变频器基础知识培训课件

康沃变频器的简单介绍报告人:李奋祥2005年12月28日康沃变频器的简单介绍报告人:李奋祥2005年12月28日目录第一章通用变频器发展史

第一节通用变频器发展历史及特点第二节新型变频器发展趋势第二章通用变频器结构与原理第一节通用变频器的类别结构第二节通用变频器的工作原理

第三节康沃变频器简介第四节国内外其他变频器简介2目录第一章通用变频器发展史2第一章通用变频器发展史

第一节通用变频器发展历史及特点随着微机技术、电力电子技术和调速控制理论的不断发展，变频器作为一种智能调速“电源”也在不断地更新。从变频器问世以来，通用变频器主要经历以下几个发展阶段：80年代初期的模拟式、80年代中期的数字式、90年代初期的智能式、90年代中期的多功能型及现在的集中型通用变频器。通用变频器发展主要有以下特点：

１、功率器件不断更新换代双极晶体管BJT、绝缘栅双极晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、巨型晶体管GTO

2、应用范围不断扩大

在纺织、印染、塑胶、石油、化工、冶金、造纸、食品、装卸搬运等行业都有着广泛应用3.控制理论不断成熟3第一章通用变频器发展史

第一节通用变频器发展历史

第二节新型通用变频器发展趋势1、低电磁噪音、静音化

新型通用变频器采用高频载波方式的正弦波SPWM调制实现静音化2、专用化

新型通用变频器为更好地发挥变频调速控制技术的独特功能，并尽可能满足现场控制的需要，派生了许多专用机型如风机水泵空调专用型、起重机专用型、恒压供水专用型、

交流电梯专用型、纺织机械专用型、机械主轴传动专用型、电源再生专用型、中频驱动专用型、机车牵引专用型等。3、系统化

通用变频器除了发展单机的数字化、智能化、多功能化外，还向集成化、系统化方向发展。第一章通用变频器发展史4

第二节新型通用变频器发展趋势第一章通用变频器第一章通用变频器发展史4、网络化新型通用变频器可提供多种兼容的通信接口，支持多种不同的通信协议，内装RS485接口，可由个人计算机向通用变频器输入运行命令和设定功能码数据等，通过选件可与现场总线：Profibus-DP、Interbus-S、DeviceNet、ModbusPlus、CC-Link、LONWORKS、Ethernet、CANOpen、T-LINK等通讯5、操作傻瓜化新型通用变频器机内固化的“调试指南”会引导你一步一步地填入调试表格，无需记住任何参数，充分体现了易操作性。6、内置式应用软件

新型通用变频器可以内置多种应用软件，有的品牌可提供多达130余种的应用软件，以满足现场过程控制的需要，如PID控制软件、张力控制软件、速度级链、速度跟随、电流平衡、变频器功能设置软件、通讯软件等5第一章通用变频器发展史4、网络化5第一章通用变频器发展史7、参数自调整

用户只要设定数据组编码，而不必逐项设置，通用变频器会将运行参数自动调整到最佳状态（矢量型变频器可对电机参数进行自整定）。8、功能设置软件化

通用变频器的功能可以在WINDOWS95/98环境下设置并下装，并可以进行数据通讯。6第一章通用变频器发展史7、参数自调整6第二章通用变频器结构与原理第一节、通用变频器的类型从结构上可分为：1、交—交变频器2、交—直—交变频器从变频电源的性质分（见图3）

1、电流源型：中间直流滤波环节采用大电感滤波，电源内阻抗为零的恒压源，输出电流波形为矩形波。2、电压源型：中间直流滤波环节采用大电容滤波，电源内阻抗为无穷大的恒流源，输出电压波形为矩形波。

两者性能差别：无功能量的缓冲回馈制动调速时的动态响应适用范围7第二章通用变频器结构与原理第一节、通用变频器的类型7第二章通用变频器结构与原理

不可控整流器PWM逆变器UVWCF（A）电压源型不可控整流器PWM逆变器RSTUVW（B）电流源型图2-1：电压源型和电流型交-直-交型变频器LFIB8第二章通用变频器结构与原理

UVWCF（A）电压源图2-2、通用变频器主回路图VD1VD3VD5VD4VD6VD2RSTRBVBC1C2V1V3V5V4V6V2D1D3D5D4D6D2RSPNKSRC1、2IB整流电路滤波电路制动电路逆变电路9图2-2、通用变频器主回路图VD1VD3VD5VD4VD6V第二章通用变频器结构与原理（一）、变频器的主回路电压型变频器主电路包括：整流电路、中间直流电路、逆变电路三部分组，交-直-交型变频器结构见图21、整流电路：

VD1~VD6组成三相不可控整流桥，220V系列采用单相全波整流桥电路；380V系列采用桥式全波整流电路。若电源线电压为UL，三相全桥整流后平均直流电压UD=1.35UL，直流母线电压为535V2、中间滤波电路：整流后的电压为脉动电压，必须加以滤波；滤波电容CF除滤波作用外，还在整流与逆变之间起去耦作用、消除干扰给电机感性负载提供必要的无功功率，由于该大电容储存能量，在断电的短时间内电容两端存在高压电，因而要在电容充分放电后才可进行操作。3、限流电路：由于储能电容较大，接入电源时电容两端电压为零，因而在上电瞬间滤波电容CF的充电电流很大，过大的电流会损坏整流桥二极管，为保护整流桥上电瞬间将充电电阻RL串入直流母线中以限制充电电流，当CF充电到一定程度时由开关SL将RL短路。10第二章通用变频器结构与原理（一）、变频器的主回路10第二章通用变频器结构与原理4、逆变电路：逆变管V1~V6组成逆变桥将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电，是变频器的核心部分。常用逆变模块有：GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等，一般都采用模块化结构有2单元、4单元、6单元5、续流二极管D1~D6：其主要作用为：（1）电机绕组为感性具有无功分量，VD1~VD7为无功电流返回到直流电源提供通道（2）当电机处于制动状态时，再生电流通过VD1~VD7返回直流电路。（3）V1~V6进行逆变过程是同一桥臂两个逆变管不停地交替导通和截止，在换相过程中也需要D1~D6提供通路。11第二章通用变频器结构与原理4、逆变电路：逆变管V1第二章通用变频器结构与原理6、制动电阻RB和制动单元VB电机在工作频率下降中，异步电机的转子转速将可能超过此时的同步转速（n=60f/P）而处于再生制动（发电）状态，拖动系统的动能将反馈到直流电路中使直流母线（滤波电容两端）电压UD不断上升（即所说的泵升电压），这样变频器将会产生过压保护，甚至可能损坏变频器，因而需将反馈能量消耗掉，制动电阻就是用来消耗这部分能量的。制动单元由开关管与驱动电路构成，其功能是用来控制流经RB的放电电流IB

12第二章通用变频器结构与原理6、制动电阻RB和制动单元第二章通用变频器结构与原理

（二）变频器的控制回路

变频器控制部分一般有：CPU单元、显示单元、电流检测电压检测单元、输入输出控制端子、驱动放大电路、开关电源等（见图2）。1、CPU单元：

采用16位单片机或DSP，变频器专用单片机如：INTEL87C196MH，速度为几十ns级。矢量控制型采用双CPU。2、开关电源单元：变频器控制电源为开关电源：有±24V，±15V，+5V等输出，其输入在主电路直流母线侧取得。3、电流检测单元：采用HALL元件检测变频器输出侧电流。对于加速、减速、运行中过流、变频过载及电机过载的检测是：由CPU通过检测输入的脉冲频谱来区分的。

4、显示单元：其功能为人机界面、参数设定、状态/故障显示、远距离操作等５、控制端子：模拟输入、输出端子；开关量输入输出端子；故障输出端子；

6、驱动电路：ＣＰＵ产生的PWM波经专用驱动芯片、驱动放大电路后给IGBT。13第二章通用变频器结构与原理（二）变频器的控制回路1第二章通用变频器结构与原理第二节变频器工作原理通用变频器的基本控制方式（V/F控制）

由n=60f/P（1-S）（P为极对数）可知通过改变频率f可改变电机速度，由三相异步电机定子相电动势有效值：E=4.44kfnØ，知：当f大于电机额定频率fN时，气隙磁通Ø将会小于额定磁通量ØN，结果使电机的铁心没有得到充分利用而造成浪费；当f小于电机额定频率fN时，气隙磁通Ø将会大于额定磁通量ØN，电机铁心饱和，导致过大的励磁电流严重时会因绕组过热而损坏电机，因而要实现变频调速，最好在变频时保持每极磁通量Ø不变。

基频以下（恒转矩调速）：当频率较低时认为定子相电压U≈E，要使Ø不变则：U/f=常数即可。低频时U和E都较小，定子绕组阻抗不能再忽略，这时可将电压U抬高一些以补偿定子电压，基频以下控制属于“恒转矩调速”。基频以上控制（恒功率调速）：基频以上调速时电压U不能超过额定压Un，最多只能保持在额定电压Un。频率上升电压不变将使磁动势减弱、转矩减小，但由于同步转速上升可认为输出功率基本不变。故基频以上变频调速属于“弱磁恒功率调速”14第二章通用变频器结构与原理第二节变频器工作第二章通用变频器结构与原理第三节、康沃变频器件节康沃变频器简介（一）康沃变频器产品种类目前主要有以下大系列产品：G1/G2通用型变频器P1/P2风机水泵专用型变频器S1高性能系列单相变频器ZS注塑机专用型变频器ZC注塑机一体化节能控制器Smp简易型单相小功率变频器15第二章通用变频器结构与原理第三节、康沃变频器件节15第二章通用变频器结构与原理G2/P2系列ZS系列ZC系列G1/P1系列S1系列16第二章通用变频器结构与原理G2/P2系列ZS系列ZC第二章通用变频器结构与原理二）康沃变频器的特点1、调制方式和载波频率

康沃公司的G1/P1系列变频器产品具备了随机调制、异步调制、分段同步调制三种调制方式，用户可以根据实际需要进行选择。随机调制是一种崭新的调制方式，，采用这种调制方式，变频器对外部的射频干扰将大幅度减弱，因而产品的EMC各项指标得到大幅提升。

除G2系列产品外，大部分产品的载波频率可高达12.5KHz，并且可以长期在12.5KHz的载波频率下满载运行，高载波频率配合独特的随机调制技术使电源输出波形接近完美，进一步提高低频转矩。另一独特之处调制方式和载波频率可以在线调整，在运行中也不例外，可以在不停机的情况下比较不同的调制方式和不同的载波频率所带来的运行效果，从而选择最优的参数设置。2、优良的死区补偿技术

高的载波频率如果没有高超的死区补偿技术，变频器运行的稳定性将降低。康沃公司采用自行开发的专有技术进行死区时间补偿，可得到近乎完美的正弦电流波形，因此不会因载波频率过高而可能给系统带来的不稳定因素，同时采用死区补偿。

17第二章通用变频器结构与原理二）康沃变频器的特点1、调第二章通用变频器结构与原理3、快速的自动限流功能

康沃变频器内部有两套自动限流算法同时运行。在正常使用情况下，能够承受200%的冲击性负载而不保护跳闸，因此能够保证在任何性质的负载条件下长期稳定运行。

4、自动节能运行

独立研制的自动节能解藕算法，可以根据自动侦测的电动机的当前负载状况，实时微调变频器的输出电压和频率，使电动机工作在最高效率的励磁状态，而不是限定在额定励磁下工作，使用这一功能，可进一步节能10%左右，在负载频繁变化的系统中其节能效果更为明显。

5、内置PID控制功能

灵活多变的内置PID控制功能（控制器结构可由用户任意选择），完全可以替代传统变频器所需的外加PID控制器，从而简化用户系统

6、可编程多段速运行

内藏简易PLC功能，7种可编程的运行频率、其中S1、G2/P2系列可达16段速，运行方向和运行时间分别可任意设定，也可用外部端子选择，3种循环运行模式可选，其中摆频运行功能在适合纺织设备控制要求。

18第二章通用变频器结构与原理3、快速的自动限流功能

第二章通用变频器结构与原理7、RS485通讯

内含RS485通讯接口，可进行最多31台变频器的连网，方便构成远端集成控制网络。也可以设置其中一台变频器为主机，实现多台变频器的连动控制，其设定频率与控制指令与主机完全同步。8、G2/P2系列内置定时器与计数器可方便客户在不同应用场合实现不同的控制功能9、转速跟踪功能：当交流电动机在停车过程中由于电动机的剩磁，即使电机定子没有电压，但电动此时工作于发电机状态。若不知道电机的实际转速，起动则一这发生过流保护。19第二章通用变频器结构与原理7、RS485通讯

内第二章通用变频器结构与原理第四节国内外主要品牌变频器：富士、三肯、三菱、东芝、日立、春日、松下、欧姆龙、安川、时代、明电舍、西门子、ABB、丹佛斯、施耐德、三星、LG、伦茨、CT、台达、三基、爱德利、东元、利佳华为、康沃、普传、安邦信、阿尔法、科姆龙、日业、英威腾、正弦、珊星、星河、成都希望森兰、佳灵、烟台惠丰、利德华福、山东风光电子、海利普、神源、格力特、正频、富凌20第二章通用变频器结构与原理第四节国内外主要

谢谢大家21谢谢大家21演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！康沃变频器的简单介绍报告人:李奋祥2005年12月28日康沃变频器的简单介绍报告人:李奋祥2005年12月28日目录第一章通用变频器发展史

第一节通用变频器发展历史及特点第二节新型变频器发展趋势第二章通用变频器结构与原理第一节通用变频器的类别结构第二节通用变频器的工作原理

第三节康沃变频器简介第四节国内外其他变频器简介24目录第一章通用变频器发展史2第一章通用变频器发展史

第一节通用变频器发展历史及特点随着微机技术、电力电子技术和调速控制理论的不断发展，变频器作为一种智能调速“电源”也在不断地更新。从变频器问世以来，通用变频器主要经历以下几个发展阶段：80年代初期的模拟式、80年代中期的数字式、90年代初期的智能式、90年代中期的多功能型及现在的集中型通用变频器。通用变频器发展主要有以下特点：

１、功率器件不断更新换代双极晶体管BJT、绝缘栅双极晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、巨型晶体管GTO

2、应用范围不断扩大

在纺织、印染、塑胶、石油、化工、冶金、造纸、食品、装卸搬运等行业都有着广泛应用3.控制理论不断成熟25第一章通用变频器发展史

第一节通用变频器发展历史

第二节新型通用变频器发展趋势1、低电磁噪音、静音化

新型通用变频器采用高频载波方式的正弦波SPWM调制实现静音化2、专用化

新型通用变频器为更好地发挥变频调速控制技术的独特功能，并尽可能满足现场控制的需要，派生了许多专用机型如风机水泵空调专用型、起重机专用型、恒压供水专用型、

交流电梯专用型、纺织机械专用型、机械主轴传动专用型、电源再生专用型、中频驱动专用型、机车牵引专用型等。3、系统化

通用变频器除了发展单机的数字化、智能化、多功能化外，还向集成化、系统化方向发展。第一章通用变频器发展史26

第二节新型通用变频器发展趋势第一章通用变频器第一章通用变频器发展史4、网络化新型通用变频器可提供多种兼容的通信接口，支持多种不同的通信协议，内装RS485接口，可由个人计算机向通用变频器输入运行命令和设定功能码数据等，通过选件可与现场总线：Profibus-DP、Interbus-S、DeviceNet、ModbusPlus、CC-Link、LONWORKS、Ethernet、CANOpen、T-LINK等通讯5、操作傻瓜化新型通用变频器机内固化的“调试指南”会引导你一步一步地填入调试表格，无需记住任何参数，充分体现了易操作性。6、内置式应用软件

新型通用变频器可以内置多种应用软件，有的品牌可提供多达130余种的应用软件，以满足现场过程控制的需要，如PID控制软件、张力控制软件、速度级链、速度跟随、电流平衡、变频器功能设置软件、通讯软件等27第一章通用变频器发展史4、网络化5第一章通用变频器发展史7、参数自调整

用户只要设定数据组编码，而不必逐项设置，通用变频器会将运行参数自动调整到最佳状态（矢量型变频器可对电机参数进行自整定）。8、功能设置软件化

通用变频器的功能可以在WINDOWS95/98环境下设置并下装，并可以进行数据通讯。28第一章通用变频器发展史7、参数自调整6第二章通用变频器结构与原理第一节、通用变频器的类型从结构上可分为：1、交—交变频器2、交—直—交变频器从变频电源的性质分（见图3）

1、电流源型：中间直流滤波环节采用大电感滤波，电源内阻抗为零的恒压源，输出电流波形为矩形波。2、电压源型：中间直流滤波环节采用大电容滤波，电源内阻抗为无穷大的恒流源，输出电压波形为矩形波。

两者性能差别：无功能量的缓冲回馈制动调速时的动态响应适用范围29第二章通用变频器结构与原理第一节、通用变频器的类型7第二章通用变频器结构与原理

不可控整流器PWM逆变器UVWCF（A）电压源型不可控整流器PWM逆变器RSTUVW（B）电流源型图2-1：电压源型和电流型交-直-交型变频器LFIB30第二章通用变频器结构与原理

UVWCF（A）电压源图2-2、通用变频器主回路图VD1VD3VD5VD4VD6VD2RSTRBVBC1C2V1V3V5V4V6V2D1D3D5D4D6D2RSPNKSRC1、2IB整流电路滤波电路制动电路逆变电路31图2-2、通用变频器主回路图VD1VD3VD5VD4VD6V第二章通用变频器结构与原理（一）、变频器的主回路电压型变频器主电路包括：整流电路、中间直流电路、逆变电路三部分组，交-直-交型变频器结构见图21、整流电路：

VD1~VD6组成三相不可控整流桥，220V系列采用单相全波整流桥电路；380V系列采用桥式全波整流电路。若电源线电压为UL，三相全桥整流后平均直流电压UD=1.35UL，直流母线电压为535V2、中间滤波电路：整流后的电压为脉动电压，必须加以滤波；滤波电容CF除滤波作用外，还在整流与逆变之间起去耦作用、消除干扰给电机感性负载提供必要的无功功率，由于该大电容储存能量，在断电的短时间内电容两端存在高压电，因而要在电容充分放电后才可进行操作。3、限流电路：由于储能电容较大，接入电源时电容两端电压为零，因而在上电瞬间滤波电容CF的充电电流很大，过大的电流会损坏整流桥二极管，为保护整流桥上电瞬间将充电电阻RL串入直流母线中以限制充电电流，当CF充电到一定程度时由开关SL将RL短路。32第二章通用变频器结构与原理（一）、变频器的主回路10第二章通用变频器结构与原理4、逆变电路：逆变管V1~V6组成逆变桥将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电，是变频器的核心部分。常用逆变模块有：GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等，一般都采用模块化结构有2单元、4单元、6单元5、续流二极管D1~D6：其主要作用为：（1）电机绕组为感性具有无功分量，VD1~VD7为无功电流返回到直流电源提供通道（2）当电机处于制动状态时，再生电流通过VD1~VD7返回直流电路。（3）V1~V6进行逆变过程是同一桥臂两个逆变管不停地交替导通和截止，在换相过程中也需要D1~D6提供通路。33第二章通用变频器结构与原理4、逆变电路：逆变管V1第二章通用变频器结构与原理6、制动电阻RB和制动单元VB电机在工作频率下降中，异步电机的转子转速将可能超过此时的同步转速（n=60f/P）而处于再生制动（发电）状态，拖动系统的动能将反馈到直流电路中使直流母线（滤波电容两端）电压UD不断上升（即所说的泵升电压），这样变频器将会产生过压保护，甚至可能损坏变频器，因而需将反馈能量消耗掉，制动电阻就是用来消耗这部分能量的。制动单元由开关管与驱动电路构成，其功能是用来控制流经RB的放电电流IB

34第二章通用变频器结构与原理6、制动电阻RB和制动单元第二章通用变频器结构与原理

（二）变频器的控制回路

变频器控制部分一般有：CPU单元、显示单元、电流检测电压检测单元、输入输出控制端子、驱动放大电路、开关电源等（见图2）。1、CPU单元：

采用16位单片机或DSP，变频器专用单片机如：INTEL87C196MH，速度为几十ns级。矢量控制型采用双CPU。2、开关电源单元：变频器控制电源为开关电源：有±24V，±15V，+5V等输出，其输入在主电路直流母线侧取得。3、电流检测单元：采用HALL元件检测变频器输出侧电流。对于加速、减速、运行中过流、变频过载及电机过载的检测是：由CPU通过检测输入的脉冲频谱来区分的。

4、显示单元：其功能为人机界面、参数设定、状态/故障显示、远距离操作等５、控制端子：模拟输入、输出端子；开关量输入输出端子；故障输出端子；

6、驱动电路：ＣＰＵ产生的PWM波经专用驱动芯片、驱动放大电路后给IGBT。35第二章通用变频器结构与原理（二）变频器的控制回路1第二章通用变频器结构与原理第二节变频器工作原理通用变频器的基本控制方式（V/F控制）

由n=60f/P（1-S）（P为极对数）可知通过改变频率f可改变电机速度，由三相异步电机定子相电动势有效值：E=4.44kfnØ，知：当f大于电机额定频率fN时，气隙磁通Ø将会小于额定磁通量ØN，结果使电机的铁心没有得到充分利用而造成浪费；当f小于电机额定频率fN时，气隙磁通Ø将会大于额定磁通量ØN，电机铁心饱和，导致过大的励磁电流严重时会因绕组过热而损坏电机，因而要实现变频调速，最好在变频时保持每极磁通量Ø不变。

基频以下（恒转矩调速）：当频率较低时认为定子相电压U≈E，要使Ø不变则：U/f=常数即可。低频时U和E都较小，定子绕组阻抗不能再忽略，这时可将电压U抬高一些以补偿定子电压，基频以下控制属于“恒转矩调速”。基频以上控制（恒功率调速）：基频以上调速时电压U不能超过额定压Un，最多只能保持在额定电压Un。频率上升电压不变将使磁动势减弱、转矩减小，但由于同步转速上升可认为输出功率基本不变。故基频以上变频调速属于“弱磁恒功率调速”36第二章通用变频器结构与原理第二节变频器工作第二章通用变频器结构与原理第三节、康沃变频器件节康沃变频器简介（一）康沃变频器产品种类目前主要有以下大系列产品：G1/G2通用型变频器P1/P2风机水泵专用型变频器S1高性能系列单相变频器ZS注塑机专用型变频器ZC注塑机一体化节能控制器Smp简易型单相小功率变频器37第二章通用变频器结构与原理第三节、康沃变频器件节15第二章通用变频器结构与原理G2/P2系列ZS系列ZC系列G1/P1系列S1系列38第二章通用变频器结构与原理G2/P2系列ZS系列ZC第二章通用变频器结构与原理二）康沃变频器的特点1、调制方式和载波频率

康沃公司的G1/P1系列变频器产品具备了随机调制、异步调制、分段同步调制三种调制方式，用户可以根据实际需要进行选择。随机调制是一种崭新的调制方式，，采用这种调制方式，变频器对外部的射频干扰将大幅度减弱，因而产品的EMC各项指标得到大幅提升。

除G2系列产品外，大部分产品的载波频率可高达12.5KHz，并且可以长期在12.5KHz的载波频率下满载运行，高载波频率配合独特的随机调制技术使电源输出波形接近完美，进一步提高低频转矩。另一独特之处调制方式和载波频率可以在线调整，在运行中也不例外，可以在不停机的情况下比较不同的调制方式和不同的载波频率所带来的运行效果，从而选择