变频器工作原理及应用演示幻灯片

1,电工培训班,课堂须知：1、请将手机关机或置于静音状态；2、上课期间自觉遵守纪律；,2,本次讲课的内容主要分为4个方面：一、变频器的概念和用途；二、变频器及电器传动的基础知识；三、变频器的应用现状和发展趋势四、变频器使用注意事项,3,模块一、变频器的概念和用途,4,变频器的概念变频器的用途,三相交流电网3AC,400V,50Hz,一、变频器的概念和用途,5,变频器的概念,变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。,6,变频器的概念,基本概念（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。,7,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200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz）。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”。,8,变频器的组成,变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。,9,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。,10,变频器的保护功能,变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。,11,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。,12,变频器的保护功能,现在通用变频器不但在产品性能上有很大提高，而且自诊断功能、报警及保护功能也非常齐全，熟悉这些功能对于正确使用变频器极其重要。过电流逆变器过载过电压熔断器烧断欠电压存储器出错散热板过热通讯出错外部报警输入CPU出错变器过热自整定出错动机过载,13,为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC），我们把实现这种转换的装置称为“变频器”（inverter）。,14,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。,15,变频器选型选型原则,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，如选用的是通用变频器，则可以选择P型机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）,16,变频器选型选型原则,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）,17,变频器选型选型原则,18,变频器的用途比较广泛，无论是在生产还是咱们的日常生活中，都有所应用。变频器在公司生产中得到广泛的应用：例1、生产、生活中的恒压泵供水系统；例2、高炉上料小车的控制；例3、球团厂的回转窑旋转控制；例4：炼钢连铸机的引锭杆的控制；例5：炼钢厂转炉的倾动控制等等；,19,变频器可用于家电产品：例1、公共场所使用的中央空调；例2、家庭中还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。,20,下面就简单举几个例子对变频器的应用进行讲解。,21,例1.水泵节能恒压供水,图101供水系统示意图,压力变送器,生活小区,22,操作室,420mA,回转窑,出料口,RST,UVW,进料口,减速箱,FU,I,t,例2.球团回转窑主驱动变频调速示意图,23,UF1UF2UF3UF4,UF,UF5UF6,PLC,计算机,四台拉矫机变频器,结晶器变频器,连铸钢锭,切断机,喷水系统,冷却水,钢水,浇铸钢包,钢锭连铸示意图,结晶器,输送辊道变频器,液压系统,例3：,24,例4.双泵双变频器PID调节,UVW,RST,PID调节器,RST,UVW,RP微调,V+,V-,VI2,GND,II,GND,II,+,-,420mA,电动机,电动机,压力传感器,水泵,水泵,UF,UF,25,例5：中央空调冷却水循环系统工艺图,水泵,电动机,制冷机组,冷却塔,温度变送器,冷却风扇,UVW,RST,GND,II,V+,VI1,RP,420mA,Q,Q,Q,UF,26,模块二、变频器的基础知识,27,变频器基础知识简要工作原理,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,28,变频器基础知识简要工作原理,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,29,变频器基础知识简要工作原理,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,30,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,31,电气传动基础知识电气传动系统概述,定义以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交流（直流）电气传动系统，也称交流（直流）电气拖动系统构成,中间传动机构,交流电源输入,终端机械,交流电机,直流调速装置,直流输出,皮带轮、齿轮箱等,风机、泵等,直流电机,交流调速装置,交流输出,执行机构,变频器,32,电气传动基础知识电气传动的目的和意义,目的根据设备和工艺的要求通过改变电动机速度或输出转矩改变终端设备的速度或输出转矩,意义,注：并不是所有的设备使用电气传动装置后都可以节能,33,电气传动基础知识电气传动系统基本工作原理,电力传动系统运动方程式,T电机转矩T负载转矩加速运行T电机转矩T*时，T0=0，磁场不变，电动机转子因惯性使n减小，转矩减小。,76,矢量控制与直接转矩控制,77,负载,恒转矩负载恒功率负载风机泵类负载,78,普通异步电动机与变频电机区别,一、普通异步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。以下为变频器对电机的影响1、电动机的效率和温升的问题不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。拒资料介绍，以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1（u为调制比）。高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加10%20%。,79,普通异步电动机与变频电机区别,2、电动机绝缘强度问题目前中小型变频器，不少是采用PWM的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫，这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外，由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。,80,普通异步电动机与变频电机区别？,。3、谐波电磁噪声与震动普通异步电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。4、电动机对频繁启动、制动的适应能力由于采用变频器供电后，电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动，并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动，为实现频繁启动和制动创造了条件，因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下，给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。,81,电机的极数对其选用有何影响？,电机的极对数越多，电机的转速就越低，但它的扭距就越大；在选用电机时，您要考虑负载需要多大的起动扭距，比如象带负载起动的就比空载起动的需要扭距就大，如果是大功率大负载起动，还要考虑降压启动（或星三角启动）；至于在决定了电机极对数后和负载的转速匹配问题，则可考虑用不同直径的皮带轮来传动或用变速齿轮（齿轮箱）来匹配。如果由于决定了电机极对数后经过皮带或齿轮传动后达不到负载的功率要求，那就要考虑电机的使用功率问题了。,82,变频器能否调至1Hz吗，最高可以调多少HZ使用？,有的品牌变频器最低频率可以调至0.1HZ,最高频率可以调至3000HZ.如果变频器用在一般的交流异步电机上，变频器调至1Hz时已经接近直流，是绝对不可以的，电机将运行在变频器限制内的最大电流下工作，电机将会发热严重，很有可能烧毁电机。如果超过50Hz运行会增大电机的铁损，对电机也是不利的，一般最好不要超过60Hz，（短时间内超过是允许的）否则也会影响电机使用寿命。,83,使用变频器时，电机温升为什么比工频时高呢？,因为变频器输出电压波形不是正弦波，而是畸形波，在额定扭矩下的电机电流比工频时要多出约10%左右，所以温升比工频时略有提高。另外还有一点：当电机转速降低的时候，电机散热风扇速度不够，电机温升会高一些。,84,交流伺服电机可以用变频器控制吗？,由于变频器和伺服在性能和功能上的不同，应用也不大相同，所以是不可以的：1、在速度控制和力矩控制的场合要求不是很高的一般用变频器，也有在上位加位置反馈信号构成闭环用变频进行位置控制的，精度和响应都不高。现有些变频也接受脉冲序列信号控制速度的，但好象不能直接控制位置。2、在有严格位置控制要求的场合中只能用伺服来实现，还有就是伺服的响应速度远远大于变频，有些对速度的精度和响应要求高的场合也用伺服控制，能用变频控制的运动的场合几乎都能用伺服取代。关键是两点：一是价格伺服远远高于变频，二是功率的原因：变频最大的能做到几百KW，甚至更高，伺服最大就几十KW。伺服的基本概念是准确、精确、快