12) 變 頻 器 驅 動 潛 水 泵 電 動 機 時 ，因 為 潛 水 泵 電 動 機 的 額 定 電 流 比 通 常 電 動 機 的 額 定 電 流 大 , 所 以 選 擇 變 頻 器 時 ，其 額 定 電 流 要 大 于 潛 水 泵 電

17、動 機 的 額 定 電 流 。 13) 選 擇 變 頻 器 時，一 定 要 注 意 其 防 護 等 級 是 否 與 現(xiàn) 場 的 情 況 相 匹 配 。 16) 單 相 電 動 機 不 適 用 變 頻 器 驅 動。 17) 電 機 負 載 非 常 輕 時 ，即 使 電 機 負 載 電 流 在 變 頻 器 額 定 電 流 之 內 ，亦 不 能 使 用 比 電 機 容 量 小 很 多 的 變 頻 器。 18) 如 果 變 頻 器 的 供 電 電 源 是 自 備 電 源 ，最 好 加 上 進 線 電 抗 器 。 九、PID控制1 、自動調節(jié)的控制過程自動調節(jié)的控制過程 本文的所謂自動調節(jié)控制，是指在生

18、產(chǎn)過程中，對于某一個或若干個物理量進行自動調節(jié)的控制。在多數(shù)情況下，常常是恒值控制，如恒壓控制、恒溫控制等。2 、PID控制系統(tǒng)的含義與構成控制系統(tǒng)的含義與構成 (1) PID調節(jié)的含義 PID調節(jié)的全稱是比例、積分、微分調節(jié)，是閉環(huán)控制中一種重要的調節(jié)手段，目的是使被控物理量迅速而準確地無限接近于控制目標。從根本上說，是使空氣壓縮機產(chǎn)生壓縮空氣的能力(在本系統(tǒng)中，取決于電動機的轉速nM)和用戶用氣量之間保持平衡。 (2) PID調節(jié)的控制信號 在實行PID調節(jié)時，必須至少有兩種控制信號: 目標信號 通常也稱為目標值或目標給定信號, 是與被控物理量的控制目標(如圖中之pT)對應的信號, 用XT

19、表示。在圖中, XT的大小由電位器RP根據(jù)實際要求給定, 接至變頻器的給定輸入端VRF(當變頻器的PID功能有效時, VRF端的作用將自動地由原來的頻率給定轉變?yōu)槟繕酥到o定);反饋信號 也稱為當前值，是通過傳感器SP測得的與被控物理量的實際值對應的信號，用XF表示，接至變頻器的反饋輸入端VPF。 PID調節(jié)功能將隨時對XF與XT進行比較，以判斷是否已經(jīng)達到預定的控制目標。具體地說，它將根據(jù)兩者的差值(XT-XF)，利用比例()、積分()、微分()的 手段對被控物理量進行調整， 直至反饋信號與目標信號基 本相等(XTXF)，達到預定 的控制目標為止。 3 、P(比例比例)、I(積分積分)、D(微

20、分微分)的控制作用的控制作用 (1) 比例控制 為了減小靜差，應盡量增大比例增益，但由于系統(tǒng)有慣性，因此，KP太大了，當XF隨著用戶用氣量的變化而變化時，XGKP(XT-XF)有可能一下子增大(或減小)了許多，使變頻器的輸出頻率很容易超調(調過了頭)，于是又反過來調整，引起被控量(壓力)忽大忽小，形成振蕩。(2) 積分與微分控制 (a) 積分控制 為了消除系統(tǒng)的振蕩，引入了積分環(huán)節(jié)，其目的是: 使給定信號XG的變化與乘積KP(XT-XF)對時間的積分成比。意思是說，盡管KP(XT-XF)一下子增大(或減小)了許多，但XG只能在“積分時間”內逐漸地增大(或減小)，從而減緩了XG的變化速度，防止了

21、振蕩。積分時間越長，XG的變化越慢。只要偏差不消除(XT-XF0)，積分就不停止，從而能有效地消除靜差，如圖(a)所示。但積分時間(I)太長，又會發(fā)生當用氣量急劇變化時，被控量(壓力)難以迅速恢復的情況。(b) 微分控制 微分控制是根據(jù)偏差變化率的大小，提前給出一個相應的調節(jié)動作，從而縮短了調節(jié)時間，克服了因積分時間太長而使恢復滯后的缺點，如圖(b)所示。 4、 P、I、D功能應用舉例功能應用舉例風機調速的恒溫控制風機調速的恒溫控制 空調機產(chǎn)生的冷空氣，由鼓風機 經(jīng)通風管道吹入會議室，使會議 室降溫，并要求保持恒溫狀態(tài)。 圖中，RT是測溫電阻，TC是溫 度控制器。 (1) 主要特點主要特點 會

22、議室的溫度越高, 要求進一步降溫, 變頻器的輸出頻率(風機的轉速)應上升，所以，是正反饋。 變頻器有PID調節(jié)功能，溫度控制器也有PID調節(jié)功能，兩者都可用，但控制方法稍有區(qū)別。 (2) 方案方案1采用變頻器的采用變頻器的PID功能功能 電路構成 溫度控制器僅僅將測溫電阻的信號轉換成電流信號，作為變頻器的反饋信號，接至C1端。溫度控制的目標信號由變頻器外接的電位器RP給定，從端子12輸入。溫度控制器的PID功能不用，或只用P功能，如圖所示。 工作特點 因為當變頻器的PID功能有效時，其“加速時間”和“減速時間”功能將失效，電動機的加、減速過程是由PID調節(jié)功能控制的，而鼓風機的慣性較大。所以，

23、在起動過程中容易因過電流而跳閘。但在恒溫過程中，由于溫度本身的變化比較緩慢，運行是正常的。因此，須注意預置加速過程的“防跳閘”功能。(3) 方案方案2由溫度控制器進行由溫度控制器進行PID調節(jié)調節(jié) 即變頻器的PID功能預置為無效，PID調節(jié)由溫度控制器來實現(xiàn)。 電路構成 因為溫度控制的目標值以及P、I、D的具體設置，都通過溫度控制器TC的面板進行給定。所以，溫度控制器TC輸出的電流信號將直接作為變頻器的頻率給定信號，如圖所示。工作特點工作特點 變頻器可根據(jù)鼓風機慣性大的特點來預置加、減速的時間和方式。但變頻器加、減速時間的加入，相當于延長了積分時間。因此，溫度控制器的積分時間可以設置得短一些。

24、 這種方法因為加、減速時間是固定的, 無法與溫度控制器的比例增益進行有機的配合，故靈敏度稍低。但由于溫度本身的變化比較緩慢， 在實際使用中, 并不存在問題。 溫度控制器中“P”的概念與變頻器不同； 變頻器中的“P”，就是比例增益，或稱放大倍數(shù)，用KP表示； 但溫度控制器中的“P”, 通常是指比例帶, 意思是按比例變化的區(qū)域，數(shù)值上與KP正好互為倒數(shù)。十、變頻器基礎問答1、什么是變頻器？ 變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。2、PWM和PAM的不同點是什么？ PWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列

25、的脈沖寬度，以調節(jié)輸出量和波形的一種調值方式。 PAM是英文Pulse Amplitude Modulation(脈沖幅度調制)縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調節(jié)輸出量值和波形的一種調制方式。3、電壓型與電流型有什么不同？ 變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容;電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。4、為什么變頻器的電壓與電流成比例的改變？ 異步電動機的轉矩是電機的磁通與轉子內流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴重時將燒毀電機。因此，頻

26、率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式多用于風機、泵類節(jié)能型變頻器。5、電動機使用工頻電源驅動時，電壓下降則電流增加;對于變頻器驅動，如果頻率下降時電壓也下降，那么電流是否增加？ 頻率下降(低速)時,如果輸出相同的功率,則電流增加,但在轉矩一定的條件下,電流幾乎不變。6、采用變頻器運轉時，電機的起動電流、起動轉矩怎樣？ 采用變頻器運轉，隨著電機的加速相應提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下(根據(jù)機種不同，為125%200%)。用工頻電源直接起動時，起動電流為67倍，因此，將產(chǎn)生機械電氣上的沖擊

27、。采用變頻器傳動可以平滑地起動(起動時間變長)。起動電流為額定電流的1.21.5倍，起動轉矩為70%120%額定轉矩；對于帶有轉矩自動增強功能的變頻器，起動轉矩為100%以上，可以帶全負載起動。7、V/f模式是什么意思？ 頻率下降時電壓V也成比例下降。V與f的比例關系是考慮了電機特性而預先決定的，通常在控制器的存儲裝置(ROM)中存有幾種特性，可以用開關或標度盤進行選擇。8、按比例地改V和f時，電機的轉矩如何變化？ 頻率下降時完全成比例地降低電壓，那么由于交流阻抗變小而直流電阻不變，將造成在低速下產(chǎn)生地轉矩有減小的傾向。因此，在低頻時給定V/f,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動轉矩,這

28、種補償稱增強起動。可以采用各種方法實現(xiàn),有自動進行的方法、選擇V/f模式或調整電位器等方法。9、在說明書上寫著變速范圍606Hz，即10:1，那么在6Hz以下就沒有輸出功率嗎？ 在6Hz以下仍可輸出功率，但根據(jù)電機溫升和起動轉矩的大小等條件，最低使用頻率取6Hz左右，此時電動機可輸出額定轉矩而不會引起嚴重的發(fā)熱問題。變頻器實際輸出頻率(起動頻率)根據(jù)機種為0.53Hz。10、對于一般電機的組合是在60Hz以上也要求轉矩一定，是否可以？ 通常情況下時不可以的。在60Hz以上(也有50Hz以上的模式)電壓不變，大體為恒功率特性，在高速下要求相同轉矩時，必須注意電機與變頻器容量的選擇。11、所謂開環(huán)是什么意思？ 給所使用的電機裝置設速度檢出器(PG)，將實際轉速反饋給控制裝置進行控制的，稱為“閉環(huán)”，不用PG運轉的就叫作“開環(huán)”。通用變頻器多為開環(huán)方式，也有的機種利用選件可進行PG反饋。12、實際轉速對于給定速度有偏差時如何辦？ 開環(huán)時，