變頻技術及應用 課件 學習情境1、2 變頻器的基礎知識、認識變頻器

學習情境1

變頻器基礎知識變頻器基礎知識一、電力拖動系統(tǒng)的認識二、電力電子器件的選擇與檢測三、變頻器的組成原理分析一、電力拖動系統(tǒng)的認識

電力拖動系統(tǒng)的運行狀態(tài)可分為穩(wěn)定運行狀態(tài)(靜態(tài))和不穩(wěn)定運行狀態(tài)(動態(tài)或過渡狀態(tài))兩種。電動機工作的運行狀態(tài)，決定于電動機的機械特性和生產(chǎn)機械的負載轉矩特性，即決定于電動機所產(chǎn)生的電磁轉矩與負載轉矩是否平衡。為了分析和研究電動機的靜態(tài)和動態(tài)特性，需要用數(shù)學模型來描述，應用動力學平衡條件建立系統(tǒng)運動方程式，作為分析系統(tǒng)運行狀態(tài)的工具。由電動機帶動生產(chǎn)機械運行的系統(tǒng)稱做電力拖動系統(tǒng);一般由電動機、傳動機械、生產(chǎn)機械、控制設備等部分組成。異步交流電動機調(diào)速改變輸入頻率（無級調(diào)速）——變頻器n=60f/P（1-S）P：磁極對數(shù)f：頻率S：轉差率改變轉差率（方法多實現(xiàn)困難）調(diào)速原理：調(diào)速方法：改變磁極對數(shù)（機械的有級調(diào)速）負載的類型傳動機構電動機生產(chǎn)機械負載特性摩擦恒轉矩生產(chǎn)流水線起重行走速度勢能恒轉矩電梯起重機提升恒功率（速度越低，負載轉矩越大）機床開卷機/收卷機變轉矩（速度越低，負載轉矩越?。╋L機水泵負載轉矩大小于與轉速無關二、電力電子器件

電力電子器件的分類

半控型器件--通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷，比如晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件器件的關斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定。全控型器件--通過控制信號既可控制其導通又可控制其關斷，又稱自關斷器件。如絕緣柵雙極晶體管（Insulated-GateBipolarTransistor--IGBT）、電力場效應晶體管（PowerMOSFET，簡稱為電力MOSFET）及門極可關斷晶閘管（Gate-Turn-OffThyristor--GTO）等。不可控器件--不能用控制信號來控制其通斷，因此也就不需要驅動電路。比如電力二極管（PowerDiode），只有兩個端子，器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。典型電力電子器件電力二極管半控型器件--晶閘管典型電力電子器件IGBT圖1=26IGBT的結構、簡化等效電路和電氣圖形符號a)內(nèi)部結構斷面示意圖b)簡化等效電路c)電氣圖形符號三、變頻器的組成原理分析交-直-交變頻器主電路定義：交-直-交變頻器又稱為間接變頻器，它是先將工頻交流電通過整流器變成直流電，再經(jīng)逆變器將直流電變成頻率和電壓可調(diào)的交流電。學習情境2

認識變頻器認識變頻器一、了解通用變頻器二、認識西門子SINAMICS變頻器三、G120變頻器的安裝與接線一、了解通用變頻器

1、電力電子器件是變頻器發(fā)展的基礎第一代電力電子器件是出現(xiàn)于1956年的晶閘管。

（半控型器件）第二代電力電子器件是以門極可關斷（GTO）晶閘管和電力晶體管（GTR）為代表。（電流自關斷器件）其開關頻率仍然不高，一般在5kHz以下。第三代電力電子器件是以電力MOS場效應晶體管（MOSFET）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）為代表。（電壓自關斷器件）其開關頻率可達到20kHz以上。第四代是以智能功率模塊（IPM）為代表，IPM是以IGBT為開關器件，但集成有驅動電路和保護電路。1、在節(jié)能方面的應用（1）節(jié)能的前景：在2003年的中國電力消耗中，60-70％為動力電，而在總容量為5．8億千瓦的電動機總容量中，只有不到2000萬千瓦的電動機是帶變頻控制的。據(jù)分析，在中國，帶變動負載、具有節(jié)能潛力的電機至少有1.8億千瓦。

（2）節(jié)能的原理：（以風機水泵為例）根據(jù)流體力學原理，軸功率與轉速的三次方成正比。當所需風量減少，風機轉速降低時，其功率按轉速的三次方下降。因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果非?？捎^。與此類似，許多變動負載電機一般按最大需求來生產(chǎn)電動機的容量，因而設計裕量偏大。而在實際運行中，輕載運行的時間所占比例卻非常高。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運行時的工作效率。因此，變動負載的節(jié)能潛力巨大。

2、在自動控制系統(tǒng)方面的應用3、在產(chǎn)品工藝和質量方面的應用

由于變頻器內(nèi)置有32位或16位的微處理器，具有多種算術邏輯運算和智能控制功能，輸出頻率精度高達0.01%-0.1%，還設置有完善的檢測、保護環(huán)節(jié)。因此，變頻器在自動化控制系統(tǒng)中獲得了廣泛的應用。例如：化纖工業(yè)中的卷繞、拉伸、計量、導絲；玻璃工業(yè)中的平板玻璃退火爐、玻璃窯攪拌、拉邊機、制瓶機；電弧爐自動加料、配料系統(tǒng)以及電梯的智能控制等。變頻器還廣泛用于傳動、起重、擠壓和機床等各種機械設備控制領域，它可以提高工藝水平和產(chǎn)品質量，減少設備的沖擊和噪聲，延長設備的使用壽命。采用變頻調(diào)速控制后，使機械系統(tǒng)簡化，操作和控制更加方便，有的甚至可以改變原有的工藝規(guī)范，從而提高了整個設備的功能。變頻器的應用4、在家用電器方面的應用變頻器的應用除了工業(yè)相關行業(yè)，在普通家庭中，節(jié)約電費、提高家電性能、保護環(huán)境等方面也受到越來越多的關注，變頻家電成為變頻器的另一個廣闊市場。帶有變頻控制的冰箱、洗衣機、家用空調(diào)等，在節(jié)電、減小電壓沖擊、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的優(yōu)勢。變頻器的分類二、認識西門子SINAMICS變頻器

西門子G120變頻器

G120內(nèi)置式變頻器由控制單元CU、功率模塊PM、操作面板BOP/IOP以及變頻器系統(tǒng)其他部件組成，通常稱之為標準變頻器。三、G120變頻器的安裝與接線

變頻器的設置場所為了使變頻器能穩(wěn)定地工作，發(fā)揮所具有的性能，必須確保設置環(huán)境能充分滿足IEC標準及國標對變頻器所規(guī)定環(huán)境的允許值?？傮w要求是：電氣室應濕氣少、無水浸入；無爆炸性、燃燒性或腐蝕性氣體和液體，粉塵少；裝置容易安裝；應有足夠的空間，使維修檢查容易進行；應備有通風口或換氣裝置以排出變頻器產(chǎn)生的熱量；應與易受變頻器產(chǎn)生的高次諧波和無線電干擾影響的裝置隔離；安裝在室外必須單獨按戶外配電裝置設置。G120變頻器安裝與接線

變頻器的機械安裝

（1）安裝功率模塊附件

G120變頻器安裝與接線

（2）安裝功率模塊

① 將功率模塊安裝在控制柜中。

② 保持與控制柜中其他組件之間的最小間距。

③ 垂直安裝功率模塊，電源和電機端子朝下。

④ 根據(jù)功率模塊端子配置連接電機電纜和電源電纜。

⑤ 使用緊固件，