第9讲-变频器原理及应用

1、变频器原理与应用(第2版）第9章1第第9讲讲变频器原理与应用(第2版）第9章2总结总结对不同负载类型变频器的选择对不同负载类型变频器的选择恒转矩负载变频器的选择恒转矩负载变频器的选择恒功率负载变频器的选择恒功率负载变频器的选择二次方律负载变频器的选择二次方律负载变频器的选择特殊性负载变频器的选择特殊性负载变频器的选择变频器的控制方式变频器的控制方式U Uf f 控制控制转差频率控制（转差频率控制（SFSF控制）控制）矢量控制矢量控制 (VC(VC控制控制) )直接转矩控制直接转矩控制变频器的变频器的选择选择变频调速系统的主电路及电器选择变频调速系统的主电路及电器选择变频器原理与应用(第2版）第

2、9章3变频调速系统的主电路图 变频器原理与应用(第2版）第9章49.2.3 9.2.3 输入交流电抗器输入交流电抗器 输入交流电抗器可输入交流电抗器可抑制抑制变频器变频器输入输入电流的电流的高次谐高次谐波波，明显改善，明显改善功率因数功率因数。输入交流电抗器为。输入交流电抗器为另购另购件件，在以下情况下应考虑接入交流电抗器：，在以下情况下应考虑接入交流电抗器：变变频器所用之处的电源容量与变频器容量之比为频器所用之处的电源容量与变频器容量之比为10101 1以上；以上； 同一电源上接有同一电源上接有晶闸管变流器负晶闸管变流器负载载或在电源端带有开关控制调整功率因数的或在电源端带有开关控制调整功率

3、因数的电容电容器器； 三相电源的三相电源的电压不平衡度电压不平衡度较大（较大（3%3%）；变频器的输入电流中含有许多变频器的输入电流中含有许多高次谐波高次谐波成分，成分，这些高次谐波电流都是无功电流，使变频调速系统的功率因数降低到这些高次谐波电流都是无功电流，使变频调速系统的功率因数降低到0.750.75以下以下变频器的功率变频器的功率30kW30kW。 表9-2 常用交流电抗器的规格 变频器原理与应用(第2版）第9章59.2.4 9.2.4 无线电噪声滤波器无线电噪声滤波器 滤波器就是用来滤波器就是用来削弱削弱这些较高这些较高频率频率的的谐波电流谐波电流，以防止变频器，以防止变频器对其他设备

4、对其他设备的干扰。滤波器主要由滤波电抗器和电容器组成的干扰。滤波器主要由滤波电抗器和电容器组成 。 a) a) 输入侧输入侧滤波器滤波器 b) b) 输出输出侧滤波器侧滤波器 c) c) 滤波电抗器的结构滤波电抗器的结构 图图9-9 9-9 无线电噪声滤波器无线电噪声滤波器 各相的连接线在同一个磁心上按相同方向绕各相的连接线在同一个磁心上按相同方向绕4圈圈(输入侧输入侧)或或3圈圈(输出侧输出侧)构成。需要说明的是：构成。需要说明的是：三相的连接线三相的连接线必须按相同方向绕在必须按相同方向绕在同一个磁心上，这样，其基波电流的同一个磁心上，这样，其基波电流的合成磁场为合成磁场为0，因而对，因而

5、对基波基波电流电流没有影响。没有影响。变频器原理与应用(第2版）第9章69.2.5 9.2.5 制动电阻及制动单元制动电阻及制动单元 制动电阻及制动单元的功能是当电动机因频率下降或重物下降制动电阻及制动单元的功能是当电动机因频率下降或重物下降( (如起重机械如起重机械) )而处于而处于再生制动状态时再生制动状态时，避免在直流回路中产生过高，避免在直流回路中产生过高的泵生电压。的泵生电压。 1. 1. 制动电阻制动电阻R RB B的选择的选择 1 1）电阻值大小的选择）电阻值大小的选择 R RB B= =U UDHDH/2/2I IMNMNU UDHDH/ /I IMN MN （9-59-5）式

6、中式中 U UDH DH 直流回路电压的允许上限值直流回路电压的允许上限值(V)(V)，在我国，在我国，U UDHDH600V600V。 2) 2) 电阻的功率电阻的功率P PB B （9-69-6）式中式中 修正系数。修正系数。 2. 制动单元制动单元VB 一般情况下，只需根据变频器的一般情况下，只需根据变频器的容量容量进行配置即可。进行配置即可。BDHBRUP/2变频器原理与应用(第2版）第9章79.2.6 9.2.6 直流电抗器直流电抗器 直流电抗器除了直流电抗器除了提高功率因数提高功率因数外，还可外，还可削弱削弱在电源在电源刚接通瞬间的刚接通瞬间的冲击电流冲击电流。如果同时配用交流电抗

7、器和直。如果同时配用交流电抗器和直流电抗器，则可将变频调速系统的流电抗器，则可将变频调速系统的功率因数提高功率因数提高至至0.95以以上。上。 图图9-10 直流电抗器的外形直流电抗器的外形 表表9-4 常用直流电抗器的规格常用直流电抗器的规格变频器原理与应用(第2版）第9章89.3 9.3 变频器系统的控制电路变频器系统的控制电路 9.3.1 9.3.1 变频器控制电路的变频器控制电路的主要组成主要组成 为变频器的主电路提供为变频器的主电路提供通断控制信号的电路通断控制信号的电路，称为，称为控控制电路制电路。其。其主要主要任务任务是完成对逆变器开关器件的开关控是完成对逆变器开关器件的开关控制

8、和提供多种保护功能。制和提供多种保护功能。控制控制方式方式有有模拟控制模拟控制和和数字控数字控制两种。制两种。目前已广泛采用了以微处理器为核心的全数字目前已广泛采用了以微处理器为核心的全数字控制技术，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件完控制技术，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件完成各种控制功能成各种控制功能，以充分发挥，以充分发挥微处理器微处理器计算能力强和软计算能力强和软件控制灵活性高的特点。件控制灵活性高的特点。 变频器原理与应用(第2版）第9章91-9电力电子系统电力电子系统：由控制电路控制电路、驱动电路驱动电路、保护电路保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路主电路组成。图9-1

9、1 电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路在主电路在主电路和控制电和控制电路中附加路中附加一些电路，一些电路，以保证电以保证电力电子器力电子器件和整个件和整个系统正常系统正常可靠运行可靠运行应用电力电子器件系统应用电力电子器件系统组成组成电气隔离控制电路控制电路变频器原理与应用(第2版）第9章10 控制电路的基本结构控制电路的基本结构如图如图9-12所示，所示，它主要由它主要由主控板主控板、键盘键盘与与显示显示板、板、电源板电源板、外接外接控制电路等构成控制电路等构成 。 图图9-12 控制电路的基本结构控制电路的基本结构变频器原理与应用(第2版）

10、第9章119.3.2 9.3.2 正转控制电路正转控制电路 图9-13 由继电器控制的正转运行电路 变频器原理与应用(第2版）第9章129.3.3 9.3.3 正、反转控制正、反转控制 图9-14 三位旋钮开关控制正、反转电路 变频器原理与应用(第2版）第9章13 图9-15 继电器控制的正反转电路 变频器原理与应用(第2版）第9章149.3.4 9.3.4 升速与降速控制升速与降速控制 以森兰BT40系列变频器为例，通过对频率给定方式的功能进行设定后，可使“X4”和“X5”控制端子具有如下功能： “X5-CM”接通频率上升； “X5-CM”断开频率保持。 “X4-CM”接通频率下降； “X4

11、-CM”断开频率保持。 图9-16 变频器升速、降速控制变频器原理与应用(第2版）第9章159.3.5 9.3.5 变频与工频切换的控制电路变频与工频切换的控制电路 图9-17 变频与工频切换的控制电路 变频器原理与应用(第2版）第9章169.3.6 9.3.6 变频器的变频器的程序控制程序控制 变频器的程序控制方式主要有变频器的程序控制方式主要有两种两种：1 1用变频器的编程功能进行程序控制用变频器的编程功能进行程序控制 (1) (1) 基本要求的预置基本要求的预置 以森兰以森兰SB61SB61系列变频器为例，有：系列变频器为例，有：1) 1) 程控功能选择程控功能选择(F700)(F700

12、)“0 0”程控功能无效；程控功能无效； “1 1”循环循环N N个周期后停止；个周期后停止； “2 2”循环循环N N个周期后，个周期后，以第以第1515挡频率运行；挡频率运行； “3 3”连续循环运行；连续循环运行； “4 4”程序控制优先；程序控制优先；2) 2) 计时单位选择计时单位选择(F701)(F701)“0 0”计时单位为计时单位为s s； “1 1”计时单位为计时单位为minmin。(2)(2)各程序段的预置各程序段的预置1) 1) 运行时间运行时间 功能码如功能码如F703F703、F705F705、F707F707等。等。2) 2) 运行频率运行频率 第一程序的频率为多挡

13、转速的第一挡运行频率第一程序的频率为多挡转速的第一挡运行频率(F616)(F616)、第二程序的、第二程序的频率为多挡转速的第二挡运行频率频率为多挡转速的第二挡运行频率(F617)(F617)，以此类推。，以此类推。3 3）运行方向及加减速时间）运行方向及加减速时间 功能码如功能码如F704F704、F706F706、F708F708等。等。2. 2. 多挡转速控制电路多挡转速控制电路几乎所有的变频器都具有多挡转速的功能，各挡转速间的转换是由几乎所有的变频器都具有多挡转速的功能，各挡转速间的转换是由外接开关外接开关的通断组合来实现的。三个输入端子可切换的通断组合来实现的。三个输入端子可切换8

14、8挡转速挡转速( (包括包括0 0速速) )。 变频器原理与应用(第2版）第9章179.4 9.4 外接给定电路外接给定电路 9.4.1 9.4.1 频率给定信号的种类和电路频率给定信号的种类和电路 1. 1. 数字量给定方式数字量给定方式 （1 1）面板给定）面板给定 （2 2）通讯接口给定）通讯接口给定 2. 2. 模拟量给定方式模拟量给定方式 （1 1）电位器给定电位器给定 （2 2）直接电压直接电压( (或电流或电流) )给定给定 由外部仪器设备直接向变频器的给定端输出电压或电流信号，端子由外部仪器设备直接向变频器的给定端输出电压或电流信号，端子“VRFVRF”为给定电压信号输入端，端

15、子为给定电压信号输入端，端子“IRFIRF”为给定电流信号输入端。为给定电流信号输入端。 变频器原理与应用(第2版）第9章189.4.2 9.4.2 频率给定线频率给定线 1 1频率给定线的定义频率给定线的定义 由模拟量进行外接频率给定时，变频器的给定频率由模拟量进行外接频率给定时，变频器的给定频率f fx x与与给定信号给定信号x x之间的关系曲线之间的关系曲线f fx x = = f f( (x x) )，称为，称为频率给定线频率给定线。 2 2基本频率给定线基本频率给定线 在给定信号在给定信号x x从从0 0增大至最大值增大至最大值x xmaxmax的过程中，给定频率的过程中，给定频率f

16、 fx x线性地从线性地从0 0增大到增大到f fmaxmax的的频率给定线称为频率给定线称为基本频率基本频率给定线。给定线。 变频器原理与应用(第2版）第9章199.5 9.5 变频器与变频器与PLCPLC的联结的联结 9.5.1 PLC 9.5.1 PLC与变频器联结时注意的问题与变频器联结时注意的问题 1. 1. 开关指令信号的输入开关指令信号的输入 PLCPLC通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件元器件( (如晶体管如晶体管) )与与变频器连接变频器连接，获取运行状态指令。，获取运行状态指令。 2. 2. 数值信号的输入数值信号

17、的输入 变频器中也存在一些数值型变频器中也存在一些数值型( (如如频率、电压频率、电压等等) )指令信指令信号的输入，可分为数字输入和模拟输入两种，号的输入，可分为数字输入和模拟输入两种，数字输入数字输入多采多采用变频器面板上的键盘操作和串行接口来设定；用变频器面板上的键盘操作和串行接口来设定；模拟输入模拟输入则则通过接线端子由外部给定，通常是通过通过接线端子由外部给定，通常是通过0 010V10V（或（或5V5V）的）的电压信号或者电压信号或者0 0（或（或4 4）20mA20mA的电流信号输入。的电流信号输入。 变频器原理与应用(第2版）第9章209.5.2 9.5.2 PLCPLC与变频

18、器联结实现多挡速控制与变频器联结实现多挡速控制 例：某机床有例：某机床有8 8挡转速挡转速(0(0挡转速为挡转速为0)0)，由手柄的，由手柄的8 8个位置来控制，采用个位置来控制，采用PLCPLC控制是比较方便控制是比较方便的。的。 变频器原理与应用(第2版）第9章219.6 9.6 变频器变频器“1 1控控X”X”切换技术切换技术 “1“1控控3”3”供水电路原理图供水电路原理图 图9-27 BT12S系列变频器“1控3”供水电路原理图变频器原理与应用(第2版）第9章22 图图9-279-27中，中，以成都森兰以成都森兰BT12SBT12S系列变频器为例，在进行多台切换控制时，系列变频器为例

19、，在进行多台切换控制时，须附加一块继电器扩展板，以便控制线圈电压为交流须附加一块继电器扩展板，以便控制线圈电压为交流220V220V的接触器。的接触器。接触器接触器1KM1KM1 1用于接通变频器的电源，用于接通变频器的电源，接触器接触器1KM1KM2 2、2KM2KM2 2、3KM3KM2 2分别用于将各台水泵电分别用于将各台水泵电动机接至变频器；接触器动机接至变频器；接触器1KM1KM3 3、2KM2KM3 3、3KM3KM3 3分别用于将各台水泵电动机直接分别用于将各台水泵电动机直接接至工频电源。接至工频电源。目标信号可通过操作面板的功能按键设置，或使用目标信号可通过操作面板的功能按键设

20、置，或使用电位器电位器RPRP设置。远传压力表的反馈信号设置。远传压力表的反馈信号SPSP接在变频器的接在变频器的VPFVPF端子端子 。 BT12SBT12S在对在对“1 1控控3 3”在进行功能预置时，除常规的功能外，还须专门针对在进行功能预置时，除常规的功能外，还须专门针对1 1台变台变频器控制频器控制3 3台水泵设定如下功能：台水泵设定如下功能： 1) 1) 电动机台数电动机台数 ( (功能码：功能码：F53) F53) 本例中，预置为本例中，预置为“2 2”(1(1控控3 3模式模式) )； 2) 2) 启动顺序启动顺序 ( (功能码：功能码：F54) F54) 本例中，预置为本例中

21、，预置为“0 0”(1#(1#机首先启动机首先启动) )； 3) 3) 附属电动机附属电动机 ( (功能码：功能码：F55) F55) 本例中，预置为本例中，预置为“0 0”( (无附属电动机无附属电动机) ) ； 4 4）换机间隙时间）换机间隙时间 ( (功能码：功能码：F56) F56) 根据电动机的容量大小来设定，根据电动机的容量大小来设定，容量越容量越大，时间越长。一般情况下，大，时间越长。一般情况下，0.5s0.5s已经足够；已经足够； 5) 5) 切换频率上限切换频率上限( (功能码：功能码：F57) F57) 通常，以通常，以494950Hz50Hz为宜。为宜。 6) 6) 切换

22、频率下限切换频率下限( (功能码：功能码：F58) F58) 在多数情况下，以在多数情况下，以3030 35Hz35Hz为宜。为宜。 变频器原理与应用(第2版）第9章239.7 9.7 变频器与变频器与PCPC机的通信机的通信 9.7.1 计算机与变频器的通信连接计算机与变频器的通信连接 计算机通常只配置计算机通常只配置RS-232串口串口，而，而RS-232传输距传输距离只有几十米，无法满足用户对现场控制的要求，需离只有几十米，无法满足用户对现场控制的要求，需要配置一个要配置一个RS-232/RS-485转换器，采用转换器，采用半双工半双工RS-485的串行通信方式，可以使传输距离达到的串行

23、通信方式，可以使传输距离达到1km以上。以上。图图9-28所示为计算机与变频器硬件连接框图。所示为计算机与变频器硬件连接框图。 图图9-28 计算机与变频器硬件连接框图计算机与变频器硬件连接框图变频器原理与应用(第2版）第9章249.7.2 SB70 变频器的通信协议变频器的通信协议 SB70 变频器使用的是变频器使用的是RS-485 Modbus 协议，协议，该协议包含该协议包含三个层次三个层次：物理层物理层、数据链路层数据链路层和和应用层应用层。物理层和数据链路层采取了基于物理层和数据链路层采取了基于RS-485 Modbus 协议协议的接口方式，应用层即控制变频器的接口方式，应用层即控制

24、变频器运行、停止运行、停止、参数、参数读写等读写等操作。操作。变频器原理与应用(第2版）第9章259.7.3 计算机与变频器的数据格式计算机与变频器的数据格式 SB70 变频器使用的变频器使用的数据格式数据格式有：有： 1个起始位，个起始位，8个数据位，无奇偶校验，个数据位，无奇偶校验，1个停止位。个停止位。 1个起始位，个起始位，8个数据位，偶校验，个数据位，偶校验，1个停止位。个停止位。 1个起始位，个起始位，8个数据位，奇校验，个数据位，奇校验，1个停止位。个停止位。 1个起始位，个起始位，8个数据位，无奇偶校验，个数据位，无奇偶校验，2个停止位。个停止位。 默认为默认为1个起始位个起始

25、位，8个数据位，个数据位，无奇偶校验无奇偶校验，1个停个停止位。数据格式的选择可查阅附录止位。数据格式的选择可查阅附录B，通过功能码，通过功能码FF-01进行设置。进行设置。变频器原理与应用(第2版）第9章269.7.4 计算机与变频器的波特率计算机与变频器的波特率 SB70 变频器使用的波特率有：变频器使用的波特率有： 1200bps、2400bps 、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps 、57600bps、115200bps 、250000bps、500000bps。 默认值为默认值为9600bps。波特率选择可可查阅。波特率选择可可查阅附录附录B，通过功能

26、码，通过功能码FF-02进行设置。进行设置。变频器原理与应用(第2版）第9章279.7.5 变频器参数编址变频器参数编址 变频器参数编址方法：变频器参数编址方法：16 位的位的Modbus 参数地址的高参数地址的高8 位是参数的组号，低位是参数的组号，低8 位是参位是参数的组内序号，按数的组内序号，按16 进制编址。例如参数进制编址。例如参数F4-17 的地址为：的地址为：0411H。对于通讯变量。对于通讯变量（控制字，状态字等），参数组号为（控制字，状态字等），参数组号为50（32H）。）。变频器原理与应用(第2版）第9章289.7.6 通讯中的数据类型通讯中的数据类型 通讯中的数据类型：通讯中传输的数通讯中的数据类型：通讯中传输的数据为据为16 位位整数，最小单位可从参数一整数，最小单位可从参数一览表中参数的小数点位置看出。例如：览表中参数的小数点位置看出。例如：对于对于F0-00“数字给定频率数字给定频率”的最小单位的最小单位为为0.01Hz，因此对，因此对Modubus 协