變頻器的應(yīng)用與維護(hù)(冶金行業(yè)內(nèi)部培訓(xùn))課件

1、主講：王振宇漣鋼培訓(xùn)中心變頻器的應(yīng)用與維護(hù) 【基礎(chǔ)篇】 電氣傳動系統(tǒng)概述 以交流（直流）電動機(jī)為動力拖動各種生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)我們稱之為交流（直流）電氣傳動系統(tǒng)，也稱交流（直流）電氣拖動系統(tǒng)。 大致構(gòu)成 變頻器的發(fā)展和主要相關(guān)技術(shù)中間傳動機(jī)構(gòu)交流電源輸入終端機(jī)械交流電機(jī)直流調(diào)速裝置直流輸出皮帶輪、齒輪箱等直流電機(jī)交流調(diào)速裝置交流輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)變頻器變頻器基礎(chǔ)知識簡要工作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

2、為非正弦波，輸出電 流近似正弦整流部分變頻器是什么？變頻器是： 將商用交流電源通過整流回路變換成直流， 將變換后的直流經(jīng)過逆變回路變換成電壓、頻率可調(diào)節(jié)的交流電， 利用交流三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與頻率成正比的特點(diǎn)，通過改變電源的頻率和幅度以達(dá)到改變 電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 變頻器的基本構(gòu)成商用電源逆變部分平波電容整流逆變直流電壓電源電壓輸出電壓 變頻器的電壓波形變化輸出電壓的平均值是正弦波馬達(dá)正弦波（脈寬調(diào)制）控制方式馬達(dá)電源驅(qū)動回路保護(hù)回路控制回路防沖擊回路（逆變回路）DC/DC電源變換回路 變頻器基本構(gòu)成圖MDB（整流回路）MDB（整流回路）平波電容制動回路變頻器是什么？操作面板變頻器是什么？變頻

3、器的控制對象三相異步電動機(jī)【三相異步電動機(jī)】 三相異步電動機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸組成，當(dāng)在定子繞組上加上三相交流電壓時，將會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場的速度由加在定子繞組上的三相交流電壓的頻率所決定。位于該磁場中的轉(zhuǎn)子繞組，將切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場的磁通互相作用而產(chǎn)生電磁力，即轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)軸將沿著與旋轉(zhuǎn)磁場相同的方向旋轉(zhuǎn)。任意改變?nèi)喽ㄗ永@組的兩個電壓相位，即可使磁場旋轉(zhuǎn)的方向發(fā)生改變，電動機(jī)的轉(zhuǎn)向也將隨之變化，即可逆控制。 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，同步轉(zhuǎn)速是根據(jù)電動機(jī)的極數(shù)和電源頻率來決定的。由于需要有轉(zhuǎn)矩

4、輸出，電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速總是落后于同步轉(zhuǎn)速，它們之間的差值稱為轉(zhuǎn)差率。變頻器的動作原理可變速運(yùn)轉(zhuǎn)的原理0速度 N轉(zhuǎn)矩 T額定轉(zhuǎn)矩啟動轉(zhuǎn)矩同步轉(zhuǎn)速 0（s=0）實(shí)際轉(zhuǎn)速（s=1）最大轉(zhuǎn)矩動作領(lǐng)域電動機(jī)區(qū)（正力矩）發(fā)電機(jī)區(qū)（負(fù)力矩）異步電動機(jī)的速度轉(zhuǎn)矩特性1轉(zhuǎn)差率 0 0 0 ： 同步轉(zhuǎn)速 ：實(shí)際轉(zhuǎn)速【 例 ： 、 】 同步轉(zhuǎn)速 0 0（）（r/min） 轉(zhuǎn)差率的速度（）（r/min）轉(zhuǎn)差 （ ） / min ：馬達(dá)的轉(zhuǎn)速（r/min） ：頻率（Hz）：馬達(dá)的極數(shù)（P） ：馬達(dá)的轉(zhuǎn)差率變頻器的用途“節(jié)約能源”為什么使用變頻器會節(jié)省能源？風(fēng)機(jī)、泵等需要控制流量（風(fēng)量）的場合，采用變頻器控 制或擋板控制

5、，其消耗的電力和流量（風(fēng)量）的關(guān)系如右 圖。流量（風(fēng)量）小的場合，變頻器的節(jié)電的效果特別明顯。50%100%50%100%80%10%00節(jié)能效果61917622變頻器控制擋板控制所需電力（）風(fēng)量流量（）變頻器和擋板控制節(jié)能效果實(shí)例例：賓館等場所中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行流量：小時、 ：小時。合計(jì)小時年、馬達(dá)：臺采用擋板控制的場合所需的電力（15kW91%2000小時）（15kW76%2000小時）50,100kWh風(fēng)量風(fēng)量使用變頻器來控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速時，所消耗的電力（15kW61%2000小時）（15kW22%2000小時）24,900kWh風(fēng)量風(fēng)量一年間所節(jié)省的能源50,100kWh24,900kWh

6、25,200kWh/年 例1 . 水泵節(jié)能恒壓供水圖 供水系統(tǒng)示意圖壓力變送器生 活 小 區(qū)操 作 室420mA回 轉(zhuǎn) 窯出料口 R S TU V W進(jìn) 料 口減速箱F UIt例2 . 球團(tuán)回轉(zhuǎn)窯主驅(qū)動變頻調(diào)速示意圖UF1 UF2 UF3 UF4UFUF5 UF6P L C計(jì)算機(jī)四臺拉矯機(jī)變頻器結(jié) 晶 器 變 頻 器連 鑄 鋼 錠切斷機(jī)噴 水 系 統(tǒng)冷卻水鋼水澆鑄鋼包鋼 錠 連 鑄 示 意 圖結(jié)晶器輸送輥道變頻器液 壓 系 統(tǒng)例3 ：例4. 雙泵雙變頻器 PID 調(diào)節(jié)U V W R S TP I D 調(diào)節(jié)器 R S TU V WRP微調(diào)V+V-VI2GNDIIGNDII+-4 20mA電動機(jī)電

7、動機(jī)壓力傳感器水 泵水 泵U FU F例5：中央空調(diào)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)工藝圖水 泵電動機(jī)制 冷 機(jī) 組冷 卻 塔溫度變送器冷卻風(fēng)扇U V WR S TGNDIIV+VI1RP4 20mAQQQU F變頻技術(shù)的基本類型1整流技術(shù) :通過晶體二極管組成的不可控或者晶閘管組成的可控整流器，將工頻交流電變換成頻率為零的直流電，稱為整流技術(shù)。2直流斬波技術(shù):通過改變電力半導(dǎo)體器件的通斷時間，也就是脈沖頻率（定寬變頻），或者改變脈沖的寬度（定頻調(diào)寬）達(dá)到調(diào)節(jié)直流平均電壓的目的。3逆變技術(shù):在變頻技術(shù)中，逆變器是利用半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性，將直流電變換成不同頻率的交流電。4交-交變頻技術(shù):通過控制電力半導(dǎo)體器件的

8、導(dǎo)通與關(guān)斷時間，將工頻交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電。5交-直-交變頻技術(shù):先將交流電經(jīng)過整流器變換成直流電，再將直流電逆變成頻率可調(diào)的交流電。變頻器的基本類型 從整體結(jié)構(gòu)上看，電力電子變壓變頻器可分為交-直-交和交-交兩大類。 1.交-直-交變壓變頻器 交-直-交變壓變頻器先將工頻交流電源通過整流器變換成直流，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流，如下圖所示。 交-直-交變壓變頻器基本結(jié)構(gòu)圖 交-直-交（間接）變壓變頻器 變壓變頻(VVVF)中間直流環(huán)節(jié)恒壓恒頻(CVCF)逆變DCACAC50Hz整流 2. 交-交變壓變頻器 交-交變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，它只有一個變換環(huán)節(jié)，把恒

9、壓恒頻（CVCF）的交流電源直接變換成VVVF輸出，因此又稱直接式變壓變頻器。 有時為了突出其變頻功能，也稱作周波變換器（Cycloconveter）。 交-交變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu)圖6-12 交-交（直接）變壓變頻器交交變頻AC50HzACCVCFVVVF 常用的交-交變壓變頻器輸出的每一相都是一個由正、反兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。 也就是說，每一相都相當(dāng)于一套直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的反并聯(lián)可逆線路（下圖a）。 交-交變壓變頻器的基本電路結(jié)構(gòu)VRVFId-Id+-+電路結(jié)構(gòu)負(fù)載50Hz50Hzu0圖 交-交變壓變頻器每一相的可逆線路交-交變壓變頻器的控制方式整半周控制方式 正、反兩組按

10、一定周期相互切換，在負(fù)載上就獲得交變的輸出電壓u0，u0的幅值決定于各組可控整流裝置的控制角，u0的頻率決定于正、反兩組整流裝置的切換頻率。如果控制角一直不變，則輸出平均電壓是方波，如下圖 b 所示。圖 方波型平均輸出電壓波形tu0正組通反組通正組通反組通輸出電壓波形2、具體電路結(jié)構(gòu)三相橋式整流器組成的三相-三相交-交變頻電路，采用公共交流母線進(jìn)線方式 變頻器按主電路工作方式分哪幾種？1.電壓型變頻器在電壓型變頻器中，整流電路產(chǎn)生逆變所需的直流電壓，通過中間直流環(huán)節(jié)的電容進(jìn)行濾波后輸出。由于采用大電容濾波，故輸出電壓波形比較平直，在理想情況下可看成一 個內(nèi)阻為零的電壓源。輸出電壓是矩形波或階梯

11、波。電壓型變頻器的主電路結(jié)構(gòu)如圖1-10(a)所示。電壓型變頻器多用于不要求正反轉(zhuǎn)或快速加減速的通用型變頻器中2.電流型變頻器當(dāng)交-直-交變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時，直流電流波形比較平直，因而電源內(nèi)阻抗很大，對負(fù)載來說基本上是一個電流源，輸出交流電流是矩形波。這類變頻器稱為電流型變頻器，如圖1-10(b)所示。在電流型變頻器中，電動機(jī)定子電壓的控制是通過檢測電壓后對電流進(jìn)行控制的方式來實(shí)現(xiàn)的。電流型變頻器的最大優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行四象限運(yùn)行，將能量回饋給電源，且在出現(xiàn)負(fù)載短路等情況時容易處理，故該方式適用于頻繁可逆運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器和大容量變頻器。 交-直-交變頻電路（一）交-直-交電壓源型、電

12、流源型變頻器及其比較根據(jù)交-直-交變頻器的中間濾波環(huán)節(jié)是采用電容性元件或是電感性元件，可將其分為電壓源型變頻器和電流源型變頻器。 1、電壓源型變頻器采用大電容濾波，輸出直流電壓恒定，類似于恒壓源。這類變頻器叫電壓源型變頻器，見圖（a）所示。電壓源型變頻器 2、電流源型變頻器 采用大電感濾波，輸出直流電流恒定，類似于恒流源。這類變頻裝置叫電流源型變頻器，見圖（b）所示。電流源型變頻器按變頻器調(diào)壓方法按變頻器調(diào)壓方法PAM變頻器是一種通過改變電壓源Ud 或電流源Id的幅值進(jìn)行輸出控制的。PWM變頻器方式是在變頻器輸出波形的一個周期產(chǎn)生個 脈沖波個脈沖，其等值電壓為正弦波，波形較平滑。按工作原理分類

13、：U/f控制變頻器（VVVF控制）、SF控制變頻器（轉(zhuǎn)差頻率控制）、VC控制變頻器（Vectory Control 矢量控制)VVVF U/f控制變頻器 改變電壓、改變頻率CVCF恒電壓、恒頻率。各國使用的交流供電電源，無論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均為400V/50Hz把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電(DC)用于電機(jī)控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。 矢量控制矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流IaIb、Ic、通過三相二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1(Im1相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動機(jī)的控制方法，求得直流電動機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，分別對速度，磁場兩個分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時