变频器培训资料

1、word 文档可编辑 变频器 目录 1. 变频器工作原理 2. 变频器分类 3. 变频器额定数据 4. 变频器控制方式 5. 电机的负载类型 6. 拖动系统的传动机构 7. 变频器干扰 8. ATV61、 ATV71 变频器 9. 变频器的常见故障和方式 10. 变频器注意事项word 文档可编辑 1变频器的工作原理 变频器是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电 机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电 变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直 流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器

2、来说， 有时还需要一个进行转矩计算的 CPU以及一些相应的电路。变频器内部分控制 电路框图见1-1 图 1-1 变频器内的控制电路框图 a） 接受各种信号 b） 进行基本运算 c） 输出计算结果 d） 实现各项控制功能 e）实施各项保护功能 电压 乐样 骊动电路 50. 00 口口口 口口口 控制电整 o farIDrtp o np Cn6 p 示 显 逆 变 word 文档可编辑 我们知道，交流电动机的同步转速表达式位： n= 60 f(1 s)/p (1) 式中 n 异步电动机的转速； f 异步电动机的频率； s 电动机转差率； p 电动机极对数。 由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只

3、要改变频率f即可改变电动机的转 速，当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频 器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性 能的调速手段。 1475r/min 4 极 965r/min 6 极 2. 变频器的分类 变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频 器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为 PAM 控制变频器、 PWM 控 制变频器和高载频 PWM 控制变频器； 按照工作原理分类， 可以分为 V/f 控制变 频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通 用变频器、高性能专用变频器、高频

4、变频器、单相变频器和三相变频器等。 3. 变频器额定数据 3.1 输入侧数据 1 ) 额定电压 380V， 220V 2) 额定频率 50Hz， 60HZ word 文档可编辑 3.2 输出侧数据 1) 额定输出电压 380V 2) 额定输出电流 是选择变频器的主要依据 .为什么？ 3) 额定输出容量 4) 输出频率范围 01000HZ （施耐德、丹佛斯 ） 4.1 变频器控制方式 低压通用变频输出电压为380650V，输出功率为0.75400kW，工作频率 为0400Hz,它的主电路都米用交一直一交电路。其控制方式经历了以下四代。 4.1 U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM ）控制方式 其特

5、点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足 一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控 制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著， 使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能 力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变 化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死 区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调 速。 4.2电压空间矢量（SVPWM ）控制方式 它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场

6、轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。 经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反 馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提 高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以 系统性能没有得到根本改善。 4.3矢量控制（VC）方式 word 文档可编辑 矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流 Ia、Ib 、 lc、通过三相二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流 lallbl，再通过 按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流 Im1、 It1（Im1

7、 相当于直流电动机的励磁电流； lt1 相当于与转矩成正比的电枢电流） ，然后模仿 直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换， 实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对 速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而 获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法 的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测， 系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量 旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。 4.4直接转矩控制（DTC）方式 1

8、985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技 术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、 简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成 功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。 直接转矩控制直接在定子坐标 系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流 电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不 需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。 4.5 矩阵式交 交控制方式 VVVF 变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交 直交变频中的 一

9、种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电 容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交 一 交变频应运而生。由于矩阵式交 一交变频省去了中间直流环节，从而省去了体 积大、价格word 文档可编辑 贵的电解电容。它能实现功率因数为 I，输入电流为正弦且能四象限 运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深 入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制 量来实现的。具体方法是： - 控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式； 自动识别（ID）依靠精确的电机数学模型，对电机参数自动识别； 算出

10、实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、 定子磁链、转子速度进行实时控制； 实现Ba nd Band控制按磁链和转矩的 Ba nd Band控制产生PWM信号， 对逆变器开关状态进行控制。 矩阵式交一交变频具有快速的转矩响应（2ms）,很高的速度精度（i2%,无 PG反馈），高转矩精度（+ 3%）; 4. 6变频器的几种控制方式的比较 比较项目 V/F控制方式 无反馈矢量控制 有反馈矢量控制 调速范围 1:10120 1:201:80 1:100 最低运行频率/HZ 3 1（部分为5HZ） 1: 100以上 最高运行频率/HZ 80 100 100 最小加减时间/S 0.2

11、 0.1 数十ms 转矩控制 不能 部分不能 可能 额定负载时的转速 变化率（%） 35 0.51 0.050.5 word 文档可编辑 注：上述指标因变频器的类别和电动机的特性而议，故表中数据仅供参考 5.1恒转矩负载 图5- 1恒转矩负载示例 T L =Fr F磨擦力，r滚轮半径，都和n L无关。 P L=T L n L / 9 5 5 0 n L 特点： T L =const P L = K Pn Lword 文档可编辑 5.2恒功率负载 图 5-2 恒功率负载示例 T L =Fr F薄膜张力，要求恒定；v薄膜线速度，也要求恒定。 r 卷取半径。 随着越卷越大： (1)VF恒定，二T L

12、增大；(2)Tv恒定，二n L必减小 特点： P L =const T L = K T (P L / n L) =K T (1 /n L)word 文档可编辑 P L = T L n L/ 9 5 5 0 =K T n L2 n L/ 9 5 5 0 =K P-n L35.3二次方律负载 特点： T L = K T n L2 word 文档可编辑 5.4混合特性负载 图5-4混合特性负载 (a)车的机械特性 (b)龙门刨床的机械特性 混合型机械特性主要见于各类金属切削机床中。特点： (1) 低速段：阻转矩由切削力构成，具有恒转矩特性； (2) 高速段：受床身机械强度的限制，只能恒功率调速 6.

13、 拖动系统的传动机构 传动机构的种类很多，比较常见的有联轴器、皮带、齿轮、减速箱、螺杆 见图6-1 L oMMM(p p M L Xn n L M XT T L M (a) (b) P M = T M n M / 9 5 5 0;P L = T L n L / 9 5 5 0 图6-1常见的传动机构 经传动机构减速后，负债侧的转速下降、转矩增大 入-传动比 7.变频器干扰 经变频器驱动后，电动机的电流波形 n M -电机转速 P L -负载功率 T L -负载转矩 n L -负载转速 其中P M 电机功率 T M -电机转矩 图7 1电动机侧的波形 (a)电压波形汗) word 文档可编辑 削

14、弱方法：(1)电源隔离； (2)信号隔离 7.2感应耦合方式7.1电路耦合方式 (1)通过电源网络传播; (2)通过漏电流传播 图7-2电路传播与隔离 word 文档可编辑 削弱方法： 合理布线 （1）远离（2）相绞（3）屏蔽 （4）不平行 图7-4绞线与屏蔽图7-3电磁感应与静电感应 word 文档可编辑 削弱方法：（1）准确接地； （2）接入滤波器 图7-6滤波器抗干扰7.3 空中幅射方式 R S T (a) (b) (c) word 文档可编辑 8. ATV61、ATV71 变频器 ATV61 般都在风机水泵，ATV71 一般在提升设备、电梯、纺织、包装设备 等。 8.1变频器远程图形显

15、示终端 变频器远程图形显示终端见图8-1 2他佻逊 Fl. F2, F3, F4, 3 STOP/F1ESET 小 fH -转到卜一柠城閘 7 -侖人戒苛小皓證钠-如杲 it 汕弊羯悝翻功能楠激活 图8-3远程图形终端 a、ATV71或61变频器远程图形显示终端 1）图形显示终端：8行，240 x160象素，显示的字符较大，可从5米远 的地方看到，支持条状图显示；初时葩/逆时乍 I W4： 6 HI |便电札屍冷匸向的按 M S 沖址腰柳： 牺（旳： -IW 存十酋陵 -邊人陋粧弟甲戍爭菴 word 文档可编辑 2) 可定义的功能键F1、F2、F3、F4:对话功能-直接访问、帮助屏幕 、导航，

16、应用功能-本机远程”预置速度； 3) STOP/RESET键：本机控制电机停机/故障复位； 4) RUN ”键：本机控制电机运行； 5) 导航按钮：按下-保存当前值(ENT)，旋转土-增加或减小当前值 ，转到下一行或上一行； 6) FWD/REV ”键：是电机的旋转方向反向； 7) ESC”放弃当前操作，返回先前的选择。 8.2 ATV61、ATV71的控制端子布置 紺h ATV71恨康时帯仃PW与+24端fZlirl的连氐00000 000000 SI AM冷 EJi I- fhnin： LI 0000000000 RJ45 ，RJ45连探晋 s 匸 +匸 -10 fc+lOV-(MXS全电

17、用24V) 圧应Hffih 2 ms 05用Si 11他仔瞬事*1商号餐 6O*C(14(FF)时轉貼 H犬備的縫曲iC.15% COM 窗矣樓捌誓人f皐出m AI2 决社检皿也压輪人 -ftlUSfiAO 电用留町.HlR30kfl 或 砂人nmA.)(与Y可号过编祀进生，玻必乜憎为。于20臥 昭抚250 B 反副 Sh 2 ms (Jams 11仍询札 昶= 6( (rC(i4F)时將世沟仇，JUPi的陀件此10J5% 楔抵电说儈人 COM 处并畝乱输人/辙tn旳) 0V AO1 iwm儿叽丄山苗岚讥、 业讹卷H 威 暮相电逐皆入 槌掘#出0至川丫二盘出负義阻就47011 或 ftfflU

18、lX-YmA.XSY可坤过编粘省匕 aSffifflOt20mA lORJrHf 更应时时：2 ns 05 ms ，胡三60(140普)时精吃勺士 1%.迪丸恒的堆性惟：0 word 文档可编辑 P24 fflf 电曲输人 +24V-( (a小 19 /. *t30V| 功半30W 0V 0V LI1 L12 LI3 LM LI5 424V-(A30V) -Rlk 3.5 kSl 仗应时间壬2ms 0.5 rns SW1开关 tt0 KS1 Source (iHl rill 11 寸二 Ini Sinki ExtShK 1flV- C.匕 l - LI6 I1SW2开芷的坟腔决足 *聊題跚人

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