变频器及其应用教学课件PPT.ppt

变频器及其应用 陆伟 变频器基本知识入门 1 什么是变频器 inverter 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制装置 2 pwm和pam的不同点是什么 pwm是英文pulsewidthmodulation 脉冲宽度调制 缩写 按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度 以调节输出量和波形的一种调值方式 pam是英文pulseamplitudemodulation 脉冲幅度调制 缩写 是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度 以调节输出量值和波形的一种调制方式 电压型与电流型有什么不同 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 其直流回路滤波是电感 为什么变频器的电压与频率成比例的改变 异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的 在额定频率下 如果电压一定而只降低频率 那么磁通就过大 磁回路饱和 严重时将烧毁电机 因此 频率与电压要成比例地改变 即改变频率的同时控制变频器输出电压 使电动机的磁通保持一定 避免弱磁和磁饱和现象的产生 这种控制方式多用于风机 泵类节能型变频器 5 电动机使用工频电源驱动时 电压下降则电流增加 对于变频器驱动 如果频率下降时电压也下降 那么电流是否增加 频率下降 低速 时 如果输出相同的功率 则电流增加 但在转矩一定的条件下 电流几乎不变 6 采用变频器运转时 电机的起动电流 起动转矩怎样 采用变频器运转 随着电机的加速相应提高频率和电压 起动电流被限制在150 额定电流以下 根据机种不同 为125 200 用工频电源直接起动时 起动电流为6 7倍 因此 将产生机械电气上的冲击 采用变频器传动可以平滑地起动 起动时间变长 起动电流为额定电流的1 2 1 5倍 起动转矩为70 120 额定转矩 对于带有转矩自动增强功能的变频器 起动转矩为100 以上 可以带全负载起动 7 v f模式是什么意思 频率下降时电压v也成比例下降 这个问题已在回答4说明 v与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的 通常在控制器的存储装置 rom 中存有几种特性 可以用开关或标度盘进行选择 8 按比例地改v和f时 电机的转矩如何变化 频率下降时完全成比例地降低电压 那么由于交流阻抗变小而直流电阻不变 将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向 因此 在低频时给定v f 要使输出电压提高一些 以便获得一定地起动转矩 这种补偿称增强起动 可以采用各种方法实现 有自动进行的方法 选择v f模式或调整电位器等方法 9 在说明书上写着变速范围60 6hz 即10 1 那么在6hz以下就没有输出功率吗 在6hz以下仍可输出功率 但根据电机温升和起动转矩的大小等条件 最低使用频率取6hz左右 此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题 变频器实际输出频率 起动频率 根据机种为0 5 3hz 10 对于一般电机的组合是在60hz以上也要求转矩一定 是否可以 通常情况下时不可以的 在60hz以上 也有50hz以上的模式 电压不变 大体为恒功率特性 在高速下要求相同转矩时 必须注意电机与变频器容量的选择 11 所谓开环是什么意思 给所使用的电机装置设速度检出器 pg 将实际转速反馈给控制装置进行控制的 称为 闭环 不用pg运转的就叫作 开环 通用变频器多为开环方式 也有的机种利用选件可进行pg反馈 12 实际转速对于给定速度有偏差时如何办 开环时 变频器即使输出给定频率 电机在带负载运行时 电机的转速在额定转差率的范围内 1 5 变动 对于要求调速精度比较高 即使负载变动也要求在近于给定速度下运转的场合 可采用具有pg反馈功能的变频器 选用件 13 如果用带有pg的电机 进行反馈后速度精度能提高吗 具有 反馈功能的变频器 精度有提高 但速度精度的值取决于 本身的精度和变频器输出频率的分辨率 14 失速防止功能是什么意思 如果给定的加速时间过短 变频器的输出频率变化远远超过转速 电角频率 的变化 变频器将因流过过电流而跳闸 运转停止 这就叫作失速 为了防止失速使电机继续运转 就要检出电流的大小进行频率控制 当加速电流过大时适当放慢加速速率 减速时也是如此 两者结合起来就是失速功能 变频器的结构 变频器接线端口1 变频器接线端口2 变频器接线端口3 变频器的运行性能 1频率给定的方式与选择1 1基础概念 1 给定方式的基本含义要调节变频器的输出频率 必须首先向变频器提供改变频率的信号 这个信号 称为频率给定信号 也有称为频率指令信号或频率参考信号的 所谓给定方式 就是调节变频器输出频率的具体方法 也就是提供给定信号的方式 频率给定的方式 面板给定方式 外部给定方式 从外接输入端子输入频率给定信号 来调节变频器输出频率的大小 称为外部给定 或远控给定 主要的外部给定方式有 a 外接模拟量给定 b 外接数字量给定 通过外接开关量端子输入开关信号进行给定 c 外接脉冲给定 通过外接端子输入脉冲序列进行给定 d 通讯给定 由plc或计算机通过通讯接口进行频率给定 选择给定方式的一般原则 1 面板给定和外接给定优先选择面板给定 2 数字量给定与模拟量给定优先选择数字量给定 3 电压信号与电流信号优先选择电流信号 因为电流信号在传输过程中 不受线路电压降 接触电阻及其压降 杂散的热电效应以及感应噪声等等的影响 抗干扰能力较强 频率的限制功能 生产机械根据工艺过程的实际需要 常常要求对转速范围进行限制 以某搅拌机为例 如图所示 要求的最高转速是600r min 最低转速是150r min 回避频率 任何机械在运转过程中 都或多或少会产生振动 每台机器又都有一个固有振荡频率 它取决于机械的结构 如果生产机械运行在某一转速下时 所引起的振动频率和机械的固有振荡频率相吻合的话 则机械的振动将因发生谐振而变得十分强烈 也称为机械共振 并可能导致机械损坏的严重后果 变频器使用与维护 1 通风 安装环境 接线 不要安装电力电容器 浪涌抑制器 或rfi滤波器在变频器的输出侧 连接到电机的输出电缆 u v w 的连接方式将会影响到电机的旋转方向 不正确的端子接线可能引起设备的损坏 端子的正负极接反可能会损坏变频器 只有熟悉变频器的人员才可以对变频器进行接线和检查 先安装变频器再进行接线 否则 你可能受到电击或人身伤害 操作防范 当选择自动重启动功能时 由于电机会在故障停止后突然再启动 所以应远离设备 操作面板上的 stop 键仅在相应功能设置已经被设定时才有效 特殊情况应准备紧急停止开关 如果故障复位是使用外部端子进行设定 将会发生突然启动 请预先检查外部端子信号是否处于关断位 否则可能发生意外事故 不要修改或变动变频器内部任何东西 变频器的电子热保护功能可能无法保护电机 在变频器的输入侧不要使用电磁式交流接触器作为变频器频繁启停的开关 使用噪声滤波器来降低变频器产生的电磁干扰的影响 否则 附近的电子设备可能会受到干扰 如果输入电压不平衡 需要安装交流电抗器 来自变频器的潜在高次谐波可能会引起电力电容器和发生器变热与损坏 参数初始化后 在运行前需要再次设定参数 当参数被初始化后 参数值又重新回到出厂设置 变频器可以容易地设定为高速运行 在运行前先检查一下电机或机械设备的容量 使用直流制动功能时 不会产生停止力矩 当需要停止力矩时 安装单独设备 当驱动400v变频器和电机时 用绝缘整流器和采取措施抑制浪涌电压 由于在电机接线端子配线常数问题引起的浪涌电压 有可能毁坏绝缘和损坏电机 变频器的选用件的特点和应用 1 交流电抗器串联在电源与变频器输入侧 用于抑制输入电流的高次谐波 减少电源浪涌对变频器的冲击 改善三相电源的不平衡性 提高输入电源的功率因数 提高到0 75 0 85 建议在下列情况下使用输入交流电抗器 变频器所用之处的电源容量与变频器容量之比为10 1以上 同一电源上接有晶闸管设备或带有开关控制的功率因数补偿装置 三相电源的电压不平衡度较 3 由于交流电抗器体积较大 成本较高 变频器功率 30kw时才考虑配置交流电抗器 2 直流电抗器 直流电抗器串联在直流中间环节母线中 端子p1 p 之间 主要是减小输入电流的高次谐波成分 提高输入电源的功率因数 提高到0 95 此电抗器可与交流电抗器同时使用 变频器功率 30kw时才考虑配置 3 滤波器 在变频器输入 输出电路中 有许多高频谐波电流 滤波器用于抑制变频器产生的电磁干扰噪声的传导 也可抑制外界无线电干扰以及瞬时冲击 浪涌对变频器的干扰 根据使用位置的不同可以分为输入滤波器和输出滤波器 输入滤波器有2种 线路滤波器和辐射滤波器 线路滤波器串联在变频器输入侧 由电感线圈组成 通过增大电路的阻抗减小频率较高的谐波电流 在需要使用外控端子控制变频器时 如果控制回路电缆较长 外部环境的干扰有可能从控制回路电缆侵入 造成变频器误动作 此时将线路滤波器串联在控制回路电缆上 可以消除干扰 辐射滤波器并联在电源与变频器输入侧 由高频电容器组成 可以吸收频率较高具有辐射能量的谐波成分 用于降低无线电噪声 线路滤波器和辐射滤波器同时使用效果更好 输出滤波器串联在变频器输出侧 由电感线圈组成 可以减小输出电流中的高次谐波成分 抑制变频器输出侧的浪涌电压 同时可以减小电动机由高频谐波电流引起的附加转矩 注意输出滤波器到变频器和电机的接线尽量缩短 滤波器亦应尽量靠近变频器 4 制动电阻和制动单元 在变频器停止和降速时 由于电机的惯性 电机会处于再生制动状态 产生再生能量回馈给直流回路 消耗在内置制动电阻上 如果减速时间设定较短 造成直流母线电压升高过快 能量来不及消耗掉 可能超过电容的耐压或开关元件的容许电压 会造成变频器损坏 因此生产厂家为不同规格的变频器配备制动电阻或制动单元 用户在使用变频器时将制动电阻 p db 或制动单元 p n 连接在直流母线两端 以便在直流母线电压升高到一定时 通过制动电阻或制动单元消耗掉多余的能量 保护变频器 制动电阻与使用电机的飞轮转矩有密切关系 而电机的飞轮转矩在运行时是变化的 因此准确计算制动电阻比较困难 而且没有必要 通常情况是采用经验公式取一个近似的值 制动电阻r 2 ud ieud 700vie 变频器额定电流制动电阻r ud2 ie 为常数 电机容量小时取小 反之取大 一般情况下 选用合适的制动电阻即可 如果电机功率较大 为了提高变频器在减速时的制动能力 同时使用合适的制动电阻和制动单元 效果较好 5 漏电保护器 在变频器输入 输出引线和电机内部均存在分布电容 且变频器一般为低噪声型 使用的载波频率较高 因此变频器的对地漏电流较大 大容量机种更为明显 有时会导致保护电路误动作 遇到上述问题时 除适当降低载波频率 缩短引线外 还应安装漏电保护器 当使用漏电保护器时 应注意以下几点 漏电保护器应设于变频器的输入侧 置于空气开关 无熔丝断路器 之后较为合适 漏电保护器的动作电流应大于该线路在工频电源下不使用变频器时漏电流 线路 无线电噪声滤波器 电机等漏电流的总和 的10倍 变频器的控制功能 变频器对外接输入端子的安排外接输入控制端接受的都是开关量信号 所有端子大体上可以分为两大类 1 基本控制输入端如运行 停止 正转 反转 点动 复位等 这些端子的功能是变频器在出厂时已经标定的 不能再更改 2 可编程控制输入端 由于变频器可能接受的控制信号多达数十种 但每个拖动系统同时使用的输入控制端子并不多 为了节省接线端子和减小体积 变频器只提供一定数量的 可编程控制输入端 也称为 多功能输入端子 其具体功能虽然在出厂时也进行了设置 但并不固定 用户可以根据需要进行预置 常见的可编程功能如多档转速控制 多档加 减速时间控制 升速 降速控制等 例如 艾默生td3000系列变频器的多功能输入端子有8个 x1 x8 而可以预置的功能有33种 安川cimr g7a变频器的多功能输入端子有10个 s3 s12 而可以预置的功能多达78种 2常用输入控制端的应用举例 升速 减速功能 在纺织 印染以及造纸机械中 根据生产工艺的需要 往往划分成许多个加工单元 每个单元都有各自独立的拖动系统 如图6所示 在这种情况下 总是要求被加工物在各单元的线速度保持一致 v1 v2 v3 多档转速控制 多档速的plc控制电路 跳闸报警输出 1 功能与特点当变频器因发生故障而跳闸时 发出跳闸报警信号 主要特点如下 a 功能单一报警输出的控制端子是专用的 不能再作其他用途 所以 跳闸报警输出端子不需要进行功能预置 b 继电器输出所有变频器的报警输出都是继电器输出 可直接接至交流250v电路中 触点容量大多为1a 也有大至 a的 大多数变频器的报警输出端都配置一对触点 一常开 一常闭 如图13中的a c b c所示 变频器的内置程序控制功能 各种变频器都具有