变频器原理及应用

变频器原理及应用,王宇鹏2012/7/19,目录,一、变频器的原理二、变频器的选型及应用三、施耐德变频器介绍,一、变频器的原理,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，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。,常用电力电子器件简介,1)晶闸管(SCR)没有自关断能力，逆变时需要另设换流电路，造成电路结构复杂，增加变频器成本。但由于元件容量大，在1000KVA以上的大容量变频器中得到广泛的应用。2)门极可关断晶闸管(GTO）可通过门极信号控制导通和关断。它是利用门极反向电流而获得自关断能力，属于全控器件，无需换流电路。已经逐步取代SCR。,3)电力晶体管(GTR)是一种高反压晶体管，具有自关断能力，并有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等优点。它被广泛用于交直流电机调速、中频电源等电力变流装置中。主要用作开关，工作于高电压大电流的场合，一般为模块化。4)功率场效应管(MOSFET)根据门极电压的电场效应进行导通与关断的单极晶体管。具有自关断能力强、驱动功率小、工作速度高、无二次击穿现象、安全工作区宽等。用于小容量变频器中。,5)绝缘栅双极晶体管(IGBT)集GTR和P-MOSFET的优点于一身，具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单、通态电压低、能承受高电压大电流等优点。目前中小容量变频器新产品中都采用它。适于高压的为HV-IGBT。6)智能功率模块（IPM）是一种将功率开关器件及其驱动电路、保护电路等集成在同一封装内的集成模块。目前采用较多的是IGBT作为大功率开关器件的模块，器件模块内集成了电流传感器，可以检测过电流及短路电流。具有过电流保护、过载保护以及驱动电流电压不足时的保护功能。,7)集成门极换流晶闸管(IGCT)是一种中压、大功率半导体开关器件。它是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT集成于一体，集GTO和IGBT的优点于一身。,变频器的结构,主要由主电路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路组成。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，带有丰富的谐波中间直流环节：中间直流储能环节，在它和电动机之间进行无功功率的交换。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,变频器的结构,电力变换的种类,控制电路：常由运算电路、检测电路、控制信号输入/输出电路和驱动电路组成。主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等，其控制方法可以采用模拟控制或数字控制。目前许多变频器已经采用微机来进行全数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，靠软件来完成各种功能。,变频器的结构,通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。,电机转速n公式,S：转差率,f1：交流电频率,p：电机对数,其中：,通过改变交流电机的工作频率来改变电机转速的一种装置,交流异步电机的机械特性公式,n60f/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,n60f/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,变频器的分类,1.按调制方式分(1)PAM(脉幅调制)在整流电路部分对输出电压幅值进行控制，而在逆变电路部分对输出频率进行控制的控制方式。(2)PWM(脉宽调制)保持整流得到的直流电压大小不变的条件下，在改变输出频率的同时，通过改变输出脉冲的宽度，来达到改变等效输出电压的一种方式。,(2)按工作原理分,V/F控制对变频器的频率和电压同时进行调节转差频率控制为V/F控制的改进方式矢量控制将交流电机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流并分别加以控制的方式直接转矩控制把转矩作为控制量，直接控制转矩，是继矢量控制变频调速技术之后的一种新型的交流变频调速技术。,(3)按用途分,通用变频器能与普通的笼式电动机配套使用，能适应各种不同性质的负载并具有多种可供选择功能高性能专用变频器对控制要求较高的系统(电梯、风机水泵等)，大多采用矢量控制方式高频变频器高速电动机配套使用,(4)按变换环节分,交-交变频器把频率固定的交流电直接变换成频率和电压连续可调的交流电。无中间环节，效率高，但连续可调的频率范围窄。交-直-交变频器先把交流电变成直流电，再把交流电通过电力电子器件逆变成直流电。优势明显，目前广泛采用的方式,(5)按直流环节的储能方式分,电流型中间环节采用大电感作为储能环节，无功功率将由该电感来缓冲。再生电能直接回馈到电网。电压型中间环节采用大电容作为储能环节，负载的无功功率将由它来缓冲。无功能量很难回馈到交流电网。,变频器选型选型原则,考虑变频器运行的经济性和安全性，变频器选型保留适当的余量是必要的。要准确选型，必须要把握以下几个原则：充分了解控制对象性能要求。一般来讲如对启动转矩、调速精度、调速范围要求较高的场合则需考虑选用矢量变频器，否则选用通用变频器即可了解负载特性，如是通用场合，则需确定变频器是G型还是P型了解所用电机主要铭牌参数：额定电压、额定电流。,确定负载可能出现的最大电流，以此电流作为待选变频器的额定电流。如果该电流小于适配电机额定电流，则按适配电机选择对应变频器，考虑成本因素以下情况要考虑容量放大一档：1、长期高温大负荷2、异常或故障停机会出现灾难性后果的现场3、目标负载波动大4、现场电网长期偏低而负载接近额定5、绕线电机、同步电机或多极电机（6极以上）,充分了解各变频器支持的选配件是正确选配的基础。对于变频器的选配件选配，必须要把握以下几个原则：以下情况要选用交流输入电抗器、直流电抗器民用场合，如：宾馆中央空调、电机功率大于55KW以上电网品质恶劣或容量偏小的场合如不选用可能会造成干扰、三相电流偏差大，变频器频繁炸机,以下情况要选用交流输出电抗器变频器到电机线路超过100米（一般原则）以下情况一般要选用制动单元和制动电阻提升负载频繁快速加减速大惯量（自由停车需要1min以上，恒速运行电流小于加速电流的设备）,交流电机调速,电机的调速方法,交流电机基本知识复习,交流电机基本知识复习,基本参数,交流电机基本知识复习,工作过程,变频器的应用,变频器的应用,变频器的应用,变频器的应用,变频器的应用,三、施耐德变频器介绍,施耐德电气变频器概览,Text,Terminal,ATV61/71标准转矩/高过转矩应用变频器ATV61:0.37kW800kW,ATV71:0.37kW630kW,ATV12(0.184kW),变频器,小功率简单应用,大功率复杂应用,ATV61Plus/71Plus柜式变频器ATV61Plus:90kW2400kW,ATV71Plus:90kW2000kW,ATV21风机水泵专用(0.75kW75kW),2000,800,500,ATV303(0.37kW11kW),单位：kW,2400,1200,630,ATV312(0.18kW15kW),8400,ATV1100中压变频器3.3kV/6.6kV/10kV,39010500kVA,ATV32高端书本型变频器(0.18kW15kW),ATV303-目标行业,纺织行业：织机（大圆机、喷水织机），印染设备（退煮漂），棉纺设备（络筒机等）陶瓷机械：布料机，窑炉，印花机等机床：数控车床，磨床等木工机械：砂光机，涂布机等物料处理：称重设备，传输带等通用应用：传输设备，配套用风机水泵，低精度速度控制等,节省空间更小的尺寸，0.37kW/0.75kW单独尺寸设计支持并排安装，55度不降容节省时间节省安装时间动力端子清晰标注动力和控制端子的接线说明，方便检查，避免差错节省调试时间即插即用软件设计，短菜单设计简易下载器一键搞定配置，多功能下载器支持断电配置参数节省服务成本产品更稳定元器件10年长寿命设计,多项创新设计专为中国恶劣应用环境,冷却风,节省.不仅仅是省钞票,挑战负载的适应能力电机控制根据中国电机参数而设计更强的起动和制动能力，更稳定的输出挑战恶劣环境极限电路板加强涂层处理,告别粉尘、油污等污染烦恼55度工作温度额定运行,无需降容挑战恶劣电网适应能力超强的抗电网波的波动能力，50%电压跌落运行抗雷击设计,强大.让我们更放心,友好.即插即用的典范,更方便的操作中文按键操作数字参数显示，更方便直观更方便维护冷却风扇方便更换散热器故障报警指示，及时维护清理更易融入自动化系统内置Modbus通讯协议M218将更方便与ATV303通讯,M218,STO/STU,ATV303,Modbus通讯控制,产品介绍主要特点,节省全方面的成本节省强大让我们更放心友好即插即用的典范,ATV303对ATV302的升级,ATV312,关注客户界面,更友好ATV312,具备卓越的交互界面,简单集成面板起动，停止按钮导航键:快速浏览速度给定导航面板IP54orIP67远程面板图形化显示，客户定制菜单，多国语言显示；SoMove软件,USBRJ45电缆直接连接；通用的平台；PowerMobile蓝牙无线通讯；开放的手机通讯；,.迅速占领市场的最佳武器!,ATV32.我们,书本型设计!,内置的高性能,极具竞争力的价格,高端机器,简单机器,复杂机器,价格,性能,制造行业的提升设备:仓储和检索系统,物料处理设备,码垛机,木材&金属加工2D机器,切割,钻孔,焊接食品&饮料包装流水线,制袋,切片,纺机高速剑杆织布机,绣花机,裁剪,简单包装密封,运输,需要简单控制系统的机械:翻转广告牌,自动门,等.,制袋,输送,包装,生产,ATV32:目标行业开环恒转矩控制，内置的150多种功能轻松满足您的应用需求,成本节约节省空间和时间安全内置安全功能方案导向ATVLogic,易于自动化系统集成智能易用一流的性能,人机界面&工具,ATV32新的价值,节省空间书本型仅45或60mm宽安装6台普通变频的空间可容纳10台以上ATV32GV2断路器顶部直接安装节省时间维修和接线方便可拆卸端子(功率和控制部分)通讯的菊花链连接包装内掉电参数配置节省外部设备系列之间的连贯&补充通用工具,TV32如何帮助您从各个方面节约成本!,ATV21,ATV21是一种全系列的变频器，功率范围从0.75至75kW针对暖通空调行业及标准OEM制造商广泛应用于HVAC行业和其它风机泵的驱动其主要目标是下列应用:空气调节通风空气处理循环水泵风机和泵,ATV21是一个简单的产品，集成了专用于HVAC应用的功能随产品有一个前操作盘和一个4位7段码显示器在通信方面，提供用于建筑市场的大量可选协议，并标准内置Modbus协议。设计使用于全球市场符合主要的标准和国际指导规范，包括EMC和环境保护。,ATV21在HVAC行业的应用,AHU（空气处理单元)功率范围1.5to75kW,ATV21,VAV（变风量空气调节系统的末端）功率范围0.2to3.7kW,Chiller,（冷冻水泵）功率范围0.37to160kW,ATV61,Condenser,（冷却水泵）功率范围0.37to160kW,ATV61,热泵功率等级1.5to30kW,楼宇,ATV21,屋顶式空调机组功率范围3.7to110kW,ATV21ATV61,ATV21,专门用于泵和通风应用的功能PID调节器预置PID给定PID反馈PID反馈监控休眠/唤醒报警自动/手动专用于风机、泵类负载的电机控制模式能量节省鼻平方关系（Kn）跟踪旋转负载跳跃频率故障禁止,ATV61,ATV61是一种完整的变频器系列；设计用于工业和建筑场合；驱动恒转矩轻载或变转矩负载；目标应用对象:泵压力或流量调节供水多泵控制通风鼓风，引风，空气处理，排烟空调冷冻泵，冷却泵,冷却塔风机,集成了大量的专用功能，以及不同的电机控制类型；随变频器供货有一个标准的图形终端；是一个通讯产品，提供多种协议的选项，并标准集成ModbusandCANopen；为了响应复杂应用的要求，可使用选项卡扩展输入输出；本产品开发用于全球市场，符合主要的标准和国际规范；以及EMC,安全，环境保护等方面的要求.,ATV61覆盖电机功率范围三相380-480V,0.75kW到630kW三相500-690V，3.0kW到800kW三相200-240V,0.75kW到90kW(单相电源直到5.5kW),认证ATV61是一个面向全球市场的产品，因此它取得了全球主要认证机构的证书.所取得的标志CE(欧洲)认证：遵守欧洲低压电气协会的标准(73/23/CEE和93/68/CEE)以及EMC(89/336/CEE).RoHs证书UL(美国)CSA(加拿大)NOM117(墨西哥)C-Tick(澳大利亚)GOST(俄罗斯)DNV(挪威船级社)BV(法国船级社)ABS(美国船级社)KR(韩国船级社)LR(英国船级社)RMSos(俄罗斯船级社),ATV71,ATV71是全系列的变频器产品，功率从0.37到2000KW(功率含柜机)单变频器功率可达重载630kW(690V),500kW(380V)更大功率可选择柜式变频器它是为工业市场设计的。特别适用于恒转矩重载应用。ATV71面向多种行业应用：起重，提升,物料输送,包装行业,过程