变频器技术讲座PPT课件

1、第一部分、变频调速原理第一部分、变频调速原理1、基础理论1-1.交直流调速方式比较： 直流调速的缺点：维修工作量大，事故率高；容量、电压、电流和转速上限值, 均受到换向条件的制约，在一些大 容量、特大容量的调速领域中无法 应用；使用环境受限，特别是在易燃易爆 场合难于应用。 交流调速方案：变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等 。交流调速传动，主要是指采用电子式电力变换器对交流电动机的变频调速传动。 第1页/共69页交流调速装置的大容量化 法国AL STHOM公司制造的， 用于传动裂化气体压缩机的 21000kw、 5900rmin的 交一直一交电流型无换向器电动机已于1984年投入运行。开

2、关器件的自关断化 目前变频器中的开关器件，在容量为1500kw以下的采用IGBT； 10007500kw的采用GTO； 变频装置的高性能 Uf控制方式 矢量控制 转矩控制PWM技术的应用 改善变频器的输出波形，降低电动机的谐波损耗，减小转矩脉动，简化了逆变器的结构，加快了调节速度，提高了系统的动态响应性能。第2页/共69页1-3、通用变频器概况采用大功率自关断开关器件 （GTO、BJT、IGBT）作为主开关器件的正弦脉宽调制式（SPWM）变频器，已经成为通用变频器的主流。 容量不断扩大 IGBT变频器的单机容量已达1800kVA 结构的小型化 采用厚薄膜混合集成技术，把功率电桥、驱动电路、检测

3、电路、保护电路等封装在一起，构成了一种“智能电力模块”多功能化和高性能化 日益丰富的软件功能使通用变频器的适应性不断增强 。应用领域不断扩大 第3页/共69页绝缘栅双极型晶体管（绝缘栅双极型晶体管（IGBT） IGBT特点：栅极输入高阻抗；的输出特性饱和压降低；容量已经达到BJT的水平；驱动简单、保护容易、不用缓冲电路、开关频率高。IGBT的主要参数的主要参数 1.集电极一发射极额定电压UCES 2.栅极一发射极额定电压 UGES 。UGES值大部分为+20V 3.额定集电极电流IC 。电流范围是 8400A 4.集电极一发射极饱和电压UCE（SAT）。UCE（SAT）值约为2535V。 5.

4、开关频率 。可达 3040kHZ。 使用使用 IGBT时注意事项时注意事项 1.IGBT的驱动级正向驱动电压UGE应该保持在 1520V，这样可使IGBT的UCE饱和值较小，降低损耗，不致损坏管子。2.使IGBT关断的栅极驱动电压-UGE应大于5V，如果这个负电压值大小，可能因为集电极电压变化率Du/DT的作用使管子误导通或不能关断。3.使用 IGBT时，应该在栅极和驱动信号之间加一个栅极驱动电阻RG，如图l28所示。如果不加这个电阻，当管子导通瞬间，可能产生电流和电压颤动，会增加开关损耗。4.为了保护管子，在栅极一发射极间加稳压二极管，钳制G-E电压的突然上升，当驱动电压为15V时，二极管的

5、稳压值可以为16V，如图128所示。这样，能起到一定的电流短路保护作用。 第4页/共69页IGBT的驱动的驱动 驱动模块的外形及管脚号如图 l 2 9所示。 驱动模块管脚号的意义 管脚：连接用于反向偏置电源的滤波电容器；管脚：驱动模块工作电源十20V；管脚：输出驱动信号；管脚：用于连接外部电容器，以防止过电流保护电路误动作 （绝大部分场合不需要电容器）；管脚：过电流保护输出；管脚：集电极电压监视端；管脚：不接；管脚：电源地，0V；管脚：不接；管脚14：驱动信号输入（一）；管脚15：驱动信号输入（+）。 图 l31为 EXB851的应用电路。这个电路能驱动高达 600V400A和 1200V30

6、0A的 IGBT。因为驱动电路信号延迟4ps，所以这个驱动电路适合于高约 10kHZ的开关频率操作。使用该驱动电路时应注意以下几个方面： （1） IGBT的栅极一发射极驱动回路的接线必须小于1M。 （2）IGBT的栅极一发射极驱动接线应为绞线，适当屏蔽。 （3）如果在IGBT的集电极产生大的电压尖脉冲，则应增加栅极的串联电阻RG。 第5页/共69页IGCT（Integrated Gate Commutated Thyristor）称为集成门板换流晶闸管。 特点：TGCT与GTO和IGBT相比，具有损耗低、速度快、内部机械部件少、成本低和结构紧凑等优点。最高阻断电压为6kV，最大可关断电流为6K

7、A。 IGCT是由双极型器件GTO引伸出的新型大功率开关器件， 器件IGBTIGBT二极管IGBT开关器科功耗（P）767w350w1117W器件IGCTIGCT二极管IGCT开关器件功耗（P）330w30lw631WGCT的基本结构与GTO相似，都采用分离并联的阴极结构，门极和阳极均为公共连接。 GCT的工作原理与这导型GTO的工作原理也有相同之处。GCT利用强门极脉冲开通，阴极NPN管在其导通前出现有效饱和，使GCT实现均匀导通，转而成为一种晶闸管状态。 二种器件功率损耗 IGCT是从GTO派生出来的，利用“硬驱动”门控单元实现关断功能，关断时IGCT从晶闸管状态迅速过渡到晶体管状态，IG

8、CT兼有大功率晶闸管的正向特性和双极型晶体管的关断特性。 第6页/共69页1-4、变频器的简单原理变频调速的基本控制方式 异步电动机的同步转速为 式中 n1同步转速（rmin）； F1定子频率（HZ）； P 磁极对数。 而异步电动机的轴转速为 式中s异步电动机的转差率， s=（n1一n）n1。 改变异步电动机的供电频率，可以改变其同步转速，实现调速运行。第7页/共69页1-5、变频器的基本构成 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： 它的作用是把三相（或单相）交流电整流 成直流电。第8页/共69页1-7、变频器分类按直流电源的性质分类 中间直流环节的储能元件可以

9、是电容或是电感，据此，变频器分成电压型变频器和电流型变频器两大类。 按输出电压调节方式分类变频调速时，需要同时调节逆变器的输出电压和频率，以保证电动机主磁通的恒定。对输出电压的调节主要有两种方式：PAM方式和PWM方式。第9页/共69页 按控制方式分类 基频以下可以实现恒转矩调速，基频以上则可以实现恒功率调速。Uf方式又称为 VVVF（ Variable Voltage Variable Freyency）控制方式， 常用于速度精度要求不十分严格或负载变动较小的场 Uf控制是转速开环控制，无需速度传感器，控制电路简单，负载可以是通用标准异步电动机，所以通用性强，经济性好.转差频率控制 根据速度

10、传感器的检测，可以求出转差频率f，再把它与速度设定f*相叠加，以该叠加值作为逆变器的频率设定值f1*，就实现了转差补偿。 这种实现转差补偿的闭环控制方式称为转差频率控制方式。与Uf控制方式相比，其调速精度大为提高。 通用性较差第10页/共69页通用变频器中的逆变器及其PWM控制 6脉波方波逆变器 这是逆变器的传统方式。主开关器件常采用半控型器件晶闸管。 6脉波方式下输出电压的谐波成分较大，会使负载电动机的谐波损耗增加，发热加剧，并且转矩脉动较大。特别是低速运行时将影响电动机转速的平稳。 改善波形的办法有两种： 一种是由几台逆变器以一定的相位差进行多重化连接； 另一种是采用PWM控制方式。第11

11、页/共69页动力制动 利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电动机的再生电能的方式称为动力制动， 第12页/共69页通用变频器的U/F控制 第一代是普通功能型Wf控制通用变频器。 第二代是高功能型Uf控制通用变频器。 第三代是高动态性能型矢量控制通 用变频器。 第一代不具有转矩控制功能，属一般型的 Uf控制方式。第二代具有转矩控制功能，有“无跳闸”能力，输出静态转矩特性较第一代有很大改进，机械特性硬度高于工频电网供电的异步电动机，并且具有挖土机特性。第三代是高动态性能型矢量控制通用变频器具有较高的动态性能。 转矩控制功能 定子有功、无功电流的检测 磁通控制 转差补偿 电流限制控制 第13页/共69

12、页高动态性能型矢量控制通用变频器 矢量控制的概念 异步电动机的矢量控制就是仿照直流电动机的控制方式，把定子电流的磁场分量和转矩分量解耦开来，分别加以控制。 由于软件功能的灵活性，可以实现变结构控制。有速度传感器和无速度传感器两种控制方式的变换，不必改变硬件电路。 有速度传感器的控制方式主要性能：（1）在1：10的速度范围内，速度精度05。（2）在1：10的速度范围内，转速上升时间100mS。（3）在额定频率的10的范围内，采用带电流闭环控制的转速开环控制。无速度传感器的控制方式主要特性是：（ l）在速度设定值的全范围内，转矩上升时间大约为15ms。（2）速度设定范围1:100。（3）对闭环控制

13、而言，转速上升时间60ms。第14页/共69页富士变频器富士变频器 FRENIC 5000G11S/P11S 的特点动态转矩矢量控制动态转矩矢量控制动态转矩矢量控制是一种先进的驱动控制技术。控制系统高速计算电机负载所需功率，最佳控制电压和电流矢量，最大限度发挥电机输出转矩 。带带PG反馈更高性能的控制系统反馈更高性能的控制系统带PG反馈卡（选件）构成带PG反馈的矢量控制系统，实现更高性能、更高精度的运行。 电机低转速时脉动大大减小电机低转速时脉动大大减小采用动态转矩矢量控制，结合富士专有的AVR，实现低转速（1HZ）运行时的转速脉动比以前机种减小1/2以上 新方式在线自整定系统新方式在线自整定

14、系统在电机运行过程中常时进行自整定，常时核对电机特性变化，实现高精度速度控制 。第二台电机亦有自整定功能。1台变频器切换运行2台电机时保证2台电机都能高精度运行。 节能功能的提高节能功能的提高标准设有风机、泵等最佳自动节能运行方式。采用使电机损耗降至最小的新控制方式，取得更好的节能效果 更方便使用的键盘面板更方便使用的键盘面板使用各种环境的结构使用各种环境的结构各种通信功能各种通信功能标准内装RS485接口， 设有万用DI/DO功能，输入/输出端子状态能传送至上位机受其监控，简化FA系统 可连接现场总线：Profibus-DP、 Interbus-S 、 Device Net、 Modbus

15、Plus（选件）等 无冲击瞬时停车再起动运行无冲击瞬时停车再起动运行采用富士独自开发的变频器频率追踪（引入运行）功能，变频器可瞬时停车后跟踪再起动 保护功能的充实保护功能的充实能设定电子热继电器的热时间常数，因此可适用各种电机 设有输入缺相保护，防止电源断线损坏变频器 能用PTC热敏电阻保护电机 丰富的维护功能丰富的维护功能 其他功能其他功能设有主动驱动过程，判断变频器负载状态，为防止跳闸、自动延长加速时间、继续加速运行保证强有力而不跳闸的加速过程 负载过大的场合可选择变频器不跳闸继续运行（防失速）或跳闸停止运行 第15页/共69页二、变频器的安装与使用 变频器的安装变频器对安装环境的要求1环

16、境温度一般要求为-1040。如散热条件好（如拿去外壳），则上限温度可提高到50。2环境湿度相对湿度不超90（无结露现象）。3其他条件在变频器的安装位置应无直射阳光、无腐蚀性气体及易燃气体、尘埃少、海拔低于1000米等。变频器的散热和散热问题 在SPWM逆变电路中，温度一超过某一限值，会立即导致逆变管的损坏。 粗略地说，每 1kVA的变频器容量，其损耗功率约为 4050W。 每带走1kw热量所需要的风量约为 01m s。第16页/共69页 变频器的接线 输人端与输出端接错的严重后果 变频器的输人端和输出端是绝对不允许接错的。万一将电源进线错误地接到了U、V、W端，则不管哪个逆变管导通，都将引起两

17、相间的短路而将逆变管迅速烧坏。变/工频电源的切换 万一变频器发生故障时，迅速将电动机切换到工频电源上，使电动机不停止工作。 必须先由KM2把电动机与变频器的输出端联接起来，然后才允许将KM1接通。 KM2与KM3是绝对不允许同时接通的，因为一旦同时接通，就会把电源线接到变频器的输出端上。所以，两者之间必须有可靠互锁。 KM1与KM3之间也需要互锁。第17页/共69页 控制电路的接线 1模拟量控制线模拟量控制线主要包括：输入倒的给定信号线和反馈信号线。 （2）输出侧的频率信号线和电流信号线。 模拟量信号的抗干扰能力较低，因此，必须使用屏蔽线。屏蔽层的靠近变频器的一端，应接控制电路的公共端（COM

18、），但不要接到变频器的地端使）或大地，如图68所示。屏蔽层的另一端应该悬空。布线时，还应该遵守以下原则 （l）尽量远离主电路100mm以上。 （2）尽量不和主电路交叉。必须交叉时，应采取垂直交叉的方式。一人开关量控制线如起动、点动、多档转速控制等的控制线，都是开关量控制线。 一般说来，模拟量控制线的接线原则也都适用于开关量控制线。但开关量的抗干扰能力较强，放在距离不很远时，允诗不使用屏蔽线，但同一信号的两根线必须互相绞在一起。 在所有电感线圈的两端，必须接人吸收电路。 第18页/共69页 变频器的功率团数及其改善输入电流总是出现在电压的振幅值附近，呈不连续的冲击波形式。它具有很大的高次谐波成分

19、，其5次谐波和7次谐波分量是很大的，几乎比基波分量小不了多少。在变频器输入电路中，改善功率因数的根本途径是削弱高次谐波电流。为此，在电路中串入直流电抗器，效果好，可使功率因数提高到0.95。交流电抗器LA串接于三相的输入电路中。交流电抗器的滤波效果略差，只能将功率团数提高到075085。但它除了滤波功能外，还具有以下功能 1）抑制输入电路中的浪涌电流。 2）削弱电源电压不平衡的影响。 接入电抗器后，各次谐波电流随着电感量的增大，各次谐波电流都将显著减小。第19页/共69页变频器的抗干扰措施变频器的抗干扰措施 （1）对于通过感应方式（包括电磁感应和静电感应）传播的干扰信号，主要通过正确地布线和采

20、用屏蔽线来削弱。（2）对于通过线路传播的干扰信号，主要通过增大线路在干扰频率下的阻抗来削弱，实际上，可以串人一个小电感，如图618所示。它在基频下的阻抗是微不足道的，但对于频率较高的谐波电流，却呈现出很高的阻抗，起到了有效的抑制作用。（4）在变频器的输出侧和电动机之间串人滤波电抗器L0，可以削弱输出电流中的高次谐波成分，如图620所示。此法非但起到了抗干扰作用，还削弱了电动机中由于高次谐波电流引起的附加转矩，改善了电动机的运行特性。（3）对于通过辐射传播的干扰信号，主要通过吸收的方法来削弱，如图619所示。各变频器生产厂也都可以提供专用的“无线电抗干扰滤波器”。必须注意，在变频器的输出侧，是绝

21、对不允许用电容器来吸收高次谐波电流的，这是因为，在逆变管导通瞬间，会出现峰值很大的充电电流或放电电流，使逆变管损坏。第20页/共69页变频器的外围选配件 1低压断路器 1台低压断路器控制1台变频器 断路器的额定电流可按变频器的额定电流来选用。 1台低压断路器控制若干台变频器或其他设备这时，应根据各台设备的同时工作的最大电流（多台电流之和）来选择。2接触器 接触器的主要功能有： （1）电源一旦断电后，自动将变频器与电源脱开，以免重新供电时变频器自行工作。 （2）变频器因故障而跳闸时，可通过接触器使变频器与电源脱开。3热继电器 下列情况，则仍应配用。 （1）1台变频器控制多台电动机； （2）电动机

22、的容量比变频器的容量小很多，超出了电子热保护功能的最小设定值。 第21页/共69页变频调速系统的调试 第22页/共69页拖动系统的起动和停机 第23页/共69页拖动系统的负载试验 负载试验的主要内容有： （l）如fmaxfN，则应进行最高频率时的带载能力试验，也就是在正 常负载下能不能带得动？ (2）在负载的最低工作频率下，应考察电动机的发热情况，使拖动系 统工作在负载所要求的最低转速下，施加该转速下的最大负载， 按负载所要求的连续运行时间进行低速连续运行，观察电动机的 发热情况。 （3）过载试验按负载可能出现的过载情况及持续时间进行试验，观察 拖动系统能否继续工作。第24页/共69页 故障原

23、因分析故障原因分析 第25页/共69页第三部分第三部分 变频器应用变频器应用 变频器的运行功能 （1）外接电压给定信号又有两种给定方式： 1、直接输入电压信号，通常用于和计算机或其他 控制装置配用的情况。 2、利用变频器内部的控制电源，由外接电位器RP 取出电压给定信号。（2）外接电流给定信号端（C111）当外接给定信号为电流信号时， 将外接信号线接到此接线端上。 电流给定信号具有抗干扰能力强、不受线路压降影响等优点。故在控制距离较远时，以采用电流给定方式为好。 （3）外接辅助给定信号端（1211） 有的变频器为用户提供了外接辅助给定信号端，用来接入反馈信号或其他辅助控制信号。辅助给定信号将和

24、主控给定信号叠加。当主控给定信号断开时，辅助给定信号也可代替主控给定信号控制变频器的工作频率。 外接辅助给定信号通常都是电压信号。 第26页/共69页外接电位器的选择 对于代用电位器，大体上应遵循以下几条原则： （1）阻值只可增大而不宜减小。因为阻值小了，将增加变频器内部控制电源的电。 在不了解变频器内部电路的情况下，应尽量避免这种情况。 （2）阻值大大，电位器取用的电流太小，在控制距离较远时，会使抗干扰能力变 差。此外，也有一个和变频器内部电路的匹配问题。故电位器的阻值一般以不 大于10k为宜。 （3）由于外接电位器在工作过程中调节比较频繁，必须考虑其内部触点的耐磨性， 故电位器的瓦数宜大不

25、宜小。一般应按实际消耗功率的10倍以上来选择。 此外，如果现有电位器的阻值小于说明书的规定值时，则可使电位器串联一个附加电阻Ra，使Ra十RRP。（RRP 为电位器RP的阻值）大于规定值即可。具体接法如图32所示。但在这种情况下，必须对频率增益进行正确设定，使电位器旋至最大位置时，能够得到所需要的最高频率。第27页/共69页与工作频率有关的功能与工作频率有关的功能 基本频率与最高频率 1、基本频率b 调节频率时用来作为基准的频率，通常以电动机的额定频率N作为b的设定值。 2、最高频率max 当频率给定信号为最大值（XX max）时，变频器的给定频率。这是变频器最高工作频率的设定值。上限频率与下

26、限频率根据拖动系统的工作需要，变频器可设定上限工作频率H和下限工作频率l。 回避频率（也叫跳跃频率）为了避免机械谐振的发生，必须使拖动系统“回避”掉可能引起谐振的转速。 第28页/共69页 点动频率 生产机械在调试过程中，以及每次新的加工过程开始前，常常需要“点一点、动一动”， 以便观察各部位的运转状况。如果每次在点动前后，都要进行频率调整的话，既比较麻烦又浪费时间。因此，变频器可以根据生产机械的特点和要求，预先一次性地设定一个“点动频率”，每次点动时，都在该频率下运行，而不必变动已经设定好了的给定频率。 载波频率设定 载波频率需要设定的原因有： （1）SPWM变频器的输出电压是一系列的脉冲，

27、脉冲频率等于载波频率。因此，在电动机的电流中，具有较强的载波频率的谐波分量，它将引起电机铁心的振动而发出噪声。 如果噪声的频率和电机铁心的固有振荡频率相等而发生诸振的话，噪声将增大。为了减小噪声，变频器为用户提供了可以在一定范围内调整载波频率的功能，以避开噪声的谐振频率。 （2）从改善电流波形的角度来说，载波频率越高，电流波形的平滑性越好。但另一方面，对同一控制柜内的其他控制设备（如可编程序控制器等）的干扰也越强。在其他控制设备因受到干扰而不能正常工作时，必须适当地减小载波频率。第29页/共69页 升速时间 设定升速时间的基本原则是，在电动机的起动电流不超过允许值的前提下，尽可能地缩短升速时间

28、。 升速方式 （1）线性方式 （2）S型方式 （3）半S形方式 第30页/共69页与起动有关的其他功能 起动频率起动前的直流制动 起动锁定功能 当外接给定信号不为零，从而使变频器输出一定频率和电压时，如直接起动电动机，其起动电流将大大超过允许值。 暂停升速功能先让拖动系统在低速下运转一段时间，然后再继续升速， 第31页/共69页变频调速的降速与制动 DC制动方式的用途主要有两种：一是用于准确停车控制；二是用于制止在起动前电动机由外因引起的不规则自由旋转。通用变频器中对直流制动功能的控制，主要通过设定DC制动起始频率、制动电流和制动时间来实现。通常情况下，起始制动频率不宜设定得太高。不然电动机将

29、过热。电源再生单元 电源再生单元其功能是将电动机再生的电能反馈到电网中，从而使整个调速系统处于再生制动的状态。非但节省了能源，还增大了制动转矩。这对于起重机械下放重物的工作状态来说，尤为重要。第32页/共69页V/ f 控制的设定功能 基本Uf 设定 它表明了没有补偿时的电压u和频率f之间的关系。 （1）基本频率和电动机的额定电压相对应；（2）最高频率 fmax和最大的外接给定信号 X0相对应。 如无特殊情况，基本频率应按电动机的额定频 率来设定： b=N转矩补偿的U/ f 设定 恒转矩的 Uf线 如图324所示的曲线1及其以上部分。负补偿的 U线 风机和泵类负载的阻转矩是和转速的平方成正比的

30、。低速时，即使ku=kf,，电动机仍处于轻载状态。从节能的角度出发， ku还可以减小，使 Uf线移至基本 Uf线（曲线0）的下方，如图324所示的曲线01和02。这种减小电压的措施，称为负补偿。Uf线的原则是，以最低工作频率时能带动负载为前提，尽量减小补偿程度。 第33页/共69页转差补偿、矢量控制、自动电压调整等功能的设定转差补偿、矢量控制、自动电压调整等功能的设定的含义根据负载电流的大小，适当提高变频器的输出频率，以补偿由于负载增加而引起的转差的增大， 的设定在设定矢量控制时，一般有以下限制： （1）电动机的容量与变频器的容量要相当，最多差一 个等级。 （2）电动机的极数也必须在说明书规定

31、的范围内，而 以4极电动机为最佳。 （3）一台变频器只能配用一台电动机。 （4）控制线不能过长，一般规定应在30m以内。（AVR）功能 变频器的输出电压是随输入电压而波动的，当输入电压下降时，其输出电压也下降。这将影响电动机的带负载能力。有的变频器在遇到这种情形时，将自动地适当降低基本频率，从而维持 KU1/f1不变，以保证电动机的带负载能力不受影响，如图328所示。 第34页/共69页节能运行动能 第35页/共69页闭环控制功能闭环控制功能 ，就是在拖动系统的输出端取出与输出量成比例的反馈量，反馈到给定信号端，并叠加到给定信号上，成为合成的给定信号。当输出量偏离所要求的设定值时，由于反馈信号

32、的变化，使合成的给定信号得到修正，从而使输出量稳定在所要求的设定值上。 P（比例）I（积分）D（微分）控制的目的是，当拖动系统的输出量偏离设定值时，能够迅速而准确地消除偏移，回复到设定值，既不振荡，误差也小。 P（比例）功能 简略地说，P功能就是将X值按比例放大。I（积分）功能就是用来减缓升速和降速的功能，以缓解因P功能设定过大而引起的超调。D功能是将X的变化率（dxdt）作为自己的输出信号。第36页/共69页变频器的外接控制功能变频器的外接控制功能 1变频器的外接输入电路如图335所示，外部的控制信号通常是由开关来传递的。控制开关的通、断信息，通过变频器输入电路的光耦合器而传递到内部的控制电

33、路中。 2外接输入开关的结构外接输入开关可以是有触点的。如继电器、按钮、行程开关等；也可以是无触点的开关电路，如接近开关、可编程序控制器（PLC）等的输出电路。 无触点开关电路的输出级为晶体管，从而其输出电路和变频器的输入电路间不能完全隔离。在这种情况下，要注意分析是否有发生误动作的可能性。正确的接法如图337a所示。 第37页/共69页变频器可以预先设定多档工作频率（大多为7档或15档），频率的档次由X1、X2、X3（X4）的状态决定。对每一个程序步进行下列设定： （l）工作方式 包括正转、反转、停止、本程序步结束后应转入的程序步的步号等。 （2）工作频率。 （3）工作时间。 运行时。首先使

34、程序控制端PRG接通，变频器的输出频率即按图343所示程序运行。 FS：自由制动控制端。变频调速时，电动机的停机过程通常是按设定的“降速时间”逐渐降速并停止的。当将FS端接通时，变频器的输出端将停止输出，电动机处于自由制动状态。 EMS：紧急停机控制端。当工作机械出现异常情况而需要紧急停机时，将EMS端接通，变频器将使电动机迅速停住。 RST：复位控制端。变频器因发生故障而跳闸后，当故障已被排除、可以重新起动时，应先接通RST端，使变频器恢复到运行状态。 THR：外接保护控制端 例如，当电动机的热继电器脱扣时，可使热继电器的触点将THR端接通，使变频器停止工作。 任意设定控制端：在实际应用时，

35、上述各输入控制端并不是全都用得上的，往往只选用其中的一部分。另一方面，上述功能的类别又常感不足。为此，有的变频器除了保留一些必需的专用控制端。如FWD、EMS、RST等以外，其他控制端的功能并不规定，而可由用户根据需要进行设定，这样，既节省了接线端子，又大大扩展了可供选用的功能的数目。 用户可以选择的功能有反转功能、点动功能、多档转速选用功能、多档升降速选用功能、外部直流制动功能、自由制动功能、程序控制功能等等。 第38页/共69页 1运行状态信号 RUN：运行信号。变频器处于运行状态时，其内部触点闭合。 SU：频率到达信号。当变频器的输出频率到达某一设定值时，内部开关闭合。这又有 两种情形：

36、（l）频率到达用户设定的结定频率时的信号。由于在转差补偿及自动VN控制等工作方式中，变频器的输出频率是经常在调整而并不稳定的。因而在给定频率的上、下，有一个允许的“调整范围”，此信号的目的是告诉操作者，变频器是否接操作者要求正常运行。（2）频率到达某一特定值时，内部开关闭合。例如在某些带有电磁铁制动器的设备（如起重机）中，决定电磁铁制动器应在什么时候动作，就由此信号来决定，如图345所示。 2故障和报警信号 OL：过载信号。 LU：欠电压信号。 FAT：报警信号。3测量信号端 FM：频率测量信号。有数字量信号和模拟量信号两种。 AM：电流测量信号，为模拟量信号。外接输出信号端的配置接线端子与输

37、出信号和输人控制端的情形相仿，为了达到既扩展功能的数量、又节省接线端子的目的，各输出信号端的具体功能要由用户根据工作需要来具体设定。但报警信号端通常是专用的，不能任意设定。第39页/共69页变频器类型的选择 三种类型 ：普通功能型Uf控制变频器，具有转矩控制功能的高功能型Uf控制变频器矢量控制高性能型变频器。 变频器类型的选择，要根据负载的要求来进行。 风机、泵类负载，Tn，低速下负载转矩较小，通常可以选择普通功能型。 恒转矩类负载，则有两种情况。1、采用加大电动机和变频器的容量的办法，以提高低速转矩；2、采用具有转矩控制功能的高功能型变频器实现恒转矩负载的调速运行，则是比较理想的。因为这种变

38、频器低速转矩大，静态机械特性硬度大，不怕冲击负载，具有挖土机特性。从目前看，这种变频器的性能价格比还是相当令人满意的。 恒转矩负载下的传动电动机，如果采用通用标准电动机，则应考虑低速下的强迫通风冷却。新设备投产，可以考虑专为变频调速设计的加强了绝缘等级并考虑了低速强迫通风的变频专用电动机。轧钢、造纸、塑料薄膜加工线这一类对动态性能要求较高的生产机械，原来多采用直流传动方式。目前，矢量控制型变频器已经通用化，加之笼型异步电动机具有坚固耐用、不用维护、价格便宜等一些优点。对于要求高精度、快响应的生产机械，采用矢量控制高性能型通用变频器是一种很好的方案。 变频器容量的一般计算方法 变频调速驱动系统的

39、设计第40页/共69页变频器及其外围设备的选择 其中，变频器功率因数在有输入交流电抗器IACL时取08085，无输入电抗器IACL时则取0608变频器效率可取095，变频器输出功率应为所接电动机的总功率。 变频器生产厂家所推荐的变压器容量的参考值，常按经验取变频器容量的130左右。 （ 2）电源侧断路器 QF：用于电源回路的开闭，并且在出现过流或短路事故时自动切断电源，以防事故扩大。使用变频器无例外地都应采用 QF。 （3）电磁接触器IKM：用于电源的开闭，在变频器保护功能起作用时，切断电源。对于电网停电后的复电，可以防止自动再投入以保护设备的安全及人身安全。 （4）无线电噪声滤波器FIL：用

40、于限制变频器因高次谐波对外界的干扰，可酌情选用。 （5）交流电抗器IACL和ZACL：IACL用于抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功率因数。 ZACL用于改善变频器输出电流的波形，减低电动机的噪音。 （6）制动电阻单元R：用于吸收电动机再生制动的再生电能，可以缩短大惯量负载的自由停车时间。 （ 7）电磁接触器 ZKM和3KM：用于变频器和 工频电网之间的切换运行。 在这种方式下ZKM是必不可少的，它和3KM之间的联锁可以防止变频器的输出端接到工频电网上。一旦出现变频器输出端误接到工频电网的情况，将损坏变频器。 注意，有些机种要求ZKM只能在电动机和变频器停机状态下进行通断。 (1）电源变压器T

41、：电源变压器用于将高压电源变换到通用变频器所需的电压等级，例如200V量级或400V量级等。变频器的输入电流含有一定量的高次谐波，使电源侧的功率因数降低，若再考虑变频器的运行效率，则变压器的容量常接下式考虑:第41页/共69页负载的分类： 恒转矩负载在不同的转速下，负载的阻转矩基本恒定。 负载的功率PL和转矩 TL、转速 nL之间的关系是： PLTL nL/9550 恒转矩负载的功率是和转速成正比的。传送带、搅拌机、挤压机等摩擦类负载，起重机、提升机等重力负载（或称位能负载），都属于恒转矩负载，由于功率与转矩、转速两者之积成正比，所以生产机械所需的功率与转速成正比。恒功率负载在不同转速下，负载

42、的功率基本不变。 TL9550PLn L 如各种薄膜或薄板的卷绕装置 平方律负载 负载的阻转矩与转速的平方成正比： P L =P 0K p n L 在平方律负载中，功率大体上与转速的三次方成正比。如风机、水泵。3第42页/共69页 连续负载 当电动机在低频下连续运行时，影响其带负载能力的主要因素是温升，散热效果 一般情况下，电动机的散热主要靠自带的风扇叶和内部的通风。转速下降时，风扇叶的风量和内部的通风情况都将变差，散热效果下降。 故对于电动机带负载能力的规定，通常是作分段近似处理的。（l） f x =f N3f N 散热效果的下降与功耗的下降差别较小， 一般认为： 1） 矢量控制时，带负载能

43、力不变，如图512中曲线所示。 2) V / F 控制时，由于k u k f ，励磁电流和磁通都大于正常值，增大了铜损和铁损，故带负载能力有所下降，但下降的幅度不大，通常认为，当f x =f N 3时，其带负载能力约为额定情况时的8090，如图512中曲线所示。 （2）f xf N 3散热效果下降较多，电动机的带负载能力也迅速下降。矢量控制时，f x =f N10 时的带负载能力约为额定情况时的 7580%。VF 控制时，f x =f N10 时的带负载能力约为额定情况时的 50。第43页/共69页 按发热原则决定带负载能力 具体地说，即要求电动机的允许连续工作电流保持不变（等于额定电流）：

44、I Mx =I MN因为f x f N时，电压U1x不可能随f x上升，而只能是： U1xU1N所以，电动机的输出功率将保持基本不变 ，带负载能力具有恒功率的特点。 按过载能力决定带负载能力 电动机的带负载能力将和负载本身对x要求有关。 1、要求在全调速范围内，要求过载能力不变。 有效功率 Pmx与 kf 成反比。 2、允许 在高速时，可以降低对过载能力的要求。在这种情况下，将可以在一定范围内实现恒功率调速。 第44页/共69页 2改为 联结时的工况 （l）额定相电压 UN UN380V。 1） 如f N =f N =50Hz ，则K u =kf ，N 也力图增大 倍，引起磁路的高度饱和，产生

45、很大的尖峰励磁电流，有可能导致电动机的烧毁。 2） f N = f N=865Hz ，则ku =kf ，N = N 。电动机的有效工作电流（相电流）也仍为IN ，所以，电动机的有效电磁转矩也不变。但由于转速提高了 倍，故电动机的输出功率也增大了 倍。关于Y联结电动机改成联结的讨论 1. 380V、Y联结电动机的额定工况 额定相电压： UN220V（kU1）；额定频率：f N 50Hz （kf 1）；并设额定电流为I N，额定磁通为N 。3结论 当Y联结电动机改为联结后，可得到如下几点结论。 （1） 可在fx =086.5Hz的范围内实现恒转矩调速。 （2） 电动机的实际功率增大 倍，所以，配用

46、变频器的容量也必须增大 倍。 （3） 在进行基本 Uf 设定时，必须按 U N 380V、f N =86.5Hz 设定，如图 517所示。第45页/共69页1设计任务 （1）选择电动机的容量、转速等； （2）选择变频器的容量、型号等； （3）确定电动机和负载之间的传动比； （4）决定过渡过程的主要功能的设定值，如起动与制动的时间和方式，再生制动电阻与制动单元的选择等。电动机的选择 1容量的选择 总的原则是，要不过热，带得动。在改造旧设备时，要尽量留用原选电动机。 2.磁极对数的选择 由于变频器的许多功能（如矢量控制功能等）是以2p = 4的电动机作为模型进行设计的，所以，如无特殊情况，应尽量选

47、择2p = 4的电动机。变频器的选型大体上说，有以下几种情况： （l） 鼓风机和泵类负载（罗茨风机除外），故选型时常以价廉为主要原则。 (2 ) 恒转矩特性负载，在转速精度以及动态性能等方面要求不高时，可选无矢量控制的变频器。 （3）对于低速时要求有较硬的机械特性，要求有一定的调速精度，但在动态性能方面，并无较高要求的负载，可选用具有无反馈矢量控制功能的变频器。 （4）对于某些对调速精度和动态性能都有较高要求，以及要求高精度同步运行等场合，可采用带速度反馈的矢量控制方式。变频器的选择变频器的容量 变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择： I N (1.01.1)IM max 式

48、中IN一变频器的额定电流； IM max电动机的最大工作电流。 变频器的过载能力第46页/共69页平方律负载的变频调速 基本分析 1主要特点 平方律负载主要是风机和泵类（罗茨风机和液压泵等除外），其工作特点有： （1）大多数在长期连续运行的状态下工作，属于连续恒定负载，并且，在正常情况下，不会出现过载现象。 （2）大多数风机和泵类产品都和电动机连成一体，成为整体产品。因此，在采用变频调速时，不存在重选电动机容量以及计算传动比等问题。 2工作频率范围 因为负载转矩是和转速的平方成正比的，所以一旦转速超过额定转速，就会造成电动机的严重过载。因此，在变频调速时，应绝对禁止在额定频率以上运行，即工作频

49、率的范围是 fx fN 3变频器的容量由于电动机不会过载，放变频器的容量只需按说明书中的“配用电动机容量”栏进行选择即可。 4变频器主要功能的预置 （l） 最高工作频率fmax 如上所述，fmax 应设定为 fmax = fN 在我国，则fmax =50Hz 。 (2) 升、降速时间 风机和泵类负载的升速过程和降速过程一般都不在工作程序之内，故升、降速时间可适当地设定得长一些。 （3）转矩补偿如362节中所述，从节能的观点出发，应选用kUkf的补偿线。当然，完全没有必要采用矢量控制的功能。由于高速时所需功率随转速增长过快，与n 成正比，所以通常不应使风机、泵类负载超工频运行。 3第47页/共6

50、9页特殊电动机的变频调速 双速电动机的变频调速 1双速电动机的特点 双速电动机就是具有两种磁极对数的电动机，其定于绕组被设计成可以通过不同的接法得到两种磁极对数，从而得到两种不同的同步转速和转子转速。 双速电动机采用变频调速时应注意的事项 （1）与同容量的普通电动机相比，双速电动机的效率和功率因数都略低，故额定电流较大，在配用变频器时，应给予充分注意。 (2 ) 在切换磁极对数的瞬间，因电动机的转子转速与切换前的同步转速接近，和切换后的旋转磁场间的转速差很大，将会产生很大的过电流，导致变频器因过电流而跳闸，所以磁极对数的换档，必须在停车的情况下进行。齿轮减速电动机的变频调速 1齿轮减速电动机的

51、特点齿轮减速电动机是由普通电动机和齿轮减速器组合成的一个整体。其主要工作特点是： （l）由于齿轮箱的传动效率很高，故齿轮箱输出轴上的功率和电动机轴上的功率基本上是相等的。 （2）齿轮箱的减速比G 往往很大，通过齿轮箱输出轴上的转矩被放大了G倍。齿轮调速具有恒功率的特点 齿轮减速电动机采用变频调速时的工作频率范围（1） 频率上限 工作频率以不超过70Hz 为宜。（2） 频率下限 取决于润滑剂的种类1） 如采用润滑脂润滑，则可在任意低速下运行。2） 如采用润滑油润滑，则转速过低，会影响上半部齿轮的润滑效果，故转速不宜过低。一般情况下，下限工作频率以不低于25Hz 为宜。第48页/共69页 绕线转子

52、异步电动机的变频调速绕线转子异步电动机的特点 绕线转子电动机的转子绕组是一级星形联接的三相绕组。三相绕组的端点分别与三个集电环相联，通过集电环与电刷和外接的电阻（起动或调速用）联接，如图525a所示。 2绕线转子异步电动机采用变频调速时应注意的事项 绕线转子异步电动机采用变频调速时，转子绕组已没有必要接外接电阻。为了避免电刷与集电环之间因接触不良而引起故障，可将与集电环相接的三根线之间用导线直接短接，并将电刷永远举起，如图525b所示。电磁制动电动机的变频调速 1电磁制动电动机的特点 电磁制动电动机由普通电动机和电磁制动器组成。制动器的励磁绕组内通人直流电流，通常由单相半波整流电路供电。制动器

53、的励磁绕组是和电动机同时接入电源的，通电时，电磁铁的衔铁被吸上，使电动机转子上的制动盘与后端盖的制动面脱开，转子可自由转动。切断电源后，制动器的励磁绕组失电，由弹簧推动衔铁使转子的制动盘与后端盖的制动面贴合，使转子迅速停止。 由于在低频运行时，电动机的电压也较低，会引起励磁电流太小而吸不动衔铁，导致因转子转不动而过电流。所以，在采用变频调速时，应将电磁铁的励磁绕组电路接至变频器的输入侧，并且必须保证和电动机同时通电，如图527所示。第49页/共69页通用变频器构成的调速系统通用变频器构成的调速系统 节能应用节能应用 利用变频器实现调速节能运行，是变频器应用的一个最典型的例子。其中以风机和泵类机

54、械的节能效果为最显著。另外，传送带、搅拌机等一类恒转矩负载的机械，如果能够在可能的较低转速下运行，也可以获得一定的节能效果。第50页/共69页泵的节能泵的节能 图36所示为以50流量情况的运行特性。排出管路阀门控制的情况下工作点为A，转速控制情况下工作点为B（采用管端压一定的控制方式）。与全流量（工作点C）情况相比较，当50流量时，工作点A及B所需轴功率都减小了，但工作点B（调速控制）所需轴功率更小。可见采用调速的方式节能效果大。 风机、泵是一种减转矩负载，随着转速的降低，负载转矩与转速的平方成比例地减小。 第51页/共69页提高生产率提高生产率 保证加工工艺中的最佳转速恰当地选择食品加工机械

55、、金属加工机械、工业洗衣机等在工艺过程中的转速，可以收到缩短运行时间、稳定产品质量的效果。 1、高速运行，可缩短搬运时间；低速运行速度虽慢但有利于提高定位停车的精度。 2、适当地提高转速（超过电网频率），则很容易提高生产率。3、高精度准确停车提升机和自动仓库等在生产过程中间歇时间的缩短，对提高生产率起到很大的作用。 提高产品质量提高产品质量 车床等加工机械印制电路板的基板钻孔机 传送带的软起动、软停止 高精度转矩控制造纸、塑料薄膜、冷轧带钢 第52页/共69页设备的合理化设备的合理化 通过变频器的使用，可以把诸如传送带、给料机、干燥机、烤炉、风扇、泵等多种机械，根据生产工艺的内在联系适当地组合

56、起来，协调运行，实现自动化控制。某些生产过程已经实现了多机联动的自动化控制，生产设备实现了合理化，生产力大幅度提高。用一台变频器同时控制多台电动机，是Uf控制型通用变频器的一大特长。 机械装置的简单化、标准化 运行可靠性的提高。变频器调速传动装置的应用，不存在直流电动机传动情况下由电刷和换向器所引起的故障，可靠性大大提高。适应或改善环境适应或改善环境 对环境的适应性强，并且对环境引起的公害小，是变频器传动的又一个特点。 1、对于某些有爆炸危险性的气体和可燃性溶剂的生产设备，配用通用变频器，可以使用结构简单、可靠，价格便宜的防爆笼型异步电动机。2、静音化传统的通用PWM式变频器，电动机的运行声音

57、已经接近于接在工频电网上运行的情况，即变频器传动实现了“静音化”。第53页/共69页使用通用变频器的技术优势使用通用变频器的技术优势第54页/共69页泵的特性分析与节能原理泵的特性分析与节能原理 上式表明，泵的流量与其转速成正比，泵的扬程与其转速的平方成正比，泵的轴功率与其转速的立方成正比。 系统主电路“一用一备”变频器恒压供水系统就是一台水泵供水、另一台水泵备用，当供水泵出现故障或需要定期检修时，备用泵马上投入，不使供水中断。两台水泵均为变频器驱动，并且当变频器出现故障时，可自动实现变频工频切换。 第55页/共69页具有PID功能的变频器的应用 接线方式富士变频器PID参数设置H20 PID

58、模式 设定值 1（正动作）H21 反馈选择 3（反动作）H22 P-增益H23 I-积分时间H24 D-微分时间H25 反馈滤波PID调试的一般方法一般说来，对P、I值可先设定在调节范围的中间或中间偏大处，对D值则可从0开始逐渐加大。 P值大，则负载变化后供水压力恢复得快，但易振荡。 I 值大，克服振荡的效果好，但供水压力恢复得慢。反复调整P、I值，直至既不发生振荡、又恢复得最快为止。在此基础上，加入D值，使恢复时间进一步缩短。注意事项MP131211C14-20mA速度给定变送器变频器第56页/共69页 对工业锅炉燃烧过程实现变频器调速主要是通过变频器调节送风机的送风量、引风机的引风量和燃料

59、进给量。 对于燃煤锅炉来讲，由于煤的燃烧需要一定的空气量，所以要保持锅炉的最佳燃烧过程，就必须使给煤量和送风量保持一定比例，这主要通过变频器1调节送风机转速来实现。 锅炉运行时，蒸汽压力和蒸汽生产量直接反映了锅炉燃烧发热量，如果煤的进给量改变，在保持最佳燃烧工况的情况下，蒸汽的生产量也会相应改变。所以通过变频器3调节给煤机的转速，就可调节煤的进给量，从而达到控制蒸汽生产量的目的。第57页/共69页 电梯属位能负载，并且要求频繁起停。随着载客量多少的变化、上下行的变换，要求电动机在四象限内运行。更重要的是要满足乘客的舒适感和保证平层精度（即准确停车）。这些要求是变频器在电梯上应用的特殊之处。因此

60、，变频器必须闭环运行（带PG反馈），还必须加制动电阻。高速电梯（16ms以上的速度）一般都采用专用变频器。而低速电梯采用低价格的通用变频器也可以满足要求。变频器控制的电梯系统中，变频器只完成调速功能，而逻辑控制部分是由PLC或微电脑来完成的。PLC负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停等信号，同时变频器也将本身的工作状态信号送给PLC，形成双向联络关系。变频器又要通过与电动机同轴连接的旋转编码器和另配置的PG卡，完成速度检测及反馈，形成闭环系统。 第58页/共69页辊道传送的动力源是辊道电动机。辊道电动机带动道辊滚动的方式主要有如下几种： （1）电动机直接驱动单辊。 （2）电动机经减