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变频器的原理及应用1 及危险源、危险点识别岗位培训 培训人： 变频器的定义 变频器是利用电力半导体器件的通断作变频器是利用电力半导体器件的通断作 用将工频电源变换为另一频率的电能控用将工频电源变换为另一频率的电能控 制装置，能实现对交流异步电机的软启制装置，能实现对交流异步电机的软启 动、变频调速、提高运转精度、改变功动、变频调速、提高运转精度、改变功 率因数、过流率因数、过流/ /过压过压/ /过载保护等功能。过载保护等功能。 变频器的基本组成 n n 变频器通常分为变频器通常分为4 4部分：部分：整流单元、高容量电整流单元、高容量电 容、逆变器和控制器。容、逆变器和控制器。 n n 整流单元：整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直将工作频率固定的交流电转换为直 流电。流电。 n n 高容量电容：高容量电容：存储转换后的电能。存储转换后的电能。 n n 逆变器：逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开由大功率开关晶体管阵列组成电子开 关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的 方波。方波。 n n 控制器：控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的按设定的程序工作，控制输出方波的 幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电， 驱动交流电动机。驱动交流电动机。 变频器的分类 n n 按变换的环节分类：按变换的环节分类： n n (1)(1)交交- -直直- -交变频器，则是先把工频交流通交变频器，则是先把工频交流通 过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率 电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前 广泛应用的通用型变频器。广泛应用的通用型变频器。 n n (2)(2)可分为交可分为交- -交变频器，即将工频交流直接交变频器，即将工频交流直接 变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频 器器 。 按直流电源性质分类：按直流电源性质分类： n n (1)(1)电压型变频器电压型变频器 n n 电压型变频器特点是中间直流环节的储能 电压型变频器特点是中间直流环节的储能 元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓 冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小， 相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于 负载电压变化较大的场合。负载电压变化较大的场合。 n n (2)(2)电流型变频器电流型变频器 n n 电流型变频器特点是中间直流环节采用大 电流型变频器特点是中间直流环节采用大 电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电 流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内 阻较大，故称电流源型变频器阻较大，故称电流源型变频器( (电流型电流型) )。电流。电流 型变频器的特点型变频器的特点( (优点优点) )是能扼制负载电流频繁是能扼制负载电流频繁 而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的 场合。场合。 n n 按主电路工作方法分类：电压型变频器、电流按主电路工作方法分类：电压型变频器、电流 型变频器型变频器 n n 按照工作原理分类：可以分为 按照工作原理分类：可以分为V/fV/f控制变频控制变频 器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等 n n 按照开关方式分类：可以分为 按照开关方式分类：可以分为PAMPAM控制变控制变 频器、频器、PWMPWM控制变频器和高载频控制变频器和高载频PWMPWM控制变控制变 频器频器 按照用途分类：可以分为通用变频器 按照用途分类：可以分为通用变频器 、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频 器和三相变频器等。此外，变频器还可以按输器和三相变频器等。此外，变频器还可以按输 出电压调节方式分类，按控制方式分类，按主出电压调节方式分类，按控制方式分类，按主 开关元器件分类，按输入电压高低分类。开关元器件分类，按输入电压高低分类。 按变频器调压方法：按变频器调压方法： n n 、PAMPAM变频器是一种通过改变电压源变频器是一种通过改变电压源UdUd 或电流源或电流源IdId的幅值进行输出控制的。的幅值进行输出控制的。 n n 、PWMPWM变频器方式是在变频器输出波形变频器方式是在变频器输出波形 的一个周期产生个的一个周期产生个 脉冲波个脉冲，其等值电压脉冲波个脉冲，其等值电压 为正弦波，波形较平滑。为正弦波，波形较平滑。 n n 按工作原理分： 按工作原理分： n n 、U/fU/f控制变频器控制变频器(VVVF(VVVF控制控制) ) n n 、SFSF控制变频器控制变频器( (转差频率控制转差频率控制) ) n n 、VCVC控制变频器控制变频器( (VectoryVectory Control Control 矢量矢量 控制控制) )。 按国际区域分类：按国际区域分类： n n 、国产变频器：浙江三科、欧瑞传动、森兰、国产变频器：浙江三科、欧瑞传动、森兰、 英威腾、蓝海华腾、迈凯诺、伟创、美资易泰帝英威腾、蓝海华腾、迈凯诺、伟创、美资易泰帝; ; n n 、欧美变频器：、欧美变频器：ABBABB、西门子、日本变频器富、西门子、日本变频器富 士三菱、韩国变频器、台湾变频器台达、香港变频器士三菱、韩国变频器、台湾变频器台达、香港变频器 。 n n 按电压等级分类： 按电压等级分类： n n 、高压变频器：、高压变频器：3KV3KV、6KV6KV、10KV10KV n n 、中压变频器：、中压变频器：660V660V、1140V1140V n n 、低压变频器：、低压变频器：220V220V、380V380V n n 按电压性质分类： 按电压性质分类： n n 、交流变频器：、交流变频器：AC-DC-AC(AC-DC-AC(交交- -直直- -交交) )、AC-AC- AC(AC(交交- -交交) ) n n 、直流变频器：、直流变频器：DC-AC(DC-AC(直直- -交交) ) n n 变频器的工作原理 n n 主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电 力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两 类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变 频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电 流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路 滤波是电感。滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源它由三部分构成，将工频电源 变换为直流功率的变换为直流功率的“ “整流器整流器” ”，吸收在变流器和，吸收在变流器和 逆变器产生的电压脉动的逆变器产生的电压脉动的“ “平波回路平波回路” ”，以及将，以及将 直流功率变换为交流功率的直流功率变换为交流功率的“ “逆变器逆变器” ”。 n n 从上式可知，只要平滑地调节异从上式可知，只要平滑地调节异 步电机定子的供电频率步电机定子的供电频率 f f 1 1，同步转，同步转 速速np随之改变，就可以平滑地调节随之改变，就可以平滑地调节 转速转速 n n ，从而实现异步电机的无级，从而实现异步电机的无级 调速，这就是变频调速的基本原理调速，这就是变频调速的基本原理 。 u/f控制 n n u/fu/f控制：控制：u/fu/f控制变频器的方法是在改变频率控制变频器的方法是在改变频率 的同时控制变频器的输出电压，通过使（电压的同时控制变频器的输出电压，通过使（电压 和频率的比）保持一定或按一定的规律变化，和频率的比）保持一定或按一定的规律变化， 而得到所需要的转矩特性。采用而得到所需要的转矩特性。采用u/fu/f控制的变控制的变 频器结构简单，成本低，多用于要求精度不是频器结构简单，成本低，多用于要求精度不是 太高的通用变频器。太高的通用变频器。 u/f控制的原理 采用U/f控制以后异步电机的机械特 性曲线是什么样的？ n n 不同电压不同电压/ /频率协调控制方式时的机械特性频率协调控制方式时的机械特性 0 s 1 0Te 恒 Er /1 控制 恒 Eg /1 控制 恒 Us /1 控制 a b c 不同电压不同电压/ /频率协调控制方式时的机械特性频率协调控制方式时的机械特性 qq恒恒Us/Us/ 1 1控制容易实现，机械特性基本上为平行控制容易实现，机械特性基本上为平行 下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求， 但低速带载能力时须对定子压降实行补偿。但低速带载能力时须对定子压降实行补偿。 qq恒恒Es/Es/ 1 1控制是通常对恒压频比控制实行电压补控制是通常对恒压频比控制实行电压补 偿的标准，可以在稳态时达到偿的标准，可以在稳态时达到气隙磁通恒定气隙磁通恒定，从，从 而改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，而改善了低速性能。但机械特性还是非线性的， 产生转矩的能力仍受到限制。产生转矩的能力仍受到限制。 qq恒恒Er/Er/ 1 1控制可以得到和直流他励电机一样的线控制可以得到和直流他励电机一样的线 性机械特性，机械特性曲线最硬，电磁转矩和转性机械特性，机械特性曲线最硬，电磁转矩和转 差率成正比。差率成正比。 U/f电压补偿的原理是什么？ n n 所谓的所谓的U/fU/f电压补偿，其实就是伏电压补偿，其实就是伏/ /赫限制，是赫限制，是 为了避免发电机或与发电机相连的变压器过激为了避免发电机或与发电机相连的变压器过激 磁而设计的一个限制功能。通常磁而设计的一个限制功能。通常U/f=U/f=常数，即常数，即 电压标幺值与频率标幺值的比值在限制区段为电压标幺值与频率标幺值的比值在限制区段为 一常数，多数调节器比值为一常数，多数调节器比值为1.11.1，限制区段为，限制区段为 40-47Hz40-47Hz。多数励磁调节器设计有低频保护功。多数励磁调节器设计有低频保护功 能，当发电机频率低于下限频率，励磁调节器能，当发电机频率低于下限频率，励磁调节器 会发出命令逆变灭磁，即低频保护。会发出命令逆变灭磁，即低频保护。 变频器工作原理详解 n1、变频器的主回路 n 电压型变频器主电路包括：整流电路、中间直流电路、逆变电路三 部分组，交-直-交型变频器结构见附图1 n1）整流电路： VD1VD6组成三相不可控整流桥，220V系列采用单相全波整 流桥电路；380V系列采用桥式全波整流电路。 n2）中间滤波电路：整流后的电压为脉动电压，必须加以滤波；滤波电容c1 c2除滤波作用外，还在整流与逆变之间起去耦作用、消除干扰、提高功率因 数，由于该大电容储存能量，在断电的短时间内电容两端存在高压电，因而 要在电容充分放电后才可进行操作。 n3）限流电路：由于储能电容较大，接入电源时电容两端电压为零，因而在 上电瞬间滤波电容CF的充电电流很大，过大的电流会损坏整流桥二极管，为 保护整流桥上电瞬间将充电电阻RL串入直流母线中以限制充电电流，当CF充 电到一定程度时由开关SL将RL短路。 n4）逆变电路： 逆变管V1V6组成逆变桥将直流电逆变成频率、幅值都可调 的交流电，是变频器的核心部分。常用逆变模块有：GTR、BJT、GTO、IGBT 、IGCT等，一般都采用模块化结构有2单元、4单元、6单元 变频器工作原理详解 n5）续流二极管D1D6：其主要作用为： n（1）电机绕组为感性具有无功分量，VD1VD7为无功电流返回到直流电源提供通道 n（2）当电机处于制动状态时，再生电流通过VD1VD7返回直流电路。 n（3）V1V6进行逆变过程是同一桥臂两个逆变管不停地交替导通和截止，在换相过程 中也需要D1D6提供通路。 n6）缓冲电路 n 由于逆变管V1V6每次由导通切换到截止状态的瞬间，C极和E极间的电压将由 近乎0V上升到直流电压值UD，这过高的电压增长率可能会损坏逆变管，吸收电容的作 用便是降低V1V6关断时的电压增长率。 n7）制动单元 n电机在减速时转子的转速将可能超过此时的同步转速（n=60f/P）而处于再生制动（ 发电）状态，拖动系统的动能将反馈到直流电路中使直流母线（滤波电容两端）电压 UD不断上升（即所说的泵升电压），这样变频器将会产生过压保护，甚至可能损坏变 频器，因而需将反馈能量消耗掉，制动电阻就是用来消耗这部分能量的。制动单元由 开关管与驱动电路构成，其功能是用来控制流经RB的放电电流IB 变频器工作原理图 变频器的应用 变频器的应用 变频器的应用 变频器的应用 变频器的应用 变频器危险源危险点识别 1.变频器应安装在金属等不燃物体上否则会有 引发火灾的危险。变频器应安装在无振动、无 强腐蚀气体、无大量灰尘、无潮气的场所以确 保变频器的健康寿命。 2.变频器周围的环境温度请控制在40以下否 则会有引发变频器过热损坏和引发火灾的危险 。 3.接电源线前请先确认电源电压与变频器的额 定电压是否一致否则会有引发变频器炸机和引 发火灾的危险。接电源线前请先确