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变频器交流教材 交流目标 n n 了解电气传动的基本概念了解电气传动的基本概念 n n 掌握变频器的基本工作原理掌握变频器的基本工作原理 n n 能向用户进行简单的技术交流和宣传性介绍能向用户进行简单的技术交流和宣传性介绍 n n 了解变频器的基本应用和选型原则了解变频器的基本应用和选型原则 目录 n n 电气传动基础知识电气传动基础知识 n n 变频器基础知识变频器基础知识 n n 变频器的构成变频器的构成 n n 变频器基本功能变频器基本功能 n n 变频器应用变频器应用 n n 变频器选型变频器选型 电气传动基础知识电气传动系统概述 定义定义 以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交流（直流）以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交流（直流） 电气传动系统，也称交流（直流）电气拖动系统电气传动系统，也称交流（直流）电气拖动系统 系统构成系统构成 中间传动机构中间传动机构 交流电源交流电源 输入输入 终端机械终端机械 交流交流 电机电机 直流直流 调速调速 装置装置 直流输出直流输出 皮带轮、齿轮箱等皮带轮、齿轮箱等风机、泵等风机、泵等 直流直流 电机电机 交流交流 调速调速 装置装置 交流输出交流输出 执行机构执行机构 变频变频 器器 电气传动基础知识电气传动的目的和意义 序号序号意意义义义义有代表意有代表意义义义义的行的行业业业业或或设备设备设备设备 1 1 节节节节能能风风风风机、水机、水泵泵泵泵、注塑机、注塑机 2 2 提高提高产产产产品品质质质质量量机床、印刷、包装等生机床、印刷、包装等生产线产线产线产线 3 3 提高提高环环环环境境质质质质量量电电电电梯、中央空梯、中央空调调调调 目的目的 根据设备和工艺的要求通过改变电机速度或输出转矩改变终端设备的速度或转矩根据设备和工艺的要求通过改变电机速度或输出转矩改变终端设备的速度或转矩 意义意义 注：并不是所有的设备使用电气传动装置后都可以节能注：并不是所有的设备使用电气传动装置后都可以节能 电气传动基础知识电机的机械特性 TM = TL+T0TL TMM A-电磁转矩 TL = TM nM / nL -负载转矩 T0 -损耗转矩. 机械功率 P=T*n/9550 电气传动基础知识交流电机的机械特性 交流异步电机的机械特性公式交流异步电机的机械特性公式 n n60f/p(1-s)60f/p(1-s) n n：电机转速：电机转速 f f：给电机供电的交流电频率：给电机供电的交流电频率 p p：电机极对数：电机极对数 s s：转差率：转差率 T T：电机力矩：电机力矩 N N：速度：速度 n n0 0 额定额定 异步机机械特性异步机机械特性 最大最大 交流同步电机的机械特性公式交流同步电机的机械特性公式 n n60f/p60f/p n n：电机转速：电机转速 f f：给电机供电的交流电频率：给电机供电的交流电频率 p p：电机极对数：电机极对数 n n0 0 额定额定最大最大 T T：电机力矩：电机力矩 同步机机械特性同步机机械特性 n n 交流异步电机广泛应用在传动系统中交流异步电机广泛应用在传动系统中 n n 交流同步电机目前已开始在纺织行业广泛使用交流同步电机目前已开始在纺织行业广泛使用 电气传动基础知识电气传动系统基本工作原理 电力传动系统运动方程式电力传动系统运动方程式 T T电机转矩 电机转矩 T T 负载转矩负载转矩加速运行 加速运行 T T 电机转矩电机转矩T T负载转矩 负载转矩减速运行 减速运行 T T电机转矩 电机转矩 T T负载转矩 负载转矩恒速运行 恒速运行 l l 电机转矩控制性能是影响电气传动系统性能高低的最重要因素电机转矩控制性能是影响电气传动系统性能高低的最重要因素 T T 电机转矩电机转矩 T T负载转矩 负载转矩 P P 电机功率电机功率 T T 电机转矩电机转矩N N电机速度 电机速度K K常数 常数 M M T T 电机转矩电机转矩 T T 负载转矩负载转矩 中间传动机构中间传动机构终端机械终端机械 电气传动基础知识电气传动系统工作原理 l l 速度模式：速度模式： 以控制转速恒定为目的，控制设备根据设定速度要求自动调整电机转矩适以控制转速恒定为目的，控制设备根据设定速度要求自动调整电机转矩适 应外部的负载变化，达速时电机转矩等于负载转矩应外部的负载变化，达速时电机转矩等于负载转矩 应用：应用：如常规调速系统（电梯、各类生产线），如常规调速系统（电梯、各类生产线）， l l 转矩模式转矩模式 以控制电机转矩恒定为目的，达速时电机转矩等于负载转矩，但电机的运以控制电机转矩恒定为目的，达速时电机转矩等于负载转矩，但电机的运 转速度不确定，如果控制不当可能会引起传动设备超速损坏等事故转速度不确定，如果控制不当可能会引起传动设备超速损坏等事故 为保证系统安全，必须额外考虑限速或超速保护为保证系统安全，必须额外考虑限速或超速保护 应用：如：开卷应用：如：开卷/ /收卷收卷 T T 电机转矩电机转矩 T T负载转矩 负载转矩 M M T T 电机转矩电机转矩 T T 负载转矩负载转矩 中间中间传动传动机构机构终端机械终端机械 电气传动基础知识电气传动系统负载特性 传动机构传动机构 电动机电动机 生产机械生产机械 负载特性负载特性 摩擦恒转矩摩擦恒转矩 l l 生产流水线生产流水线 l l 起重行走起重行走 速度速度 T T 负载转矩负载转矩 势能恒转矩势能恒转矩 l l 电梯电梯 l l 起重机提升起重机提升 恒功率恒功率 速度越低，速度越低， 负载转矩越大负载转矩越大 l l 机床机床 l l 开卷机开卷机/ /收卷机收卷机 变转矩变转矩 速度越低，负载速度越低，负载 转矩越小转矩越小 l l 风机水泵风机水泵 负载转矩大小于与转速无关负载转矩大小于与转速无关 电气传动基础知识交（直）流电气传动系统的特点 直流电气传动系统特点：直流电气传动系统特点： l l 控制对象：直流电动机控制对象：直流电动机 l l 控制原理简单，一种调速方式控制原理简单，一种调速方式 l l 性能优良，对硬件要求不高性能优良，对硬件要求不高 l l 电机有换向电刷（换向火化）电机有换向电刷（换向火化） l l 电机设计功率受限电机设计功率受限 l l 电机易损坏，不适应恶劣现场电机易损坏，不适应恶劣现场 l l 需定期维护需定期维护 交流电气传动系统特点：交流电气传动系统特点： l l 控制对象：交流电动机控制对象：交流电动机 l l 控制原理复杂，有多种调速方式控制原理复杂，有多种调速方式 l l 性能较差，对硬件要求较高性能较差，对硬件要求较高 l l 电机无电刷，无换向火化问题电机无电刷，无换向火化问题 l l 电机功率设计不受限电机功率设计不受限 l l 电机不易损坏，适应恶劣现场电机不易损坏，适应恶劣现场 l l 基本免维护基本免维护 l l 7070年代以前直流占统治地位，交流调速只在大功率电机调速上使用年代以前直流占统治地位，交流调速只在大功率电机调速上使用 l l 目前交流调速已经占统治地位目前交流调速已经占统治地位 调调速方式名称控制对对象特点 变变极调调速 交流异步电动电动 机 有级调级调 速，系统简单统简单 ，最多4段速 调压调调压调 速 无级调级调 速，调调速范围围窄 电电机最大出力能力下降，效率低 系统简单统简单 ，性能较较差 转转子串电电阻调调速 变频调变频调 速交流异步电动电动 机 交流同步电动电动 机 真正无级调级调 速，调调速范围宽围宽 电电机最大出力能力不变变，效率高 系统统复杂杂，性能好 可以和直流调调速系统统相媲美 早 晚 发 展 时 间 电气传动基础知识交流电气传动系统的发展历程 变频器基础知识变频器定义及其特点 变频器变频器 变频器是交流电气传动系统的一种变频器是交流电气传动系统的一种, ,是将交流工频电源转换成电压、频率均可是将交流工频电源转换成电压、频率均可 变的适合交流电机调速的电力电子变换装置，英文简称变的适合交流电机调速的电力电子变换装置，英文简称VVVF ( Variable VVVF ( Variable Voltage Variable Frequency Voltage Variable Frequency） 变频器的控制对象变频器的控制对象 三相交流异步电机和三相交流同步电机，标准适配电机三相交流异步电机和三相交流同步电机，标准适配电机极数是极数是2/42/4极极 序号序号优优优优点点 1 1 平滑平滑软软软软启启动动动动，降低启，降低启动动动动冲冲击电击电击电击电 流，减少流，减少变压变压变压变压 器占有量，确保器占有量，确保电电电电机安全机安全 2 2 在机械允在机械允许许许许的情况下可通的情况下可通过过过过提高提高变频变频变频变频 器的器的输输输输出出频频频频率提高工作速度率提高工作速度 3 3 无无级调级调级调级调 速，速，调调调调速精度大大提高速精度大大提高 4 4 电电电电机正反向无需通机正反向无需通过过过过接触器切接触器切换换换换 5 5 非常方便接入通非常方便接入通讯讯讯讯网网络络络络控制，控制，实现实现实现实现 生生产产产产自自动动动动化控制化控制 变频调速的优势（与其它交流电机调速方式对比）变频调速的优势（与其它交流电机调速方式对比） 变频器基础知识变频技术发展历程 控制算法控制算法 功率半功率半 导体技术导体技术 V/FV/F控制控制 SCRSCRGTR GTR 矢量控制矢量控制 IGBTIGBT 计算机计算机 技术技术 单片机单片机 DSPDSP IGBTIGBT大容量化大容量化 更高速率和容量更高速率和容量 如：矩阵式变频器如：矩阵式变频器 大功率传大功率传 动使用变动使用变 频器，体频器，体 积大，价积大，价 格高格高 未来发展方向未来发展方向 完美无谐波完美无谐波 PWMPWM技术技术 SPWMSPWM技术技术 PWMPWM优化优化 新一代开关技术新一代开关技术 无速度矢量控制无速度矢量控制 电流矢量电流矢量V/FV/F 7070年代年代8080年代年代6060年代年代9090年代年代 高速高速DSPDSP 专用芯片专用芯片 0000年代年代 超静音变频器开始流行超静音变频器开始流行 解决了解决了GTRGTR噪声问题噪声问题 变频器性能大幅提升变频器性能大幅提升 大批量使用，取代直流大批量使用，取代直流 算法优化算法优化 更大容量更大容量 更高开关频率更高开关频率 PWMPWM技术技术 空间电压矢量空间电压矢量 调制技术调制技术 变频器体变频器体 积缩小，积缩小， 开始在中开始在中 小功率电小功率电 机上使用机上使用 变频器基础知识变频器分类 供供电电电电电电电电 源源 低低压压压压220V/1PH220V/1PH、220V/3PH220V/3PH、380V/3PH380V/3PH 高高压压压压30003000、60006000、10000V/3PH10000V/3PH 控制算法控制算法 通用通用内置内置V/FV/F控制方式，控制方式，简单简单简单简单 ，性能一般，性能一般 高性能高性能内置矢量控制方式，复内置矢量控制方式，复杂杂杂杂，高性能，高性能 变换变换变换变换 方方 法法 （拓朴（拓朴结结结结 构）构） 交直交交直交 电压电压电压电压 型（型（储储储储能能环节为电环节为电环节为电环节为电 解解电电电电容）容） 电电电电流型流型( (储储储储能能环节为电环节为电环节为电环节为电 抗器）抗器） 交交交交无无储储储储能能环节环节环节环节 l l 交直交电压型变频器因结构简单，功率因素高，目前广泛使用交直交电压型变频器因结构简单，功率因素高，目前广泛使用 变频器基础知识基本工作原理 整流部分整流部分储能环节储能环节逆变部分逆变部分 M M 控制系统控制系统 交流交流 交流低压交直交通用变频器系统框图 直流直流直流直流交流交流 整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非 正弦，带有丰富的谐波正弦，带有丰富的谐波 逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电 流近似正弦流近似正弦 变频器基础知识基本工作原理 单相逆变电路工作原理单相逆变电路工作原理 S1S1 S4S4 S2S2 S3S3 E Ed d U1U1 S1,S3S1,S3导通导通 S2,S4S2,S4导通导通 S1,S3 S1,S3导通导通 S2,S4S2,S4导通导通 S1,S3S1,S3导通导通 S2,S4S2,S4导通导通 f1f1 f2f2 EdEd U1U1 逆变器的功能：逆变器的功能： l l 通过改变开关管导通时间改变输出电压的频率通过改变开关管导通时间改变输出电压的频率 l l 通过改变开关管导通顺序改变输出电压的相序通过改变开关管导通顺序改变输出电压的相序 变频器基础知识基本工作原理 S1S1 S4S4 S5S5 S2S2 S3S3 S6S6 U U V V EdEd W W 561561 U U UVUV U U VWVW U U VWVW 612612 123123 234234 345345 456456 561561 612612 三相逆变电路 EdEd 缺点：缺点： l l 输出电压的谐波分量太大输出电压的谐波分量太大 l l 电机谐波损耗增加，发热严重甚至烧坏电机电机谐波损耗增加，发热严重甚至烧坏电机 l l 转矩脉动较大，低速运行时影响转速的平稳转矩脉动较大，低速运行时影响转速的平稳 l l 直到从通信技术中采用直到从通信技术中采用PWMPWM调制才大大的缓解了以上问题调制才大大的缓解了以上问题 电机电机 变频器基础知识基本工作原理 调制解调器（调制解调器（PWM)PWM) 调制解调器调制解调器 的英文是的英文是MODEMMODEM，其作用是利用模拟信号传输线路传输数字信号，其作用是利用模拟信号传输线路传输数字信号 。 电子信号分两种，一种是电子信号分两种，一种是“模拟信号模拟信号”，一种是，一种是“数字信号数字信号”。我们使用的。我们使用的 电话线路传输的是模拟信号，而电话线路传输的是模拟信号，而PCPC机之间传输的是数字信号。所以当你想通过电机之间传输的是数字信号。所以当你想通过电 话线把自己的电脑连入话线把自己的电脑连入InternetInternet时，就必须使用调制解调器来时，就必须使用调制解调器来“翻译翻译”两种不同两种不同 的信号。的信号。 连入连入InternetInternet后，当后，当PCPC机向机向InternetInternet发送信息时，由于电话线传输的发送信息时，由于电话线传输的 是模拟信号，所以必须要用调制解调器来把数字信号是模拟信号，所以必须要用调制解调器来把数字信号“翻译翻译”成模拟信号，才能成模拟信号，才能 传送到传送到InternetInternet上，这个过程叫做上，这个过程叫做“调制调制”。 当当PCPC机从机从InternetInternet获取信息时，获取信息时， 由于通过电话线从由于通过电话线从 InternetInternet传来的信息都是模拟信号，所以传来的信息都是模拟信号，所以PCPC机想要看懂它们机想要看懂它们 ，还必须借助调制解调器这个，还必须借助调制解调器这个“翻译翻译”,”,这个过程叫作这个过程叫作“解调解调”。合起来就是。合起来就是“ 调制解调调制解调” 变频器基础知识基本工作原理 SPWMSPWM调制调制 载波载波 PWMPWM（Pulse Width Pulse Width ModurationModuration）调制）调制 l l PWMPWM调制是：利用半导体开关器件的导通和关断把直流电压调制成电压可变、频调制是：利用半导体开关器件的导通和关断把直流电压调制成电压可变、频 率可变的电压脉冲列。率可变的电压脉冲列。 l l SPWMSPWM调制是：采用三角波和正弦波相交获得的调制是：采用三角波和正弦波相交获得的PWMPWM波形直接控制各个开关可以得波形直接控制各个开关可以得 到脉冲宽度和各脉冲间的占空比可变的呈正弦变化的输出脉冲电压电压，能获到脉冲宽度和各脉冲间的占空比可变的呈正弦变化的输出脉冲电压电压，能获 得理想的控制效果：输出电流近似正弦得理想的控制效果：输出电流近似正弦 l l 载波频率必须高，才能保证调制后得到的波形与调制前效果相同载波频率必须高，才能保证调制后得到的波形与调制前效果相同 l l GTRGTR变频器由于开关频率太低，电机噪声较大，变频器由于开关频率太低，电机噪声较大，IGBTIGBT有效的解决了这个问题有效的解决了这个问题 变频器基础知识核心控制算法 交流调速的控制核心交流调速的控制核心： 在预定的频率（速度范围内）保持电机磁通恒定才能保证电机出力，才能获得在预定的频率（速度范围内）保持电机磁通恒定才能保证电机出力，才能获得 理想的调速效果理想的调速效果 V/FV/F控制控制简单实用，性能一般，使用最为广泛简单实用，性能一般，使用最为广泛 l l 只要保证输出电压和输出频率恒定就能近似保持磁通保持恒定只要保证输出电压和输出频率恒定就能近似保持磁通保持恒定 例例: : 对于对于380V 50Hz380V 50Hz电机，当运行频率为电机，当运行频率为40HZ40HZ时，要保持时，要保持V/F V/F 恒定，则恒定，则 40HZ 40HZ时电机的供电电压时电机的供电电压:380:380（40/50)40/50)304V304V l l 低频时，定子阻抗压降会导致磁通下降，需将输出电压适当提高低频时，定子阻抗压降会导致磁通下降，需将输出电压适当提高 矢量控制矢量控制性能优良，可以与直流调速媲美，技术成熟较晚性能优良，可以与直流调速媲美，技术成熟较晚 l l 模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变换来实现对异步电机定子励磁电模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变换来实现对异步电机定子励磁电 流分量和转矩电流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，进而达到良好的流分量和转矩电流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，进而达到良好的 转矩控制性能，实现高性能控制。性能优良，控制相同复杂，直到转矩控制性能，实现高性能控制。性能优良，控制相同复杂，直到9090代计算代计算 机技术迅速发展才真正大范围使用机技术迅速发展才真正大范围使用 变频器基础知识核心控制算法 项项项项目目通用通用变频变频变频变频 器器高性能高性能变频变频变频变频 器器 控制算法控制算法V/FV/F控制控制转转转转矩提升矩提升 同步机异步机控制算同步机异步机控制算 法基本相同法基本相同 开开环环环环矢量控制（无速度矢量控制（无速度传传传传感器矢量控制）感器矢量控制） 闭环闭环闭环闭环 矢量控制（有速度矢量控制（有速度传传传传感器矢量控制）感器矢量控制） 异步机和同步机需要不同的控制算法异步机和同步机需要不同的控制算法 调调调调速范速范围围围围1:401:401:1001:100（开（开环环环环矢量矢量),1:1000(),1:1000(闭环闭环闭环闭环 矢量矢量) ) 启启动转动转动转动转 矩矩无要求无要求180% 0.5Hz180% 0.5Hz（开（开环环环环矢量矢量) )， 200% 0200% 0速速( (闭环闭环闭环闭环 矢量矢量) ) 稳稳稳稳速精度速精度与与转转转转差有关（差有关（2-3%)2-3%)0.5%(0.5%(开开环环环环矢量矢量) )，0.05%(0.05%(闭环闭环闭环闭环 矢量矢量) ) 转转转转矩控制矩控制无无有有 控制算法控制算法简单简单简单简单复复杂杂杂杂 电电电电机参数机参数不依不依赖电赖电赖电赖电 机参数，支机参数，支 持同持同时驱动时驱动时驱动时驱动 不同不同类类类类 型不同功率的型不同功率的电电电电机机 电电电电机参数机参数对对对对控制性能的影响控制性能的影响较较较较大，一般只大，一般只 能能驱动驱动驱动驱动 一台一台电电电电机机 变频器基础知识变频器关键技术指标 输入侧输入侧 额定工作电压：额定工作电压： 给变频器供电的额定工作电压，各国不完全一样。给变频器供电的额定工作电压，各国不完全一样。 中国是中国是220V/220V/单相单相/50HZ/50HZ或或380V/3380V/3相相/50HZ/50HZ 电压允许波动：电压允许波动： 限制变频器的最高和最低工作电压，避免损坏变频器限制变频器的最高和最低工作电压，避免损坏变频器 频率波动范围：频率波动范围： 50/60Hz5 50/60Hz5 输出侧输出侧 额定输出电压：变频器的最大输出电压，由额定工作电压决定额定输出电压：变频器的最大输出电压，由额定工作电压决定 额定电流：额定电流： 变频器能够长期输出的最大电流变频器能够长期输出的最大电流 过载能力：过载能力： 变频器的输出电流允许超过额定电流的倍数和时间，由逆变变频器的输出电流允许超过额定电流的倍数和时间，由逆变 模块决定模块决定 最大输出频率：变频器能够输出的最大工作频率最大输出频率：变频器能够输出的最大工作频率 频率精度：频率精度： 输出频率的准确度（相对于设定频率）输出频率的准确度（相对于设定频率） 频率分辩率：频率分辩率： 指给定运行频率的最小改变量指给定运行频率的最小改变量 防护等级防护等级 一般是一般是IP20 (“0”IP20 (“0”代表不防水）代表不防水） 变频器的构成实用原理框图 1 1 4 4 3 3 2 2 5 5 6 6 7 7 8 8 l l 部分小功率变频器使用的单相部分小功率变频器使用的单相220V220V 类别类别类别类别作用作用主要构成器件主要构成器件 主主 回回 路路 整流部分整流部分1 1 将工将工频频频频交流交流变变变变成直流，成直流，输输输输入无相序要入无相序要 求求 整流整流桥桥桥桥 逆逆变变变变部分部分2 2 将直流将直流转换为频转换为频转换为频转换为频 率率电压电压电压电压 均可均可变变变变的交流的交流 电电电电，输输输输出无相序要求出无相序要求 IGBTIGBT 制制动动动动部分部分 3/43/4 消耗消耗过过过过多的回多的回馈馈馈馈能量，保持直流母能量，保持直流母线线线线 电压电压电压电压 不超不超过过过过最大最大值值值值 单单单单管管IGBT IGBT 和制和制动电动电动电动电 阻阻 , ,大功率制大功率制动单动单动单动单 元外置元外置 上上电缓电缓电缓电缓 冲冲6 6 降低上降低上电电电电冲冲击电击电击电击电 流，上流，上电结电结电结电结 束后接触束后接触 器自器自动动动动吸合，而后吸合，而后变频变频变频变频 器允器允许许许许运行运行 限流限流电电电电阻和接触器阻和接触器 储储储储能部分能部分5 5 保持直流母保持直流母线电压线电压线电压线电压 恒定，降低恒定，降低电压电压电压电压 脉脉 动动动动 电电电电解解电电电电容和均容和均压电压电压电压电 阻阻 控控 制制 回回 路路 键盘键盘键盘键盘 7 7 对变频对变频对变频对变频 器参数器参数进进进进行行调试调试调试调试 和修改，并和修改，并实实实实 时监时监时监时监 控控变频变频变频变频 器状器状态态态态 MCU(MCU(单单单单片机）片机） 控制控制电电电电路路8 8 交流交流电电电电机控制算法生成，外部信号接收机控制算法生成，外部信号接收 处处处处理及保理及保护护护护 DSP(DSP(或两个或两个MCUMCU） 变频器的构成实用原理框图 类别类别类别类别作用作用 结结结结 构构 件件 散散热热热热器器将整流将整流桥桥桥桥、逆、逆变变变变器器产产产产生的生的热热热热量散量散发发发发出去出去 温度温度传传传传感器感器检测检测检测检测 散散热热热热器温度，确保模器温度，确保模块块块块工作在允工作在允许许许许温度温度环环环环境下境下 风风风风扇扇 配合散配合散热热热热器，将器，将变频变频变频变频 器内部的器内部的热热热热量量带带带带走，有直流走，有直流风风风风扇扇 （24V)24V)和交流和交流风风风风扇两种扇两种 变频器的构成实用原理框图 变频器的构成主回路关键器件 IGBTIGBT 驱动电驱动电驱动电驱动电 路路 过过过过流保流保护护护护 过热过热过热过热 保保护护护护 欠欠压压压压保保护护护护 IPM IPM （智能功率模块）（智能功率模块） PIMPIM（功率集成模块）（功率集成模块） 变频器的构成主回路关键器件 器件器件类类类类型型TD900TD900EV1000EV1000EV2000EV2000EV3100EV3100TD3XXXTD3XXXTD3200TD3200 整流整流桥桥桥桥 IXYSIXYS IRIR IXYSIXYS IRIR IXYSIXYS IRIR IGBTIGBT18.5G18.5G以上以上 IPMIPM11/15KW11/15KW11-30KW11-30KW11-75KW11-75KW PIMPIM全系列全系列全系列全系列5.5-7.5KW5.5-7.5KW5.5-7.5KW5.5-7.5KW2.2-7.5KW2.2-7.5KW全系列全系列 变频器的构成用户接口 主回路接口主回路接口 控制回路接口控制回路接口 模拟量输入模拟量输入 模拟量输出模拟量输出 通讯接口通讯接口 控制回路接口控制回路接口 开关量输入开关量输入 开关量输出开关量输出 编码器接口编码器接口 变频器的构成主回路接口 工频电网输入工频电网输入 380V 3PH/220V 3PH380V 3PH/220V 3PH 220V 1PH220V 1PH 制动电阻制动电阻 直流电抗器直流电抗器 三相交流电机三相交流电机 变频器的构成控制回路接口 接口接口类类类类型型主要特点主要特点主要功能主要功能 开关量开关量输输输输入入 无源无源输输输输入，一般由入，一般由变频变频变频变频 器器 内部内部24V24V供供电电电电， 启启/ /停停变频变频变频变频 器，接收器，接收编码编码编码编码 器信号、多段速器信号、多段速 、外部故障等信号或指令，、外部故障等信号或指令，可可编编编编程程 开关量开关量输输输输出出 集集电电电电极开路极开路输输输输出、出、继电继电继电继电 器器输输输输出出 变频变频变频变频 器故障、就器故障、就绪绪绪绪、达速等，参与外部、达速等，参与外部 控制，控制，可可编编编编程程 模模拟拟拟拟量量输输输输入入0-10V/4-20mA0-10V/4-20mA 频频频频率率给给给给定定/PID/PID给给给给定、反定、反馈馈馈馈，接收来自外，接收来自外 部的部的给给给给定或控制，定或控制，可可编编编编程程 模模拟拟拟拟量量输输输输出出0-10V/4-20mA0-10V/4-20mA 运行运行频频频频率、运行率、运行电电电电流的流的输输输输出，用于外界出，用于外界 显显显显示示仪仪仪仪表和外部表和外部设备设备设备设备 控制，控制，可可编编编编程程 脉冲脉冲输输输输出出PWMPWM波波输输输输出出功能同模功能同模拟拟拟拟量量输输输输出（部分出（部分变频变频变频变频 器提供）器提供） 通通讯讯讯讯口口RS485/RS232RS485/RS232组组组组网控制网控制 变频器的构成键盘及功能 频率单位 移位键 移位键 点动键 电流单位 电压单位 转速 线速 四位数码管显示 运行命令指示灯 运行命令切换键 LCD文字说明 MENU ESC 运行指示灯 运行键 增减键 ENTER进入键 数据确认键 停止键 故障复位键 l l 变频器参数编程变频器参数编程 l l 简易调试或应用简易调试或应用 变频器基本应用功能启动方式 起动频率起动起动频率起动 先直流制动再起动先直流制动再起动 转速跟踪起动转速跟踪起动 t f t f f 起动 频率 1 1、起动频率不易过高、起动频率不易过高 否则容易过流或损否则容易过流或损 伤设备伤设备 2 2、如电机未停止，采用、如电机未停止，采用 该模式可能导致过流该模式可能导致过流 或过压或过压 1 1、制动频率、电压不易、制动频率、电压不易 过高，则容易过流或过高，则容易过流或 损伤设备损伤设备 2 2、常用于风机、常用于风机 1 1、电机运行频率自学习、电机运行频率自学习 2 2、常用于水泵和大惯量、常用于水泵和大惯量 负载（离心机），可负载（离心机），可 降低故障影响降低故障影响 变频器基本应用功能变频器基本应用功能转速跟踪转速跟踪 电源 ON OFF ON 电机转速 零速 输出频率 变频器运行方向 功能定义：对旋转的电机实施启动时，需要平稳不跳闸启动功能定义：对旋转的电机实施启动时，需要平稳不跳闸启动 功能特点：变频器先检测当前电机转速和方向后以该速度为起点平滑再启动功能特点：变频器先检测当前电机转速和方向后以该速度为起点平滑再启动 适用：适用： 风机、水泵风机、水泵 变频器基本应用功能停车方式 减速停车减速停车 减速直流制动减速直流制动 自由停车自由停车 t f t f f l l 按照预设的减速时间按照预设的减速时间 降低输出频率一直到降低输出频率一直到0 0 l l 如果时间太短，会造如果时间太短，会造 成泵升电压，需配置制成泵升电压，需配置制 动单元和电阻动单元和电阻 l l 在制动频率前动作和在制动频率前动作和 减速停车完全相同减速停车完全相同 l l 制动起始频率、电压制动起始频率、电压 时间要合理选定，由小到大时间要合理选定，由小到大 逐渐变化逐渐变化 l l 停车时间取决与停车时间取决与 负载阻力，和减速负载阻力，和减速 时间没有关系时间没有关系 制动频率 变频器基本应用功能加减速时间 频率 时间 Fmax最大输出频率 加速时间减速时间 变频器基本应用功能点动运行 一般在调试时使用，如：确定运转方向、反向倒车等一般在调试时使用，如：确定运转方向、反向倒车等 变频器基本应用功能多段速运行 l l 通过外部端子实现通过外部端子实现8/168/16段不同的速度段不同的速度 l l 电梯、起重、洗衣机等常用电梯、起重、洗衣机等常用 变频器基本应用功能变频器基本应用功能PLCPLC功能功能 循环完成指示 阶段完成指示 PLCPLC运行运行由用由用户户户户自由自由编编编编程的多段定程的多段定时时时时自自动变动变动变动变 速功能速功能 变频器基本应用功能通讯控制 通过一根二芯通过一根二芯/ /四芯电缆，遵守公共的通讯协议，可任意读取控制网上设备的状态四芯电缆，遵守公共的通讯协议，可任意读取控制网上设备的状态 ，可以实现启停、参数设置、报警、复位、方向设置等操作，可以实现启停、参数设置、报警、复位、方向设置等操作，节省了大量的连线节省了大量的连线 RS485RS485（MODBUS)MODBUS) 变频器基本功能 功能功能功能功能简简简简介介 控制算法控制算法交流交流电电电电机的控制方案，包括机的控制方案，包括V/FV/F控制、矢量控制控制、矢量控制 内置内置PIDPID过过过过程程闭环闭环闭环闭环 控制控制 加减速曲加减速曲线线线线确定目确定目标设备标设备标设备标设备 的加减速的加减速时间时间时间时间 ，有直，有直线线线线和和S S曲曲线线线线两种两种 跳跳跃频跃频跃频跃频 率率为为为为避免机械避免机械谐谐谐谐振特振特设设设设的的变频变频变频变频 器不能器不能长长长长期期稳稳稳稳定运行的指定定运行的指定频频频频率率 带带带带 AVRAVR根据根据电电电电网网电压电压电压电压 自自动调动调动调动调 整整输输输输出出电压电压电压电压 自自动动动动限流限流电电电电流超流超过预设值过预设值过预设值过预设值 后后变频变频变频变频 器自器自动调动调动调动调 整整输输输输出出频频频频率和率和电压电压电压电压 防止跳防止跳闸闸闸闸 过压过压过压过压 失速失速加减速加减速过过过过程中直流母程中直流母线电压过线电压过线电压过线电压过 高后高后变频变频变频变频 器自器自动动动动停止加减速停止加减速 过过过过流失速流失速加减速加减速过过过过程中程中电电电电流超流超过预设值过预设值过预设值过预设值 后后变频变频变频变频 器自器自动动动动停止加减速停止加减速 载频载频载频载频 自自动调动调动调动调 整整变频变频变频变频 器根据噪声和自身温度自器根据噪声和自身温度自动调动调动调动调 整整载频载频载频载频 到最佳到最佳值值值值 音音调调调调调调调调 整整改改变电变电变电变电 机机发发发发出的声音以适出的声音以适应现场应现场应现场应现场 要求要求 变频器保护功能 由于变频器大量的使用了各种半导体器件，如整流桥、由于变频器大量的使用了各种半导体器件，如整流桥、IGBTIGBT、电解电容等，、电解电容等， 要想保证变频器长期稳定工作，则必须保证各器件工作在其允许条件下。要想保证变频器长期稳定工作，则必须保证各器件工作在其允许条件下。 超出条件则必须立刻或延时停止变频器工作，待异常条件消失后才能重超出条件则必须立刻或延时停止变频器工作，待异常条件消失后才能重 新开始工作，如保护失效或动作延迟将导致变频器出现不可恢复性损害。新开始工作，如保护失效或动作延迟将导致变频器出现不可恢复性损害。 保保护类护类护类护类 型型原因原因 缺相缺相输输输输入缺相入缺相输输输输入入电压值电压值电压值电压值 相差超相差超过过过过允允许值许值许值许值 输输输输出缺相出缺相输输输输出出电电电电流三相不平衡流三相不平衡 过过过过流流加速加速/ /减速减速/ /恒速恒速超超过变频过变频过变频过变频 器允器允许许许许的最大的最大电电电电流（流（2 2倍倍额额额额定）定） 过载过载过载过载超超过变频过变频过变频过变频 器允器允许许许许的的过载过载过载过载 范范围围围围 过压过压过压过压加速加速/ /减速减速/ /恒速恒速直流母直流母线电压线电压线电压线电压 超超过过过过允允许值许值许值许值 过热过热过热过热散散热热热热器温度超器温度超过过过过允允许值许值许值许值 欠欠压压压压电电电电网网电压过电压过电压过电压过 低低 变频器应用变频器运行的两大要素 运行给定运行给定运行命令运行命令 l l 决定速度大小决定速度大小 （直接速度给定、多段速、（直接速度给定、多段速、PIDPID结果）结果） l l 决定电机的运行方向决定电机的运行方向 l l 决定变频器是启动还是停止决定变频器是启动还是停止 序号序号运行命令运行命令运行运行给给给给定定变频变频变频变频 器状器状态态态态 1 1 无运行命令无运行命令 停机停机 2 2 有正向或反向运行命令有正向或反向运行命令给给给给定定为为为为0 0零速运行零速运行 3 3 有正向运行命令有正向运行命令有非有非0 0给给给给定定正向运行正向运行 4 4 有反向运行命令有反向运行命令有非有非0 0给给给给定定反向运行反向运行 5 5 有正向或反向运行命令有正向或反向运行命令给给给给定由非定由非0 0变为变为变为变为 0 0减速而后保持零速运行减速而后保持零速运行 4 4 运行中直接方向命令切运行中直接方向命令切换换换换有非有非0 0恒定恒定给给给给定定减速到减速到0 0后反向运行后反向运行 变频器运行的两大要素变频器运行的两大要素 变频器应用键盘控制 工频电源工频电源 外部延长外部延长 电缆电缆 特点：特点： l l 运行命令由键盘上的运行命令由键盘上的RUNRUN和和STOPSTOP决定决定 l l 运行方向一般由变频器内部参数决定运行方向一般由变频器内部参数决定 l l 运行给定由键盘修改特定功能码完成运行给定由键盘修改特定功能码完成 l l 方便快捷方便快捷 适用场合适用场合 l l 在设备调试时广泛使用在设备调试时广泛使用 l l 应用在简单且实时性不强的单机场合应用在简单且实时性不强的单机场合 变频器应用外部端子控制（单机） 工频电源工频电源特点：特点： l l 运行命令由外部启停按钮决定，通过变运行命令由外部启停按钮决定，通过变 频器外部端子频器外部端子FWD/REVFWD/REV决定运行方向决定运行方向 l l 运行给定一般由外部模拟端子决定：运行给定一般由外部模拟端子决定： PLC PLC 模拟输出模拟输出 电位器电位器 l l 与外部逻辑电路或与外部逻辑电路或PLCPLC共同控制变频器共同控制变频器 适用场合适用场合 l l 应用在实时性较强独立系统应用在实时性较强独立系统 l l 使用范围最广使用范围最广 启动启动停止停止 开关量端子开关量端子 模拟量端子模拟量端子 变频器应用外部端子控制（多机） 工频电源工频电源 启动启动停止停止 工频电源 速度给定速度给定 使用场合：使用场合： 各类小型生产线或系统各类小型生产线或系统 特点：特点： l l 实时性好实时性好 l l 调试维护方便调试维护方便 l l 线路复杂，抗干扰线路复杂，抗干扰 能力差能力差 开关量端子开关量端子 模拟量端子模拟量端子 开关量端子开关量端子 模拟量端子模拟量端子 变频器应用通讯控制 工频电源工频电源 启动启动停止停止 工频电源工频电源 速度给定速度给定 使用场合：使用场合： 各类中大型生产线或系统各类中大型生产线或系统 特点：特点： l l 所有控制均通过通讯电缆所有控制均通过通讯电缆 l l 线路相对简单，自动化线路相对简单，自动化 水平高，信息交换量大水平高，信息交换量大 l l 实时性好，抗扰能力强实时性好，抗扰能力强 l l 为防止网络故障，特设独为防止网络故障，特设独 立急停功能立急停功能 l l 投入大，投入大，调试维护困难调试维护困难 通讯接口通讯接口通讯接口通讯接口 单根电缆单根电缆 人机界面人机界面 通讯接口通讯接口 变频器选型选型原则 考虑变频器运行的经济性和安全性，变频器选型保留适当的余量是必要的。考虑变频器运行的经济性和安全性，变频器选型保留适当的余量是必要的。 要准确选型，必须要把握以下几个原则：要准确选型，必须要把握以下几个原则： l l 充分了解控制对象性能要求。一般来讲如对启动转矩、调速精度、调速范围要充分了解控制对象性能要求。一般来讲如对启动转矩、调速精度、调速范围要 求较高的场合则需考虑选用矢量变频器，否则选用通用变频器即可求较高的场合则需考虑选用矢量变频器，否则选用通用变频器即可 l l 了解负载特性，如是通用场合，则需确定变频器是了解负载特性，如是通用场合，则需确定变频器是G G型还是型还是P P型型 l l 了解所用电机主要铭牌参数：额定电压、额定电流。了解所用电机主要铭牌参数：额定电压、额定电流。 l l 确定负载可能出现的最大电流，以此电流作为待选变频器的额定电流。如果该确定负载可能出现的最大电流，以此电流作为待选变频器的额定电流。如果该 电流小于适配电机额定电流，则按适配电机选择对应变频器，考虑成本因素，如电流小于适配电机额定电流，则按适配电机选择对应变频器，考虑成本因素，如 选用的是通用变频器，则可以选择选用的是通用变频器，则可以选择P P型机型机 l l 以下情况要考虑容量放大一档：以下情况要考虑容量放大一档： 1 1、长期高温大负荷、长期高温大负荷 2 2、异常或故障停机会出现灾难性后果的现场、异常或故障停机会出现灾难性后果的现场 3 3、目标负载波动大、目标负载波动大 4 4、现场电网长期偏低而负载接近额定、现场电网长期偏低而负载接近额定 5 5、绕线电机、同步电机或多极电机（、绕线电机、同步电机或多极电机（6 6极以上）极以上） 变频器选型选型原则 充分了解各变频器支持的选配件是正确选配的基础。充分了解各变频器支持的选配件是正确选配的基础。 对于变频器的选配件选配，必须要把握以下几个原则：对于变频器的选配件选配，必须要把握以下几个原则： l l 以下情况要选用交流输入电抗器、直流电抗器以下情况要选用交流输入电抗器、直流电抗器 民用场合，如：宾馆中央空调、电机功率大于民用场合，如：宾馆中央空调、电机功率大于55KW55KW以上以上 电网品质恶劣或容量偏小的场合电网品质恶劣或容量偏小的场合 如不选用可能会造成干扰、三相电流偏差大，变频器频繁炸机如不选用可能会造成干扰、三相电流偏差大，变频器频繁炸机 l l 以下情况要选用交流输出电抗器以下情况要选用交流输出电抗器 变频器到电机线路超过变频器到电机线路超过100100米（一般原则）米（一般原则） l l 以下情况一般要选用制动单元和制动电阻以下情况一般要选用制动单元和制动电阻 提升负载提升负载 频繁快速加减速频繁快速加减速 大惯量（自由停车需要大惯量（自由停车需要1min1min以上，恒速运行电流小于加速电流的设备）以上，恒速运行电流小于加速电流的设备） 变频器选型选型原则 使用通用使用通用变频变频变频变频 器的行器的行业业业业和和设备设备设备设备使用矢量使用矢量变频变频变频变频 器的行器的行业业业业和和设备设备设备设备 纺织绝纺织绝纺织绝纺织绝 大多数大多数设备设备设备设备纺织纺织纺织纺织 有有张张张张力控制力控制场场场场合需使用合需使用 冶金冶金辅辅辅辅助助风风风风机水机水泵泵泵泵、辊辊辊辊道、高炉卷道、高炉卷扬扬扬扬冶金冶金各种主各种主轧线轧线轧线轧线 、飞飞飞飞剪剪 石化用石化用风风风风机、机、泵泵泵泵、空、空压压压压机机 电电电电梯梯门门门门机、起重行走机、起重行走电电电电梯、起重提升梯、起重提升 供水供水 油田用油田用风风风风机、水机、水泵泵泵泵、抽油机、空、抽油机、空压压压压机机 电电电电厂厂风风风风机水机水泵泵泵泵、传传传传送送带带带带 市政市政锅锅锅锅炉、炉、污污污污水水处处处处理理 部分拉部分拉丝丝丝丝机机牵牵牵牵引引拉拉丝丝丝丝机的收放卷机的收放卷 凹版印刷凹版印刷 水泥、陶瓷、玻璃生水泥、陶瓷、玻璃生产线产线产线产线 全全线线线线 传传传传送送带矿带矿带矿带矿 山山风风风风机机泵泵泵泵矿矿矿矿山提升机山提升机 卷烟制卷烟制丝丝丝丝卷烟成型包装卷烟成型包装 低速低速造造纸纸纸纸及配套及配套风风风风机水机水泵泵泵泵、制、制浆浆浆浆高速造高速造纸纸纸纸、切、切纸纸纸纸机、复卷机机、复卷机 产品解决方案公共直流母线技术 整流单元 电机 AC电源 电机电机 电网能量回 馈单元 能耗制动 组件 。 电机 DC BUS 电机 产品解决