變頻器知識(shí)淺談

1、變頻器知識(shí)淺談第1頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二1.變頻器的原理2.變頻器的分類(lèi)3.森蘭高壓變頻器介紹4.變頻器的應(yīng)用5變頻器的節(jié)能第2頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二1.變頻器的原理定義：將頻率，電壓都固定的交流電變成頻率，電壓連續(xù)可調(diào)的交流電的設(shè)備。第3頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二晶閘管電力晶體管GTR&門(mén)極可關(guān)斷晶閘管GTO雙極型絕緣柵晶體管IGBT&電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOS-FET變頻器技術(shù)的發(fā)展智能功率模塊IPM20世紀(jì)50年代20世紀(jì)60年代20世紀(jì)70年代20世紀(jì)80年代第4頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月

2、20日，5點(diǎn)55分，星期二2.變頻器的分類(lèi)2.1按變換環(huán)節(jié)有無(wú)直流分類(lèi)交-交變頻器 交-交變頻器直接將電網(wǎng)頻率和電壓都固定的交流電源變換成頻率和電壓都連續(xù)可調(diào)的交流電源。主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有中間環(huán)節(jié)，變換效率高。缺點(diǎn)是連續(xù)可調(diào)的頻率范圍比較窄，且只能在電網(wǎng)固定頻率以下變化。一般為電網(wǎng)固定頻率的一半，主要用于電力牽引等容量較大的低速拖動(dòng)系統(tǒng)中。交-直-交變頻器 交-直-交變頻器先把頻率固定的交流電整流成直流電，再把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電。交-直-交變頻器調(diào)節(jié)范圍寬，目前廣泛采用。第5頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二2.2 按直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能方式分類(lèi)電壓源型變頻器 在

3、交-直-交變頻裝置中，當(dāng)中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時(shí)，直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一個(gè)內(nèi)阻抗為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，這類(lèi)變頻裝置叫做電壓源型變頻器。電流源型變頻器 當(dāng)交-直-交變頻裝置的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時(shí)，直流電流波形比較平直，因而電源內(nèi)阻抗很大，對(duì)于負(fù)載來(lái)說(shuō)基本上是一個(gè)電流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，這類(lèi)裝置叫電流源型變頻器。第6頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二第7頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二那么這兩類(lèi)變頻器有何不同呢？我們來(lái)看。特點(diǎn)名稱(chēng)電壓源型變頻電路電流源型變頻器儲(chǔ)能元件電容器電抗器輸出波形的

4、特點(diǎn)1.電壓波形為矩形波2.電流波形近似為正弦波3.低阻抗電壓源1.電流波形為矩形波2.電壓波形近似為正弦波3.高阻抗電流源回路構(gòu)成上的特點(diǎn)1.有反饋二極管2.直流電源并聯(lián)大電容1.無(wú)反饋二極管2.直流電源串聯(lián)大電感特性上的特點(diǎn)負(fù)載短路時(shí)產(chǎn)生過(guò)電流負(fù)載短路時(shí)能抑制過(guò)電流適用范圍適用于作為多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行時(shí)的供電電源，但不要求快速加減速的場(chǎng)合。適合于一臺(tái)變頻器給一臺(tái)電動(dòng)機(jī)供電的場(chǎng)合，可以滿足快速起動(dòng)，制動(dòng)要求。第8頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二2.3 按控制方式分類(lèi)v/f 控制變頻器 v/f 控制變頻器是在改變頻率的同時(shí)控制變頻器的輸出電壓，通過(guò)使壓頻比保持一定或按一

5、定規(guī)律變化而得到所需要的轉(zhuǎn)矩特性，采用v/f控制的變頻器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，多用于要求精度不是太高的通用變頻器。 轉(zhuǎn)差率控制變頻器 轉(zhuǎn)差率控制方式是對(duì)v/f 控制的一種改進(jìn)。這種控制需要由安裝在電動(dòng)機(jī)上的速度傳感器檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度閉環(huán)。速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率，而變頻器的輸出頻率則由電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與所需轉(zhuǎn)差頻率之和決定。由于通過(guò)控制轉(zhuǎn)差率來(lái)控制轉(zhuǎn)矩和電流，與u/f 控制相比，其加減速特性和限制過(guò)電流能力得到提高第9頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二2.3.3 矢量控制變頻器矢量控制是一種高性能異步電動(dòng)機(jī)控制方式，它的基本思路是將電動(dòng)機(jī)的定子電流分為產(chǎn)生磁場(chǎng)的

6、電流分量（勵(lì)磁電流）和與其垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流），并分別加以控制。由于在這種控制方式中必須同時(shí)控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流的幅值和相位，即定子電流的矢量，因此這種控制方式成為矢量控制方式。直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器 直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制不同，它不是通過(guò)控制電流，磁鏈等量來(lái)間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控矢量來(lái)控制。其特點(diǎn)為轉(zhuǎn)矩控制是控制定子磁鏈，實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器測(cè)速。第10頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二3.森蘭高壓變頻器的介紹3.1森蘭高壓變頻器的型號(hào)說(shuō)明SBH-100-315+選配件森蘭高壓變頻器電壓等級(jí)10KV額定輸出功率-第11頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月2

7、0日，5點(diǎn)55分，星期二森蘭SBH系列高壓變頻器外形圖 高壓變頻器主回路由輸入移相變壓器、功率單元、主控系統(tǒng)構(gòu)成。第12頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二3.2森蘭高壓變頻器SBH系列基本原理森蘭高壓變頻器高壓側(cè)采用移相變壓器進(jìn)行多脈沖整流為其功率單元提供三相電源，再由主控系統(tǒng)控制其功率單元進(jìn)行PWM 波形輸出，從而得到變頻變壓的三相輸出，對(duì)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。第13頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二移相變壓器將工頻高壓電源降為低壓電源提供給每個(gè)功率單元；采用移相多脈沖整流方式，降低輸入諧波含量；將每個(gè)功率單元輸入隔離，以便于波形疊加；第14頁(yè)，共30

8、頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二功率單元原理圖相當(dāng)于一個(gè)單相逆變器第15頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二森蘭SBH系列高壓變頻器采用功率單元串聯(lián)多電平方案功率單元實(shí)際上是一臺(tái)三相輸入、單相輸出的“低壓變頻器”，第16頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二森蘭高壓變頻器中各個(gè)單元可以相互替換，每相由多個(gè)單元串聯(lián)得到多重化的相電壓輸出。如圖所示（以5個(gè)單元串聯(lián)為列）：第17頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二同層旁路原理當(dāng)功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，單元旁路功能自動(dòng)地切除出現(xiàn)故障單元以及同層的另外兩相的單元而保證系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。

9、大大降低了停機(jī)的幾率。第18頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二3.3功率單元內(nèi)核心元件介紹整流橋主要作用是把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，也就是整流，因此得名整流橋。 它是利用二極管的單向?qū)ㄔ韥?lái)完成工作的。第19頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二電解電容 在整流電壓中含有6倍電源頻率的脈動(dòng)電壓，逆變器工作時(shí)直流電壓也要波動(dòng)。為使直流電壓盡量恒定，因此整流電路后要加直流電抗器和濾波電容，以濾除直流電壓中的交流成分，第20頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二3.3.3 IGBT 與整流部分相反，逆變器是將直流變換為所要求頻率的交流，它是通過(guò)

10、主控系統(tǒng)使其輸出PWM波形，再進(jìn)行疊加，最終得到一相電壓的輸出。 第21頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二3.變頻器的應(yīng)用3.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用3.1.1 恒壓供水的意義 所謂恒壓供水是指通過(guò)閉環(huán)控制，使供水壓力自動(dòng)地保持恒定，其主要意義是： 1.提高供水的質(zhì)量 2.節(jié)約能源 3.起動(dòng)平穩(wěn) 4.可以消除啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)第22頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二3.1.2 恒壓供水的主電路（一拖二自動(dòng)旁路）1、QF1、QF2、QF3為用戶側(cè)斷路器，QS1、QS2為刀閘開(kāi)關(guān)，KM1、KM2為真空接觸器。2、 KM1 、KM2之間存

11、在電氣連鎖，QS1 、KM1之間存在電氣連鎖。當(dāng)QS1合閘后，才允許合KM1；QS2合閘后，才允許合KM2。KM1分閘后才允許分、合QS1；KM2分閘后才允許分、合QS2。 第23頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置兩臺(tái)泵，供水量大時(shí)開(kāi)2臺(tái)，供水量少時(shí)開(kāi)1臺(tái)。在采用變頻調(diào)速進(jìn)行恒壓供水時(shí)，為節(jié)省設(shè)備投資，一般采用一臺(tái)變頻器。 控制過(guò)程為：用水少時(shí)，由變頻器控制電動(dòng)機(jī)M1進(jìn)行恒壓控制，當(dāng)用水量逐漸增加時(shí)，M1的工作頻率亦增加，當(dāng)M1的工作頻率達(dá)到最高工作頻率50HZ時(shí)，而供水壓力仍達(dá)不到要求時(shí)，將M1切換到工頻電源供電。同時(shí)將變頻器切換到電動(dòng)機(jī)M2

12、上，由M2進(jìn)行補(bǔ)充供水。當(dāng)用水量逐漸減小，即使M2的工作頻率已降為0HZ，而供水壓力仍然偏大時(shí)，則關(guān)掉由工頻電源供電的M1，同時(shí)迅速升高M(jìn)2的工作頻率，進(jìn)行恒壓控制。第24頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二4.變頻器的節(jié)能 4.1 變頻器節(jié)能的原理N=60f/p*(1-s)f 電機(jī)輸入電源頻率P 為異步電機(jī)極對(duì)數(shù)N 為電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載的轉(zhuǎn)速S 滑差（一般為：0-0.05）交流異步電動(dòng)機(jī)第25頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二第26頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二變頻調(diào)速節(jié)能的基本原理是基于流量、壓力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，如下；

13、流量轉(zhuǎn)速 壓力轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的平方 功率轉(zhuǎn)速的三次方。 即水泵的轉(zhuǎn)速與流量的一次方成正比，壓力與流量的二次方成正比，軸功率與流量的三次方成正比，因此，在理想情況下：頻率 流量（%） 轉(zhuǎn)速（%） 壓力（揚(yáng)程）（%） 功率 50HZ 100 100 100 100 45HZ 90 90 81 72.9 40HZ 80 80 64 51.235HZ 70 70 49 34.3 30HZ 60 60 36 21.6 第27頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二由上表可見(jiàn)，當(dāng)需求流量下降時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速節(jié)約大量的電能。當(dāng)流量減少30%，理論上講僅需額定功率的34.3%，即節(jié)約65.7%的

14、電能。名詞解釋平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載： 在各種風(fēng)機(jī)、水泵、油泵中，隨葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，空氣或液體在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與轉(zhuǎn)速n的2次方成正比。隨著轉(zhuǎn)速的減小，轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速的2次方減小。這種負(fù)載所需要的功率與速度的3次方成正比。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載： 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)速n無(wú)關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下 總保持恒定或基本不變。例如傳送帶、攪拌機(jī)、擠壓機(jī)等摩擦類(lèi)負(fù)載以及吊車(chē)、提升機(jī)等位能負(fù)載都屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。恒功率負(fù)載： 機(jī)床主軸和軋機(jī)、造紙機(jī)、塑料薄膜生產(chǎn)中的卷取機(jī)、開(kāi)卷機(jī)等要求的轉(zhuǎn)矩大體與轉(zhuǎn)速成反比。這就是所謂的恒功率負(fù)載.第28頁(yè)，共30頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)55分，星期二變頻器有的地方用有節(jié)能效果，有的地方可能沒(méi)有。風(fēng)機(jī)、水泵之類(lèi)的需要調(diào)速的地方用變頻器，節(jié)能效果特別好。變頻器具有節(jié)電功能，前提條件是：第一,大功率并且為風(fēng)機(jī)/泵類(lèi)負(fù)載；第二，裝置本身具有節(jié)電空間；第三，長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。變頻器節(jié)能最為明顯的是在風(fēng)機(jī)水泵行業(yè)應(yīng)用，因風(fēng)機(jī)水泵的消耗功率與轉(zhuǎn)速的立方成