《变频器知识浅谈》PPT课件

变频器知识浅谈,技术支持中心,1.变频器的原理2.变频器的分类3.森兰高压变频器介绍4.变频器的应用5变频器的节能,1.变频器的原理,定义：将频率，电压都固定的交流电变成频率，电压连续可调的交流电的设备。,晶闸管,电力晶体管GTR&门极可关断晶闸管GTO,双极型绝缘栅晶体管IGBT&电力场效应晶体管MOS-FET,变频器技术的发展,智能功率模块IPM,20世纪50年代,20世纪60年代,20世纪70年代,20世纪80年代,2.变频器的分类,2.1按变换环节有无直流分类2.1.1交-交变频器交-交变频器直接将电网频率和电压都固定的交流电源变换成频率和电压都连续可调的交流电源。主要优点是没有中间环节，变换效率高。缺点是连续可调的频率范围比较窄，且只能在电网固定频率以下变化。一般为电网固定频率的一半，主要用于电力牵引等容量较大的低速拖动系统中。2.1.2交-直-交变频器交-直-交变频器先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。交-直-交变频器调节范围宽，目前广泛采用。,2.2按直流环节的储能方式分类2.2.1电压源型变频器在交-直-交变频装置中，当中间直流环节采用大电容滤波时，直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻抗为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫做电压源型变频器。2.2.2电流源型变频器当交-直-交变频装置的中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比较平直，因而电源内阻抗很大，对于负载来说基本上是一个电流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，这类装置叫电流源型变频器。,那么这两类变频器有何不同呢？我们来看。,2.3按控制方式分类,2.3.1v/f控制变频器v/f控制变频器是在改变频率的同时控制变频器的输出电压，通过使压频比保持一定或按一定规律变化而得到所需要的转矩特性，采用v/f控制的变频器结构简单，成本低，多用于要求精度不是太高的通用变频器。2.3.2转差率控制变频器转差率控制方式是对v/f控制的一种改进。这种控制需要由安装在电动机上的速度传感器检测出电动机的转速，构成速度闭环。速度调节器的输出为转差频率，而变频器的输出频率则由电动机的实际转速与所需转差频率之和决定。由于通过控制转差率来控制转矩和电流，与u/f控制相比，其加减速特性和限制过电流能力得到提高,2.3.3矢量控制变频器,矢量控制是一种高性能异步电动机控制方式，它的基本思路是将电动机的定子电流分为产生磁场的电流分量（励磁电流）和与其垂直的产生转矩的电流分量（转矩电流），并分别加以控制。由于在这种控制方式中必须同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位，即定子电流的矢量，因此这种控制方式成为矢量控制方式。2.3.4直接转矩控制变频器直接转矩控制与矢量控制不同，它不是通过控制电流，磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控矢量来控制。其特点为转矩控制是控制定子磁链，实现无传感器测速。,3.森兰高压变频器的介绍,3.1森兰高压变频器的型号说明,SBH-100-315+,选配件,森兰高压变频器,电压等级10KV,额定输出功率,-,3.1.1森兰SBH系列高压变频器外形图,高压变频器主回路由输入移相变压器、功率单元、主控系统构成。,3.2森兰高压变频器SBH系列基本原理,森兰高压变频器高压侧采用移相变压器进行多脉冲整流为其功率单元提供三相电源，再由主控系统控制其功率单元进行PWM波形输出，从而得到变频变压的三相输出，对电机进行变频调速。,3.2.1移相变压器,将工频高压电源降为低压电源提供给每个功率单元；采用移相多脉冲整流方式，降低输入谐波含量；将每个功率单元输入隔离，以便于波形叠加；,3.2.2功率单元原理图,相当于一个单相逆变器,森兰SBH系列高压变频器采用功率单元串联多电平方案功率单元实际上是一台三相输入、单相输出的“低压变频器”，,森兰高压变频器中各个单元可以相互替换，每相由多个单元串联得到多重化的相电压输出。如图所示（以5个单元串联为列）：,3.2.3同层旁路原理,当功率单元出现故障时，单元旁路功能自动地切除出现故障单元以及同层的另外两相的单元而保证系统继续正常运行。大大降低了停机的几率。,3.3功率单元内核心元件介绍3.3.1整流桥,主要作用是把交流电转换为直流电，也就是整流，因此得名整流桥。它是利用二极管的单向导通原理来完成工作的。,3.3.2电解电容,在整流电压中含有6倍电源频率的脉动电压，逆变器工作时直流电压也要波动。为使直流电压尽量恒定，因此整流电路后要加直流电抗器和滤波电容，以滤除直流电压中的交流成分，,3.3.3IGBT,与整流部分相反，逆变器是将直流变换为所要求频率的交流，它是通过主控系统使其输出PWM波形，再进行叠加，最终得到一相电压的输出。,3.变频器的应用,3.1变频调速系统在恒压供水系统中的应用3.1.1恒压供水的意义所谓恒压供水是指通过闭环控制，使供水压力自动地保持恒定，其主要意义是：1.提高供水的质量2.节约能源3.起动平稳4.可以消除启动和停机时的水锤效应,3.1.2恒压供水的主电路（一拖二自动旁路）,1、QF1、QF2、QF3为用户侧断路器，QS1、QS2为刀闸开关，KM1、KM2为真空接触器。2、KM1、KM2之间存在电气连锁，QS1、KM1之间存在电气连锁。当QS1合闸后，才允许合KM1；QS2合闸后，才允许合KM2。KM1分闸后才允许分、合QS1；KM2分闸后才允许分、合QS2。,通常在同一路供水系统中，设置两台泵，供水量大时开2台，供水量少时开1台。在采用变频调速进行恒压供水时，为节省设备投资，一般采用一台变频器。控制过程为：用水少时，由变频器控制电动机M1进行恒压控制，当用水量逐渐增加时，M1的工作频率亦增加，当M1的工作频率达到最高工作频率50HZ时，而供水压力仍达不到要求时，将M1切换到工频电源供电。同时将变频器切换到电动机M2上，由M2进行补充供水。当用水量逐渐减小，即使M2的工作频率已降为0HZ，而供水压力仍然偏大时，则关掉由工频电源供电的M1，同时迅速升高M2的工作频率，进行恒压控制。,4.变频器的节能,4.1变频器节能的原理,N=60f/p*(1-s),f电机输入电源频率P为异步电机极对数N为电动机拖动负载的转速S滑差（一般为：0-0.05）,交流异步电动机,变频调速节能的基本原理是基于流量、压力、转速、转矩之间的关系，如下；流量转速压力转矩转速的平方功率转速的三次方。即水泵的转速与流量的一次方成正比，压力与流量的二次方成正比，轴功率与流量的三次方成正比，因此，在理想情况下：频率流量（%）转速（%）压力（扬程）（%）功率50HZ10010010010045HZ90908172.940HZ80806451.235HZ70704934.330HZ60603621.6,由上表可见，当需求流量下降时，可以通过调节转速节约大量的电能。当流量减少30%，理论上讲仅需额定功率的34.3%，即节约65.7%的电能。名词解释,平方转矩负载：在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的转速范围内所产生的阻力大致与转速n的2次方成正比。随着转速的减小，转矩按转速的2次方减小。这种负载所需要的功率与速度的3次方成正比。,恒转矩负载：负载转矩与转速n无关，任何转速下总保持恒定或基本不变。例如传送带、搅拌机、挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒转矩负载。,恒功率负载：机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产中的卷取机、开卷机等要求的转矩大体与转速成反比。这就是所谓的恒功率负载.,变频器有的地方用有节能效果，有的地方可能没有。风机、水泵之类的需要调速的地方用变频器，节能效果特别好。变频器具有节电功能，前提条件是：第一,大功率并且为风机/泵类负载；第二，装置本身具有节电空间；第三，长期连续运行。变频器节能最为明显的是在风机水泵行业应用，因风机水泵的消耗功率与转