变频器讲义.doc

电气智能工程师认证变频器技术讲义 电气智能工程师认证变频器技术讲义 电气智能工程师认证变频器技术讲义负责人： 王韬 绪论2一、变频器的发展历程2二、我国变频器的应用现状21、变频器与节能22、变频器与工艺控制（速度控制）33、变频家电34、国内变频技术的现状和发展前景35、变频器的发展趋势4第一部分 基础知识4第一节 三相异步电动机4第二节电力电子器件的简介7第三节 脉冲宽度调制原理10第四节 变频器的组成11第五节 变频器的分类11第二部分 通用变频器功能介绍12第一节频率功能控制是变频器的基本功能12第三部分 施耐德ALTIVAR31变频器的介绍12第四部分 变频器的常用控制电路12第一节变频器输入端子的控制方法12第二节变频器的起动合正反转控制13第三节变频器的并联运行13第四节变频器的制动及保护控制电路13第六节 工频-变频切换14第五部分 变频器的选择与安装14第一节 负载的机械特性及传动机构15第二节 变频器的谐波干扰15第三节 变频器常用电磁选件16第四节 变频器的安装16第六节 变频器的维护保养与故障处理17第六章 应用举例18第一节变频器在恒压供水中的应用18第二节变频器在塑料机械中的应用18第三节变频器在同速控制中的应用18第四节变频器在电梯中的应用18第五节变频器在龙门刨床中的应用18绪论变频器是由计算机控制电力电子器件，将工频交流电变为频率和电压可调的三相交流电的电气设备，用以驱动交流异步电动机进行变频调速。变频器的出现，使交流电动机的调速变得和直流电动机一样方便，并可由计算机联网控制，因此得到了广泛的应用，其发展前景广阔。一、 变频器的发展历程随着变频器产品在发达国家的广泛应用，上世纪80年代后期，以日本品牌为代表的外资品牌开始涌进中国大陆，成为中国变频器行业的开端。经过20余年的推广和使用，变频器这一产品已经得到广大企业用户的认可，外资品牌从三肯、富士两个品牌发展到目前的40余个，同时涌现了近百个内资品牌，品牌总数达到140多个。21世纪以来，我国的变频器行业高度裂变。众多外资品牌在中国建厂，实施本地化经营。主要外资品牌在中国大陆的投资情况请见附录。另一方面，原有内资品牌的人员和资金不断分离，成立了众多企业，主要集中在沿海如广东、浙江、山东、上海等地区。在国家宏观政策的支持和鼓励之下，近几年内资品牌中出现了少数优势企业，其生产规模和产品综合性能已有较大提高。虽然尚未具备和西门子、ABB等国际顶级品牌展开全面竞争的实力，但与日本、台湾、韩国等地品牌相比已在部分细分产品和市场上显示出一定的竞争优势，市场份额逐步扩大，使国内变频器市场的竞争格局有了明显改观。调查结果显示，排名前10的品牌中，除一家为国产品牌外，其余皆为外国品牌。其中日本品牌占去6个席位，分别是富士、三菱、安川、欧姆龙、松下以及日立。欧美品牌西门子、ABB、施耐德入围前10，其中西门子位居前10榜首。从市场产品构成来看，大功率占市场份额的5-10%，中小功率占90-95%。欧美品牌的变频器多集中在大功率变频器方面，20KW以上的变频器基本由德国西门子、美国AB、GE、罗宾康、ABB等所垄断。而中小容量变频器的85%为日本产品占领，如富士、安川、三肯、日立、东芝、三菱、松下等。抢占市场，实力品牌各显其能。二、 我国变频器的应用现状变频器主要用于交流电动机（异步电机或同步电机）转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有显著的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。自上世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。 1、变频器与节能 变频器产生的最初用途是速度控制，但目前在国内应用较多的是节能。中国是能耗大国，能源利用率很低，而能源储备不足。在2003年的中国电力消耗中，6070为动力电，而在总容量为58亿千瓦的电动机总容量中，只有不到2000万千瓦的电动机是带变频控制的。据分析，在中国，带变动负载、具有节能潜力的电机至少有18亿千瓦。因此国家大力提倡节能措施，并着重推荐了变频调速技术。 应用变频调速，可以大大提高电机转速的控制精度，使电机在最节能的转速下运行。以风机水泵为例，根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。因此，精确调速的节电效果非常可观。与此类似，许多变动负载电机一般按最大需求来生产电动机的容量，故设计裕量偏大。而在实际运行中，轻载运行的时间所占比例却非常高。如采用变频调速，可大大提高轻载运行时的工作效率。因此，变动负载的节能潜力巨大。 作为节能目的，变频器广泛应用于各行业。以电力行业为例，由于中国大面积缺电，电力投资将持续增长，同时，国家电改方案对电厂的成本控制提出了要求，降低内部电耗成为电厂关注焦点，因此变频器在电力行业有着巨大的发展潜力，尤其是高压变频器和大功率变频器。 2、变频器与工艺控制（速度控制） 目前，中国的设备控制水平与发达国家相比还比较低，制造工艺和效率都不高，因此提高设备控制水平至关重要。由于变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点，在许多需要精确速度控制的应用中，变频器正在发挥着提升工艺质量和生产效率的显著作用。 3、变频家电 除了工业相关行业，在普通家庭中，节约电费、提高家电性能、保护环境等受到越来越多的关注，变频家电成为变频器的另一个广阔市场和应用趋势。 带有变频控制的冰箱、洗衣机、家用空调等，在节电、减小电压冲击、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的优势。 4、国内变频技术的现状和发展前景 国内已经有较多的变频器生产厂，但大部分的产品都是VF控制和电压空间矢量控制变频器，使用在调速精度和动态性能要求不高的负载上应该没有问题。工业应用中绝大部分都是这种负载，变频器在这种场合应用最重要的要求是可靠性，国产变频器占国内市场份额不高的主要原因是产品品质不过硬。VF控制和电压空间矢量控制变频器比矢量控制变频器从技术上来看要简单得多，由于国内厂家大部分都是手工作坊式的生产，工艺欠佳，检测手段有限，品质的一致性和稳定性难以保证。同样是VF控制的变频器，国外的产品比国内的产品品质要好，这可能是生产工艺方面的差距。差距最大的是半导体功率器件的制造业，至今在国内这仍是一个空白。 变频器技术的另外一个层面是应用技术。多年来，国家经贸委一直会同国家有关部门致力于变频器技术的开发及推广应用，在技术开发及技术改造方面给予了重点扶持，组织了变频调速技术的评测推荐工作，并把推广应用变频调速技术作为风机、水泵节能技改专项的重点投资方向，同时鼓励单位开展同贷同还方式，抓开发、抓示范工程、抓推广应用，还处理了风机、水泵节能中心，开展信息咨询和培训。19951997年，3年间我国风机、水泵变频调速技术改造投入资金35亿元，改造总容量达100万千瓦，可年节电7亿度，平均投资回收期约2年。据有关资料表明，我国变频调速技术应用已经取得了相当大的成绩，每年有数十亿元的销售额，说明我国的变频器应用已非常广泛。从简单的手动控制到基于RS一485网络的多机控制，与计算机和PLC联网组成复杂的控制系统。在大型综合自动化系统，先进控制与优化技术，大型成套专用系统，如连铸连轧生产线、高速造纸生产线、电缆光纤生产线、化纤生产线、建材生产线等，变频器的作用是电气传动控制，其控制的复杂性、控制精度和动态响应都有很高的要求，已经完全取代了直流调速技术。近年来，变频器在功能上，利用先进的控制理论，开发出了诸如卷取、提升、主从等控制功能，使应用系统的构成更加方便和容易，使变频器的应用技术提高到一个新的水平。5、变频器的发展趋势（1）向专用型方向发展（2）向人性化方向发展（3）易用性不断提高（4）功率结构模块化第一部分 基础知识第一节 三相异步电动机一、 三相异步电动机在变频器调速拖动系统中，使用的电动机大多数是三相异步电动机。为了说明变频器的功能和应用，有必要先了解三相异步电动机的相关知识。1、 旋转磁场与转差率三相异步电动机主要是由定子和转子组成。定子包括定子铁心和定子绕组，在定子绕组中通入三相交流电，便产生一个旋转磁场，旋转磁场的转速与三相交流电的频率和电动机的磁极对数有关，表达式为：式中：为旋转磁场转速，又称为同步转速，单位为r/min；为电源的频率，单位为Hz；为旋转磁场的磁极对数同步转速的旋转方向由电源的相序决定：设电源为正序，同步转速为顺时针方向旋转，若将三相定子绕组与三相电源接线中的任意两相对调，则为逆时针方向旋转。转子由转子铁心、转子绕组、转轴等部件组成。转子绕组是自行闭合的短路绕组，根据其结构不同分为笼型和绕线型两大类。当定子绕组接通三相电源，在定子空间产生旋转磁场。假设旋转磁场按顺时针方向旋转，则相当于转子按逆时针方向切割磁场，转子绕组中便产生感应电流，这个电流在磁场中受到力的作用，使转子沿着磁场旋转的方向转动。由于转子只有在切割旋转磁场的情况下，才能产生感应电流，从而产生电磁力矩使转子转动，因此转子的转速要比旋转磁场的转速低一点，他们之间的差值用转速差表示，即，转速差与同步转速的比值称为转差率,即：是分析异步电动机运行状态的重要参数。在电动机起动的瞬间，转子转速转差率；当电动机以额定转速运行时，转差率很小，约为0.020.06；当电动机空载运行时，转子转速略小于同步转速，转差率约等于零。由上面2个式子整理可得到转子转速的表达式为：由此可见，转子转速与电源频率、磁极对数、转差率有关，因此，三相异步电动机的调速方式有：变频调速、变极调速、变转差率调速。二、 三相异步电动机的电磁特性给三相异步电动机的定子绕组加上电源电压后，绕组中便产生感应电动势，由理论分析可得表达式为：式中：E为定子绕组的感应电动势有效值K为定子绕组的绕组系数，K小于1N为定子每相绕组的匝数F为定子绕组感应电动势的频率，即电源频率；为主磁通在式中，由于定子绕组中存在导体电阻，电动机工作时在电阻上要产生很小的电压降，可以忽略，则有：三相异步电动机是根据其工作在额定电压、额定频率以及额定磁通下进行设计的，其磁通选在了铁心磁化曲线的接近饱和处。磁通的大小关系到电动机的电磁转矩，并与电动机的工作电流成正比。在式子中如下降，不变，则上升，因为已设计在接近饱和处，上升即进入磁化曲线的饱和区，引起工作电流大幅度增加，使电动机过热损坏；如上升，不变，则下降，将使工作电流下降，由于电流的下降，电动机的输出转矩不足。为了保持电动机的不变，即电动机的转矩不变，在变化的同时，必须同时变化，使和的比值保持不变。即变频器在工作时，有时频率调的很低的时候，同时电压也很低，此时定子绕组上的电压降在电压中所占的比例就不能忽略。由于所占比例增加，将使定子电流减小，从而使磁通减小，这将引起低速时的输出转矩减小，此时，为了提高来补偿的影响，使得不变，这种控制方法称为电压补偿，也称为转矩提升。三、 三相异步电动机的机械特性在三相异步电动机的机械特性曲线上有几个特殊的转矩（1） 起动转矩在时，当电动机的负载转矩大于时，电动机不能起动。（2） 额定转矩当电动机工作在额定转矩时，通常为0.020.06之间，转速在很小的范围变化时，转矩可在很大的范围内变化，即工作于额定转矩时，电动机具有很强的机械特性。（3） 最大转矩的大小象征着电动机的过载能力，在任何情况下，电动机的负载转矩都不能大于，否则电动机转速将急剧下降，致使电动机堵转停止，因此这一点称为临界转速点。四、 三相异步电动机的调速1、变磁极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下： 具有较硬的机械特性，稳定性良好； 无转差损耗，效率高； 接线简单、控制方便、价格低； 有级调速，级差较大，不能获得平滑调速； 可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。 2、变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流直流交流变频器和交流交流变频器两大类，目前国内大都使用交直交变频器。其特点： 效率高，调速过程中没有附加损耗； 应用范围广，可用于笼型异步电动机； 调速范围大，特性硬，精度高； 技术复杂，造价高，维护检修困难。 本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。 3、串级调速方法 串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为： 可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高； 装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速7090的生产机械上； 调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产； 晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。 本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。4、绕线式电动机转子串电阻调速方法 绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。5、定子调压调速方法 当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在2：1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。 调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点： 调压调速线路简单，易实现自动控制； 调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。 调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。6、电磁调速电动机调速方法 电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源（控制器）三部分组成。直流励磁电源功率较小，通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成，改变晶闸管的导通角，可以改变励磁电流的大小。 电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。电枢和后者没有机械联系，都能自由转动。电枢与电动机转子同轴联接称主动部分，由电动机带动；磁极用联轴节与负载轴对接称从动部分。当电枢与磁极均为静止时，如励磁绕组通以直流，则沿气隙圆周表面将形成若干对N、S极性交替的磁极，其磁通经过电枢。当电枢随拖动电动机旋转时，由于电枢与磁极间相对运动，因而使电枢感应产生涡流，此涡流与磁通相互作用产生转矩，带动有磁极的转子按同一方向旋转，但其转速恒低于电枢的转速N1，这是一种转差调速方式，变动转差离合器的直流励磁电流，便可改变离合器的输出转矩和转速。电磁调速电动机的调速特点： 装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便； 调速平滑、无级调速； 对电网无谐影响； 速度失大、效率低。 本方法适用于中、小功率，要求平滑动、短时低速运行的生产机械。 7、液力耦合器调速方法 液力耦合器是一种液力传动装置，一般由泵轮和涡轮组成，它们统称工作轮，放在密封壳体中。壳中充入一定量的工作液体，当泵轮在原动机带动下旋转时，处于其中的液体受叶片推动而旋转，在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时，就在同一转向上给涡轮叶片以推力，使其带动生产机械运转。液力耦合器的动力转输能力与壳内相对充液量的大小是一致的。在工作过程中，改变充液率就可以改变耦合器的涡轮转速，作到无级调速，其特点为： 功率适应范围大，可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要； 结构简单，工作可靠，使用及维修方便，且造价低； 尺寸小，能容大； 控制调节方便，容易实现自动控制。 本方法适用于风机、水泵的调速。第二节 电力电子器件的简介电力电子器件是电力电子技术发展的标志，同样也是变频技术发展的基础。在定性分析变频电路时，可将电力电子器件作为理想开关来对待。一、 普通晶闸管晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又称可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一晶闸管产品，晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极(a)，阴极(k)和门极(g)；晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流； “V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。 晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。 晶闸管的种类 晶闸管有多种分类方法。 （一）按关断、导通及控制方式分类 晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。 （二）按引脚和极性分类 晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。 （三）按封装形式分类 晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。 （四）按电流容量分类 晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。通常，大功率晶闸管多采用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。 （五）按关断速度分类 晶闸管按其关断速度可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管。晶闸管的工作原理晶闸管在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。晶闸管的工作条件：1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。从晶闸管的内部分析工作过程：晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结，如图所示，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门极电流流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。设PNP管和NPN管的集电极电流相应为和；发射极电流相应为和；电流放大系数相应为和，设流过J2结的反相漏电电流为,晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和： 或 若门极电流为,则晶闸管阴极电流为当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下， 很小，故晶闸管的阳极电流 晶闸关处于正向阻断状态。当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G流入电流,由于足够大的流经NPN管的发射结，从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数a1,产生更大的极电极电流流经NPN管的发射结。这样强烈的正反馈过程迅速进行。因此提高了晶闸管的阳极电流这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。晶闸管已处于正向导通状态。在晶闸管导通后，门极已失去作用。可关断晶闸管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦称门控晶闸管。其主要特点为，当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断。前已述及，普通晶闸管（SCR）靠门极正信号触发之后，撤掉信号亦能维持通态。欲使之关断，必须切断电源，使正向电流低于维持电流，或施以反向电压强近关断。这就需要增加换向电路，不仅使设备的体积重量增大，而且会降低效率，产生波形失真和噪声。可关断晶闸管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点，以具有自关断能力，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。GTO的容量及使用寿命均超过巨型晶体管（GTR），只是工作频率比GTR低。目前，GTO已达到3000A、4500V的容量。大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域，显示出强大的生命力。可关断晶闸管也属于PNPN四层三端器件，其结构及等效电路和普通晶闸管相同，因此图1仅绘出GTO典型产品的外形及符号。大功率GTO大都制成模块形式。1判定GTO的电极将万用表拨至R1档，测量任意两脚间的电阻，仅当黑表笔接G极，红表笔接K极时，电阻呈低阻值，对其它情况电阻值均为无穷大。由此可迅速判定G、K极，剩下的就是A极。2检查触发能力如图2(a)所示，首先将表的黑表笔接A极，红表笔接K极，电阻为无穷大；然后用黑表笔尖也同时接触G极，加上正向触发信号，表针向右偏转到低阻值即表明GTO已经导通；最后脱开G极，只要GTO维持通态，就说明被测管具有触发能力。3检查关断能力现采用双表法检查GTO的关断能力，如图2(b)所示，表的档位及接法保持不变。将表拨于R10档，红表笔接G极，黑表笔接K极，施以负向触发信号，如果表的指针向左摆到无穷大位置，证明GTO具有关断能力。第三节 脉冲宽度调制原理PWM（Pulse Width Modulation）控制脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位1 PWM控制的基本原理理论基础： 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。 SPWM波形脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。单相桥式逆变电路第四节 变频器的组成变频器是由计算机控制大功率开关器件将工频交流电变为电压、频率可调的三相交流电的电器设备。它可分为两大部分，即主电路和控制电路，控制电路又包括计算机控制系统、键盘与显示、内部接口及信号检测与传递、供电电源、外接控制端子等。第五节 变频器的分类目前，变频器的应用已涉及各个领域。由于运用场合不同，对变频器的要求也不同，因此变频器具有多种不同类型一、 按变换环节分按变换环节可以分为交直交或交交两种类型。二、 按改变变频器输出电压的方法分分为PAM和PWM调制三、 按电压等级分分为低压型变频器和高压型变频器四、 按用途分分为专用型变频器和通用变频器第二部分 通用变频器功能介绍第一节 频率功能控制是变频器的基本功能变频器根据控制的要求，可以改变输出频率。变频器输出频率的变化范围有些品牌为0400Hz，也有些品牌为0250Hz或0650Hz。控制变频器输出频率有以下几种方法。1、 由操作面板上的功能键控制频率2、 预置操作3、 由操作面板上的功能电位器控制频率4、 外功能端子控制频率5、 与频率有关量的功能设置1、 最高频率2、 基本频率3、 上限频率和下限频率第三部分 shi第三部分 施耐德ALTIVAR31变频器的介绍第四部分 变频器的常用控制电路变频器使用时要配备相应的控制电路才能正常工作，器控制电路是根据具体应用情况而设计的，本章主要介绍一些基本控制电路，为以后的应用奠定基础。第一节 变频器输入端子的控制方法一、 模拟电压控制端子1、 模拟电压控制端子模拟电压控制端子通过改变输入模拟电压值，改变变频器的输出频率。应用时有两种情况：一种是在VRF端子上接入分压电位器，用以控制变频器的输出频率。这种控制方法使用方便，多用于变频器的开环控制。另一种应用情况是由外电路提供的反馈信号或远程电压控制信号。这两种方法都可以控制变频器调速，利用外电路引入控制信号时要注意导线屏蔽，以防电磁干扰。2、 模拟电流控制信号模拟电流控制信号多是取自反馈信号或远程控制信号，信号加于IRF与COM之间二、接点控制端子的通断控制1、接点开关控制将需要控制的端子由手动开关，继电器触点开关及PLC的接点输出量等进行控制，这是应用较多的一种控制方法。2、晶体管开关控制用晶体管的饱和与截止作为开关信号。当给晶体管基极加入控制信号时，晶体管饱和导通，此时相当与开关闭合；当没有控制信号时，晶体管截止，此时相当于开关断开。用晶体管进行端子的开关控制，常用于PLC、单片机邓对变频器的控制，应用时要注意解决控制电路与变频器之间共地点及电压匹配等问题。3、光电耦合器开关控制由光电耦合器作为端子的开关控制信号。当给光电耦合器通入电流，光电二极管发光，光电晶体管饱和导通，相当于开关闭合；当光电耦合器没有信号输入，光电晶体管截止，相当于开关断开。光电耦合器控制的控制电路与变频器之间各自构成回路，也没有电的联系，使用方便。以上介绍的几种控制方法各有其特点，应用时可根据具体情况选择使用。第二节 变频器的起动合正反转控制一、变频器的正转运行控制变频器的正转控制是最简单，也是最基本的控制过程，它用来控制变频器的正转起动与停止。控制电路如图：主电路采用QF空气断路器作为主电源的通断控制，KM接触器为变频器的通断开关。KM闭合，变频器通电；KM断开，变频器断电。控制电路接了一个接触器，是因为：一方面变频器的保护功能动作时可以通过接触器迅速切断电源；另一方面可以方便地实现互锁控制。二、正反转控制电路电路在设计时考虑如下几点：（1） KM接触器仍只作为变频器的通断电控制，而不作为变频器的运行与停止控制，因此断电控制按钮SB2仍由运行继电器封锁。（2） 控制电路串行总报警输出接点30C，30B，当变频器故障报警时切断控制电路停机。（3） 变频器的通断电，正反转运行控制均采用应用最为方便的主令按钮开关。第三节 变频器的并联运行两变频器的速度给定用同一电位器，若同速运行，可将两变频器的频率增益等参数设置相同：若比例运行，根据不同比例分别设置各自的频率增益，每台变频器的输出频率由各自的输出频率指示端子指示。第四节 变频器的制动及保护控制电路一、电阻制动电阻制动是应用最多的变频器的制动方法。通过外接制动电阻（制动单元）将电动机降速时反馈到变频器的电能消耗掉，以达到快速制动及保护变频器直流侧电路的目的。在大功率及大惯性的负载中，变频器制动时流过制动电阻的电流是非常大的，因此制动单元、制动电阻是变频器工作时的一个重要部件。除了选择时要满足其制动需要外，还要有一定的保护措施，以防止制动单元、制动电阻过热而造成火灾事故。二、电动机带抱闸的控制电路某些工作场合，当电动机停止运行后不允许其再滑动，例如起重器设备，当重物悬在空中时如果电动机停止运转，必须立即将电动机转子抱住，不然重物会下滑，这是不允许的，因此需要电动机带有包闸功能。YEJ系列电动机具有抱闸功能，抱闸原理为：当电磁线圈未通电时，由机械弹簧将闸片压紧，使转子不能转动处于静止状态；当给电磁线圈通入电流，电磁力将闸片吸开，转子可以自由转动，处于抱闸松开状态。具有抱闸功能的电动机控制电路由以下特点：当电动机停止转动时，变频器输出抱闸信号；当电动机开始启动时，变频器输出松闸信号。抱闸和松闸信号输出的时刻必须准确，否则会造成变频器过载。抱闸控制信号是由变频器的多功能输出端子（Y）给出的，因此将此端子定义为“频率到达”输出端，并将“频率到达”信号预置为0.5Hz。当输出频率高于0.5Hz时，此端子Y1CME导通，KD得电闭合，松闸松开，变频器进入正常调速工作状态；当变频器减速停止，输出频率低于0.5Hz时，Y1_CMD端子截止，L失电抱闸。三、变频器报警及保护控制电路变频器工作过程中出现过载跳闸时，要输出报警信号；如果操作盘与变频器不在一处，变频器的工作状态、输出频率等就需要指示；当负载过热、关键环节出现问题时，变频器就应立即停止输出。以上功能是变频器控制电路应具有的基本功能。第五部分、多段速控制电路变频器的多段速控制有着广泛的应用，如车床主轴变速、龙门刨床的主运行、高炉的加料料斗的提升等，因此所有的变频器都具有多变速功能。变频器的多段速是通过功能端子控制的，这些功能端子按照二进制的规律组合接通时，变频器输出各段速。一、用旋转开关控制二、用PLC控制多段速运行第六节 工频-变频切换一些关键设别在投入运行后就不允许停机，否则会造成重大经济损失。这些设备如果由变频器拖动，则变频器一旦出现跳闸停机，应马上将电动机切换到工频电源。另有一类负载，应用变频器了拖动是为了节能，如果变频器达到满载输出时就失去了节能的作用，这时也应将变频器切换到工频运行，因此，工频-变频切换电路是一种常用电路。第五部分 变频器的选择与安装变频器的选择和安装是应用过程中的一个重要环节，选型不当会造成变频器不能充分发挥作用，安装不规范会使变频器因散热不良而过热；布线不合理会使干扰增强，这些都可能造成变频器工作不正常。第一节 负载的机械特性及传动机构变频器是电动机的驱动设备，为了正确选用变频器必须了解一些有关机械传动的知识。机械传动系统由电动机、传动机构和负载组成，电动机是系统的动力源，由它拖动系统运行。最简单的传动系统，由电动机、联轴器和负载组成，电动机输出转矩，她与负载的阻转矩大小相等，方向相反。当电动机以转速运行时，输出功率为式中：为电动机转速，单位r/min；为电动机输出转矩，单位N.mP为电动机输出功率一、恒转矩负载这类负载的转矩不随转速的变化而变化，是一恒定值。例如起重机的位能性负载。除了电梯、卷扬机、起重机等位能性负载具有恒转矩特性之外，摩擦类负载的机械特性也是具有恒转矩特性的负载，如传送带，搅拌机，挤压成型机、造纸机等最后要说明的，恒转矩负载只是转矩不随转速的变化而变化，而转矩会随负载自身的变化而变化，如起重机的重物发生了变化，则转矩也会发生变化。二、恒功率负载当负载的转速发生变化时，其转矩也随着变化，而负载的功率始终为一恒定值。例如，车窗以相同的切削速度和进刀深度加工工作时，若工件的直径大，则主轴的转速低，若工件的直径小，则主轴的转速高，保持切削功率为一恒定值。又如卷绕机，开始卷绕时卷绕直径小，转矩小，则卷绕速度块；当卷绕直径逐渐增大时，转矩增大，则卷绕机速度降低，保持卷绕功率为一恒定值。三、平方转矩负载风机、泵类等流体机械，当叶轮转动时，其工作介质（空气、水、油等）对叶轮的阻力大致与叶轮的转速的平方成比例。当叶轮的转速较低时，流体的流速低，也叶轮的阻力校。随着叶轮转速的增加，流体的流速加快，对叶轮的阻力按转速的二次方比例增加，即其负载功率与转速的三次方成比例，转速发生变化，器负载功率就有较大的变化，所以这类负载用变频器调速具有很好的节能效果。第二节 变频器的谐波干扰一、谐波的概念变频器工作时会产生大量的谐波。输入端产生的谐波对电网造成电磁干扰，会降低电网的供电质量；输出端产生的谐波可使电动机发热，谐波的辐射会产生无线电干扰，因此要设法消减变频器工作时的谐波干扰。1、什么是谐波在交流电中，除了正弦波之外，还有非正弦波。二、变频器运行时产生的谐波干扰变频器工作时，其输入侧将工频交流电通过整流电路变为直流电，由于整流时滤波电容是在交流电压的峰值附近充电，其他时间整流管不导通，因此电流脉动性很大，产生大量谐波，它降低了电源的供电质量，干扰同一电源的用电设备；其输出侧由于是一些列的矩形波，这些矩形波含有丰富的高次谐波成分，高次谐波产生电磁辐射干扰无线电设施。高次谐波加到电动机的绕组上，使电动机的绝缘下降，铜损和铁损增加，温度上升；同时谐波电流会改变电磁转矩，产生振动力矩，使电动机发生周期性转速变动，影响输出频率，并发出噪声。第三节 变频器常用电磁选件变频器安装时为了防止电磁干扰，提高功率因数，以及电动机的制动等，要选用一些选配件，这些由厂家供应。一、交流输入电抗器交流输入电抗器可以抑制变频器输入电流的高次谐波，明显改善变频器的功率因数。有如下列情况之一时就应考虑选配交流输入电抗器。（1） 变频器所有电源变压器的容量超过500kV.A，并与变频器的容量之比为10：1以上时，可选择接入交流电抗器。（2） 同一电源上接有晶闸管交流负载或带有开关控制的功率因数补偿装置。（3） 三相电源的电压不平衡度时。（4） 需要改善输入侧的功率因数，接入交流输入电抗器后改善功率因数可增加到0.80.85。二、交流输出电抗器交流输出电抗器的作用是滤除变频器输出端产生的有害谐波。当变频器与电动机之间的配线较长（超过20M）时，交流输出电抗器可抑制由导线分布电容引起的电流，并可抑制变频器的无线电干扰。三、电磁滤波器电磁滤波器分为输入电磁滤波器和输出电磁滤波器。输入电磁滤波器连接在电源与变频器之间，其作用是抑制变频器产生的高次谐波通过电源传导到其他设备或抑制外界无线电干扰以及瞬时冲击、浪涌对变频器的干扰。具备线路滤波和辐射滤波双重作用，并具有共模和差模干扰抑制能力。输出电磁滤波器安装在变频器和电动机之间，可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，减小电动机由高次谐波引起的附加转矩，减小电动机噪声，并抑制高次谐波的辐射。四、直流电抗器直流电抗器的主要作用是改善变频器的输入功率因数，防止电源对变频器的影响，保护变频器及抑制高次谐波。五、制动选件1、制动电阻2、制动单元选件第四节 变频器的安装变频器能否正常发挥作用，与安装环境及安装方法密切相关，因此各变频器厂家都对自己产品的安装提出了要求。一、主电路控制开关及导线线径选择1、电源控制开关及导线线径选择2、变频器输出线径选择3、控制电路导线线径选择二、变频器的安装环境1、周围温湿度变频器的工作环境温度范围一般为-10 +40,当环境温度大于变频器规定的温度时，变频器要降额使用或采用相应的通风冷却措施。变频器工作环境的相对湿度诶5%90%。2、周围环境变频器应安装在不受阳光直射、无灰尘、无腐蚀性气体、无可燃气体、无油污、无蒸汽滴水等环境中。安装场所的周围振动加速度应小于0.6。因振动超值会使变频器的紧固件松动，继电器和接触器的触点误动作，导致变频器不稳定运行，因此在振动场所应用时要采取相应的防振措施。3、海拔高度变频器应用的海波高度应低于1000m。海拔高，空气含量降低，影响变频器散热。三、安装方向和空间变频器用螺栓垂直安装在坚固的物体上。从正面就可以看到变频器文字键盘，请勿上下颠倒或平放安装。变频器在运行过程中会产生热量，为保持冷风畅通，周围要留有一定空间。四、变频器在多粉尘现场的安装在粉尘的场所使用变频器时，采取正确、合理的防尘措施是保证变频器正常工作的必要条件。1、 安装设计要求2、 控制柜通风、防尘、维护要求第六节 变频器的维护保养与故障处理一、 变频器的日常巡视（1） 周围环境、温度、湿度是否符合要求（2） 变频器的进风口有无积尘，是否被积尘堵死（3） 变频器的噪声、振动、气味是否在正常范围之内（4） 变频器运行参数及面板是否正常二、 变频器的定期维护与保养1、 低压小型变频器的维护和保养低压小型变频器指工作在低压电网380V上的小功率变频器。这类变频器多以垂直壁挂形式安装在控制柜中，其定期维护和保养主要包括：（1） 定期检查除尘（2） 定期价差电路的主要参数（3） 定期检查变频器的外围电路和设施2、 高压柜式变频器的定期维护与保养（1） 母线排的定期维护（2） 对主电路整流、逆变部分（3） 对接线排的检查三、 变频器的故障处理参照产品说明书的故障代码及处理办法。第六章 应用举例第一节 变频器在恒压供水中的应用第二节 变频器在塑料机械中的应用第三节 变频器在同速控制中的应用第四节 变频器在电梯中的应用第五节 变频器在龙门刨床中的应用实验（一） 外控电位器控制变频器输出频率一、 实验目的学习用电位器控制变频器输出频率三、 实验设备XK-2005型电气智能技术应用专家系统试验台施耐德ALTIVAR31四、 实验任务通过调节外控电位器，控制变频器的输出频率，范围为050Hz。五、 实验步骤1、 用跨接线连接好试验台面板接线。（1） 变频器输出U、V、W和三相异步电动机输入U、V、W连接。（2） +10和T1，AI1和T2，COM和T3，LI1和T4，+24和T10对应连接。2、 给变频器送电，完成如下参数设置（参数的设定方式请仔细阅读Altivar31异步电动机变频器编程手册）（1） drC 菜单中的FCS参数为“InI” 变频器复位到工厂设定值（2） drC 菜单中的Uft参数为“P” 频率额定值类型为可变转矩（3） I_O 菜单中的tCC参数为“2C” 两线控制方式（4） CtL 菜单中的Fr1参数为“AI1” 配置给定1为模拟输入AI1（5） FLt 菜单中的OPL参数为“nO” 电机缺相不检测（6） SUP 参数为“rFr” 显示为电动机的频率3、 按下启动/停止键S1，旋动电位器，窗口显示变化频率，同时电动机随频率变化做变速运转。六、 实验总结通过实验的接线，我们注意到，控制变频器输出频率的其实是“AI1”端大的输入，变频器自身提供了一个+10V的电压，通过外控电位器的调节，“AI1”端的输入就可以从0V到+10V调节变化，从而达到控制变频器的输出频率的变化。-实验（二） 模拟电流控制变频器输出频率一、实验目的学习用模拟电流控制变频器的输出频率二、实验设备XK-2005型电气智能技术应用专家系统试验台施耐德ALTIVAR31三、实验任务通过一个420mA的模拟电流，控制变频器的输出频率，范围为050Hz。五、 实验步骤1、 用跨接线连接好试验台面板接线。（1） 变频器输出U、V、W和三相异步电动机输入U、V、W连接。（2） LI1和T4，+24和T10对应连接。（3） 电流源的输出和AI3，公共端和COM连接2、 给变频器送电，完成如下参数设置（参数的设定方式请仔细阅读Altivar31异步电动机变频