变频器基础知识培训

1、 变频器基础知识介绍变频器基础知识介绍 变频器事业部 电气传动控制系统电气传动控制系统 主要内容主要内容 变频器主要特点变频器主要特点 电气参数的定义电气参数的定义 变频器组成和分类变频器组成和分类 培训目录培训目录 电气传动基础知识电气传动基础知识- -系统框图系统框图 以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交 流流( (直流直流) )电气传动系统，也称交流（直流）电气拖动系统电气传动系统，也称交流（直流）电气拖动系统 电气传动基础知识电气传动基础知识- -发展趋势发展趋势 l 直流调速系统的特点：电机模型简单，

2、对控制系统要求较低，直流电直流调速系统的特点：电机模型简单，对控制系统要求较低，直流电 机成本低，但维护费用高，停机时间长且占地面积大机成本低，但维护费用高，停机时间长且占地面积大。 l 交流调速系统的特点：电机模型复杂，实现较困难，但交流电机，尤交流调速系统的特点：电机模型复杂，实现较困难，但交流电机，尤 其异步电机维护成本低，使用方便，已经逐步取代直流电机。其异步电机维护成本低，使用方便，已经逐步取代直流电机。 直流电机直流电机交流电机交流电机 电气传动基础知识电气传动基础知识变频调速目的和意义变频调速目的和意义 目的 通过改变电动机频率和电压改变电机的速度和输出转矩，通过改变电动机频率和

3、电压改变电机的速度和输出转矩， 从而达到生产工艺的要求从而达到生产工艺的要求 意义意义 序号序号意义意义典型应用典型应用 1 1节能节能风机、水泵、注塑机、搅拌机和挤压机风机、水泵、注塑机、搅拌机和挤压机 2 2提高产品质量提高产品质量冶金、造纸和包装冶金、造纸和包装 3 3提高舒适性提高舒适性电梯、空调电梯、空调 4 4提高生产效率提高生产效率搬运机械和纤维机械搬运机械和纤维机械 变频器基础知识变频器基础知识- -定义和分类定义和分类 按变换环节分按变换环节分: : (1)(1)交交- -交变频器交变频器 把频率固定的交流电源直接变换成频率可调的交流电，又称直接式变频把频率固定的交流电源直接

4、变换成频率可调的交流电，又称直接式变频 器。交交变频没有直流环节，变频效率高，主回路简单，不含直流电路器。交交变频没有直流环节，变频效率高，主回路简单，不含直流电路 及滤波部分，与电源之间无功功率处理以及有功功率回馈容易。虽然大及滤波部分，与电源之间无功功率处理以及有功功率回馈容易。虽然大 功率交交变频器得到了普遍的应用，但因其功率因数低，谐波含量丰富，功率交交变频器得到了普遍的应用，但因其功率因数低，谐波含量丰富， 调速范围窄，使用元件数量多等缺点，使之逐渐被中压交直交传动系统调速范围窄，使用元件数量多等缺点，使之逐渐被中压交直交传动系统 所取代。所取代。 (2)(2)交交- -直直- -交

5、变频器交变频器 先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调 的交流电，又称间接式变频器。交直交变频器比较常见，由整流器、滤的交流电，又称间接式变频器。交直交变频器比较常见，由整流器、滤 波环节和逆变器三部分组成。由于其功率因数高，谐波含量低，调速范波环节和逆变器三部分组成。由于其功率因数高，谐波含量低，调速范 围宽，控制性能优越，使之应用越来越广泛，具有庞大的市场。围宽，控制性能优越，使之应用越来越广泛，具有庞大的市场。 变频器基础知识变频器基础知识- -定义和分类定义和分类 按直流环节的储能方式分（交直交）按直

6、流环节的储能方式分（交直交）: : (1)(1)电流型电流型 直流环节的储能元件是电感线圈直流环节的储能元件是电感线圈LF,LF,如图所示。如图所示。 (2)(2)电压型电压型 直流环节的储能元件是电容器直流环节的储能元件是电容器CF,CF,如图所示。如图所示。 8 变频器基础知识变频器基础知识- -系统拓扑结构系统拓扑结构 M DSP PC 整流逆变 控制 电 流 检 测转 速 检 测 PLC 电 压 检 测 + 变频器基础知识变频器基础知识- -主回路拓扑结构主回路拓扑结构 变频器的基本参数变频器的基本参数- -输入参数输入参数 输入电压：输入电压： 即工频电网电压，根据世界各国电网电压标

7、准的不同，低压变频器的输入电压即工频电网电压，根据世界各国电网电压标准的不同，低压变频器的输入电压 大致划分为大致划分为11110V0V22220V0V、380V380V480V480V和和660V660V690V690V三个电压等级，中压变频器三个电压等级，中压变频器 则有则有3.3kV3.3kV、6kV6kV电压等级，高压变频器有电压等级，高压变频器有10kV10kV甚至更高电压等级。甚至更高电压等级。 输入频率：输入频率： 即工频电网频率，一般为即工频电网频率，一般为50Hz50Hz或者或者60Hz60Hz，我国为，我国为50Hz50Hz。 输入电流：输入电流： 即变频器交流输入侧电流的

8、大小，该电流与变频器的功率因数有着较大的关系即变频器交流输入侧电流的大小，该电流与变频器的功率因数有着较大的关系 ，如果变频器内置交流电抗器或者直流电抗器时，该输入电流可以相应减小。，如果变频器内置交流电抗器或者直流电抗器时，该输入电流可以相应减小。 变频器的基本参数变频器的基本参数- -输出参数输出参数 输出电压：输出电压： 一般从一般从0 0变频器输入电压，在满输出时需要考虑过调制。变频器输入电压，在满输出时需要考虑过调制。 输出电流：输出电流： 由变频器所带电机的电流所决定，一般变频器输出电流要高于被驱动电机的电由变频器所带电机的电流所决定，一般变频器输出电流要高于被驱动电机的电 流，从

9、而保证变频器能够长期稳定的运行。流，从而保证变频器能够长期稳定的运行。 输出频率：输出频率： 通常情况下，输出频率为通常情况下，输出频率为0 050Hz50Hz，需要弱磁时，可以输出更高的频率，最高输，需要弱磁时，可以输出更高的频率，最高输 出频率受载波比限制。出频率受载波比限制。 变频器的基本参数变频器的基本参数- -电气参数电气参数 调速范围：调速范围： 通常指能保证额定运行状态下允许的最大频率范围。通常电机运行速度总有一通常指能保证额定运行状态下允许的最大频率范围。通常电机运行速度总有一 个上限，所以此定义更多的是要强调变频器的低频特性。比如一台电机额定频个上限，所以此定义更多的是要强调

10、变频器的低频特性。比如一台电机额定频 率为率为50Hz50Hz，如果变频器能保证电机在低频，如果变频器能保证电机在低频0.05Hz0.05Hz都有满转矩，那么可以说调速都有满转矩，那么可以说调速 范围是范围是1 1：10001000。 启动转矩：启动转矩： 当给处于停止状态下的电动机加上电压时的瞬间，电动机产生的转矩称为起动当给处于停止状态下的电动机加上电压时的瞬间，电动机产生的转矩称为起动 转矩。它表征了电动机的启动能力，在辊道输送和起重升降等场合有一定的要转矩。它表征了电动机的启动能力，在辊道输送和起重升降等场合有一定的要 求。求。 变频器的基本参数变频器的基本参数- -电气参数电气参数

11、过载能力：过载能力： 指变频器在超过自身额定输出电流时的工作能力，输出电流的能力主要取决指变频器在超过自身额定输出电流时的工作能力，输出电流的能力主要取决 于电容器的大小和逆变功率元件如于电容器的大小和逆变功率元件如IGBTIGBT的容量以及变频器散热的效果，评价标的容量以及变频器散热的效果，评价标 准有过载倍数、过载时间和过载周期。准有过载倍数、过载时间和过载周期。 变频器的控制方式变频器的控制方式-V/f-V/f控制控制 V/fV/f恒定控制是在改变电动机电源频率的同时，改变电动机电源的电压，使电动恒定控制是在改变电动机电源频率的同时，改变电动机电源的电压，使电动 机磁通保持恒定，在较宽的

12、调速范围内，电动机的效率、功率因数不下降。由机磁通保持恒定，在较宽的调速范围内，电动机的效率、功率因数不下降。由 于是控制电压与频率的比值，因此称为于是控制电压与频率的比值，因此称为V/fV/f控制。控制。 V/fV/f恒定控制变频器结构非常简单，但是这种变频器不能达到较高的控制性能，恒定控制变频器结构非常简单，但是这种变频器不能达到较高的控制性能， 而且在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。而且在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。 变频器的控制方式变频器的控制方式- -矢量控制矢量控制 矢量控制是一种高性能交流电动机控制方式，它基于交流电动机的动态数学模型，通过矢量控制

13、是一种高性能交流电动机控制方式，它基于交流电动机的动态数学模型，通过 测量和控制交流电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对交流电动机的励磁电流测量和控制交流电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对交流电动机的励磁电流 和转矩电流进行控制，从而达到控制交流电动机转速的目的。和转矩电流进行控制，从而达到控制交流电动机转速的目的。 变频器的控制方式变频器的控制方式- -转矩控制转矩控制 与转速控制不同，转矩控制主要控制电动机的输出转矩。与转速控制不同，转矩控制主要控制电动机的输出转矩。由于转矩控制方式只能控制电由于转矩控制方式只能控制电 流的大小，所以，在通常的转速控制系统中，转矩控制主要用于

14、起动或停止的过渡过程流的大小，所以，在通常的转速控制系统中，转矩控制主要用于起动或停止的过渡过程 中，过渡过程完成后也需转换成转速控制方式。例如牵引机车和电梯、张力控制。中，过渡过程完成后也需转换成转速控制方式。例如牵引机车和电梯、张力控制。 变频器的控制方式变频器的控制方式- -直接转矩控制直接转矩控制 直接转矩控制是将转矩直接作为被控量的控制方法，其实质是用空间矢量的分直接转矩控制是将转矩直接作为被控量的控制方法，其实质是用空间矢量的分 析方法，直接在定子坐标系上计算与控制电动机的转矩，采用定子磁场定向方析方法，直接在定子坐标系上计算与控制电动机的转矩，采用定子磁场定向方 式，借助于离散的

15、两点式调节式，借助于离散的两点式调节(Band-Band)(Band-Band)产生产生PWMPWM信号，直接对变频器的开关信号，直接对变频器的开关 状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能，它省去了复杂的矢量变换与电状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能，它省去了复杂的矢量变换与电 动机的数学模型简化处理，没有通常的动机的数学模型简化处理，没有通常的PWMPWM信号发生器。控制思路新颖，控制结信号发生器。控制思路新颖，控制结 构简单，控制手段直接，信号处理的物理概念明确。构简单，控制手段直接，信号处理的物理概念明确。 变频器研发的亮点变频器研发的亮点- -卓越的性能指标卓越的性能指标 控制

16、性能：转速脉动、转速精度、转矩响应等，反映了软件控制水平控制性能：转速脉动、转速精度、转矩响应等，反映了软件控制水平 电气性能：调速范围、启动转矩、过载能力等，反映了硬件输出能力电气性能：调速范围、启动转矩、过载能力等，反映了硬件输出能力 闭环矢量转矩电流响应闭环矢量转矩电流响应闭环矢量最大动态速变闭环矢量最大动态速变 闭环矢量满载速度阶跃响应闭环矢量满载速度阶跃响应闭环矢量转矩脉动闭环矢量转矩脉动 变频器研发的亮点变频器研发的亮点- -灵活的软件架构灵活的软件架构 u开放灵活的软件架构开放灵活的软件架构 软件采用模块化设计，大量的算法和功能通过功能块实现，这些功能块可通过参数设置实现自软件采

17、用模块化设计，大量的算法和功能通过功能块实现，这些功能块可通过参数设置实现自 由连接，通过参数互联，充分满足用户的各种各样的应用需求由连接，通过参数互联，充分满足用户的各种各样的应用需求 u方便快捷的宏操作方便快捷的宏操作 标准宏和自定义宏使用户提高了参数设置效率，大大减少了调试工作量，为用户节约了时间标准宏和自定义宏使用户提高了参数设置效率，大大减少了调试工作量，为用户节约了时间 u强大的自由编程功能强大的自由编程功能 加、减、乘、除、与、或、非、定时器、计时器和加、减、乘、除、与、或、非、定时器、计时器和RSRS触发器等常规自由功能块的出现，使得用触发器等常规自由功能块的出现，使得用 户可

18、以非常方便的实现基本逻辑运算，从而实现简单的户可以非常方便的实现基本逻辑运算，从而实现简单的PLCPLC功能，减低了用户的系统成本功能，减低了用户的系统成本 uPIPI参数离线和在线相结合的优化方式参数离线和在线相结合的优化方式 通过离线粗调和在线细调相结合的方式，用户可以获取最佳的通过离线粗调和在线细调相结合的方式，用户可以获取最佳的PIPI参数，从而达到最好的控制性参数，从而达到最好的控制性 能，从而大大提高现场调试效率，为用户节约时间能，从而大大提高现场调试效率，为用户节约时间 变频器研发的亮点变频器研发的亮点- -强大的调试助手强大的调试助手 DriveInspector 序号序号功能

19、功能 1使用数据库保存参数和连接器信息使用数据库保存参数和连接器信息 2支持多设备同时连接支持多设备同时连接 3参数搜索功能参数搜索功能 4参数比较功能参数比较功能 5用户分组参数功能用户分组参数功能 6参数上传下载参数上传下载 7参数监测和故障报警参数监测和故障报警 8快读调试功能快读调试功能 9界面语言动态切换界面语言动态切换 10丰富的快捷键丰富的快捷键 11自动重连功能自动重连功能 变频器研发的亮点变频器研发的亮点- -全面的保护全面的保护 序号序号故障故障序号序号故障故障 1 1输出过流输出过流2 2直流母线过压直流母线过压 3 3控制电源过压控制电源过压4 4直流母线欠压直流母线欠

20、压 5 5输入缺相输入缺相6 6输出缺相输出缺相 7 7功率模块过流功率模块过流8 8逆变模块过温逆变模块过温 9 9整流模块过温整流模块过温1010变频器过载变频器过载 1111电机过载电机过载1212电机堵转电机堵转 1313编码器反向编码器反向1414编码器断线编码器断线 1515电机超速电机超速1616参数设定故障参数设定故障 1717参数辨识故障参数辨识故障1818接触器异常故障接触器异常故障 1919电流检测电路异常电流检测电路异常2020模拟量输入断线故障模拟量输入断线故障 2121EEPROMEEPROM故障故障2222外部故障外部故障 2323变频器掉载变频器掉载2424报闸不能正常工作故障报闸不能正常工作故障 2525对地短路故障对地短路故障2626DPDP通讯故障通讯故障 2727串行通讯故障串行通讯故障2828温度传感器断线故障温度传感器断线故障 2929温度传感器短路故障温度传感器短路故障3030速度偏差过大故障速度偏差过大故障 变频器研发的亮点变频器研发的亮点- -严谨的测