变频器的基本组成和原理.ppt

1-1,SIMOVERT MASTERDRIVES 矢量控制 （背景知识）,1-2,变频器基本组成和原理,补-1,1-3,1.异步电动机调速方法什么是变频调速,补-2,1-4,ASM,AC,AC,ASM,400V 50Hz,400v 50Hz 1450 1/min,0V.mains 0f.mainsf.max,400v 50Hz 1450 1/min,同步转速,转速,f- 频率 p- 极对数 s- 滑差,(1-s),感应电机工作原理（公频电源/变频器）,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-1,n =60,p,f,n =60,p,f,0,1.异步电动机调速方法什么是变频调速,1-5,1.异步电动机调速方法,补-3,1-6,1.异步电动机调速方法,补-4,1-7,1.异步电动机调速方法,补-5,1-8,1/8的逆变器额定电流 电机额定电流,电机,变频器结构框图,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-2,2.变频器的总体结构,在中、小容量变频器中应用得最广泛的是“交直交”电压型变频器,1-9,2.变频器的总体结构,补-6,1-10,2.变频器的总体结构,补-7,1-11,状态 切换,特殊 状态,晶闸管号(=导通),电机电势,合成电势,逆变器工作原理,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-18,3. 逆变器的工作原理,1-12,状态切换,状态切换,全导通状态逆变器输出电压,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-19,3. 逆变器的工作原理,1-13,例如,基波,5次谐波,逆变器输出电压/基波与谐波含量,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-20,3. 逆变器的工作原理,1-14,调节逆变器输出电压rms值,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-21,3. 逆变器的工作原理,1-15,低脉冲频率,高脉冲频率,电机电流/脉冲频率的影响,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens ,2-22,3. 逆变器的工作原理,1-16,波形跟踪示例/变频器输出电压，电流,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-23,3. 逆变器的工作原理,1-17,阻性负载逆变器电流,感性负载逆变器电流,晶闸管1“导通” 晶闸管4“导通”,晶闸管1“导通” 晶闸管1“导通”,晶闸管1“导通” 晶闸管4“导通”,逆变器中续流二极管的作用,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-24,3. 逆变器的工作原理,1-18,边缘触发调制,修正的空间 矢量调制,空间矢量调制,边缘触发调制 最大调制深度 = 96% 当电源电压为 400V时， V.rms.1.max = 401V,空间矢量调制 当电源电压为400V时，计算示例：,切换到修正的空间矢量调制取决于设定的脉冲频率 (在功能图中; f.p = 2.5KHz),调制深度,调制方式，调制深度与输出电压,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-25,3. 逆变器的工作原理,1-19,波形跟踪示例/空间矢量调制,边缘触发调制,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-26,3. 逆变器的工作原理,1-20,Rms值：Z.rms=75%,Rms值：Z.rms=25%,指针位置：15度,指针位置：30度,指针位置：30度,异步空间矢量调制,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-27,3. 逆变器的工作原理,1-21,恒定频宽,可变频宽,瞬时值控制/脉宽调制,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-28,3. 逆变器的工作原理,1-22,4.变频器内部的主电路,滤波及限流电路,补-8,1-23,4.变频器内部的主电路,补-9,1-24,阻性负载逆变器电流,感性负载逆变器电流,晶闸管1“导通” 晶闸管4“导通”,晶闸管1“导通” 晶闸管1“导通”,晶闸管1“导通” 晶闸管4“导通”,逆变器中续流二极管的作用,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-24,4.变频器内部的主电路,1-25,4.变频器内部的主电路,能耗电路由制动电阻RB和制动单元Bv构成,补-10,1-26,4.变频器内部的主电路,补-11,1-27,CONV 变频器 INV 逆变器 R 整流器 P 制动电阻 （直流母线）,变频器配置/用制动单元实现四象限运行,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-5,4.变频器内部的主电路,1-28,直流母线电压不可调 V.DC=100% (100%=1.35V.phase-to-phase.mains) cos=触发角的函数 方波电流,直流母线电压可调（可控） 100%V.DC200% (100%=1.35V.phase-to-phase.mains) -0.8cos+0.8 正弦电流 在回馈方式与电源断电的情况下不会出现逆变颠覆,用整流/回馈单元实现四象限运行,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-6,5. 主电路前端的改进,目标：实现能量回馈,1-29,6脉动整流结构框图/谐波分量,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-7,5. 主电路前端的改进,改进目标：提高电路的功率因数，减少谐波含量,1-30,6脉动整流桥,12脉动整流桥,12脉动整流桥结构框图/谐波分量,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-8,5. 主电路前端的改进,1-31,AFE（有功前端）整流器结构框图/运行原理,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-9,5. 主电路前端的改进,改进目标：提高电路的功率因数，实现能量回馈,1-32,COS 控制原理,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-10,5. 主电路的改进,1-33,5. 主电路的改进,近年来，有些公司推出了三电平低压变频器，在改善电流放形、减少对外界的干扰方 面*都取得了较好的效果。,补-12,1-34,补-13,1-35,5. 主电路的改进,补-14,1-36,6. 变频器内部的控制框图,主控电路的任务：对内控制电能变换，对外接受控制信号并输出状态,补-15,1-37,6. 变频器内部的控制框图,面板控制器：操作面板由显示器和键盘输入器构成，不同品牌变频器的操作面扳各不相同。,1.数据显示屏 (1)任功能预置时显示功能码和数据码 (2)在运行过程中用于显示各种数据：电 流、电压、转速等； (3)在发生故障时，显示故障原因的代码。 2.键盘输入器 (1)在进行功能预置时输入各功能的预置数据 (2)在进行面板操作时，输人各项操作指令.,补-16,1-38,6. 变频器内部的控制框图,外接给定与输入控制端,补-17,1-39,6. 变频器内部的控制框图,外接输出控制端,补-18,1-40,隔离开关,熔断器,主接触器,HF-滤波器（A1,B1),进线电抗器,变频器,运动控制,矢量控制,输出电抗器 不允许 电机,(1) (1)四个输出电抗器；铁心或铁氧体 取决于脉冲频率,(2) (2)dv/dt - 滤波器，可以和电抗器结合 使用正弦滤波器，不带输出电抗器,(3) (3)输出接触器或隔离开关,电机,推荐的电路配置/输入-输出电路,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-11,7. 变频器的外围电路配置,1-41,Masterdrives 矢量控制,两个输出电抗器,无输出电抗器,滤波器对于1LA5,6,8电机,Masterdrives 运动控制,不带输出电抗器,正弦滤波器,只对于空间矢量调制!,不带输出电抗器,以上适用于屏蔽电缆；非屏蔽电缆：1.33,dv/dt 一个滤波器 +两个输出电抗器 (I.max),dv/dt 一个滤波器 无输出电抗器 (I.max),变频器输出电缆长度/滤波器的影响,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-12,正弦滤波器,一个输出电抗器,7. 变频器的外围电路配置,1-42,逆变器电流突变,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-13,7. 变频器的外围电路配置,1-43,逆变器电流突变,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-14,VC: f.pulse3kHz 铁氧体电抗器 最多4个电抗器串联 MC: 不允许接输出电抗器,7. 变频器的外围电路配置,1-44,谐波辐值,电机电压的畸变,SIMOVERTMASTERDRIVES,Siemens Automation and Drives Training Center in China,2-15,7. 变频器的外围电路配置,1-45,谐波辐值,无dv/dt滤波器,有dv/dt滤波器,