第7章变频调速器

1、第七章第七章 变频调速器变频调速器天脊集团电气厂天脊集团电气厂郭边民目 录一一 、 电动机的基础知识电动机的基础知识二二 、 变频器调速原理变频器调速原理三三 、 变频器基本参数的设定变频器基本参数的设定四、四、 变频器控制回路接线变频器控制回路接线五、五、 应用事例应用事例六、六、 变频器的维护检修变频器的维护检修1 1. . 实现节能，这里使用频率是0-50HZ2.2. 实现电机调速。0-400HZ3 3. . 实现电机软起动或软制动。使用变频器的目的：使用变频器的目的：一一. . 电动机的基础知识电动机的基础知识 1. 异步电动机构造和原理异步电动机构造和原理图图1-11-1 异步电动机

2、构造异步电动机构造a a）外形）外形 b b）定子）定子 c c）转子）转子 2.2. 旋转原理旋转原理图图1-21-2 三相交流异步电动机旋转原理三相交流异步电动机旋转原理a a）三相交流电流）三相交流电流 b b）三相绕组）三相绕组 c c）旋转原理）旋转原理二二. .变频器调速原理变频器调速原理 380V 50HZf = 0 500HZ 图图 2 2-1 -1 变频调速变频调速 变频调速变频调速 f f 变极对数调速变极对数调速 P P 变转差率调速变转差率调速 S S 1. 1.变频调速原理变频调速原理n0=60fpn0=pn0=pn0=pn0=p60fn0n0=60fs=n0-nms

3、=n0-nmn0s=n0-nmn0s=n0-nmn0=n0s=n0-nm60fn0=n0s=n0-nm60fn0=n0s=n0-nm60fn0s=n0-nmpn0s=n0-nm60fpn0=60fpn0=pn0=p60fn0=p60fn0=需选用专用变频电机的情况需选用专用变频电机的情况： 工作频率大于50HZ，甚至高达200-400HZ，一般电机机械强度和轴承不能胜任。 工作频率小于10HZ，且要长期工作，负载又较大，因通风量减小，一般电机会严重发热。 调速比大，工作周期短，正反转频繁等情况。 2. 交交直直交变频器基本结构交变频器基本结构图图2-2 2-2 交交直直交变频器主回路图交变频器

4、主回路图整整 流流 器器 滤滤 波波 器器 逆逆 变变 器器 3、 整流和滤波电路整流和滤波电路图图2-82-8 整流和滤波电路整流和滤波电路4. 三相逆变桥示意图三相逆变桥示意图图图2-32-3 三相逆变桥三相逆变桥5. 开关元器件应满足的条件开关元器件应满足的条件图图2-42-4 开关元器件的条件开关元器件的条件1 1. . 能承受足够大的电压和电流2.2. 允许长时间频繁接通和关断3 3. . 接通和关断的控制十分方便开关元器件应满足的条件开关元器件应满足的条件 6. GTR大功率晶体管大功率晶体管图图2-5 GTR2-5 GTR逆变桥逆变桥7. IGBT绝缘栅晶体管绝缘栅晶体管图图2-

5、6 IGBT2-6 IGBT逆变桥逆变桥 耐压1200V 开关频率高达30 40KHZ 驱动电路电流小，功耗很少IGBT的特点的特点：38050HZ8. 变频器主电路图变频器主电路图图图2-72-7 变频器主电路结构图变频器主电路结构图RV1RV1、RV2RV2、RV3RV3：压敏电阻。：压敏电阻。 用于吸收各种可能从电源侧进入的尖峰电压，保护用于吸收各种可能从电源侧进入的尖峰电压，保护整流模块。整流模块。电路结构及各元件的作用：电路结构及各元件的作用：2、C1、C2、C3和和L:滤波电容及滤波电容及 扼流圈。扼流圈。 使整流模块输出直流电压的波形变得更平滑，供使整流模块输出直流电压的波形变得

6、更平滑，供给逆变单元，以免电动机产生高频噪声。给逆变单元，以免电动机产生高频噪声。3 3、 R1R1、R2R2：分压电阻：分压电阻： 把直流电压平均加在电容器把直流电压平均加在电容器C1-C4H ,C1-C4H ,使各电容器均在使各电容器均在其额定电压以下工作。同时作为各电解电容器的放电电其额定电压以下工作。同时作为各电解电容器的放电电阻，在断电约阻，在断电约5-10min5-10min内把滤波电路的电压降至内把滤波电路的电压降至100V100V以下，以下，直到为零。直到为零。电路结构及各元件的作用：电路结构及各元件的作用：4 4、信号灯、信号灯H H和和R3:R3: 直流电压指示电路，高于直

7、流电压指示电路，高于100V100V时亮，低于时亮，低于100V100V时熄时熄灭。灭。电路结构及各元件的作用：电路结构及各元件的作用：5 5、R4R4和继电器和继电器KM12KM12的常开触点的常开触点: : 滤波电容器的充电保护电路，使整流模块免受强大的滤波电容器的充电保护电路，使整流模块免受强大的电容初始充电电流的冲击而损坏。约延时电容初始充电电流的冲击而损坏。约延时1S1S后，后，KM1KM1、KM2KM2闭合。闭合。6 6、电容器、电容器C6:C6: 高频滤波电容。用以吸收直流电路上的各种高频谐波，高频滤波电容。用以吸收直流电路上的各种高频谐波，以免电动机产生高频噪声以及对电子元件造

8、成损害。以免电动机产生高频噪声以及对电子元件造成损害。电路结构及各元件的作用：电路结构及各元件的作用：7 7、逆变回路中的反并联二极管、逆变回路中的反并联二极管: : 续流二极管。作用是消除逆变器在导通、关断时产生续流二极管。作用是消除逆变器在导通、关断时产生的过电压，保护电子元件免受过电压击穿。的过电压，保护电子元件免受过电压击穿。8 8、电阻、电阻R5R5、二极管、二极管V7V7和电容器和电容器C5:C5: 缓冲电路。抑制逆电路工作时产生的过电压。缓冲电路。抑制逆电路工作时产生的过电压。9 9、TA:TA:直流电流互感器直流电流互感器 1010、TA0:TA0:零序电流互感器零序电流互感器

9、 电路结构及各元件的作用：电路结构及各元件的作用：11 11、与、与FU1FU1并联的二极管并联的二极管V8:V8: 正常时只承受反向电压，不导通。当正常时只承受反向电压，不导通。当FU1FU1熔断时，在熔断时，在FU1FU1两端会产生出峰值很高的过电压，但由于两端会产生出峰值很高的过电压，但由于V8V8的存在，的存在，此过电压被吸收，保护了电路上各元件免受损害。此过电压被吸收，保护了电路上各元件免受损害。9. 充电过程的限流电路充电过程的限流电路图图2-92-9 合上电源时的充电过程合上电源时的充电过程 10 变频不变压磁通饱和变频不变压磁通饱和图图2-152-15 频率下降出现磁通饱和频率

10、下降出现磁通饱和11 保持磁通不变保持磁通不变图图2-162-16 保持磁通不变的途径保持磁通不变的途径特别提示：特别提示：1、频率在、频率在50HZ以下，变频的同时，必须改变输出电压以下，变频的同时，必须改变输出电压！使得： V/f=C（常数） 这时，磁通不变，电磁转矩不变，输出功率随这时，磁通不变，电磁转矩不变，输出功率随f增大而增大，增大而增大，称为恒转矩调速。称为恒转矩调速。2、频率高于、频率高于50HZ时，变频的同时，输出电压保持不变时，变频的同时，输出电压保持不变！ 这时，磁通减小，电磁转矩下降，但输出功率不变，这时，磁通减小，电磁转矩下降，但输出功率不变，称为恒功率调速。称为恒功

11、率调速。3、低频段，即、低频段，即f20HZ时，定子绕组电阻引起的压降不可时，定子绕组电阻引起的压降不可忽视，表现为输出转矩减小。忽视，表现为输出转矩减小。 为此，一般变频器都要在低频区进行电压补偿，避免电为此，一般变频器都要在低频区进行电压补偿，避免电动机输出转矩下降。动机输出转矩下降。12.PAM12.PAM（脉幅调制脉幅调制） 整流变压整流变压 逆变变频逆变变频图图2-182-18 脉幅调制脉幅调制 整整 流流变变 压压逆逆 变变变变 频频 13. PWM图图2-192-19 脉宽调制脉宽调制整整 流流逆逆 变变变变 频频变变 压压脉脉 宽宽 调调 制制14. 正弦脉宽调制正弦脉宽调制（

12、SPWM）图图2-20 正弦脉宽调制正弦脉宽调制（SPWM）变频器是一种电源变换的设备，给电动机变频器是一种电源变换的设备，给电动机提供的电源必须满足电动机的使用要求。即提供的电源必须满足电动机的使用要求。即输出正弦波形的电压和电流。输出正弦波形的电压和电流。逆变逆变SPWM等幅不等宽的矩形脉冲波形面等幅不等宽的矩形脉冲波形面积，与正弦波形面积等效。积，与正弦波形面积等效。逆变器的特性：逆变器的特性：15. 去掉减速器的错误去掉减速器的错误去去 掉掉 减减 速速 器器图图3-43-4 用变频器取代减速器用变频器取代减速器！能量守恒，降速降功率能量守恒，降速降功率16. 一台变频器带多台电动机一

13、台变频器带多台电动机图图3-63-6 一台变频器带多台电动机一台变频器带多台电动机变频器的额定电流：变频器的额定电流：多台电动机同时启动和运行多台电动机同时启动和运行 IN1.051.1IMN一台变频器带多台电动机一台变频器带多台电动机变频器输出端接入电抗器的场合变频器输出端接入电抗器的场合图图5-15-1 需要接入电抗器的场合需要接入电抗器的场合a a）电机与变频器距离远电机与变频器距离远 b b）小变频器带轻载大电机小变频器带轻载大电机输出电抗器作用输出电抗器作用： 抑制变频器电磁幅射干扰抑制变频器电磁幅射干扰 抑制电动机电压谐振抑制电动机电压谐振输入交流电抗器输入交流电抗器作用：作用：1

14、 1）提高功率因数提高功率因数 2 2）抑制高次谐波抑制高次谐波 3 3）削弱电流浪涌削弱电流浪涌直流电抗器直流电抗器做用做用： 1 1）提高功率因数提高功率因数 2 2）拟制电流尖峰拟制电流尖峰制动电路的工作特点制动电路的工作特点图图7-17-1 制动电路的场合制动电路的场合a）减速过程减速过程 b b）重物下降过程重物下降过程 能耗电路的工作特点能耗电路的工作特点图图7-27-2 能耗电路的工作特点能耗电路的工作特点 接入制动电路接入制动电路图图8-208-20 接入制动电路接入制动电路三三. .变频器基本参数的设定变频器基本参数的设定变频器基本参数设定：变频器基本参数设定：1、操作器显示

15、语言的选择、操作器显示语言的选择2、频率指令的选择：设定频率指令的输入方法 0 ）： 数字式操作器 1 ）： 控制回路端子( 模拟量输入) 2 ）： MEMOBUS 通信 3 ）： 选购卡 4 ）： 脉冲序列输入变频器基本参数设定：变频器基本参数设定：3、运行指令的选择：设定运行指令的输入方法 0 ）： 数字式操作器 1） ： 控制回路端子( 顺控输入) 2） ： MEMOBUS 通信 3） ： 选购卡变频器基本参数设定：变频器基本参数设定： 4、控制模式：、控制模式：1）不带PG 的V/f 控制 2）带PG 的V/f 控制 3）不带PG 的矢量控制 4）带PG 的矢量控制变频器基本参数设定：

16、变频器基本参数设定：5、停止方法选择：设定指令停止时的停止方法： 0 ） 减速停止 1） 自由运行停止 2） 全域直流制动(DB)停止(比自由运行停止更快) 3） 带定时的自由运行停止 变频器基本参数设定：变频器基本参数设定：6、加速时间： 以秒为单位设定最高输出频率从0%变到100%的加速时间7、减速时间：以秒为单位设定最高输出频率从100%变到0%的减速时间变频器基本参数设定：变频器基本参数设定：8、输入电压设定： 以1V 为单位设定变频器的输入电压。 该设定值为保护功能等的基准值。9、电机额定电流： 以A 为单位设定电机额定电流。 该设定值为电机保护、转矩限制、转矩控制的基准值。变频器基

17、本参数设定：变频器基本参数设定：10、电机额定容量： 11、电机极数： 12、电机保护功能选择：设定电子热保护的电机过载保护功能的有效/ 无效。 0 ）无效当1 台变频器连接多台电机时，请设定为0，并在各电机上设置热敏继电器 1） 通用电机的保护 2 ）变频器专用电机的保护 3 ）矢量专用电机的保护变频器基本参数设定：变频器基本参数设定：13. 13. 基本频率与最大频率基本频率与最大频率图图8-68-6 基本频率与最大频率基本频率与最大频率380V380V14. 上限频率和下限频率上限频率和下限频率图图8-78-7 上限频率和下限频率上限频率和下限频率a a）搅拌机搅拌机 b b）上、下限频

18、率上、下限频率15. 15. 跳跃频率跳跃频率特点：变频器所带负载，在某一频率点发生机械共振，特点：变频器所带负载，在某一频率点发生机械共振， 使用跳跃频率回避共振点使用跳跃频率回避共振点 四四、变频器控制回路接线、变频器控制回路接线1.1.外接输入控制端子外接输入控制端子图图8-28-2 外控输入电路外控输入电路CVFG3V+VI1VI2I1X7V-U FGNDCM脉冲信号脉冲信号R S 4 8 5RPRP1020mA2.2.外接给定端外接给定端1）电压信号给定端电压信号给定端2）电流信号给定端电流信号给定端3）脉冲给定脉冲给定AB3.3.外接输出控制端子外接输出控制端子图图8-38-3 外

19、接输出控制端外接输出控制端1）故障输出端故障输出端2 2）模拟量输出端模拟量输出端3 3）通讯接口通讯接口4 4）状态信号输出端状态信号输出端TaTbTcOC1OC2CMAMAOAM- 三线制脉冲启动典型接线三线制脉冲启动典型接线图图8-248-24 脉冲启动电路脉冲启动电路a a）三线控制接线三线控制接线 b b）电源控制电路电源控制电路 二线制启动控制电路二线制启动控制电路图图8-23 正转控制电路正转控制电路a）变频器电路变频器电路 b）控制电路控制电路AMAMAM-AM-两地升降点动控制两地升降点动控制图图8-25 8-25 两地升降速控制两地升降速控制多档转速控制多档转速控制图图8-

20、118-11 转速多档控制转速多档控制T （时（时 间间 ）f ( 频率）频率）43HZ33HZ28HZ60秒秒5分钟分钟U V WR S TV+VI1GNDFWDX1X2CMY1Y2Y3COM1X1X2COMF U滤滤 沙沙 池池 滤滤 沙沙 自然水自然水干干 净净 水水干干 净水出口净水出口冲洗水入口冲洗水入口电动阀电动阀电动阀电动阀逆止阀逆止阀逆止阀逆止阀风机风机自然空气自然空气滤滤 布布P L C多档转速控制事例多档转速控制事例 供水厂滤沙池供风机调速工艺图供水厂滤沙池供风机调速工艺图PLC控制电路控制电路图图8-138-13 PLC PLC控制电路控制电路储储 气气 罐罐压力传感器压

21、力传感器PIDPID自动闭环调节自动闭环调节图图8-338-33 PID PID自动闭环控制自动闭环控制VI1V+储储 气气 罐罐压力传感器压力传感器外界外界PIDPID调节器调节器图图8-34 8-34 外界外界PID闭环控制闭环控制IIGND五五 . . 变频器应用事例变频器应用事例 例例1 .1 . 水泵节能恒压供水水泵节能恒压供水图图10101 1 供水系统示意图供水系统示意图压力变送器压力变送器生生 活活 小小 区区操操 作作 室室020mA回回 转转 窑窑喷喷 火火 枪枪 R S TU V W加加 料料 口口减速箱减速箱F UIt例例3 . 3 . 水泥厂回转窑主驱动变频调速示意图

22、水泥厂回转窑主驱动变频调速示意图7. 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U V WR S TGNDIIV+VI1RP4 20mAQQQU FS T张力控制器直 流 电 源 电动机纸 卷+-RPU V WR S TGND VI1 V+GND IIU FFV4 20mA8. 卷绕机械恒张力控制示意图祝大家事业有成祝大家事业有成！祝大家事业有成祝大家事业有成！六 变频器维护与检测 1严禁将变频器的输出端子U、V、W连接到AC 电源上。2变频器要正确接地，接地电阻小于1010。3变频器断开电源后，待几分钟后方可维护操作，直流母线电压（P+，P-）应在25

23、V25V以下。 4. 避免变频器安装在产生水滴飞溅的场合。5. 不准将P+、 P-、PB任何两端短路。6. 变频器驱动三相交流电机长期低速运转时，建议选用变频电机。 7. 变频器驱动电机长期超过超过50HZ50HZ运行时，应保证电机轴承等机械装置在使用的速度范围内，注意电机和设备的震动、噪音。8. 变频器在一确定频率工作时，如遇到负载装置的机械共振点，应设置跳跃频率避开共振点。9. 变频器与电机之间连线过长，应加输出电抗器。10. 严禁在变频器的输入侧使用接触器等开关器件进行频繁启停操作。11. 对电机绝缘检测时必须将变频器与电机连线断开。对电机绝缘检测时必须将变频器与电机连线断开。12. 在

24、变频器的输出侧，严禁连接功率因数补偿器、电容、 防雷压敏电阻。13. 变频器的输出侧严禁安装接触器、开关器件。14. 变频器输入侧与电源之间应安装空气开关和熔断器。15. 变频器输出侧不必安装热继电器。16. 变频器使用寿命变频器使用寿命影响变频器寿命的元件大致有三种： 自身冷却风扇 上电时限流电阻短路接触器 中间环节大容量电解电容注意：前两个元件是机械磨损元件，一般寿命为五年五年，第三个元件规定为五年五年，一般情况下五年后测量一下电容值，如果小于额定值的80%80%就应更换，实际上，如果变频器一直连续运行，电解电容可用十年十年。 控制线应与主回路动力线分开，控制线采用屏蔽电缆 。17. 变频

25、器与负载的配置变频器与负载的配置 变频器长期工作电流 I变长=I电115% （ I电- 电动机额定电流） 变频器短期工作电流（可持续12分钟） I变短=I变150% （I变- 变频器额定电流） 变频器瞬时工作电流（可持续数秒钟） I变瞬= I变180% 1、日常检查基本上是检查运行中是否有异常现象：安装地点的环境是否有异常？冷却系统是否正常？变频器是否有异常振动、异常声音？是否有异常过热、变色？是否有异味？电动机是否有异常振动、异常声音和过热？ 是否有异味？检查对象检查要领判别标准检查内容周期检查手段运行环境 温度、湿度 尘埃、水及滴漏 气体随时温度计、湿度计 目视 目视按规格书温度50、40

26、以上开盖运行 水漏痕迹 无异味变频器振动发热 噪声随时 外壳触摸 听振动平稳，风温合理 无异样响声电机发热 噪音随时手触摸 听觉发热异常否 噪音均匀运行状态参数输出电流 输出电压 内部温度随时电压表 电流表 温度计在额定值范围内 在额定值范围内 温升小于352、定期检查 检查不停止运行就不能检查的部位和需要定期检查的部位。 根据使用环境，可以3个月或6个月对变频器进行一次定期检查。检查内容：冷却系统是否有异常？ 清扫电路板灰尘与风道灰尘。紧固检查及加固。 由于振动、温度变化等影响，螺钉、螺栓等紧固部分往往松动，要仔细确认后实施；导体、绝缘物是否有腐蚀、破损？确认保护回路等的动作，确认各部的动作

27、；测量绝缘电阻；检查与更换冷却风扇、电容器、接触器、继电器；零部件的更换 变频器易损件主要有冷却风扇和滤波用电解电容器，其寿命与使用的环境及保养状况密切相关。冷却风扇 用于主回路半导体元件等发热器件冷却的风扇，寿命时间为34万小时因此以3年一次的周期更换冷却风扇。电解电容器 在主回路直流部作为滤波使用大容量电解电容，由于脉动电流等影响，其特性要劣化，劣化受周围温度及使用条件影响很大，大约5年后需考虑更换。零部件的更换 电容检查时外观的判断基准为；外壳的状态：外壳侧面、底面的膨胀；封口板的状态：明显的弯曲、严重的裂痕；其他：外表裂痕、变色、漏液，定量的判断，电容器容量下降到 额定容量85%以下时

28、为其寿命。检查位置 检查事项 检查周期检查周期检查周期检查方法 判定基准 使用仪表 日常 定期1年定期2年全部 周围环境 周围温度、湿度、尘埃等周围温度 1050 湿度90%以下不结露温度计 湿度计 记录仪全部装置 是否有异常振动、异常声音利用观察和听觉没有异常电源电压 主回路电压是否异常测定变频器端子排R、S、T相间电压220V 20% 380V 20%万用表、数字式多用仪表主回路 全部兆欧表检查 紧固部分是否松脱 是否有过热 清扫 拆下变频器接线，将R、S、T、U、V、W短路检测与地间电阻 加强紧固利用观察在5兆鸥以上 正常 正常500VDC兆欧表连接导体 电线导体是否歪斜导线是否破损 用眼观察没有异常端子排是否损伤用眼观察没有异常功率模块 检查各端子间二极管特性拆下接线检查P、N与R、S、T、U、V、W间二极管特性满足二极管特性万用表检查位置 检查事项 检查周期检查周期检查周期检查方法 判定基准 使用仪表 日