变频器原理及应用

1、变频器原理及应用王宇鹏2012/7/19目录一、变频器的原理二、变频器的选型及应用三、施耐德变频器介绍开关或接触器开关或接触器 变频器变频器异步电动机异步电动机 转速可调转速可调050Hz可调可调一、变频器的原理o变频器是利用电力半导体器件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，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。 常用电力电子器件简介 o1)晶闸管(SCR) 没有自关断能力，逆变时需要另设换流电路，造成电路结构复杂，增加变频器成本。但由于元件容量大，在1000KVA以上的大容量变频器中得到广泛的应用。 o2)

2、门极可关断晶闸管(GTO） 可通过门极信号控制导通和关断。它是利用门极反向电流而获得自关断能力，属于全控器件，无需换流电路。已经逐步取代SCR。 o3)电力晶体管(GTR) 是一种高反压晶体管，具有自关断能力，并有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等优点。它被广泛用于交直流电机调速、中频电源等电力变流装置中。主要用作开关，工作于高电压大电流的场合，一般为模块化。 o4)功率场效应管(MOSFET) 根据门极电压的电场效应进行导通与关断的单极晶体管。具有自关断能力强、驱动功率小、工作速度高、无二次击穿现象、安全工作区宽等。用于小容量变频器中。 o5)绝缘栅双极晶体管(IGBT) 集GTR和P-

3、MOSFET的优点于一身，具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单、通态电压低、能承受高电压大电流等优点。目前中小容量变频器新产品中都采用它。适于高压的为HV-IGBT。 o6)智能功率模块（IPM） 是一种将功率开关器件及其驱动电路、保护电路等集成在同一封装内的集成模块。目前采用较多的是IGBT作为大功率开关器件的模块，器件模块内集成了电流传感器，可以检测过电流及短路电流。具有过电流保护、过载保护以及驱动电流电压不足时的保护功能。 o7)集成门极换流晶闸管(IGCT) 是一种中压、大功率半导体开关器件。它是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT集成于一体，集GTO和IGBT的优点于一身。 变频

4、器的结构整流部分储能环节逆变部分M控制系统交流直流直流交流o主要由主电路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路组成。o整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波o中间直流环节：中间直流储能环节，在它和电动机之间进行无功功率的交换。o逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电流近似正弦变频器的结构电力变换的种类 输输入入交流交流直流直流输输出出直直流流整流整流直流直流斩斩波波交交流流交流电交流电力力控控制制变变频、频、变变相相o控制电路：常由运算电路、检测电路、控制信号输入/输出电路和驱动电路组成。主要任务是

5、完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等，其控制方法可以采用模拟控制或数字控制。目前许多变频器已经采用微机来进行全数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，靠软件来完成各种功能。 变频器的结构o通过改变电源的频率来达到改变电源电压的通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。的电源电压，进而达到节能、调速的目的。o电机转速n公式S：转差率f1：交流电频率p：电机对数其中：通过改变交流电机的工作通过改变交流电机的工作频率来改变电机转速的一频率来改变电机转速的一种装置种装置

6、交流异步电机的机械特性公式交流异步电机的机械特性公式 n60f/p(1-s) n：电机转速 f：给电机供电的交流电频率 p：电机极对数 s：转差率 T：电机力矩N：速度n0负载1异步机机械特性负载2交流同步电机的机械特性公式交流同步电机的机械特性公式 n60f/p n：电机转速 f：给电机供电的交流电频率 p：电机极对数 n0负载1负载2T：电机力矩同步机机械特性变频器的分类o1.按调制方式分 o(1)PAM(脉幅调制) 在整流电路部分对输出电压幅值进行控制，而在逆变电路部分对输出频率进行控制的控制方式。 o(2)PWM(脉宽调制) 保持整流得到的直流电压大小不变的条件下，在改变输出频率的同时

7、，通过改变输出脉冲的宽度，来达到改变等效输出电压的一种方式。 (2)按工作原理分oV/F控制 对变频器的频率和电压同时进行调节 o转差频率控制 为V/F控制的改进方式 o矢量控制 将交流电机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流并分别加以控制的方式 o直接转矩控制 把转矩作为控制量，直接控制转矩，是继矢量控制变频调速技术之后的一种新型的交流变频调速技术。 (3)按用途分 o通用变频器 能与普通的笼式电动机配套使用，能适应各种不同性质的负载并具有多种可供选择功能 o高性能专用变频器 对控制要求较高的系统(电梯、风机水泵等)，大多采用矢量控制方式 o高频变频器 高速电动机配套使用 (4)按变换

8、环节分 o交-交变频器 把频率固定的交流电直接变换成频率和电压连续可调的交流电。无中间环节，效率高，但连续可调的频率范围窄。o交-直-交变频器 先把交流电变成直流电，再把交流电通过电力电子器件逆变成直流电。优势明显，目前广泛采用的方式 (5)按直流环节的储能方式分 o电流型 中间环节采用大电感作为储能环节，无功功率将由该电感来缓冲。再生电能直接回馈到电网。 o电压型 中间环节采用大电容作为储能环节，负载的无功功率将由它来缓冲。无功能量很难回馈到交流电网。 变频器选型选型原则o考虑变频器运行的经济性和安全性，变频器选型保留适当的余量是必要的。o要准确选型，必须要把握以下几个原则：o充分了解控制对

9、象性能要求。一般来讲如对启动转矩、调速精度、调速范围要求较高的场合则需考虑选用矢量变频器，否则选用通用变频器即可o了解负载特性，如是通用场合，则需确定变频器是G型还是P型o了解所用电机主要铭牌参数：额定电压、额定电流。o确定负载可能出现的最大电流，以此电流作为待选变频器的额定电流。如果该电流小于适配电机额定电流，则按适配电机选择对应变频器，考虑成本因素o以下情况要考虑容量放大一档：1、长期高温大负荷 2、异常或故障停机会出现灾难性后果的现场3、目标负载波动大 4、现场电网长期偏低而负载接近额定5、绕线电机、同步电机或多极电机（6极以上）o充分了解各变频器支持的选配件是正确选配的基础。对于变频器

10、的选配件选配，必须要把握以下几个原则：o以下情况要选用交流输入电抗器、直流电抗器n民用场合，如：宾馆中央空调、电机功率大于55KW以上n电网品质恶劣或容量偏小的场合n如不选用可能会造成干扰、三相电流偏差大，变频器频繁炸机o以下情况要选用交流输出电抗器n变频器到电机线路超过100米（一般原则）o以下情况一般要选用制动单元和制动电阻n提升负载n频繁快速加减速n大惯量（自由停车需要1min以上，恒速运行电流小于加速电流的设备）使用通用变频器的行业和设备使用通用变频器的行业和设备使用矢量变频器的行业和设备使用矢量变频器的行业和设备纺织绝大多数设备纺织有张力控制场合需使用冶金辅助风机水泵、辊道、高炉卷扬

11、冶金各种主轧线、飞剪石化用风机、泵、空压机-电梯门机、起重行走电梯、起重提升供水-油田用风机、水泵、抽油机、空压机-电厂风机水泵、传送带-市政锅炉、污水处理-部分拉丝机牵引拉丝机的收放卷凹版印刷水泥、陶瓷、玻璃生产线全线-传送带矿山风机泵矿山提升机卷烟制丝卷烟成型包装低速造纸及配套风机水泵、制浆高速造纸、切纸机、复卷机交流交流电机电机调速调速电机的调速方法电机的调速方法交流电机基本知识复习交流电机基本知识复习交流电机基本知识复习交流电机基本知识复习基本参数基本参数交流电机基本知识复习交流电机基本知识复习工作过程工作过程变频器的应用变频器的应用变频器的应用变频器的应用变频器的应用变频器的应用变频

12、器的应用变频器的应用变频器的应用变频器的应用三、施耐德变频器介绍施耐德电气变频器概览 TextTerminalATV61/71 标准转矩标准转矩/高过转矩应用变频器高过转矩应用变频器ATV61:0.37kW800kW,ATV71:0.37kW630kW ATV12(0.184kW) 变频器变频器小功率简单应用大功率复杂应用ATV61Plus/71Plus 柜式变频器柜式变频器ATV61Plus:90kW2400kW,ATV71Plus:90kW2000kWATV21 风机水泵专用风机水泵专用(0.75kW75kW)20008005002.2 ATV303(0.37kW11kW)单位：kW240

13、012006307.51575 ATV312 (0.18kW15kW)8400ATV1100 中压变频器中压变频器3.3kV/6.6kV/10kV,39010500kVAATV32高端书本型变频器高端书本型变频器(0.18kW15kW)ATV303-目标行业纺织行业：纺织行业：织机（大圆机、喷水织机），印染设备（退煮漂），棉纺设备（络筒机等）陶瓷机械：陶瓷机械：布料机，窑炉，印花机等机机 床：床：数控车床，磨床等木工机械：木工机械：砂光机，涂布机等物料处理：物料处理：称重设备，传输带等通用应用：通用应用：传输设备，配套用风机水泵，低精度速度控制等o节省空间节省空间n更小的尺寸，0.37kW/0

14、.75kW 单独尺寸设计n支持并排安装并排安装，55度不降容o节省时间节省时间n节省安装时间节省安装时间o动力端子清晰标注o动力和控制端子的接线说明，方便检查，避免差错 n节省调试时间节省调试时间o即插即用即插即用软件设计，短菜单设计o简易下载器一键搞定一键搞定配置，多功能下载器支持断电配置参数o节省服务成本节省服务成本n产品更稳定n元器件10年年长寿命设计, 多项创新设计创新设计专为中国恶劣应用环境冷却风冷却风节省.不仅仅是省钞票不仅仅是省钞票o挑战负载的适应能力挑战负载的适应能力n电机控制根据中国电机参数中国电机参数而设计n更强的起动起动和制动制动能力，更稳定的输出o挑战恶劣环境极限挑战恶

15、劣环境极限n电路板加强涂层加强涂层处理,告别粉尘、油污等污染烦恼n55度度工作温度额定运行,无需降容无需降容o挑战恶劣电网适应能力挑战恶劣电网适应能力n超强的抗电网波的波动能力，50%电压跌落运行n抗雷击设计强大.让我们更放心让我们更放心友好.即插即用的典范即插即用的典范o更方便的操作更方便的操作n中文按键中文按键操作n 数字参数数字参数显示，更方便直观o更方便维护更方便维护n冷却风扇方便更换n散热器故障报警指示，及时维护清理o更易融入自动化系统更易融入自动化系统 n内置内置Modbus通讯协议nM218将更方便与ATV303通讯M218STO/STUATV303Modbus 通讯控制通讯控制

16、产品介绍主要特点主要特点客户需求客户需求产品特点产品特点减小安装尺寸减小安装尺寸- 紧凑设计紧凑设计 - 并排安装并排安装恶劣工作环境下可靠性恶劣工作环境下可靠性- PCB全部加强涂层处理全部加强涂层处理- 冷却风不经过冷却风不经过PCB- 风扇或散热器异常报警（下一步）风扇或散热器异常报警（下一步）夏季高温下稳定运行夏季高温下稳定运行 - 55 度不降容，超过施耐德已有产品度不降容，超过施耐德已有产品- 开关频率管理开关频率管理电网质量差下工作稳定电网质量差下工作稳定- 抗电网电压波动抗电网电压波动- 避免雷击避免雷击方便调试方便调试- 多功能下载器断电下载多功能下载器断电下载- 简易下载器

17、方便灵活简易下载器方便灵活- 外拉面板外拉面板- 参数数字代码显示参数数字代码显示- 短菜单标签，参数列表随机带短菜单标签，参数列表随机带 方便安装避免误操作方便安装避免误操作- 端子标签明显端子标签明显 - 接线标签接线标签 输出电机性能稳定输出电机性能稳定 - 更优异的电机控制，超过更优异的电机控制，超过ATV302- 高的起动转矩和制动转矩高的起动转矩和制动转矩节省节省全方面的成本节省强大强大让我们更放心 友好友好 即插即用的典范ATV303 对 ATV302的升级ATV302ATV303控制模式oV/F控制o矢量控制o风机/泵模式(Kn2)o标准控制（优化的V/F控制）o矢量控制o风机

18、/泵模式(Kn2)调试o电机铭牌o无需电机铭牌、即插即用o短菜单参数显示字母缩写数字试功率范围0.37kW 7.5kW0.37kW 11kW工作温度-1050(降容可至60 ）-1055(降容可至60 ）EMC无无远程面板无有，与ATV12通用断电调试无多功能下载器实现通讯无内置Modbus模拟输入21模拟输出11逻辑输入641逻辑输出2R1R+1LO输出频率400Hz400HzATV312, 关注 客户界面清晰的显示清晰的显示按钮按钮Button in notched wheel format: - 方便配置方便配置 - 快速浏览快速浏览- 电位器功能电位器功能非常清晰的客户非常清晰的客户

19、标记标记 (客客户区域户区域)控制控制, 显示和标记在前面板显示和标记在前面板上上 起动起动/停止停止 按钮按钮更 友好友好ATV312, 具备卓越的交互界面具备卓越的交互界面 简单集成面板简单集成面板n起动，停止按钮 导航键:o快速浏览o速度给定导航面板导航面板nIP54 or IP67远程面板n图形化显示，客户定制菜单，多国语言显示； SoMove 软件软件,nUSB RJ45 电缆直接连接；n通用的平台； Power Mobile n蓝牙无线通讯；n开放的手机通讯；. 迅速占领市场迅速占领市场的最佳武器的最佳武器 ! ATV 32 . 我们我们书本型设计书本型设计 !内置的高性能内置的高

20、性能极具竞争力极具竞争力的价格的价格高端机器高端机器简单机简单机器器复杂机器复杂机器价格价格ATV 12 ATV 312性能性能ATV 71ATV32o制造行业的提升设备 :n仓储和检索系统, 物料处理设备, 码垛机, o木材 & 金属加工 n2D 机器, 切割, 钻孔, 焊接o食品 & 饮料n包装流水线, 制袋, 切片, o纺机n高速剑杆织布机 , 绣花机, 裁剪, o简单包装n密封, 运输, o需要简单控制系统的机械: n翻转广告牌, 自动门, 等.制袋制袋输送输送包装包装生产生产ATV 32: 目标 行业 开环恒转矩控制，内置的150 多种功能轻松满足您的应用需求成本节约成本节约 节省空

21、间和时间 安全安全 内置安全功能 方案导向方案导向 ATV Logic, 易于自动化系统集成智能易用智能易用 一流的性能, 人机界面 & 工具ATV 32 新的新的价值价值o节省空间节省空间n书本型 仅 45 或 60 mm 宽n安装6台普通变频的空间可容纳10台以上ATV32nGV2 断路器顶部直接安装o节省时间节省时间n维修和接线方便o可拆卸端子 (功率和控制部分)o通讯的菊花链连接n包装内掉电参数配置o节省外部设备节省外部设备n系列之间的连贯&补充n通用工具TV32 如何帮助您从各个方面节约成本如何帮助您从各个方面节约成本 !ATV21oATV21 是一种全系列的变频器，功率范围从 0.

22、75 至 75kWo针对暖通空调行业及标准OEM制造商o广泛应用于HVAC行业和其它风机泵的驱动 o其主要目标是下列应用 :n空气调节n通风n空气处理n循环水泵n风机和泵noATV21 是一个简单的产品，集成了专用于HVAC 应用的功能o随产品有一个前操作盘和一个4位7段码显示器o在通信方面，提供用于建筑市场的大量可选协议， 并标准内置Modbus协议。o设计使用于全球市场o符合主要的标准和国际指导规范，包括EMC和环境保护。ATV21在HVAC行业的应用AHU（空气处理单元（空气处理单元)功率范围1.5to75kWATV21 VAV（变风量空气调节系统的末端）（变风量空气调节系统的末端）功率

23、范围0.2to3.7kWChiller, （冷冻水泵）（冷冻水泵）功率范围0.37to160kWATV61Condenser, （冷却水泵）（冷却水泵）功率范围0.37to160kW ATV61热泵热泵功率等级1.5to30kW楼宇楼宇ATV21屋顶式空调机组屋顶式空调机组功率范围3.7to110kWATV21ATV61ATV21o专门用于泵和通风应用的功能 nPID调节器- 预置PID给定- PID反馈- PID反馈监控- 休眠/唤醒- 报警- 自动/手动n专用于风机、泵类负载的电机控制模式- 能量节省鼻- 平方关系（Kn）n跟踪旋转负载n跳跃频率n故障禁止ATV61oATV61 是一种 完

24、整的变频器系列；o设计用于工业和建筑场合；o驱动恒转矩轻载或变转矩负载；o目标应用对象:n泵 压力或流量调节 n供水 多泵控制n通风鼓风，引风，空气处理，排烟 n空调冷冻泵，冷却泵, 冷却塔风机o集成了 大量的专用功能， 以及不同的电机控制类型；o随变频器供货有一个标准的图形终端；o是一个通讯产品，提供多种协议的选项，并标准集成 Modbus and CAN open；o为了响应复杂应用的要求，可使用选项卡扩展输入输出；o本产品开发用于全球市场，符合主要的标准和国际规范；o以及EMC, 安全，环境保护等方面的要求.ATV61 覆盖电机功率范围 三相三相 380 - 480 380 - 480V V, 0.75 , 0.75 kW kW 到到 630 630 kWkW三相三相500 - 690V500 - 690V， 3.0kW3.0kW到到 800kW800kW 三相三相 200 - 240 200 - 240V V, , 0.75 kW 0.75 kW 到到 90 90 kWkW (单相电源直到 5.5