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变频器基础知识 变频器简介 变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电的装置 变频器的问世 使得交流调速在很大程度上取代了直流调速 什么是调速 电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备 所以需要根据工艺要求调节其转速 比如 在加工毛坯工件时 为了防止工件表面对生产刀具的磨损 因此加工时要求电机低速运行 而在对工件进行精加工时 为了要缩短工加时间 提高产品的成本效益 因此加工时要求电机高速运行 所以 我们就将调节电动机转速 以适应生产要求的过程就称之为调速 而用于完成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统 什么是调速 目前调速系统分交流和直流调速系统 由于直流调速系统的调速范围广 静差率小 稳定性好以及具有良好的动态性能 因此在相当长的时期内 高性能的调速系统几乎都采用了直流调速系统 近年来 随着电子工业与技术的发展 高性的交流调速系统的应用范围逐扩大并大有取代直流调速系统发展趋势 什么是调速 调速范围生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转速nmax与最低转速nmin之比称为调速范围 用D表示 即 1 通用机械的节能调速 指风机 泵等机械 它们的用电量占全国发电总量的1 3 此类机械在不调速交流电机调速时 风量和流量使用挡板和阀门调节 调速后可节电30 40 而且优化了工艺过程 减少了管道和阀门的压力 提高了设备的寿命 减少了维修 2 工艺调速 由于工艺的要求需要调速运行的机械 如金属加工 造纸等需要稳态精度很高的领域 目前该领域正在向交流调速过渡 调速按应用领域的分类 3 牵引调速 运输机械的电驱动 此类机械对设备的尺寸 重量和防护等级有有严格的要求 所以交流调速比较占优势 如火车 轮船等系统 4 特殊调速 对调速有特殊要求的调速系统 如调速范围达到1 50000 1 100000的场合 只能由特殊的永磁交流电动机实现 如高精度磨床 车床等 调速按应用领域的分类 交 直 流电气传动系统的特点 直流电气传动系统特点 控制对象 直流电动机控制原理简单 一种调速方式性能优良 对硬件要求不高电机有换向电刷 换向火化 电机设计功率受限电机易损坏 不适应恶劣现场需定期维护 交流电气传动系统特点 控制对象 交流电动机控制原理复杂 有多种调速方式性能较差 对硬件要求较高电机无电刷 无换向火化问题电机功率设计不受限电机不易损坏 适应恶劣现场基本免维护 70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 他励直流电动机的转速公式 式中 U为他励电动的电枢电压I为电枢电流E为电枢电动势R为电枢回路的总电阻n为电机的转速 为励磁磁通CE为由电机结构决定的电动势系数 他励直流电机的调速方案 由直流他励电机有调速方式有三种调速方式 电枢回路串电阻的变电阻调速 改变电枢电压的变电压调速以及减小气隙磁通量的弱磁调速 由于串电阻调速和弱磁调速都会使直流他励电机的机械特性变软 所以在实际应用中我们通常采用的是变电压调速 他励直流电机的调速方案 用晶闸管触发整流整流电路实现电枢电压可调 从而达到改变电机转速的目的 这就是所谓的电源 电动机调速系统 V M 系统 它属于开环系统 1 容量大 2 转速高且耐高压 3 交流电机的体积小 结构简单 经济可靠 惯性小 4 交流电机坚固耐用 可在恶劣环境下使用 5 高性能 高精度的新型交流拖动系统已达到同直流拖动系统一样的性能指标 6 交流调速系统能显著地节能 从各方面来看 交流调速系统最终将取代直流调速系统 交流调速系统的特点 交流电机的调速方案 交流电机转速表达式 三类调速方法 变极对数p的调速 变转差率s调速及变电源频率f1调速 原始的分类方法有 1 变极调速 2 变s调速 调压调速 绕线式异步电动机转子串电阻调速 绕线式异步电动机串级调速 电磁转差离合器调速 3 变频调速 科学分类方法 根据对转差功率的处理方法分类 1 转差功率消耗型调速系统 转差功率全部转化成热能而被消耗掉 特点 系统的效率低 结构简单 调压调速 绕线式异步电动机转子串电阻调速 电磁转差离合器调速系统属于此类 2 转差功率回馈型调速系统 转差功率的少部分被消耗掉 大部分通过变流装置回馈给电网或者转化为机械能予以利用 特点 效率高 串级调速属该类系统 3 转差功率不变型调速系统 调速过程中 转差功率基本不变 特点 效率最高 变极调速 变频调速系统属于此类 交流异步电动机调压调速 恒转矩负载 调压器调压 饱和电抗器调压 晶闸管交流调压器调压 交流异步电动机调压调速 1 相位控制方式通过改变晶闸管的导通角来改变输出交流电压 电压输出波形如图所示 特点 输出电压较为精确 快速性好 但有谐波污染 交流异步电动机调压调速 2 开关控制方式把晶闸管作为开关 将负载与电源完全接通几个半波 然后再完全断开几个半波 交流电压的大小靠改变通断时间比t0 tp来调节 输出电压波形如图所示 特点 采用 过零 触发 谐波污染小 转速脉动较大 交流异步电动机调压调速 由笼型异步电动机 电磁转差离合器以及控制装置组合而成 电磁转差离合器调速系统 1 电磁转差离合器的结构电磁转差离合器电枢 机座 磁极 励磁绕组 导磁体组成 1 直流励磁绕组 由控制装置输出的可调压直流电供电 产生固定磁场 2 机座 它既是离合器的结构体 又是磁路的一部分 3 电枢 圆筒形实心钢体 兼有导磁 导电作用 直接套在异步电动机的轴上 作为主动转子 转速与异步电动机相同 运行时 在电枢中感应电动势并产生涡流 4 磁极 它是齿轮形的 作为从动转子固定在从动轴上而输出转矩 在机械上与电枢无连接 借助气隙分开 5 异步电机为原动机 与电磁转差离合器组成一个整体 6 从动轴 输出机械转矩 7 磁导体 它既是结构体又是磁路的一部分 电磁转差离合器调速系统 2 电磁转差离合器的转动原理1 励磁绕组通以直流电产生主磁通 磁路为 机座 气隙 电枢 气隙 磁极 导磁体 机座 2 磁路中磁极有齿有槽 在齿凸极部分磁力线较密 在槽间部分磁力线较稀 气隙磁场为空间脉动磁场 3 原动机拖动电枢恒速定向旋转 电枢切割脉动磁场 电枢中感生电动势并产生电流 涡流 4 涡流为交变涡流 它产生幅向脉动的电枢反应磁场 与主磁通合成并产生转矩 5 此电磁转矩驱动磁极跟着电枢同方向运动 磁极就带着生产机械一同旋转 电磁转差离合器调速系统 电磁转差离合器调速系统 3 电磁转差离合器的转速和转向1 从动轴的转速n取决于励磁电流的大小 2 从动轴的转向则取决于原动机的转向 电磁转差离合器本身并不是一个电动机 它只是一种传递功率的装置 电磁转差离合器调速系统 一 串电阻调速绕线式异步机在转子回路中串接电阻调速 绕线式异步电动机串级调速系统 二 串级调速在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势 通过改变附加电势的幅值和相位实现调速 按产生直流附加电势方式的不同 可分为电气串级调速系统和机械串级调速系统 R R R 定子 转子 起动电阻 串电阻调速 串电阻调速 绕线式异步电动机串级调速系统 2 机械串级调速系统机械串级调速系统的构成如下图所示 直流附加电势E 由直流电机产生 通过改变电机的励磁电流大小可改变电枢电势 相当于改变直流附加电势E 的值 实现串级调速 在不考虑损耗的情况下 电机轴输出机械功率为 1 s P2 sP2 P2 常数 具有恒功率调速特性 交流电气传动系统的发展历程 交流异步电机的机械特性公式 n 60f p 1 s n 电机转速f 给电机供电的交流电频率p 电机极对数s 转差率 T 电机力矩 N 速度 n0 负载1 异步机机械特性 负载2 交流同步电机的机械特性公式 n 60f pn 电机转速f 给电机供电的交流电频率p 电机极对数 n0 负载1 负载2 T 电机力矩 同步机机械特性 早 晚 发展时间 交流电气传动系统的发展历程 在变频器出现前同步电机无法实现调速功能 因此只能在定速传动领域使用三相交流鼠笼电机尽管调速性能不佳 但其结构坚固 经久耐用且价格低廉还是在一些性能较低的传动现场使用 变频器及其特点 变频器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 频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变换装置 英文简称VVVF VariableVoltageVariableFrequency 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 标准适配电机极数是2 4极 变频调速的优势 与其它交流电机调速方式对比 变频调速的发展历程 电机控制算法 功率半导体技术 V F控制 SCR GTR 矢量控制 IGBT 计算机技术 单片机DSP IGBT大容量化 更高速率和容量 如 矩阵式变频器 大功率传动使用变频器 体积大 价格高 未来发展方向完美无谐波 PWM技术 SPWM技术 PWM优化新一代开关技术 无速度矢量控制电流矢量V F 70年代 80年代 60年代 90年代 高速DSP专用芯片 00年代 超静音变频器开始流行解决了GTR噪声问题变频器性能大幅提升大批量使用 取代直流 算法优化 更大容量更高开关频率 PWM技术 空间电压矢量调制技术 变频器体积缩小 开始在中小功率电机上使用 变频器分类 注 交直交电压型变频器因结构简单 功率因素高 目前广泛使用常用设计功率在315KW 变频器工作原理 整流部分 储能环节 逆变部分 M 控制系统 交流 交流低压交直交通用变频器系统框图 直流 直流 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 输出电流近似正弦 变频器工作原理 单相逆变电路工作原理 S1 S3导通 S2 S4导通 S1 S3导通 S2 S4导通 S1 S3导通 S2 S4导通 f1 f2 Ed U1 逆变器的功能 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顺序改变输出电压的相序 变频器工作原理 S1 S4 S5 S2 S3 S6 U V Ed W 561 UUV UVW UVW 612 123 234 345 456 561 612 三相逆变电路 Ed 缺点 输出电压的谐波分量太大电机谐波损耗增加 发热严重甚至烧坏电机转矩脉动较大 低速运行时影响转速的平稳直到从通信技术中采用PWM调制才大大的缓解了以上问题 电机 变频调速系统 变频调速系统 变频调速系统 变频调速系统 变频调速系统 变频调速系统 一 变频器的基本类型 变频器 交 交变频器 单相 交 直 交变频器 有环流 按输出波形分 按储能方式分 按调压方式分 电压型 按相数分 按环流情况分 脉幅调制 脉宽调制 三相 无环流 正弦波 方波 电流型 1 按变频器的工作原理分类 变频调速系统 交 交变频器的主电路结构 交 交变频器是将恒压频的交流电一次变换成调压调频的交流电 它由三组可逆整流器组成 通常用于大功率 500kw或1000kw以上 低速 600r min以下 的场合 如扎钢机 球磨机 水泥回转窑等 变频调速系统 交 交变频器 变频调速系统 交 直 交变频器的结构 基本构成框图 是将恒压恒频的交流电通过整流电路变换成直流 然后再经过逆变电路将直流变换成调压调频的交流电 变频调速系统 中间环节是大电容器滤波 使直流侧电压恒定 变频器的输出电压随之恒定 相当于理想的电压源 称为交 直 交电压型变频器 中间环节是电感很大的电抗器滤波 电源阻抗很大 直流环节中的电流可近似于恒定 逆变器输出电流随之恒定 相当于理想的电流源 称为交 直 交电流型变频器 变频调速系统 变频调速系统 变频器对输出波形的调制既要变频 又要变压 变频是由逆变器完成的 而变压按输出电压调节方式不同 变频器有PAM PWM和SPWM等多种方式 变频器电压调节方式 PWM方式 脉冲宽度调节方式 变频器中的整流器采用不可控的整流二极管整流电路 变频器的输出电压和输出频率均由逆变器PWM方式调节 PWM信号作为各晶体管的基极驱动信号控制各晶体管的通断 SPWM方式 正弦脉冲宽度调节方式 变频调速系统 用可控整流器调压 逆变器调频 用斩波器调压的交 直 交变频器 用PWM逆变器同时调压调频 变频器电压调节方式 调压和调频分别在两个环节上 由控制电路进行协调 整流环节采用二极管不可控整流 增设斩波器进行调压 再用逆变器调频 用PWM逆变器 输出电压是一系列脉冲 调节脉冲宽度就可以调节输出电压值 变频调速系统 2 按变频器的控制方式分类 2 SF控制变频器 转差频率控制 变频器通过电动机 速度传感器构成速度反馈闭环调速系统 在S很小的范围内 电动机的转矩近似地与转差角频率成正比 控制转差频率就代表了控制转矩 这就是转差频率控制的基本概念 3 VC变频器 矢量控制 将异步电动机的定子电流分解为产生磁场的电流分量和与其垂直的产生转矩的电流分量 并分别加以控制 矢量控制从原理上说可以得到与直流电动机相同的控制性能 但是矢量控制的运算中要使用电动机的参数 1 U f控制变频器 压频比控制 对变频器的输出的电压和频率同时进行控制 保持U f恒定使电动机获得所需的转矩特性 变频调速系统 3 按变频器的用途分类 通用变频器 专用变频器 基本上采用电路结构简单的U f控制方式 分为高性能变频器 采用VC控制方式 高频变频器和高压变频器 变频调速系统 二 变频器中的半导体开关器件1 晶闸管 SCR 属于半控型电力电子器件 在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压 同时在它的门极和阴极间也加正向电压形成触发电流 使晶闸管导通 一旦导通 门极即失去控制作用 特点是耐压高 电流大 抗冲击能力强2 门极可关断晶闸管 GTO 属于全控型器件 开通和关闭都可以由脉冲实现 无须强迫换相装置 损耗小 装置效率高 易于实现PWM控制 3 电力晶体管 GTR 又称双极型晶体管 目前常用的GTR有单管 达林顿管和GTR模块3大系列 缺点是耐冲击能力较差 易受二次击穿而损坏 4 绝缘栅双极型晶体管IGBT是场效应管 MOSFET 和电力晶体管 GTR 的产物 当栅极加正向电压时 IGBT导通 当栅极加负电压时 IGBT关断 变频调速系统 变频调速系统 变频调速系统 三 逆变电路以IGBT为逆变器件的逆变电路 其主要特点如下 1 载波频率高大多数变频器的载波频率可在3 15kHz的范围内任意可调 2 电流波形大为改善载波频率高的结果是电流的谐波成分减小 电流波形十分接近正弦波 故电磁噪声减小 而电动机的转矩增大 3 控制功耗减小IGBT的驱动电路取用电流极小 几乎不损耗功率 4 瞬间停电可以不停机这是因为IGBT的栅极电流极小 停电后 栅极控制电压衰减较慢 IGBT不会立即进入放大状态 变频调速系统 变频器的控制方式 U f控制方式转差率频率控制矢量控制方式直接转矩控制方式 变频调速系统 变频调速系统 U f控制原理 若 为恒磁通控制方式或恒转矩调速 若 为恒功率调速 变频调速系统 U f控制方式 从基频向下调 属于恒转矩调速方式 从基频向上调 属于恒功率调速方式 对变频器的输出的电压和频率同时进行控制 保持U f恒定使电动机获得所需的转矩特性 变频调速系统 脉宽调制技术 在控制电路中采用载频信号与参考信号相比较的方法产生基极驱动信号 这里采用单极性等腰三角形 采用可变的直流电压 在与波形的交点处发生调制信号 PWM逆变器输出电压波形 当三角波幅值一定 改变参考信号的大小 输出脉冲宽度就随之改变 从而可以改变输出基波电压的大小 当改变载频三角波的频率 并保持每周期输出的脉冲数不变时 就可以改变基波电压的频率 变频调速系统 参考信号改为正弦波信号 当改变参考信号的幅值时 脉宽随之改变 从而改变了主回路输出电压的大小 当改变的频率时 输出电压频率即随之改变 SPWM逆变器输出电压波形 变频调速系统 负载的机械特性及变频系统的节能运行 电机与拖动理论将电动机负载分成三种形式 恒转矩负载恒功率负载二次方率负载 负载形式不同 采用变频器调速后 节能效果也不一样 变频调速系统 恒转矩负载 典型的恒转矩负载 带式输送机 负载转矩 在调速过程中负载转矩TL保持不变负载功率PL与转速成正比 TL 常数 恒转矩负载在额定频率以下运行时 其功率消耗会下降 仅从这一点来看 恒转矩负载采用变频器控制在额定频率以下运行时具有节能效果 且消耗功率与转速成正比关系 但从另一方面考虑 当采用机械手段或其他非电气手段进行调速时 也具有节能效果 所以从节能效果来看 采用变频器并没有优势 因此 恒转矩负载在采用变频器进行调速时 节能并非变频应用的主要理由 改善设备工艺特性 提高产品质量才是变频器应用的主要目的 变频调速系统 恒功率负载 典型的恒功率负载 卷绕机械 特点是 在卷绕过程中 为了保持卷装不变形 松卷或表面不平整 被卷物的张力F以及线速度V保持恒定 因此卷绕辊的转速n随着卷装直径D 半径r 的变化而变化 PL 常数 在调速过程中负载功率PL保持不变负载转矩TL与转速成反比 由于恒功率负载的输出功率是常数 因此采用变频器调速运行的目的绝不是节能 在卷绕控制系统中 采用的是具有转矩控制的高性能变频器 它可以直接将变频器的给定值设定为转矩 在转矩控制方式下 电动机的转速大小取决于给定转矩与负载转矩比较的结果 而该结果只能决定拖动系统是加速运行还是减速运行 变频器的输出频率是不能调节的 要使系统能稳定运行在某一线速度下 需要由设备的主令电动机完成线速度的闭环控制 卷绕电机跟着主令电机稳定运行 且保持恒张力控制要求 转矩随转速n的降低而增大 其实是随卷装半径的增加而增大 因此要控制好这种系统 卷装直径的计算就显得非常重要 并且一般转矩给定的方式为通讯给定 在纺织印染行业的卷染机就是这一应用的代表 变频调速系统 二次方率负载 典型的二次方率负载 离心式风机和水泵 多用于控制流体 气体和液体 的流量 其负载的阻转矩与转速的平方成正比关系 即 变频调速系统 2020 3 17 72 可编辑 二次方率负载 变频运行及节能 由于风机 水泵等负载的功率消耗与电动机转速的三次方成正比 因此当负载的转速小于电动机额定转速时 其节能潜力比较大 变频调速系统 变频器基础问题 1 什么是变频器 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的不同点是什麽 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制方式 变频器基础问题 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 3 电压型与电流型有什么不同 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 变频器基础问题 1 VVVF 改变电压 改变频率 VariableVoltageandVariableFrequency 的缩写 2 CVCF 恒电压 恒频率 ConstantVoltageandConstantFrequency 的缩写 变频器基础问题 各国使用的交流供电电源 无论是用于家庭还是用于工厂 其电压和频率均为400V 50Hz或200V 60Hz 50Hz 等等 通常 把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作 变频器 为了产生可变的电压和频率 该设备首先要把电源的交流电变换为直流电 DC 把直流电 DC 变换为交流电 AC 的装置 其科学术语为 inverter 逆变器 由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫 inverter 故该产品本身就被命名为 inverter 即变频器 变频器也可用于家电等领域 用于电机控制的变频器 既可以改变电压 又可以改变频率 变频器基础问题 2 部分常用术语中英文对照变频器 inverter 日本常用 ACDrive 欧美常用 FrequencyConverter 欧州常用 变流器converters整流rectifying rectification整流器rectifier逆变inverting inversion逆变器inverter转矩脉动torquepulsation脉宽调制 PWM pulsewidthmodulation谐波harmonic矢量控制 VC vectorcontrol直接转矩控制 DTC directtorquecontrol四象限运行Fourquadrantoperation再生 制动 Regeneration直流制动d cbraking漏电流leakcurrent滤波器filter电抗器reactor电位器potentiometer编码器encoder PLG pulsegenerator 定子stator转子rotor 变频器运行问题 1 电机的旋转速度为什么能够自由地改变 r min 电机旋转速度单位 每分钟旋转次数 也可表示为rpm 例如 2极电机50Hz3000 r min 4极电机50Hz1500 r min 电机的旋转速度同频率成比例 在工业中所使用的大部分电机感应式交流电机 以后简称为电机 的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率 变频器运行问题 由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的 由于该极数值不是一个连续的数值 为2的倍数 例如极数为2 4 6 所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度 另外 频率能够在电机的外面调节后再供给电机 这样电机的旋转速度就可以被自由的控制 因此 以控制频率为目的的变频器 是做为电机调速设备的优选设备 变频器运行问题 n 60f pn 同步速度f 电源频率p 电机极对数可见 改变频率和电压是最优的电机控制方法 如果仅改变频率而不改变电压 频率降低时会使电机出现过电压 过励磁 导致电机可能被烧坏 因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压 输出频率在额定频率以上时 电压却不可以继续增加 最高只能是等于电机的额定电压 例如 为了使电机的旋转速度减半 把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz 这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V 变频器运行问题 2 当电机的旋转速度 频率 改变时 其输出转矩会怎样 1 工频电源 由电网提供的动力电源 商用电源 2 起动电流 当电机开始运转时 变频器的输出电流 变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动 电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大 而当使用变频器供电时 这些冲击就要弱一些 工频直接起动会产生一个大的起动电流 而当使用变频器时 变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的 所以电机起动电流和冲击要小些 通常 电机产生的转矩要随频率的减小 速度降低 而减小 减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明 通过使用磁通矢量控制的变频器 将改善电机低速时转矩的不足 甚至在低速区电机也可输出足够的转矩 变频器运行问题 3 当变频器调速到大于50Hz频率时 电机的输出转矩将降低通常的电机是按50Hz电压设计制造的 其额定转矩也是在这个电压范围内给出的 因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速 T Te P Pe 变频器输出频率大于50Hz频率时 电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降 当电机以大于50Hz频率速度运行时 电机负载的大小必须要给予考虑 以防止电机输出转矩的不足 举例 电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1 2 因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速 P Ue Ie 变频器基础知识 简要工作原理 调制解调器调制解调器的英文是MODEM 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 模拟信号 一种是 数字信号 我们使用的电话线路传输的是模拟信号 而PC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Internet时 就必须使用调制解调器来 翻译 两种不同的信号 连入Internet后 当PC机向Internet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 翻译 成模拟信号 才能传送到Internet上 这个过程叫做 调制 当PC机从Internet获取信息时 由于通过电话线从Internet传来的信息都是模拟信号 所以PC机想要看懂它们 还必须借助调制解调器这个 翻译 这个过程叫作 解调 合起来就是 调制解调 变频器基础知识 简要工作原理 SPWM调制 PWM PulseWidthModuration 调制PWM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 SPWM调制是 采用三角波和正弦波相交获得的PWM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 能获得理想的控制效果 输出电流近似正弦载波频率必须高 才能保证调制后得到的波形与调制前效果相同GTR变频器由于开关频率太低 电机噪声较大 IGBT有效的解决了这个问题 变频器基础知识 控制算法 交流调速的控制核心是 只有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V F控制 简单实用 性能一般 使用最为广泛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 对于380V50Hz电机 当运行频率为40HZ时 要保持V F恒定 则40HZ时电机的供电电压 380 40 50 304V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 性能优良 可以与直流调速媲美 技术成熟较晚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90代计算机技术迅速发展才真正大范围使用 变频器基础知识 控制算法 变频器基础知识 变频器关键技术指标 输入侧额定工作电压 给变频器供电的额定工作电压 各国家不完全一样 中国是220V 单相 50HZ或380V 3相 50HZ电压允许波动 限制变频器的最高和最低工作电压 避免损坏变频器当电压超过最高值时变频器并没有保护能力频率波动范围 50 60Hz 5 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电流 变频器能够长期输出的最大电流过载能力 变频器的输出电流允许超过额定电流的倍数和时间 由逆变模块决定最大输出频率 变频器能够输出的最大工作频率频率精度 输出频率的准确度 相对于设定频率 频率分辩率 指给定运行频率的最小改变量防护等级IP20 不防水 变频器的构成 实用原理框图 1 4 3 2 5 6 7 8 适用于小功率 5 5KW 适用于中大功率 5 5KW以上 变频器的构成 实用原理框图 变频器的构成 实用原理框图 变频器的构成 用户接口 主回路接口 控制回路接口模拟量输入模拟量输出通讯接口 控制回路接口开关量输入开关量输出编码器接口 变频器的构成 主回路接口 工频电网输入380V3PH 220V3PH220V1PH 制动电阻 直流电抗器 三相交流电机 变频器的构成 控制回路接口 以上端子均可自由编程 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 IGBT 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 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 EMERSON公司产品情况 产品系列 MDI 经济型 通用 TD900 TD1000 TD2000 TD3000 TD2100供水 TD3100电梯 TD3200门机 TD3300张力 TD3400注塑机 低 高 EV3100电梯 多 EV1000 EV2000 经济实用型V F控制 多功能V F控制 电流矢量 多功能 矢量控制 功能 少 全面支持MODBUS PROFIBUS 性能 EMERSON公司产品情况 产品系列 TD900 少 多 低 高 EV1000EV2000 TD3000TD3100TD3300 成本 功能 TD2100供水专用 TD3200 0 4 315KW 0 4 5 5KW 2 2 75KW 门机 EMERSON公司产品情况 系列命名规则 EMERSON公司产品情况 主回路关键器件 IPM 智能功率模块 PIM 功率集成模块 目前以IGBT和PIM使用较多 EMERSON公司产品情况 控制回路关键器件 DSP 电机控制专用CPUTI公司产品实时控制 快速处理数据同一机器周期同时处理多条指令CPLD 大规模可编程逻辑振列 XILINX产品系统逻辑构成和保护电路简化数字逻辑MCU 单片机ATMEL公司产品显示与键盘 EMERSON公司产品情况 关键器件使用情况 EMERSON公司产品情况 TD900系列规格 注 2T系列产品对于单相220V电源的条件也可适用 但要降额使用2S系列产品可以平滑接入3相220V电源 选型无需降额 EMERSON公司产品情况 TD900关键技术指标 EMERSON公司产品情况 EV1000系列规格 注 EV1000 2SXXXX可平滑接入3相220V电源 变频器无需降额使用 EMERSON公司产品情况 EV1000关键技术指标 G和P的差别就在于两种机型的过载不一样 P型机同样可以用于恒转矩场合 EMERSON公司产品情况 EV2000系列规格 注 对于G P合一机型 由功能码F0 08决定实际应用型号 0 G型 1 P型对于型号后坠为G1的变频器 主要是将缓冲接触器替换成可控硅 EMERSON公司产品情况 EV2000系列规格 注 75G以上产品标准配置直流电抗器 EMERSON公司产品情况 EV2000关键技术指标 EMERSON公司产品情况 TD3000系列规格 EMERSON公司产品情况 TD3000关键技术指标 EMERSON公司产品情况 功能介绍 启动方式 从启动频率启动变频器输出由0直接变化为启动频率对应的交流电压 而后在此基础上按照加速曲线逐步提高输出频率和输出电压直到设定频率到达 注 启动频率不宜过大 否则会造成启动冲击或过流先制动后从启动频率再启动变频器先给电机通脉冲直流 使电机保持在停止状态 然后再按照从启动频率方式直接启动 注 一般应用在负载初始状态不确定的场合转速跟踪启动直接将正在自由旋转的电机或负载由当前速度驱动到预定速度注 非常适用于水泵的工频变频切换或重要设备的异常停机后的快速恢复 EMERSON公司产品情况 功能介绍 停车方式 减速停车变频器接到停止命令后按照减速时间对应曲线逐渐减小输出频率 到0后停机 注 这种方式最常用 当直流母线电压过高时会自动启动能耗制动 此时需配置制动单元 否则会报减速过电压自由停车变频器接到运行停止命令后 立刻中止输出 负载靠自然阻力停止 注 变频器故障时的停车方式就是自由停车减速 直流制动停车变频器接到运行停止命令后 按照减速时间对应曲线逐渐减少输出频率 当到达某一预设频率 即开始直流制动 通脉冲直流 停车 防止电机爬行注 对于大惯量负载或有定位要求的场合非常适用 EMERSON公司产品情况 功能介绍 加减速时间 S min 频率 时间 Fmax 最大输出频率 加速时间 减速时间 EMERSON公司产品情况 功能介绍 点动 注 一般在调试时使用 如 确定运转方向 反向倒车等 EMERSON公司产品情况 功能介绍 EMERSON公司产品情况 通用产品功能对照表 EMERSON公司产品情况 供水专用变频器 TD2100系列规格 EMERSON公司产品情况 供水专用变频器 TD2100系列关键技术指标 TD2100系列主要功能可灵活配置常规泵 消防泵 排污泵 休眠泵 最大实现7台变频固定泵和4台循环泵方式变频固定泵方式 有且只有一台泵变频运行 其他泵只能工频运行循环泵方式 所有的泵都可以根据需求变频或工频运行支持6段压力运行 并能指定节假日压力 以适应供水压力的变化需求优化工频休眠泵和零流量停机功能 不用水自动停机 最大限度地节水节电内置时钟芯片 可实现泵定时启停和轮换 均衡工作时间 防止泵锈死内置消防控制功能 即使变频器故障时 仍能自动启动消防泵自带管网超 欠压 火警 水池缺水等多种保护 保障供水安全 故障自动电话拨号功能 实现泵房无人职守运行 EMERSON公司产品情况 供水专用变频器 EMERSON公司产品情况 电梯专用变频器 EV3100系列规格 EMERSON公司产品情况 电梯专用变频器 EV3100系列关键技术指标 EMERSON公司产品情况 电梯专用变频器 主要特点采用TI公司最新DSP 工作时钟50MHz 高速处理丰富灵活的可编程接口14路开关量输入 2路集电极开路输出 3路继电器输出2路模拟输入 分别作为速度源和称重输入内置编码器和分频接口 最大分频128内置双PG接口和双编码器电源 12V 5V 支持业界常用编码器 异步 集电极开路 推挽 差动编码器同步 不带串行通讯的SINCOS编码器和带UVW位置信号的正交增量型编码器内置同步机和异步机矢量控制算法支持距离控制 多段速控制及模拟速度控制 自带楼层自学习功能内置接触器抱闸功能内置停电应急运行功能 EMERSON公司产品情况 电梯门机专用变频器 TD3200系列规格和技术指标 TD3200系列特点 高性能 精确控制速度和转矩 防止频繁跳闸内置完整的门机解决方案和逻辑控制内置距离控制和速度控制两种控制算法内置门机自学习功能和门机演示功能自带光幕 触板检测信号以及阻转矩检测功能 确保异常状态下的人身安全先进的系统配置 DSP PIM16K载频 实现全面静音运行提供两种人机界面 优化系统成本键盘 可读写 监控各项参数状态显示板 只显示变频器的状态 故障 运行 不能读写任何参数符合GB7588 1995电梯制造和安全规范 EN81 1 1998 EMERSON公司产品情况 电梯门机专用变频器 EMERSON公司产品情况 张力控制专用变频器 TD3300变频器主要特点 硬件配置 功率等级与TD3000完全相同 在其基础上增加了张力控制功能内置卷径计算功能 支持三种卷径计算方法线速度计算绕圈算法外接卷径传感器内置三种张力控制方式开环张力模式 变频器工作在转矩模式下 必须选用编码器闭环张力模式 变频器工作在转矩模式下 必须选用编码器闭环张力速度模式 变频器工作在速度模式下 编码器可选内置张力锥度控制内置断带检测功能 EMERSON公司产品情况 选配件 定义由于不同客户对变频器都有各自独特的要求 鉴于成本和体积 不可能把这些功能全部做到变频器中去 因此变频器厂家将这些常用的功能分类做成独立于变频器并能和变频器配合使用的可选配设备分类调试 LCD键盘 中文显示抑制电网谐波 交流输入电抗器 直流电抗器 输入滤波器抑制输出谐波 交流输出电抗器 输出滤波器快速刹车用 制动单元 制动电阻 两者必须配合使用通讯选配件 PROFIBUS总线适配器 远程控制盒 EMERSON公司产品情况 选配件 注 表示该系列变频器支持或有对应选配件 表示该系列变频器不支持或没有对应选配件 EMERSON公司产品情况 选配件 交流输入电抗器 直流电抗器作用高次谐波电流抑制抑制合闸等浪涌电压 保护变频器的输入电路抑制变频器上电时的尖峰电流抑制三相电压不平衡对变频器产生的影响 交流输入电抗器效果最好 提高功率因素 交流输入电抗器 0 9 直流电抗器 0 95 提高供电变压器的利用率注 EV200075G以上变频器产品标准配置直流电抗器交流输出电抗器作用高次谐波电流抑制漏电流抑制降低电机噪声 EMERSON公司产品情况 选配件 PROFIBUS总线适配器TDS PA01作用通过TDS PA01现场总线适配器能将艾默生变频器无缝接入任意支持PROFIBUSDP现场总线网络中 此时变频器作为一个从站 只被动接收主站命令 不能访问其他任何站点 允许主站对变频器进行如下操作 向变频器发送控制命令 如 启动 停止 故障复位等修改变频器的输出频率 读取变频器的各种运行和状态参数修改变频器的功能码适用机型TD2100 EV1000 EV2000 EV3100 TD3000 TD3300关键技术指标24VDC供电 最高波特率12MBPS EVO RC03远程控制盒作用我司独有通讯主站 支持MODBUS协议 可和我司多台变频器组网使用 组网的变频器台数不超过32台主要控制功能向变频器发送控制命令 如 启动 停止 故障复位等 修改变频器的输出频率 读取变频器的