變頻器原理及應用

1、變頻器原理及應用王宇鵬2012/7/19目錄一、變頻器的原理二、變頻器的選型及應用三、施耐德變頻器介紹開關或接觸器開關或接觸器 變頻器變頻器異步電動機異步電動機 轉速可調轉速可調050Hz可調可調一、變頻器的原理o變頻器是利用電力半導體器件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，能實現對交流異步電機的軟起動、變頻調速、提高運轉精度、改變功率因數、過流/過壓/過載保護等功能。 常用電力電子器件簡介 o1)晶閘管(SCR) 沒有自關斷能力，逆變時需要另設換流電路，造成電路結構復雜，增加變頻器成本。但由于元件容量大，在1000KVA以上的大容量變頻器中得到廣泛的應用。 o2)

2、門極可關斷晶閘管(GTO） 可通過門極信號控制導通和關斷。它是利用門極反向電流而獲得自關斷能力，屬于全控器件，無需換流電路。已經逐步取代SCR。 o3)電力晶體管(GTR) 是一種高反壓晶體管，具有自關斷能力，并有開關時間短、飽和壓降低和安全工作區(qū)寬等優(yōu)點。它被廣泛用于交直流電機調速、中頻電源等電力變流裝置中。主要用作開關，工作于高電壓大電流的場合，一般為模塊化。 o4)功率場效應管(MOSFET) 根據門極電壓的電場效應進行導通與關斷的單極晶體管。具有自關斷能力強、驅動功率小、工作速度高、無二次擊穿現象、安全工作區(qū)寬等。用于小容量變頻器中。 o5)絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 集GTR和P-

3、MOSFET的優(yōu)點于一身，具有輸入阻抗高、開關速度快、驅動電路簡單、通態(tài)電壓低、能承受高電壓大電流等優(yōu)點。目前中小容量變頻器新產品中都采用它。適于高壓的為HV-IGBT。 o6)智能功率模塊（IPM） 是一種將功率開關器件及其驅動電路、保護電路等集成在同一封裝內的集成模塊。目前采用較多的是IGBT作為大功率開關器件的模塊，器件模塊內集成了電流傳感器，可以檢測過電流及短路電流。具有過電流保護、過載保護以及驅動電流電壓不足時的保護功能。 o7)集成門極換流晶閘管(IGCT) 是一種中壓、大功率半導體開關器件。它是將門極驅動電路與門極換流晶閘管GCT集成于一體，集GTO和IGBT的優(yōu)點于一身。 變頻

4、器的結構整流部分儲能環(huán)節(jié)逆變部分M控制系統(tǒng)交流直流直流交流o主要由主電路(包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器)和控制電路組成。o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o中間直流環(huán)節(jié)：中間直流儲能環(huán)節(jié)，在它和電動機之間進行無功功率的交換。o逆變器：將直流電轉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的結構電力變換的種類 輸輸入入交流交流直流直流輸輸出出直直流流整流整流直流直流斬斬波波交交流流交流電交流電力力控控制制變變頻、頻、變變相相o控制電路：常由運算電路、檢測電路、控制信號輸入/輸出電路和驅動電路組成。主要任務是

5、完成對逆變器的開關控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能等，其控制方法可以采用模擬控制或數字控制。目前許多變頻器已經采用微機來進行全數字控制，采用盡可能簡單的硬件電路，靠軟件來完成各種功能。 變頻器的結構o通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的目的，根據電機的實際需要來提供其所需要目的，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調速的目的。的電源電壓，進而達到節(jié)能、調速的目的。o電機轉速n公式S：轉差率f1：交流電頻率p：電機對數其中：通過改變交流電機的工作通過改變交流電機的工作頻率來改變電機轉速的一頻率來改變電機轉速的一種裝置種裝置

6、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：電機轉速 f：給電機供電的交流電頻率 p：電機極對數 s：轉差率 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：電機轉速 f：給電機供電的交流電頻率 p：電機極對數 n0負載1負載2T：電機力矩同步機機械特性變頻器的分類o1.按調制方式分 o(1)PAM(脈幅調制) 在整流電路部分對輸出電壓幅值進行控制，而在逆變電路部分對輸出頻率進行控制的控制方式。 o(2)PWM(脈寬調制) 保持整流得到的直流電壓大小不變的條件下，在改變輸出頻率的同時

7、，通過改變輸出脈沖的寬度，來達到改變等效輸出電壓的一種方式。 (2)按工作原理分oV/F控制 對變頻器的頻率和電壓同時進行調節(jié) o轉差頻率控制 為V/F控制的改進方式 o矢量控制 將交流電機的定子電流分解成磁場分量電流和轉矩分量電流并分別加以控制的方式 o直接轉矩控制 把轉矩作為控制量，直接控制轉矩，是繼矢量控制變頻調速技術之后的一種新型的交流變頻調速技術。 (3)按用途分 o通用變頻器 能與普通的籠式電動機配套使用，能適應各種不同性質的負載并具有多種可供選擇功能 o高性能專用變頻器 對控制要求較高的系統(tǒng)(電梯、風機水泵等)，大多采用矢量控制方式 o高頻變頻器 高速電動機配套使用 (4)按變換

8、環(huán)節(jié)分 o交-交變頻器 把頻率固定的交流電直接變換成頻率和電壓連續(xù)可調的交流電。無中間環(huán)節(jié)，效率高，但連續(xù)可調的頻率范圍窄。o交-直-交變頻器 先把交流電變成直流電，再把交流電通過電力電子器件逆變成直流電。優(yōu)勢明顯，目前廣泛采用的方式 (5)按直流環(huán)節(jié)的儲能方式分 o電流型 中間環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能環(huán)節(jié)，無功功率將由該電感來緩沖。再生電能直接回饋到電網。 o電壓型 中間環(huán)節(jié)采用大電容作為儲能環(huán)節(jié)，負載的無功功率將由它來緩沖。無功能量很難回饋到交流電網。 變頻器選型選型原則o考慮變頻器運行的經濟性和安全性，變頻器選型保留適當的余量是必要的。o要準確選型，必須要把握以下幾個原則：o充分了解控制對

9、象性能要求。一般來講如對啟動轉矩、調速精度、調速范圍要求較高的場合則需考慮選用矢量變頻器，否則選用通用變頻器即可o了解負載特性，如是通用場合，則需確定變頻器是G型還是P型o了解所用電機主要銘牌參數：額定電壓、額定電流。o確定負載可能出現的最大電流，以此電流作為待選變頻器的額定電流。如果該電流小于適配電機額定電流，則按適配電機選擇對應變頻器，考慮成本因素o以下情況要考慮容量放大一檔：1、長期高溫大負荷 2、異常或故障停機會出現災難性后果的現場3、目標負載波動大 4、現場電網長期偏低而負載接近額定5、繞線電機、同步電機或多極電機（6極以上）o充分了解各變頻器支持的選配件是正確選配的基礎。對于變頻器

10、的選配件選配，必須要把握以下幾個原則：o以下情況要選用交流輸入電抗器、直流電抗器n民用場合，如：賓館中央空調、電機功率大于55KW以上n電網品質惡劣或容量偏小的場合n如不選用可能會造成干擾、三相電流偏差大，變頻器頻繁炸機o以下情況要選用交流輸出電抗器n變頻器到電機線路超過100米（一般原則）o以下情況一般要選用制動單元和制動電阻n提升負載n頻繁快速加減速n大慣量（自由停車需要1min以上，恒速運行電流小于加速電流的設備）使用通用變頻器的行業(yè)和設備使用通用變頻器的行業(yè)和設備使用矢量變頻器的行業(yè)和設備使用矢量變頻器的行業(yè)和設備紡織絕大多數設備紡織有張力控制場合需使用冶金輔助風機水泵、輥道、高爐卷揚

11、冶金各種主軋線、飛剪石化用風機、泵、空壓機-電梯門機、起重行走電梯、起重提升供水-油田用風機、水泵、抽油機、空壓機-電廠風機水泵、傳送帶-市政鍋爐、污水處理-部分拉絲機牽引拉絲機的收放卷凹版印刷水泥、陶瓷、玻璃生產線全線-傳送帶礦山風機泵礦山提升機卷煙制絲卷煙成型包裝低速造紙及配套風機水泵、制漿高速造紙、切紙機、復卷機交流交流電機電機調速調速電機的調速方法電機的調速方法交流電機基本知識復習交流電機基本知識復習交流電機基本知識復習交流電機基本知識復習基本參數基本參數交流電機基本知識復習交流電機基本知識復習工作過程工作過程變頻器的應用變頻器的應用變頻器的應用變頻器的應用變頻器的應用變頻器的應用變頻

12、器的應用變頻器的應用變頻器的應用變頻器的應用三、施耐德變頻器介紹施耐德電氣變頻器概覽 TextTerminalATV61/71 標準轉矩標準轉矩/高過轉矩應用變頻器高過轉矩應用變頻器ATV61:0.37kW800kW,ATV71:0.37kW630kW ATV12(0.184kW) 變頻器變頻器小功率簡單應用大功率復雜應用ATV61Plus/71Plus 柜式變頻器柜式變頻器ATV61Plus:90kW2400kW,ATV71Plus:90kW2000kWATV21 風機水泵專用風機水泵專用(0.75kW75kW)20008005002.2 ATV303(0.37kW11kW)單位：kW240

13、012006307.51575 ATV312 (0.18kW15kW)8400ATV1100 中壓變頻器中壓變頻器3.3kV/6.6kV/10kV,39010500kVAATV32高端書本型變頻器高端書本型變頻器(0.18kW15kW)ATV303-目標行業(yè)紡織行業(yè)：紡織行業(yè)：織機（大圓機、噴水織機），印染設備（退煮漂），棉紡設備（絡筒機等）陶瓷機械：陶瓷機械：布料機，窯爐，印花機等機機 床：床：數控車床，磨床等木工機械：木工機械：砂光機，涂布機等物料處理：物料處理：稱重設備，傳輸帶等通用應用：通用應用：傳輸設備，配套用風機水泵，低精度速度控制等o節(jié)省空間節(jié)省空間n更小的尺寸，0.37kW/0

14、.75kW 單獨尺寸設計n支持并排安裝并排安裝，55度不降容o節(jié)省時間節(jié)省時間n節(jié)省安裝時間節(jié)省安裝時間o動力端子清晰標注o動力和控制端子的接線說明，方便檢查，避免差錯 n節(jié)省調試時間節(jié)省調試時間o即插即用即插即用軟件設計，短菜單設計o簡易下載器一鍵搞定一鍵搞定配置，多功能下載器支持斷電配置參數o節(jié)省服務成本節(jié)省服務成本n產品更穩(wěn)定n元器件10年年長壽命設計, 多項創(chuàng)新設計創(chuàng)新設計專為中國惡劣應用環(huán)境冷卻風冷卻風節(jié)省.不僅僅是省鈔票不僅僅是省鈔票o挑戰(zhàn)負載的適應能力挑戰(zhàn)負載的適應能力n電機控制根據中國電機參數中國電機參數而設計n更強的起動起動和制動制動能力，更穩(wěn)定的輸出o挑戰(zhàn)惡劣環(huán)境極限挑戰(zhàn)惡

15、劣環(huán)境極限n電路板加強涂層加強涂層處理,告別粉塵、油污等污染煩惱n55度度工作溫度額定運行,無需降容無需降容o挑戰(zhàn)惡劣電網適應能力挑戰(zhàn)惡劣電網適應能力n超強的抗電網波的波動能力，50%電壓跌落運行n抗雷擊設計強大.讓我們更放心讓我們更放心友好.即插即用的典范即插即用的典范o更方便的操作更方便的操作n中文按鍵中文按鍵操作n 數字參數數字參數顯示，更方便直觀o更方便維護更方便維護n冷卻風扇方便更換n散熱器故障報警指示，及時維護清理o更易融入自動化系統(tǒng)更易融入自動化系統(tǒng) n內置內置Modbus通訊協議nM218將更方便與ATV303通訊M218STO/STUATV303Modbus 通訊控制通訊控制

16、產品介紹主要特點主要特點客戶需求客戶需求產品特點產品特點減小安裝尺寸減小安裝尺寸- 緊湊設計緊湊設計 - 并排安裝并排安裝惡劣工作環(huán)境下可靠性惡劣工作環(huán)境下可靠性- PCB全部加強涂層處理全部加強涂層處理- 冷卻風不經過冷卻風不經過PCB- 風扇或散熱器異常報警（下一步）風扇或散熱器異常報警（下一步）夏季高溫下穩(wěn)定運行夏季高溫下穩(wěn)定運行 - 55 度不降容，超過施耐德已有產品度不降容，超過施耐德已有產品- 開關頻率管理開關頻率管理電網質量差下工作穩(wěn)定電網質量差下工作穩(wěn)定- 抗電網電壓波動抗電網電壓波動- 避免雷擊避免雷擊方便調試方便調試- 多功能下載器斷電下載多功能下載器斷電下載- 簡易下載器

17、方便靈活簡易下載器方便靈活- 外拉面板外拉面板- 參數數字代碼顯示參數數字代碼顯示- 短菜單標簽，參數列表隨機帶短菜單標簽，參數列表隨機帶 方便安裝避免誤操作方便安裝避免誤操作- 端子標簽明顯端子標簽明顯 - 接線標簽接線標簽 輸出電機性能穩(wěn)定輸出電機性能穩(wěn)定 - 更優(yōu)異的電機控制，超過更優(yōu)異的電機控制，超過ATV302- 高的起動轉矩和制動轉矩高的起動轉矩和制動轉矩節(jié)省節(jié)省全方面的成本節(jié)省強大強大讓我們更放心 友好友好 即插即用的典范ATV303 對 ATV302的升級ATV302ATV303控制模式oV/F控制o矢量控制o風機/泵模式(Kn2)o標準控制（優(yōu)化的V/F控制）o矢量控制o風機

18、/泵模式(Kn2)調試o電機銘牌o無需電機銘牌、即插即用o短菜單參數顯示字母縮寫數字試功率范圍0.37kW 7.5kW0.37kW 11kW工作溫度-1050(降容可至60 ）-1055(降容可至60 ）EMC無無遠程面板無有，與ATV12通用斷電調試無多功能下載器實現通訊無內置Modbus模擬輸入21模擬輸出11邏輯輸入641邏輯輸出2R1R+1LO輸出頻率400Hz400HzATV312, 關注 客戶界面清晰的顯示清晰的顯示按鈕按鈕Button in notched wheel format: - 方便配置方便配置 - 快速瀏覽快速瀏覽- 電位器功能電位器功能非常清晰的客戶非常清晰的客戶

19、標記標記 (客客戶區(qū)域戶區(qū)域)控制控制, 顯示和標記在前面板顯示和標記在前面板上上 起動起動/停止停止 按鈕按鈕更 友好友好ATV312, 具備卓越的交互界面具備卓越的交互界面 簡單集成面板簡單集成面板n起動，停止按鈕 導航鍵:o快速瀏覽o速度給定導航面板導航面板nIP54 or IP67遠程面板n圖形化顯示，客戶定制菜單，多國語言顯示； SoMove 軟件軟件,nUSB RJ45 電纜直接連接；n通用的平臺； Power Mobile n藍牙無線通訊；n開放的手機通訊；. 迅速占領市場迅速占領市場的最佳武器的最佳武器 ! ATV 32 . 我們我們書本型設計書本型設計 !內置的高性能內置的高

20、性能極具競爭力極具競爭力的價格的價格高端機器高端機器簡單機簡單機器器復雜機器復雜機器價格價格ATV 12 ATV 312性能性能ATV 71ATV32o制造行業(yè)的提升設備 :n倉儲和檢索系統(tǒng), 物料處理設備, 碼垛機, o木材 & 金屬加工 n2D 機器, 切割, 鉆孔, 焊接o食品 & 飲料n包裝流水線, 制袋, 切片, o紡機n高速劍桿織布機 , 繡花機, 裁剪, o簡單包裝n密封, 運輸, o需要簡單控制系統(tǒng)的機械: n翻轉廣告牌, 自動門, 等.制袋制袋輸送輸送包裝包裝生產生產ATV 32: 目標 行業(yè) 開環(huán)恒轉矩控制，內置的150 多種功能輕松滿足您的應用需求成本節(jié)約

21、成本節(jié)約 節(jié)省空間和時間 安全安全 內置安全功能 方案導向方案導向 ATV Logic, 易于自動化系統(tǒng)集成智能易用智能易用 一流的性能, 人機界面 & 工具ATV 32 新的新的價值價值o節(jié)省空間節(jié)省空間n書本型 僅 45 或 60 mm 寬n安裝6臺普通變頻的空間可容納10臺以上ATV32nGV2 斷路器頂部直接安裝o節(jié)省時間節(jié)省時間n維修和接線方便o可拆卸端子 (功率和控制部分)o通訊的菊花鏈連接n包裝內掉電參數配置o節(jié)省外部設備節(jié)省外部設備n系列之間的連貫&補充n通用工具TV32 如何幫助您從各個方面節(jié)約成本如何幫助您從各個方面節(jié)約成本 !ATV21oATV21 是一種

22、全系列的變頻器，功率范圍從 0.75 至 75kWo針對暖通空調行業(yè)及標準OEM制造商o廣泛應用于HVAC行業(yè)和其它風機泵的驅動 o其主要目標是下列應用 :n空氣調節(jié)n通風n空氣處理n循環(huán)水泵n風機和泵noATV21 是一個簡單的產品，集成了專用于HVAC 應用的功能o隨產品有一個前操作盤和一個4位7段碼顯示器o在通信方面，提供用于建筑市場的大量可選協議， 并標準內置Modbus協議。o設計使用于全球市場o符合主要的標準和國際指導規(guī)范，包括EMC和環(huán)境保護。ATV21在HVAC行業(yè)的應用AHU（空氣處理單元（空氣處理單元)功率范圍1.5to75kWATV21 VAV（變風量空氣調節(jié)系統(tǒng)的末端）

23、（變風量空氣調節(jié)系統(tǒng)的末端）功率范圍0.2to3.7kWChiller, （冷凍水泵）（冷凍水泵）功率范圍0.37to160kWATV61Condenser, （冷卻水泵）（冷卻水泵）功率范圍0.37to160kW ATV61熱泵熱泵功率等級1.5to30kW樓宇樓宇ATV21屋頂式空調機組屋頂式空調機組功率范圍3.7to110kWATV21ATV61ATV21o專門用于泵和通風應用的功能 nPID調節(jié)器- 預置PID給定- PID反饋- PID反饋監(jiān)控- 休眠/喚醒- 報警- 自動/手動n專用于風機、泵類負載的電機控制模式- 能量節(jié)省鼻- 平方關系（Kn）n跟蹤旋轉負載n跳躍頻率n故障禁止A

24、TV61oATV61 是一種 完整的變頻器系列；o設計用于工業(yè)和建筑場合；o驅動恒轉矩輕載或變轉矩負載；o目標應用對象:n泵 壓力或流量調節(jié) n供水 多泵控制n通風鼓風，引風，空氣處理，排煙 n空調冷凍泵，冷卻泵, 冷卻塔風機o集成了 大量的專用功能， 以及不同的電機控制類型；o隨變頻器供貨有一個標準的圖形終端；o是一個通訊產品，提供多種協議的選項，并標準集成 Modbus and CAN open；o為了響應復雜應用的要求，可使用選項卡擴展輸入輸出；o本產品開發(fā)用于全球市場，符合主要的標準和國際規(guī)范；o以及EMC, 安全，環(huán)境保護等方面的要求.ATV61 覆蓋電機功率范圍 三相三相 380 - 480 380 - 480V V, 0.75 , 0.75 kW kW 到到 630 630 kWkW三相三相500 - 690V500 - 690V， 3.0kW3.0kW到到 800kW800kW 三相三相 200 - 240 200 - 240V V, , 0.75 kW 0.75 kW 到到 90 90 kWkW (單相電源直到 5