变频器的工作原理及应用

1、变频器控制调速原理陈胜裕 2013.09 随着电力电子技术、计算机技术，自动控制随着电力电子技术、计算机技术，自动控制技术的迅速发展，交流调速取代直流调速已成技术的迅速发展，交流调速取代直流调速已成为现代电气传动的主要发展方向之一，而异步为现代电气传动的主要发展方向之一，而异步电动机交流变频调速技术是当今节电，改善工电动机交流变频调速技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术进步的一种主要手段，它以其优越的调速和起进步的一种主要手段，它以其优越的调速和起制动性能、高效率、高功率因数和显著的节电制动性能、高效率、高功率因数和显著的节电效

2、果而广泛应用于风机、水泵等的大、中型笼效果而广泛应用于风机、水泵等的大、中型笼型感应电动机，它被公认为最有发展前途的调型感应电动机，它被公认为最有发展前途的调速方式。速方式。变频调速的概述变频调速的概述变频调速的控制原理变频调速的控制原理 变频调速的主要元器件是变频器，异步电动机变频调速的主要元器件是变频器，异步电动机调速传动时，变频器根据电动机的特性对供电电调速传动时，变频器根据电动机的特性对供电电压、电流、频率进行适当的控制，不同的控制方压、电流、频率进行适当的控制，不同的控制方式所得到的调速性能、特性以及用途是不同的，式所得到的调速性能、特性以及用途是不同的，按系统调速规律来分，变频调速

3、主要有恒压频比按系统调速规律来分，变频调速主要有恒压频比（v/f）控制，转差频率控制，矢量控制和直接转）控制，转差频率控制，矢量控制和直接转矩控制四种结构形式。矩控制四种结构形式。 V/F恒定控制恒定控制 V/F恒定控制是在控制电动机的电源变恒定控制是在控制电动机的电源变化的同时控制变频器的输出电压，并使二化的同时控制变频器的输出电压，并使二者之比者之比V/F恒定。从而使电动机的磁通基恒定。从而使电动机的磁通基本保持恒定。它主要应用于范围要求不高本保持恒定。它主要应用于范围要求不高的场合。如风机、水泵的节能调速，它的的场合。如风机、水泵的节能调速，它的突出优点是可以进行电机的开环速度控制突出优

4、点是可以进行电机的开环速度控制。 转差频率控制转差频率控制 当气隙磁通不变时，异步电动当气隙磁通不变时，异步电动机的转矩近似和转差频率成正比，机的转矩近似和转差频率成正比，因此，在恒磁通的条件下，通过控因此，在恒磁通的条件下，通过控制转差频率，就可以实现转矩控制制转差频率，就可以实现转矩控制的目的，这就是转差频率控制的基的目的，这就是转差频率控制的基本思想。转差频率控制的本思想。转差频率控制的PWM变变频调速系统原理图如下图所示，频调速系统原理图如下图所示， 转差频率控制的PWM变频调速系统原理图 根据异步电动机的动态数学方程式，它具根据异步电动机的动态数学方程式，它具有和直流电动机的动态方程

5、式相同的形式，有和直流电动机的动态方程式相同的形式，因而如果选择合适的控制策略，异步电动机因而如果选择合适的控制策略，异步电动机应能得到和直流电动相类似的控制性能，这应能得到和直流电动相类似的控制性能，这就是矢量控制。就是矢量控制。 矢量控制矢量控制.直接磁场定向矢量控制原理图 矢量控制技术在变频调速中已矢量控制技术在变频调速中已获得广泛应用，但它需要对电机获得广泛应用，但它需要对电机参数进行正确估算，如何提高参参数进行正确估算，如何提高参数的准确性是一直研究的课题。数的准确性是一直研究的课题。 直接转矩控制技术是直接转矩控制技术是1985年由鲁尔大学年由鲁尔大学Depenbrock教授提出的

6、，它用空间矢量教授提出的，它用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制交流电动机的转矩，采用定子状与控制交流电动机的转矩，采用定子状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。它采用滞环比较控制电压矢量使性能。它采用滞环比较控制电压矢量使得磁通，转矩跟踪给定值，响应迅速限得磁通，转矩跟踪给定值，响应迅速限制在一拍之内，且无超调，是一种高静制在一拍之内，且无超调，是一种高静动态性能的交流速方法动态性能的交流速方法 .直接转矩控制直接转矩控制 常见品牌简介常见品牌简介 近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术近年来，随着

7、计算机技术、电力电子技术和控制技术的飞速发展，通用变频器在种类、性能和应用等方面都取的飞速发展，通用变频器在种类、性能和应用等方面都取得了很大提高，这些变频器已基本上能满足现代工业控制得了很大提高，这些变频器已基本上能满足现代工业控制的需要，且用户的选择范围也非常大。目前，国内市场上的需要，且用户的选择范围也非常大。目前，国内市场上流行的通用变频器多达几十种，如，欧美国家的品牌有西流行的通用变频器多达几十种，如，欧美国家的品牌有西门子、门子、ABB、Vacon、DANFOSS（丹佛斯）、（丹佛斯）、Lenze（伦（伦茨）、茨）、KEB（科比）、（科比）、C.T.（统一）、欧陆、（统一）、欧陆、

8、Moeller、Schneider（施耐德）、（施耐德）、SIEI（西威）等；日本产的品牌有（西威）等；日本产的品牌有富士、三菱、安川、三肯、日立、松下、东芝、明电、春富士、三菱、安川、三肯、日立、松下、东芝、明电、春日、东洋等；韩国生产的日、东洋等；韩国生产的LG、三星、现代等；、三星、现代等； 常见品牌简介常见品牌简介 港澳台地区的品牌有普传、台安、台达、东元、正频、港澳台地区的品牌有普传、台安、台达、东元、正频、宁茂、九德松益、爱德利等；国产的品牌有康沃、安邦信、宁茂、九德松益、爱德利等；国产的品牌有康沃、安邦信、惠丰、森兰、阿尔法、时代、格立特、海利、佳灵、富凌、惠丰、森兰、阿尔法、时

9、代、格立特、海利、佳灵、富凌、英威腾等。欧美国家的产品以性能先进、适应环境性强而英威腾等。欧美国家的产品以性能先进、适应环境性强而著称；日本产品则以外形小巧、功能多而闻名；港澳台地著称；日本产品则以外形小巧、功能多而闻名；港澳台地区的产品以符合国情、功能简单实用而流行；国产变频器区的产品以符合国情、功能简单实用而流行；国产变频器则以大众化、功能简单、专用、价格低的优势而获得广泛则以大众化、功能简单、专用、价格低的优势而获得广泛应用。应用。德国西门子新型变频器 西门子公司推出两种新型号变频调速器G110和G150, 该型号变频器作为西门子Sinamics家族的成员，其特点是单相输入，且能广泛应用

10、于诸如水泵、风机等负载。西门子公司称这是目前最安静和最轻巧的机型。G110单相变频器的功率覆盖了0.123kW的范围，设计简单、低成本，目前作为西门子Micromaster 4系列变频器的补充部分 G150比现有的Master Drive工程型变频器使用更简单,容量范围75800kW，这种变频器提供了西门子传动固有的PROFIBUS接口。据测试，在全功率运行下G150变频器产生72dB水平的噪音，从而不需安装隔音设施；西门子公司称，如果电力的主回路连接部分是安装在集中式低压系统的话，空间就能节省到原来的70左右。西门子西门子MicroMaster410变频器变频器 MicroMaster410

11、是全新一代紧凑是全新一代紧凑型标准变频器。它小巧、灵活、安装型标准变频器。它小巧、灵活、安装简单、使用方便。适合用于食品和饮简单、使用方便。适合用于食品和饮料工业，纺织工业，包装工业，还可料工业，纺织工业，包装工业，还可用于对传动链的驱动。是小功率紧凑用于对传动链的驱动。是小功率紧凑型应用的理想选择。型应用的理想选择。 主要特征主要特征 200V-240V 10%，单相，交流，单相，交流，0.12kW-0.75kW； 结构紧凑，采用自冷式散热器，无冷结构紧凑，采用自冷式散热器，无冷却风扇；却风扇； 集成的集成的RS485通讯接口；通讯接口； 丰富的模块化选件。丰富的模块化选件。 控制功能控制功

12、能 线性V/F控制，平方V/F控制，多点设定V/F控制； 最新的IGBT技术，数字微处理器控制； 捕捉再起动功能； 在电源消失或故障时具有自动再起动功能； 灵活的斜坡函数发生器，带有起始段和结束段的平滑特性； 快速电流限制，防止运行中不应有的跳闸； 具有3个固定频率，1个跳转频率，且可编程； 保护功能保护功能 过载能力为过载能力为150额定负载电流，持额定负载电流，持续时间续时间60秒；秒； 过电压、欠电压保护；过电压、欠电压保护； 变频器过温保护；变频器过温保护； 接地故障保护；接地故障保护； 电动机过热保护；电动机过热保护；防止失速。防止失速。 西门子西门子MicroMaster420变频

13、器变频器 MicroMaster420是全新一代模块化设计的多功能标准变频器。它友好的用户界面，让你的安装、操作和控制象玩游戏一样灵活方便。全新的IGBT技术、强大的通讯能力、精确的控制性能、和高可靠性都让控制变成一种乐趣。 主要特征主要特征1 200V-240V 10%，单相，单相/三相，三相，交流，交流，0.12kW-5.5kW； 2 380V-480V10%，三相，交流，三相，交流，0.37kW-11kW； 3 模块化结构设计，具有最多的灵模块化结构设计，具有最多的灵活性；活性； 4 标准参数访问结构，操作方便。标准参数访问结构，操作方便。 控制功能控制功能 线性V/F控制，平方V/F控

14、制，可编程多点设定V/F控制； 最新的IGBT技术，数字微处理器控制； 集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP通讯模块/Device-Net模板； 具有7个固定频率，4个跳转频率，可编程； 捕捉再起动功能； 保护功能保护功能 过载能力为150额定负载电流，持续时间60秒； 过电压、欠电压保护； 变频器过温保护； 接地故障保护，短路保护； 电动机过热保护； 闭锁电机保护，防止失速保护。 西门子西门子MicroMaster430变频器变频器- MicroMaster430是全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载专家。功率范围7.5kW至250kW。具有高度可靠性和灵活性。控制软件可

15、以实现专用功能：多泵切换、手动/自动切换、旁路功能、断带及缺水检测、节能运行方式等。 西门子西门子MicroMaster430变频器变频器 主要特征：主要特征： 380V-480V10%，三相，交流，三相，交流，7.5kW-250kW； 风机和泵类变转矩负载专用；风机和泵类变转矩负载专用； 牢固的牢固的EMC（电磁兼容性）设计；（电磁兼容性）设计； 控制信号的快速响应；控制信号的快速响应； 控制功能控制功能 线性v/f控制，并带有增强电机动态响应和控制特性的磁通电流控制（FCC），多点 v/f控制； 内置PID控制器； 快速电流限制，防止运行中不应有的跳闸； 具有15个固定频率，4个跳转频率，

16、可编程； 集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP通讯模块； 保护功能保护功能 过载能力为过载能力为140140额定负载电流，持额定负载电流，持续时间续时间3 3秒和秒和110110额定负载电流，额定负载电流，持续时间持续时间6060秒秒; ; 过电压、欠电压保护；过电压、欠电压保护； 变频器过温保护；变频器过温保护； 接地故障保护，短路保护；接地故障保护，短路保护； 。电动机过热保护；。电动机过热保护； -MicroMaster440是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合

17、。 主要特征：主要特征： 200V-240V 10%，单相/三相，交流，0.12kW-45kW； 380V-480V10%，三相，交流，0.37kW-250kW； 矢量控制方式，可构成闭环矢量控制，闭环转矩控制； 高过载能力，内置制动单元； 西门子西门子MicroMaster440变频器变频器西门子MM440的型号规格西门子MM440的特点及技术指标 西门子MM440的电气原理图 西门子MM440的面板操作功能西门子MM440的参数修改西门子MM440的参数复位操作西门子MM440的快速调试步骤西门子MM440的快速调试步骤西门子MM440的功能调试 （1）开关量输入功能西门子MM440的功能调试开关量输出功能西门子MM440的功能调试 （3）模拟量输入功能西门子MM440的功能调试（4）模拟量输出功能西门子MM440