變頻器基礎培訓資料

1、共四十二頁我們公司(n s)在哪些地方都使用了變頻器呢？ 像各車間的打料泵、轉鼓蒸發(fā)器、空調(diào)風機、反應罐和潔凈罐的攪拌以及各型號的離心機等等(dn dn)都在使用變頻器我們公司變頻器的品牌也很多，都有那些品牌呢？ 像有西門子的，ABB的，日本富士的，美國艾默生，法國斯奈德，安川，丹麥丹弗斯，臺達等等本次培訓主要以西門子為例，為什么呢，因為西門子變頻器比其他幾類在調(diào)試過程中要復雜一些，而且在歐美的變頻器里西門子的是一個典型。但是所有變頻器的工作原理都是一樣的，也就是說你只要明白一種那其他的也就全懂了共四十二頁對于我們設備管理人員來說有必要對變頻器有一定的技術了解，像變頻器應該安裝(nzhung)

2、在什么樣的場所，像變頻器的選型、變頻器的布線，還有怎樣接地和抗干擾。稍后我們都會對這些進行講解。對于我們運行維護人員來說變頻器同PLC一樣都是重點及關鍵性自控設備。那么問題來了！變頻器是什么(shn me)呢，又有什么(shn me)作用呢？變頻器的主要作用就是調(diào)節(jié)電動機的轉速那它又是怎樣調(diào)轉速的呢？共四十二頁目錄(ml)1.2.3.4. 變頻器結構(jigu)和原理 變頻器安裝和接線 變頻器操作和運行 變頻器故障和維護共四十二頁 在了解變頻器之前呢我們先來了解一下電動機的工作原理，為什么呢，因為變頻器的控制對象就是(jish)電動機，變頻器的工作原理就是(jish)依據(jù)電動機的工作特性進行研

3、發(fā)的。共四十二頁第一章：變頻器結構(jigu)和工作原理一、三相異步感應交流(jioli)電動機的工作原理1.旋轉磁場在一個可旋轉的馬蹄型磁鐵中間，放置一只可轉動的籠型短路線圈。當轉動馬蹄形磁鐵時，籠型轉子就會跟著一起旋轉。這是因為當磁鐵轉動時，其磁感線切割籠型轉子的導體，在導體中因電磁感應而產(chǎn)生感應電動勢，由于籠型轉子本身是短路的，在電動勢作用下導體中就有電流流過 。該電流又和旋轉磁場相互作用，產(chǎn)生轉動力矩，驅動籠型轉子隨著磁場的轉向而旋轉起來，這就是異步電動機的簡單旋轉原理。共四十二頁電機的結構分為轉子和定子，轉子類似于剛剛的籠型短路線圈(xinqun)，只不過是銅線改成銅條或者銅片，定子

4、是由三相對稱線圈組成定子繞組(roz)連接方式分為兩種：一種是三角形連接另一種是星形連接共四十二頁第一章：變頻器結構(jigu)和工作原理在三相(sn xin)對稱的定子繞組中通入對稱三相(sn xin)交流電就會產(chǎn)生旋轉磁場上面的這個是三相交流電在一個周期內(nèi)的波形，那么交流電他是一個正玄波，有正向的最大值也有反向的最大值，三相交流電不是同步的，每相的相位角相差120度，就會形成這樣的波形。我們知道在工頻情況下三相交流電是50HZ,也就是1秒就有50個這樣的周期，一個周期呢又分為4個階段。下面這個圖是電動機定子繞組的排列方式，在第一個階段時C相為最高點位B相位最低點位，我們知道電流的方向是高電

5、位指向低電位，第一個階段B、C相導通，電流由C相流入，由于星形繞組的另一端是連接在一起的，電流就會由Y流入從B流出，這樣就會產(chǎn)生一個N極S極的磁場。以此類推，到第二階段時A、C導通，第三階段B、A導通，第四階段C、B又導通。這樣在一個周期內(nèi)磁場順時針旋轉一周。也就是旋轉了360度。共四十二頁2.旋轉磁場(xun zhun c chn)的轉速在以上的分析中，旋轉磁場只有一對磁極，即p=1，當電流變化一個周期，旋轉磁場正好在空間轉過一周。對50Hz工頻交流電而言，旋轉磁場每秒在空間旋轉50周，n1=60f1=6050r/min=3000r/min。若磁場有兩對磁極，p=2，則電流變化一周，旋轉磁場

6、只轉過0.5周，比磁極對數(shù)p=1情況下的轉速慢了一半，即n1=60f1/2=1500r/min。同理，在3對磁極p=3情況下，電流變化一周，旋轉磁場僅旋轉了1/3周，即n1=60f1/3=1000r/min。以此類推，當旋轉磁場有p對磁極，旋轉磁場的轉速(zhun s)為因此， 只要平滑地調(diào)節(jié)異步電動機的供電頻率f1， 就可以平滑調(diào)節(jié)異步電動機的轉速。 由于轉子是跟隨旋轉磁場同步旋轉的， 所以變頻能通過同步轉速的改變實現(xiàn)異步電動機的無級調(diào)速。60 f1pn1 =第一章：變頻器結構和工作原理共四十二頁表面看來，只要(zhyo)改變定子的供電頻率f1就可以調(diào)節(jié)轉速的大小，但是事實上，只改變f1并不

7、能正常調(diào)速。參考異步電動機的電壓方程U14.44f1K1N1這個(zh ge)公式可以等效于 U1=f1由上可知， 只改變頻率f1實際上并不能正常調(diào)速。 要求在調(diào)節(jié)定子供電頻率f1的同時調(diào)節(jié)定子供電電壓U1的大小， 通過U1和f1的不同配合實現(xiàn)安全的調(diào)頻調(diào)速。就是說變頻器的工作原理不只是單純的調(diào)節(jié)頻率而是調(diào)頻調(diào)壓第一章：變頻器結構和工作原理共四十二頁 變頻器最開始的研發(fā)目的就是為了調(diào)速，也就是調(diào)節(jié)電動機轉速。后來有根據(jù)陪負載的控制特性又開發(fā)(kif)了控制電動機轉矩的，控制電動機角度的等等。 這樣我們就知道了變頻器除了可以對電機進行調(diào)速外還可以做很多事情，比方我現(xiàn)在有一個大負荷電機在啟動的時候

8、啟動電流過大，又沖擊電網(wǎng)又燒接觸器的，我們還可以利用變頻器來充當軟啟的作用，利用變頻器來加大電機的啟動時間，讓電機平穩(wěn)的進入滿載狀態(tài)。那么我們在日常生產(chǎn)中如何根據(jù)現(xiàn)場的控制要求來選擇合適的變頻器呢？首先要了解變頻器的控制方式。共四十二頁二、變頻的控制方式(fngsh)1、 U/控制模式第一章：變頻器結構(jigu)和工作原理2、轉差頻率控制（U/f閉環(huán)控制）3、矢量控制4、轉矩控制共四十二頁1、 U/控制(kngzh)模式 控制特點：通過(tnggu)壓頻變換器使變頻器的輸出電壓與輸出頻率成比例的改變，即U/=常數(shù)。 性能特點：性價比高，輸出轉矩恒定，但速度控制的精度不高。適用于以節(jié)能為目的和

9、對速度精度要求較低的場合。低頻穩(wěn)定性較差：在低速運行時，會造成轉矩不足，需要進行轉矩補償。該變頻器為開環(huán)控制，安裝調(diào)試方便。第一章：變頻器結構和工作原理共四十二頁2、轉差頻率(pnl)控制（U/f閉環(huán)控制）電動機由于存在轉速差n ，且轉速差和轉矩T成正比，當改變變頻器的輸出頻率，使變頻器的轉差n改變時，變頻器的輸出轉矩T改變，變頻器的輸出轉速改變。就是通過控制轉差n，來控制電動機的轉矩，達到控制電動機轉速的目的(md)。這就是轉差頻率控制原理。由此可見，變頻器要想達到以上控制目的，必須采取閉環(huán)控制，即變頻器要設閉環(huán)反饋輸入端子。第一章：變頻器結構和工作原理共四十二頁轉差頻率控制變頻器內(nèi)設比較(

10、bjio)電路和PID控制電路，處理目標信號和反饋(fnku)信號?？刂葡到y(tǒng)工作時為閉環(huán)控制。變頻器給定一個目標量，從變頻器的控制量中取回反饋量，反饋量和目標量進行比較：當反饋量小于目標量，變頻器給出頻率上升信號使頻率上升， n上升，轉矩隨之上升，電動機的轉速隨之上升；反之，變頻器給出頻率下降信號， n下降，轉矩隨之下降，電動機的轉速隨之下降。使電動機的實際轉速按給定目標要求轉動。第一章：變頻器結構和工作原理共四十二頁轉差頻率控制(kngzh)和U/控制功能上的區(qū)別U/控制變頻器內(nèi)部不用設置PID控制功能，不用設置反饋(fnku)端子。而轉差頻率控制在變頻器的內(nèi)部要設比較電路和PID控制電路。

11、如果用U/F控制變頻器實現(xiàn)閉環(huán)控制，要在變頻器之外配置PID控制板。第一章：變頻器結構和工作原理U/控制方式適用于可變轉矩和恒定轉矩負載，如風機、水泵、帶式輸送機、攪拌等共四十二頁3. 矢量控制(kngzh)方式變頻器矢量控制(kngzh)是在變頻器內(nèi)部通過電子運算電路用模擬直流電動機的控制(kngzh)方法來控制交流電動機的?？刂铺攸c：同時控制電流的幅值和相位，還可通過軟件來設定這種控制方式。性能特點：可從零轉速進行控制，低頻轉矩大，調(diào)速范圍寬；可對轉矩進行精確控制；系統(tǒng)響應速度快，速度控制精度高。應用范圍： 分為無速度傳感器（通過內(nèi)閉環(huán)）和有速度傳感器（通過外閉環(huán)）兩種控制方法，這兩種控制

12、方法都是直接控制電動機的轉速（或轉矩），不能作為其他量的控制（如壓力、流量、溫度等）。4. 直接轉矩控制方式變頻器直接轉矩控制技術，把轉矩檢測值與轉矩給定值作比較，使轉矩波動限制在一定的轉差范圍內(nèi)，轉差的大小由頻率調(diào)節(jié)器來控制，并產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號，直接對逆變器的開關狀態(tài)進行控制。性能特點：可從零轉速進行控制，調(diào)速范圍寬；可對轉矩進行精確控制；系統(tǒng)響應速度快，速度控制精度高。矢量適用于有較高的轉矩特性，0HZ仍保持輸出轉矩的場合，如造紙、軋鋼、機床、起重等。轉矩控制可對轉矩進行精確控制，適用于造紙、印染機械等轉矩控制場合。第一章：變頻器結構和工作原理共四十二頁在各種薄膜或線材的收卷或放卷過

13、程中，要求被卷物的張力必須保持恒定(hngdng)，但是在收卷的過程中我們的收卷直徑在逐漸增加，如果電動機的轉速是恒定的，那么我們的被卷物的張力就會逐漸增加，就會導致拉斷薄膜或線材。解決方法就是檢測電機的轉矩來控制(kngzh)電動機的轉速。也就是在電機逐漸收卷的過程中，電機的負載也在逐漸增加，負載的增加呢電機轉矩也在增加，利用檢測轉矩的增加和減小來控制電動機的轉速。共四十二頁通過以上學習我們已有了對變頻器的初步(chb)了解只要了解了變頻器的控制方式就可以根據(jù)現(xiàn)場的控制要求來選擇合適的變頻器了。比方有一個反應釜的攪拌，我只是想單純的控制攪拌速度那么我就選擇第一種U/f的控制方式。那么我有一臺

14、打料泵，我想控制物料的流速在一個恒定值，我們就選擇第二種控制方式U/f的閉環(huán)控制。利用一臺流量計來檢測物料流速將測量值傳到PID控制器或PLC中，利用比較電路和PID控制電路來控制變頻器的輸出頻率，從而調(diào)節(jié)大料泵的轉速，以達到物料流速在一個恒定值的狀態(tài)。共四十二頁一、變頻器的內(nèi)部結構1、變頻器的分類(fn li)：交交型:將頻率固定的交流電源直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源，其主要優(yōu)點是沒有(mi yu)中間環(huán)節(jié)，變換率高。但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍較窄。主要用于容量較大的低速拖動系統(tǒng)中。又稱直接式變頻器。交直交型:先將頻率固定的交流電整流后變成直流，在經(jīng)過逆變電路，把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的三

15、相交流電。由于把直流電逆變成交流電較易控制，因此在頻率的調(diào)節(jié)范圍上就有明顯優(yōu)勢。又稱為間接性變頻器。原理分類交交變頻器交直交變頻器按儲能方式分電壓型 C電流型 L按調(diào)壓方式分脈幅調(diào)制PAM脈寬調(diào)制PWM第二章：變頻器安裝和接線共四十二頁電壓型整流后靠電容來濾波。現(xiàn)在(xinzi)使用的大都為電壓型。電流型整流(zhngli)后靠電感來濾波。脈幅調(diào)制（PAM） 輸出電壓大小通過改變直流電壓來實現(xiàn)。改變脈沖的幅度脈寬調(diào)制（PWM）輸出電壓大小通過改變輸出脈沖的占空比來實現(xiàn)脈寬調(diào)制波（PWM波）將一個正弦波電壓分為N等份，并把正弦曲線每一等份所包圍的面積都用一個與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，脈沖

16、的寬度與正弦波的大小成正比，這樣就得到寬度不等的脈沖列，簡稱為PWM波。第二章：變頻器安裝和接線共四十二頁按用途(yngt)分類：專用，通用專用變頻器針對某一種特定的控制對象而設計的，如風機、水泵用變頻器、電梯(dint)及起重機械用變頻器、中頻變頻器等。通用變頻器是數(shù)量最多，應用最廣泛的一種，也是我們講解的主要品種。第二章：變頻器安裝和接線共四十二頁2、變頻器的內(nèi)部結構組成(z chn)（交直交型）整流器a、主電路(dinl)中間直流環(huán)節(jié)逆變器b、控制電路如下圖：第二章：變頻器安裝和接線共四十二頁PRa、主電路結構該電路是現(xiàn)在通用的低壓變頻器主電路圖。不管什么品牌(pn pi)的變頻器，其主

17、電路結構基本如此。因為：整流電路和逆變電路是兩個標準模塊，沒有變化的空間。外接制動電阻外接直流電抗器第二章：變頻器安裝(nzhung)和接線共四十二頁共四十二頁b、變頻器控制電路任何(rnh)品牌的變頻器，其內(nèi)部功能框圖是一樣的，因為變頻器要保證正常工作，必須要有相應的功能。變頻器主要包括：主電路、電流保護(boh)電路、電壓保護電路、過熱保護電路、驅動電路、穩(wěn)壓電源、控制端子、接口電路、操作面板、CPU等。第二章：變頻器安裝和接線共四十二頁主端子輸入(shr)端子輸出端子通訊(tngxn)接口二、變頻器的端子接線變頻器端子分類主進線主出線制動、濾波數(shù)字量（可自定義）模擬量（可自定義）數(shù)字量（

18、可自定義）模擬量（可自定義）第二章：變頻器的安裝和接線共四十二頁變頻器的安裝(nzhung)注意事項1、不要用力(yng l)擠壓、碰撞變頻器變頻器外殼都是采用塑料原件，一般外殼都是小扣卡在變頻器上，拆裝不要太用力。2、安裝在不宜受震動的地方振動會使變頻器的接插件和接線端子產(chǎn)生松動，引起接觸不良，造成各種運行故障，安裝場所的周圍振動加速度應小于0.6g 。3、變頻周圍溫度和濕度要事宜周圍溫度：變頻器的工作環(huán)境溫度范圍一般為10 40，當環(huán)境溫度大于變頻器規(guī)定的溫度時，變頻器要降額使用或采取相應的通風冷卻措施。濕度：變頻器工作環(huán)境的相對濕度為5 90（無結露現(xiàn)象 ）。第二章：變頻器安裝和接線共四

19、十二頁4、避免有霧、易燃氣體、棉塵等漂浮物(f w)場合。將變頻器安裝在清潔(qngji)的場合，控制柜內(nèi)的風口需設防塵網(wǎng)或者能阻擋懸浮物的封閉性的屏柜內(nèi),對于粉塵嚴重的場所，及時清理內(nèi)部和外部的粉塵、絮毛等雜物如果你是啤酒廠、飲料廠（環(huán)境潮濕）；如果你是化工廠、陶瓷廠（塵多）；如果你是鍋爐車間（溫度高），你最好能把變頻器安裝在有空調(diào)的房間里，可以收到意想不到的效果，可大大降低變頻器的故障率！大大延長變頻器的壽命！5、安裝在不可燃燒的表面變頻器在正常運行時溫度很高（150左右）請安裝在不可燃燒的表面，同時為便于散熱，周圍應留有足夠的空間 。第二章：變頻器安裝和接線共四十二頁6、注意(zh y)

20、變頻器在控制柜內(nèi)的散熱方法對于兩臺(lin ti)或者兩臺(lin ti)以上的變頻器在同一柜子內(nèi)，要注意正確安裝位置，以確保變頻器周圍溫度在允許值以內(nèi)，安裝位置不正確會降低散熱效果。7、變頻器應用螺絲牢固并垂直安裝在安裝板上控制柜中安裝：變頻器的上方柜頂要安裝排風扇，如圖?？刂乒裰邪惭b多臺：橫向安裝，且排風扇安裝位置要正確，如圖。第二章：變頻器安裝和接線共四十二頁1、安裝(nzhung)布線合理選擇安裝位置及布線是變頻器安裝的重要環(huán)節(jié)。電磁選件的安裝位置、各連接導線是否屏蔽(pngb)、接地點是否正確等，都直接影響到變頻器對外干擾的大小及自身工作情況。將易受變頻器干擾的外圍設備及信號線遠離變

21、頻器安裝；信號線使用屏蔽電纜線，屏蔽層接地。也可將信號電纜線套入金屬管中；信號線穿越主電源線時確保正交。變頻器的電氣安裝注意事項第二章：變頻器安裝和接線共四十二頁2、變頻器安裝區(qū)域劃分及注意事項依據(jù)(yj)各外圍設備的電磁特性，分別安裝在不同的區(qū)域，以抑制變頻器工作(gngzu)時的電磁干擾1區(qū)：控制電源變壓器、控制裝置及傳感器等。2區(qū)：控制信號及電纜接口，要求此區(qū)有一定的抗擾度。3區(qū)：進線電抗器、變頻器、制動單元、接觸器等主要噪聲源。4區(qū)：輸出噪聲濾波器及其接線部分。5區(qū)：電機及電纜。以上各區(qū)應空間隔離，各區(qū)間最小距離10cm，以實現(xiàn)電磁去耦。第二章：變頻器安裝和接線共四十二頁1.2.3.使

22、用屏蔽/鎧裝的電動機電纜和屏蔽/鎧裝的控制電纜。屏蔽絲網(wǎng)的最小覆蓋面積應為80%。必須采用金屬屏蔽絲網(wǎng)材料。使用剛性金屬線管進行安裝時，不必使用帶屏蔽的電纜，但電動機電纜必須安裝在與控制電纜和主電源電纜不同(b tn)的線管中。盡可能避免在安裝有變頻器的機柜中使用非屏蔽/非鎧裝的電動機電纜或控制電纜。注意:如果未按照指導原則進行安裝并且使用非屏蔽電纜和控制線路，盡管符合安全性要求，但卻不符合某些輻射要求。3、電磁干擾的預防(yfng)和接地第二章：變頻器安裝和接線共四十二頁3.1、屏蔽線的接地(jid)方法電動機電纜(dinln)和控制電纜(dinln)應使用屏蔽電纜，機柜內(nèi)為強制要求，將屏蔽

23、金屬絲網(wǎng)與地線兩端連接起來，連接方法如圖所示。第二章：變頻器安裝和接線共四十二頁3.2、正確(zhngqu)接地方法電動機電纜的地線應在變頻器側接地，但最好電動機與變頻器分別接地。變頻上接電線要接到專用的接地端子(dun z)上。在處理接地時，如采用公共接地端，不能經(jīng)過其他裝置的接地線接地，要獨立走線，如圖所示。第二章：變頻器安裝和接線共四十二頁1.2.3.4.電源線與電機線一定要壓線鼻子電機線與電源線一定不能接反接線后零碎先頭一定要清理干凈(gnjng)，零碎先頭有可能造成一場、失靈或者故障，注意不要讓零碎線頭或碎末進入變頻器。運行后斷電接線，必須要斷電10分鐘以上，萬用表檢查后，才允許操作。變頻斷電一段時間后，電容仍有危險的高壓電。4、接線(ji xin)注意事項第二章：變頻器安裝和接線共四十二頁例：變頻器與PLC的標準接線(ji xin)方法第二章：變頻器安裝(nzhung)和接線共四十二頁例：變頻器主回