变频器基本原理讲座

1、丹佛斯（上海）自动控制有限公司,传动与控制部培训专员,沈绍炎,地址上海市宜山路900号C楼20层电变频器驱动基本知识,可调频率驱动器AdjustableFrequencyDrive(AFD)频率转换器FrequencyConverter(FC)可变频率驱动器VariableFrequencyDrive(VFD)逆变器Inverter(tomostmotormanufactures)可变速度驱动器VariableSpeedDrive可调速度驱动器AdjustableSpeedDrive,变频器的不同名称,为什么要用,？,变频器,输入电压（V,

2、f),恒定速度,应用对象,输出,用市电供电的电机驱动,斜坡/上升，下降,在启动和停止的过程中，速度急剧变化会造成物体失去平衡，解决办法采用斜坡升，降曲线,输入电压（V,f),变化的电压和变化的频率,速度控制,应用对象,输出,由变频器供电的电机驱动,转矩,加速,同步,位置,整体性能,节能，省钱提高质量和产量,使用变频器的好处,变频器还控制,应用对象,输出,输入电压（V,f),变频器应用提水站,泵曲线显示了压力和流量的关系系统曲线显示了系统的要求设计的工作点显示了最大的系统要求下的最大流量要求(gpm：加仑/分钟，流量单位gallonsperminute,1GPM=4.5461*60/1000m3

3、/hr),假定每小时1英寸的雨水对应的最大流量是360gpm,通常情况下只需要200gpm就可以维持提水战的工作要求。泵控制采用ON/OFF策略,用液位开关提供通/断信号ON/OFF策略造成泵过度磨损每次启动都有5-7倍电流,传统的办法是在泵下游安装阀结果控制了流量泵全速工作压力上升,浪费能量,需要得能量,安装阀门控制,需要能量,节约能量,安装变频器,液位传感器监视水位，信号送给变频器变频器控制泵电机速度工作在新的位置同时改善性能和效率,变频器控制水泵/水流量的好处,显而易见，使用变频器调节流量有着更好的节能效果！,控制流量的好处,节约能量和资金延长设备使用寿命,电动机结构组成,定子,转子,切

4、割磁力线,电流,磁场,右手定则,电磁感应原理(发电机),磁通量e感应电动势N线圈匝数,切割磁力线,电流,磁场,左手定则,电动机原理,F安培力B磁感应强度I电流L导体长度,磁通,旋转磁场,旋转导条,轴,电动机运行原理,电动机的同步转速和转差率,n0同步转速rpmf频率Hzp电机极对数,S转差率no同步转速n轴转速,速度(RPM),100%,转矩,同步转速,A,M最大,M启动,三相交流电动机机械特性,转矩-速度曲线和负载曲线,电机,应用对象,速度,速度,转矩,转矩,速度,转矩,恒转矩（CT),恒功率（CP),变转矩（VT),电机负载特性及应用实例,速度,速度,转矩,功率,启动转矩大，静态时恒转矩运

5、行。,物料传送带,转矩,恒转矩曲线,速度(RPM),100%,同步转速,额定转矩,变频器对传送带的控制,速度(RPM),转矩,100%,160%,恒转矩曲线,最大转矩,A,转矩短时可达160%,CT特性的例子,搅拌机提升机电梯灌瓶机传送带送料机螺杆压缩机,速度(RPM),转矩(T),100%,恒转矩,恒功率,基频,高频,CP特性曲线,CP特性应用实例,速度,速度,转矩,功率,Tn2,Pn3,离心机，离心泵转矩正比于速度平方,离心泵,速度(RPM),转矩,100%,A,变转矩曲线(VT),VT特性曲线,变频器的基本功能和可选功能,斜坡上升/下降,改变速度,启动/停止,维持速度,自由趟车,限制保护

6、,基本功能,启动/停止,三线启/停采用按钮启动绿接18号端子停止红接19号端子二线启/停采用开关接18号端子启/停也可通过操作面板实现通讯方式,改变速度设定方法电位器电压电流通讯脉冲列也可通过操作面板实现,速度设定和改变,速度改变的例子-传送带，水泵,斜坡/上升，下降,在启动和停止的过程中，速度急剧变化会造成物体失去平衡，解决办法采用斜坡升，降曲线,上升时间,速度,时间,参考值,实际上升时间：20（25/50）=10秒,斜坡：上升/下降时间,下降时间,上升/下降时间的设定以最高频率为基准设定举例最高频率50HZ上升时间20秒频率设定25HZ,限制保护,电流速度转矩反馈值,限制保护作用保护电机和

7、变频器安全考虑,转矩极限和电流极限,变频器监视电机转矩和电流,如果象传送带这样的装置由于负载过重或其他原因，超过了转矩极限和电流极限，变频器就会跳闸，避免事故发生。,自由趟车,自由趟车的触发,自由停车触发两种途径人为方式，断开37或27号端子和12号间的连接变频器过载或过压，跳闸以保护变频器,速度维持,为了保持电机在恒定的速度上运行，变频器会根据负载轻重补偿频率，象传送带那样，无论箱包多少，轻重如何，传送带以设定的速度运行。,制动,负载维持,夹持,点动,改变方向,可选功能,负载维持功能,冷却塔,冷却器,第一泵,第二泵,变频器跟踪监视电流电压频率功耗估计负载，优化运行速度,制动功能,由于惯性大，

8、传送带的停止过程要比设定的时间长电机运行处在发电机状态，电机速度比同步转速快能量反馈到电机变频器会报过电压报警电机随后处在自由趟车状态,制动功能,解决方案：采用带有制动单元的变频器，制动单元连接制动电阻，电能转化成热能释放。向交流电机注入直流电会产生制动力直流母线并联，实现负载共享是另一种解决方案交流制动,夹持功能-提升机,传统的方法是采用机械抱闸，主要缺点是变速箱的齿轮易磨损，甚至断裂。过程不是平稳的。,夹持功能-提升机,采用变频器方案首先变频器速度降至零，然后制动。过程平稳，齿轮不会磨损和断裂变频器在0速时有160%制动转矩在0速时，电机仍有电流流过，产生热量，由于风扇停止，热量难以散发。

9、短期使用如果需要较长时间制动，仍需使用机械制动,改变方向,改变方向,传统的方法：改变电机三相输入中任意两相的接线即可通常通过继电器-接触器实现,改变方向,变频器有此功能，无需接触器。实现方法：改变参数，将运行方向改成双向连接12号和19号端子（出厂设定为反转）,点动功能,速度,时间,参考值,点动斜坡,点动功能有特殊的使用场合点动频率和点动上升时间可通过参数设定12号和29号端子接通变频器按点动频率运行,变频器基本结构与原理,变频器的选择,主电源,整流,中间回路,逆变器,控制回路,电机,负载,变频器结构组成,PWM变频器常用的主回路结构,整流单元,交流输入,中间直流,中间回路,DC电流,DC电流

10、,整流,逆变,DC电抗,电容,平滑DC脉动电压储能DC电抗减少谐波畸变,400V,565V,整流,中间回路,逆变器,控制回路,电机,负载,中间回路电压,UDC=1.35ULine,主电源,整流,逆变器,中间回路,控制回路,电机,负载,DC电压,三相交流电压,逆变器部分,IGBT,DClink,六个IGBT集成模块或独立安装,IGBT安装方式,IGBT,控制线路,PWM频率3.5到15KHz调节,PWM波形,正弦脉宽调制（SPWM）,连续的PWM触发信号,标准PWM输出电路实测波形,等效基波,测试获得的PWM输出波形,高速关断时产生的尖脉冲,VLT变频器控制原理,异步电动机的滑差,-1500,-

11、1000,-500,0,500,1000,1500,2000,0,5,10,15,20,25,30,35,SpeedRPM,TorqueNm,Calculatedtorquecurvesfor1.5kWATB380V/50Hz,TypeVAV90L/4C-11,目标运行(理想速度控制),实际运行(负载，速度),电动机等效电路图,Rs,Rr:代表定子和转子电阻Rfe:铁损(电阻十分简单地表示了这些损耗）Ls:定子漏抗Lr:转子漏抗LM:励磁电抗:代表机械负载的附加电阻,定子,转子,气隙,标量控制,Im,通过维持恒定的激磁电流获得最佳性能在忽略定子压降的前提下，通过电压和频率的比值控制Im,即“V

12、/F控制”。,Xm=Lmw=Lm2pfImV/XmIm,_V_,_V_,2pfLm,f,K,V/F曲线,电压V和频率F的额定值通常用Vmax和Fnom表示，驱动器的Vmax值受到供电电压的限制.而频率则不受限制.在FFnom的情况下V/F的比值由于受到电压的限制是下降的，频率越高，V/F的比值越低，这种情况称为V/F的比值“弱磁控制”,补偿定子电压跌落,F,V,Vmax,Fmon,典型值50Hz,400V或60Hz,460V,带补偿的标量控制(VLT2800),U/f特性(标量),频率,电机电压,空载电压,电压,0Hz,额定频率,滑差补偿,负载补偿,满负载电压,T/n图（机械特性）,市电供电的电机,额定转矩,电机转矩,同步转速,轴速度,由变频器控制的电机,标量控制的应用实例,转矩是速度的函数,标量控制速度范围1:25稳态速度精度基本速度范围的+-1%加速转矩额定转矩40-90%速度控制上升时间200-500ms转矩控制上升时间不可用,电压矢量控制(开环)(闭环)速度范围1:1001:1000-10000取决测量装置精度稳态速度精度基本速度范围的+-0.5%由测量装置决定加速转矩额定