变频器及其应用教学课件PPT.ppt

变频器及其应用 陆伟 变频器基本知识入门 n1、什么是变频器(inverter)？ n变频器是利用电力半导体器件的通断 作用将工频电源变换为另一频率的电 能控制装置。 2、pwm和pam的不同点是什 么？ npwm是英文pulse width modulation( 脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变 脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和 波形的一种调值方式。pam是英文 pulse amplitude modulation(脉冲幅度 调制)缩写，是按一定规律改变脉冲列 的脉冲幅度，以调节输出量值和波形 的一种调制方式。 电压型与电流型有什么不同 ？ n变频器的主电路大体上可分为两类:电 压型是将电压源的直流变换为交流的 变频器，直流回路的滤波是电容;电流 型是将电流源的直流变换为交流的变 频器，其直流回路滤波是电感。 为什么变频器的电压与频率 成比例的改变？ n异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内 流过电流之间相互作用而产生的，在额定 频率下，如果电压一定而只降低频率，那 么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧 毁电机。因此，频率与电压要成比例地改 变，即改变频率的同时控制变频器输出电 压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁 和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用 于风机、泵类节能型变频器。 n5、电动机使用工频电源驱动时，电压 下降则电流增加;对于变频器驱动，如 果频率下降时电压也下降，那么电流 是否增加？ n频率下降(低速)时,如果输出相同的功 率,则电流增加,但在转矩一定的条件下, 电流几乎不变。 6、采用变频器运转时，电 机的起动电流、起动转矩怎 样？ n采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频 率和电压，起动电流被限制在150%额定电流 以下(根据机种不同，为125%200%)。用工频 电源直接起动时，起动电流为67倍，因此， 将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可 以平滑地起动(起动时间变长)。起动电流为额 定电流的1.21.5倍，起动转矩为70%120%额 定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器 ，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动 。 7、v/f模式是什么意思？ n频率下降时电压v也成比例下降，这个 问题已在回答4说明。v与f的比例关系 是考虑了电机特性而预先决定的，通 常在控制器的存储装置(rom)中存有 几种特性，可以用开关或标度盘进行 选择。 8、按比例地改v和f时，电 机的转矩如何变化？ n频率下降时完全成比例地降低电压，那 么由于交流阻抗变小而直流电阻不变， 将造成在低速下产生地转矩有减小的倾 向。因此，在低频时给定v/f,要使输出电 压提高一些,以便获得一定地起动转矩,这 种补偿称增强起动。可以采用各种方法 实现,有自动进行的方法、选择v/f模式或 调整电位器等方法。 9、在说明书上写着变速范围606hz ，即10:1，那么在6hz以下就没有输 出功率吗？ n在6hz以下仍可输出功率，但根据电机 温升和起动转矩的大小等条件，最低 使用频率取6hz左右，此时电动机可输 出额定转矩而不会引起严重的发热问 题。变频器实际输出频率(起动频率)根 据机种为0.53hz. 10、对于一般电机的组合是在 60hz以上也要求转矩一定，是 否可以？ n通常情况下时不可以的。在60hz以上( 也有50hz以上的模式)电压不变，大体 为恒功率特性，在高速下要求相同转 矩时，必须注意电机与变频器容量的 选择 11、所谓开环是什么意思？ n给所使用的电机装置设速度检出器(pg) ，将实际转速反馈给控制装置进行控制 的，称为“闭环”，不用pg运转的就叫作 “开环”。通用变频器多为开环方式，也 有的机种利用选件可进行pg反馈。 12、实际转速对于给定速度 有偏差时如何办？ n开环时，变频器即使输出给定频率， 电机在带负载运行时，电机的转速在 额定转差率的范围内(1%5%)变动。 对于要求调速精度比较高，即使负载 变动也要求在近于给定速度下运转的 场合，可采用具有pg反馈功能的变频 器(选用件)。 13、如果用带有pg的电机 ，进行反馈后速度精度能提 高吗？ n具有反馈功能的变频器，精度有 提高。但速度精度的值取决于本 身的精度和变频器输出频率的分辨率 。 14、失速防止功能是什么意 思？ n如果给定的加速时间过短，变频器的输 出频率变化远远超过转速(电角频率)的变 化，变频器将因流过过电流而跳闸，运 转停止，这就叫作失速。为了防止失速 使电机继续运转，就要检出电流的大小 进行频率控制。当加速电流过大时适当 放慢加速速率。减速时也是如此。两者 结合起来就是失速功能。 变频器的结构: 变频器接线端口1 变频器接线端口2 变频器接线端口3 变频器的运行性能 n1 频率给定的方式与选择 n 1.1 基础概念 n (1) 给定方式的基本含义 n要调节变频器的输出频率，必须首先向 变频器提供改变频率的信号，这个信号 ，称为频率给定信号，也有称为频率指 令信号或频率参考信号的。所谓给定方 式，就是调节变频器输出频率的具体方 法, 也就是提供给定信号的方式。 频率给定的方式 n面板给定方式 外部给定方式 n从外接输入端子输入频率给定信号，来调节变 频器输出频率的大小，称为外部给定，或远控 给定。主要的外部给定方式有: n(a) 外接模拟量给定 n(b) 外接数字量给定:通过外接开关量端子输入 开关信号进行给定。 n(c) 外接脉冲给定:通过外接端子输入脉冲序列 进行给定。 n(d) 通讯给定: 由plc或计算机通过通讯接口进 行频率给定。 选择给定方式的一般原则 n(1) 面板给定和外接给定 n优先选择面板给定。 n(2)数字量给定与模拟量给定 n优先选择数字量给定。 n(3) 电压信号与电流信号 n优先选择电流信号。因为电流信号在传输 过程中，不受线路电压降、接触电阻及其 压降、杂散的热电效应以及感应噪声等等 的影响，抗干扰能力较强。 频率的限制功能 n生产机械根据工艺过程的实际需要， 常常要求对转速范围进行限制。以某 搅拌机为例，如图所示。要求的最高 转速是600r/min，最低转速是150r/min 。 回避频率 n任何机械在运转过程中，都或多或少 会产生振动。每台机器又都有一个固 有振荡频率，它取决于机械的结构。 如果生产机械运行在某一转速下时， 所引起的振动频率和机械的固有振荡 频率相吻合的话，则机械的振动将因 发生谐振而变得十分强烈(也称为机械 共振)，并可能导致机械损坏的严重后 果 变频器使用与维护 n1、通风： 安装环境 环境温度- 10 50 (无冰冻) 湿度 气压90% rh 或更低 (无凝露) 储存温度- 20 65 安装场所无腐蚀性气体，可燃性气体，油雾或灰尘 海拔, 振动 最大海拔高度 1,000m 以下,最大 5.9m/sec2 (0.6g) 或更低 大气压力70 106 kpa 接线 n不要安装电力电容器，浪涌抑制器，或rfi滤 波器在变频器的输出侧。 n连接到电机的输出电缆（u， v， w） 的连接 方式将会影响到电机的旋转方向。 n不正确的端子接线可能引起设备的损坏。 n端子的正负极接反可能会损坏变频器。 n只有熟悉变频器的人员才可以对变频器进行接 线和检查。 n先安装变频器再进行接线，否则，你可能受到 电击或人身伤害。 操作防范 n当选择自动重启动功能时，由于电机会在故障停 止后突然再启动，所以应远离设备。 n操作面板上的“stop”键仅在相应功能设置已经被 设定时才有效，特殊情况应准备紧急停止开关。 n如果故障复位是使用外部端子进行设定，将会发 生突然启动。请预先检查外部端子信号是否处于 关断位，否则可能发生意外事故。 n不要修改或变动变频器内部任何东西。 n变频器的电子热保护功能可能无法保护电机。 n在变频器的输入侧不要使用电磁式交流接触器作 为变频器频繁启停的开关。 n使用噪声滤波器来降低变频器产生的电磁干扰的 影响，否则，附近的电子设备可能会受到干扰。 n如果输入电压不平衡，需要安装交流电抗器 。来自变频器的潜在高次谐波可能会引起电 力电容器和发生器变热与损坏。 n参数初始化后，在运行前需要再次设定参数 。当参数被初始化后，参数值又重新回到出 厂设置。 n变频器可以容易地设定为高速运行，在运行 前先检查一下电机或机械设备的容量。 n使用直流制动功能时，不会产生停止力矩。 当需要停止力矩时，安装单独设备。 n当驱动400v变频器和电机时，用绝缘整流 器和采取措施抑制浪涌电压。由于在电机接 线端子配线常数问题引起的浪涌电压，有可 能毁坏绝缘和损坏电机 变频器的选用件的特点和应 用 ： n 1、交流电抗器 串联在电源与变频器输入侧，用于抑 制输入电流的高次谐波，减少电源浪 涌对变频器的冲击，改善三相电源的 不平衡性，提高输入电源的功率因数 （提高到0.75-0.85）。 建议在下列情况下使用输入 交流电抗器： n变频器所用之处的电源容量与变频器容 量之比为10:1以上； 同一电源上接有晶闸管设备或带有 开关控制的功率因数补偿装置； 三相电源的电压不平衡度较3%）； 由于交流电抗器体积较大，成本较高， 变频器功率30kw时才考虑配置交流电 抗器。 2、直流电抗器 n直流电抗器串联在直流中间环节母线 中（端子p1、p+之间）。主要是减小 输入电流的高次谐波成分，提高输入 电源的功率因数（提高到0.95）。此 电抗器可与交流电抗器同时使用，变 频器功率30kw时才考虑配置。 3、滤波器 n 在变频器输入、输出电路中，有 许多高频谐波电流，滤波器用于抑制 变频器产生的电磁干扰噪声的传导， 也可抑制外界无线电干扰以及瞬时冲 击、浪涌对变频器的干扰。根据使用 位置的不同可以分为输入滤波器和输 出滤波器。 输入滤波器有2种，线路滤 波器和辐射滤波器： n 线路滤波器串联在变频器输入侧，由电感线 圈组成，通过增大电路的阻抗减小频率较高的 谐波电流；在需要使用外控端子控制变频器时 ，如果控制回路电缆较长，外部环境的干扰有 可能从控制回路电缆侵入，造成变频器误动作 ，此时将线路滤波器串联在控制回路电缆上， 可以消除干扰。 辐射滤波器并联在电源与变频器输入侧，由 高频电容器组成，可以吸收频率较高具有辐射 能量的谐波成分，用于降低无线电噪声。线路 滤波器和辐射滤波器同时使用效果更好。 n输出滤波器串联在变频器输出侧，由 电感线圈组成，可以减小输出电流中 的高次谐波成分，抑制变频器输出侧 的浪涌电压，同时可以减小电动机由 高频谐波电流引起的附加转矩。 注意输出滤波器到变频器和电机 的接线尽量缩短，滤波器亦应尽量靠 近变频器。 4、制动电阻和制动单元 在变频器停止和降速时，由于电机的惯性，电机 会处于再生制动状态，产生再生能量回馈给直流 回路，消耗在内置制动电阻上，如果减速时间设 定较短，造成直流母线电压升高过快，能量来不 及消耗掉，可能超过电容的耐压或开关元件的容 许电压，会造成变频器损坏。因此生产厂家为不 同规格的变频器配备制动电阻或制动单元。用户 在使用变频器时将制动电阻（p、db）或制动单 元（p、n）连接在直流母线两端，以便在直流母 线电压升高到一定时，通过制动电阻或制动单元 消耗掉多余的能量，保护变频器。 n 制动电阻与使用电机的飞轮转矩有密切关系 ，而电机的飞轮转矩在运行时是变化的，因此 准确计算制动电阻比较困难，而且没有必要， 通常情况是采用经验公式取一个近似的值。 制动电阻r=2*ud/ie ud=700v ie：变频 器额定电流 制动电阻r=* ud2/ie 为常数，电机容量小时取小，反之取大。 一般情况下，选用合适的制动电阻即可，如果 电机功率较大，为了提高变频器在减速时的制 动能力，同时使用合适的制动电阻和制动单元 ，效果较好。 5、漏电保护器 n 在变频器输入、输出引线和电机内部均存在分 布电容，且变频器一般为低噪声型，使用的载波频 率较高。因此变频器的对地漏电流较大（大容量机 种更为明显），有时会导致保护电路误动作。遇到 上述问题时，除适当降低载波频率，缩短引线外， 还应安装漏电保护器。 当使用漏电保护器时，应注意以下几点： 漏电保护器应设于变频器的输入侧，置于空气 开关（无熔丝断路器）之后较为合适； 漏电保护器的动作电流应大于该线路在工频电 源下不使用变频器时漏电流（线路、无线电噪声滤 波器、电机等漏电流的总和）的10倍。 变频器的控制功能 n变频器对外接输入端子的安排 n外接输入控制端接受的都是开关量信 号，所有端子大体上可以分为两大类: n (1) 基本控制输入端 n 如运行、停止、正转、反转、点动 、复位等。这些端子的功能是变频器 在出厂时已经标定的, 不能再更改。 n (2) 可编程控制输入端 n由于变频器可能接受的控制信号多达数十种， 但每个拖动系统同时使用的输入控制端子并不 多。为了节省接线端子和减小体积，变频器只 提供一定数量的“可编程控制输入端”，也称为“ 多功能输入端子”。其具体功能虽然在出厂时也 进行了设置，但并不固定，用户可以根据需要 进行预置。常见的可编程功能如多档转速控制 、多档加/减速时间控制、升速/降速控制等; n 例如，艾默生td3000系列变频器的多功能输 入端子有8个(x1x8)。而可以预置的功能有 33种;安川cimrg7a变频器的多功能输入端 子有10个(s3s12)，而可以预置的功能多达 78种。 2 常用输入控制端的应用举 例 n升速、减速功能 n在纺织、印染以及造纸机械中，根据 生产工艺的需要，往往划分成许多个 加工单元，每个单元都有各自独立的 拖动系