变频器的基本结构与选择.ppt

1、变频器的基本结构，各生产企业生产的通用变频器，其主电路结构和控制电路不相同，但基本配置原理和主电路连接方式，控制电路的基本功能都大同小异。下图显示了通用变频器结构原理的示意图。主要由三部分组成。一个是主电路接线端，包括工频网格的输入端(r、s、t)、马达的频率和电压的连续可调输出端(u、v、w)。二是控制端子，包括外部信号控制端子、变频器操作状态显示端子、变频器和计算机或其他变频器的通信接口。第三，操作面板，包括液晶屏和键盘。变频器外观结构、ABB公司ACS600变频器结构、常规变频器由主电路和控制电路组成，基本如下图所示。其中，为异步电动机提供电压调节FM电源的功率转换部分称为主电路，主电路

2、包括整流器、中间直流链路(也称为平波电路)和逆变器。通用变频器的基本配置，1)整流器。电网侧转换器起到将工频电源转换为直流电源的适配器的作用。三相交流电源通常需要通过压敏电阻网络引入整流桥的输入端。压敏网络吸收交流电网的浪涌过电压，防止浪涌侵入，并起到过电压损坏变频器的作用。整流电路可以是直流电压源或直流电流源。电压型变频器的整流电路在电源线电压为380V时，整流器的最大反向电压通常为1000V，最大整流电流是通用变频器额定电流的2倍。安装和应用智能电源模块，将IPM模块安装在散热器上时，确保安装应力不变。使用150m以下的平面度散热器，严格遵守建议的螺钉安装和旋转顺序，以免单边应力过紧，如图

3、2-62所示。如果模块不均匀，模块陶瓷绝缘会破裂，导致模块损坏，或留下潜在的故障危险。不要把终端和螺丝拧得太紧。通常，模组产品资料指南提供最大扭矩值，安装期间必须使用扭矩扳手配合指定的力矩值。力最大限度地使基板接触散热器，以便于传热，散热器表面必须具有碟形或更小的表面光洁度，并且在传热界面中使用导热硅胶。选择的硅胶必须在工作温度内性能稳定，并确保在设备使用寿命期间性能不变。图(a)显示了两点安装、预拧紧顺序和最终拧紧顺序。图(b)是预拧紧顺序为、最终拧紧顺序为的4点安装形式。2)逆变电源。负载侧转换器是逆变器。与整流器的作用相反，逆变器是将直流电源转换为所需频率的交流电源。逆变器最常见的结构是

4、使用6个半导体主开关设备的三相桥式逆变电路。在逆变器中定期控制主开关的传导和阻塞，可以获得随机频率的三相交流输出波形。和中间直流链路实际上是中间直流储能链路，另一个作用是过滤整流电路输出，以减少电压或电流的波动。另外，由于异步电动机制动的需要，直流中间电路具有制动电阻和其他辅助电路，起到直流中间电路的作用。电压型变频器的直流中间电路的主要组成部分是大容量电解电容器，电流型变频器主要由大容量电感组成。控制电路通常由计算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路、驱动电路和制动电路组成。主要工作是对逆变器进行开关控制，对整流器进行电压控制，完成各种保护功能。为了满足异步电动机制动的需要，设置了通用变

5、频器的制动电路，对于大容量和中容量的通用变频器，通常使用电源再生装置将上述能源反馈给电源，以节省能源。对于小容量通用变频器，通常使用制动电路从异步电动机返回的能量在制动电路中消耗。变频器分类、通用变频器可根据主电路结构分为交流-交流变频器和交流-直流交流变频器。如果主电路没有直流中间链路，则称为ac-ac频率转换器，具有直流中间链路的直流称为AC-DC频率转换器。电压变频器和电流变频器，具体取决于工作方式；拉式模块(PAM)、拉式宽度模块(PWM)、脉宽调制(Pulse Width Modulation)、高频载波单点(SPWM)逆变器由U/f控制、滑动频率控制、矢量控制、矢量转矩控制和直接转

6、矩控制控制控制控制。变频器额定值和技术指标1输入侧额定值中，小容量通用变频器输入侧额定值主要表示电压和相位数。在我国，输入电压的额定值(参见导线电压)有三种：三相380V、三相220V(主要用于进口变频器)和单相220V(主要用于家用容量小容量变频器)。另外，输入侧电源电压的频率一般规定为功率频率50Hz或60Hz。2输出侧额定值(1)输出电压UN。变频器在变频的同时，由于变压，输出电压的额定值表示输出电压中的最大值。(2)输出电流IN。指允许长输出的最大电流，是用户选择变频器时的主要准绳。(3)使用输出容量，(4)马达容量PN。对于变频器手册中列出的配电电动机，容量如下：1)基于以下估计，2

7、)规格的分配电机容量仅适用于长期连续负载，不适用于各种可变负载。(5)超载能力。变频器的过载容量是允许输出电流超过额定电流的功能，大多数变频器规定为150% IN，1min。变频器的性能指标、变频器的性能一般称为功能，这些指标可以通过IEC标准和国家标准规定的工厂出厂必备检查的质量指标各种测量仪器工具在短时间内测量。用户选择几个关键指标，就可以知道是进口还是国产，昂贵的变频器的质量水平。以下是变频器的一些关键性能指标。(1)在0.5Hz下输出的起始扭矩优秀的变频器在0.5Hz下输出200%的起始扭矩(在22kW以下30kW以上输出180%的起始扭矩)。具有此性能的变频器根据负载要求，在短时间内

8、平稳调节速度，快速响应快速变化的负载，及时检测再生功率。(2)频率指示器。变频器的频率指标包括频率范围、频率稳定精度和频率分辨率。频率范围显示为输出到频率转换器的最高频率fmax和最低频率fmin，每个频率转换器的频率范围各不相同。一般来说，最低工作频率约为0.11Hz，最高工作频率约为200500Hz。频率稳定性准确度也称为频率稳定性准确度，它表示在频率指定值恒定的情况下，温度、负载变化、电压波动或长时间运行后指定频率下变频器实际输出频率与最大工作频率(以百分比表示)的比率。例如，如果用户指定的最大工作频率fmax120Hz和频率精度为0.01%，则最大误差为fmax0.0001120Hz0

9、.012Hz。通常，数字数量给定的周期频率精度比周期频率精度高一个等级，通常可以达到0.01%(-1050)，通常可以达到0.5%(2510)。频率分辨率表示输出频率的最小变化量，即每个相邻2块频率的最小差异。、例如，如果操作频率为fx25Hz时变频器的频率分辨率为0.01Hz，则以前阻塞的最小频率为fn(250.01)Hz25.01Hz时的最大频率为fx(250.01)Hz24.99Hz数字设置的频率转换器，则频率分辨率取决于计算机系统的性能，整个FM范围对于模拟设置，频率分辨率通常与最高输出频率的0.05%的频率给定电位器分辨率相关。4速度调节范围控制精度和转矩控制精度传统变频器速度控制精

10、度可达0.005%，转矩控制精度可达3%。5低速脉动情况低速脉动情况是检查变频器好坏的重要标准。还有高质量的变频器，其波动速度从1Hz到1.5r/min。下图显示了在1Hz时某些速度脉冲条件的波形(顶部2个为3.7kW时的特性)。此外，变频器的噪声和谐波干扰、发热量等是与变频器中选定的开关设备和调制频率及控制方法相关的重要性能指标。由IGBT和IPM制造的变频器由于调制频率高，噪音小，通常连人的耳朵都听不到，但其谐波总是存在。如果控制方法更好，也可以减少谐波量。常规变频器选择，包括、1Hz下变频器输出速度的脉动情况、变频器选择、变频器类型选择和容量选择。选择变频器规格时，通常需要使用适当的选择

11、方法和计算式确认变频器与电动机的对应关系、整流器与变频器的对应关系(是否驱动组)、制动部分的结构和配置规模、变频器的技术规格、变频器的选择，以及该类型变频器的产品数据。每个品牌的变频器可以选择多种规格型号，一般通用变频器的技术数据分为型号和订单号、额定输入/输出参数、控制方法等。其中包括五个主要类别：几个控制精度、控制参数、显示模式参数、保护属性参数和环境参数。这里介绍了一些有关实际工程应用中涉及的参数的知识，供选择时参考。1容量通用变频器的容量以适用的电动机功率(kW)、输出容量(kVA)和额定输出电流(a)表示。其中最重要的是额定电流，这意味着变频器连续运行时输出的最大交流电流的有效值。输

12、出容量取决于额定输出电流和额定输出电压的三相输出功率。日本生产的通用变频器的额定输入电压通常不与200V共享220V、400V、440V，变频器的输入电源电压通常允许在一定范围内波动，因此输出容量一般用作衡量变频器容量的辅助手段。但是德国西门子的变频器对电源电压规定得很严格。日本各变频器制造商于1993年签署了一项产业协议，该协议将适用于变频器型号规格的电动机最大功率(kW)标记为。例如，富士公司的FRN30G11S-4表示产品型号为FRENIC5000，标准定制电动机容量为30kW，系列名称为G11S，电源电压为400V。应用于变频器的电动机功率(kW)以标准2或4极电动机为目标，是可以在变

13、频器输出额定电流内传送的电动机功率。380V，160W以下单电动机与变频器之间容量的匹配关系参考表，2输入，输出参数额定值输入参数包括电源输入相位数、电压、频率、允许电压频率波动范围、瞬时低电压允许值(等于标准自适应电动机85%负载下的测试值)额定输出参数包括通用变频器的额定输出电压(不输出高于电源电压的电压)、额定输出电流(驱动低阻抗的高频电动机等的输出电流可能小于额定电流)、额定过载电流倍数、额定输出频率等。变频器的最大输出频率取决于型号，一般情况下，50Hz/60Hz、120Hz、240Hz、400Hz及更高版本、通用变频器的大部分容量属于50/60Hz，最大输出频率超过功率变频器的容量

14、更小。输出频率的调整范围通常取决于0.5400Hz的常规变频器型号。400Hz或更高频率。输出频率的精确度通常提供两个指标：模拟设定(例如最高频率的0.2%)和数位设定(例如最高频率的0.01%)。输出频率的设定解析度通常是模拟设定，例如最高频率的1/3000(例如，60Hz的0.02Hz等)、数值设定(小于99.99Hz的0.01Hz、大于100.0Hz的0.1Hz等)，以及序列通讯介面连结设定(例如，最高频率的1)、控制参数、变频器选择控制参数及其说明，可以选择所需参数，并验证其是否符合自己的要求。某些参数可能不可用，也可能不考虑。频率上限和下限。通常是默认频率上下跳频率控制。通常设置跳跃

15、数、跳跃频率设置范围等，主要用于避免机械共振。瞬间超负荷能力。根据主电路半导体器件的过载能力，通用变频器的电流瞬间过载能力通常设计为150%额定电流，1分钟或120%额定电流，1分钟等。与标准异步电动机(过载能力通常为200%左右)相比，变频器的过载能力较小。变频器类型选择、变频器类型选择的基本原则是根据负荷要求进行选择。选择方法为、(1)风扇和泵负载。这种负载对速度精度没有要求，因此，一般来说，在选择通用功能通用变频器时，主要原则是价格低廉。(2)恒转矩载荷。大多数载荷具有一定的转矩特性，但对速度精度和动态性能的要求通常不高，例如挤出机、混合器、传送带、工厂内运输电车、起重机转换机构、起重机

16、升降机构和提升机。选择时，V/f控制方法的变频器、(3)控制对象具有一定的动态和静态指标要求。这种负载通常需要在低速时更坚硬的机械特性，以满足生产过程对控制系统的动态和静态指标要求。如果控制系统使用开环控制，则可以选择没有转速反馈矢量控制功能的变频器。(4)控制对象具有较高的动态和静态指标要求。如果速度控制精度和动态性能指标都要求高，需要高精度的同时运行，可以使用具有速度反馈的矢量控制方法的变频器。如果控制系统使用闭环控制，则可以选择具有四象限操作、V/f控制、恒转矩功能的变频器。例如轧钢、造纸、塑料薄膜加工生产线等动态性能要求高的生产机器和矢量控制高性能通用变频器，能很好地满足生产工艺要求，减少调节器控制算法的难度。变频器容量计算，变频器容量选择的基本原则，1以电动机的额定电流和负荷特性为基础，选择普通变频器的额定容量，2普通变频器的容量大部分用kW数和相应的额定电流表示，对于三相通用变频器，此kW数是指4极三相异步电动机的满载连续运行电动机功率。通常可以相应地确定所需的通用变频器容量。选择变频器容量的基本原则、3谐波成分的典型逆变输出导致电流增加，应考虑适当的容量增加。如果电机经常启动、制动或过载启动，并且经常工作，选择一级通用变频器，可以长期安全地运行通用变频器。其次，应考虑满载低速运转电动机可能过热的最小和最大运行速度限制，选择的