变频技术及应用 课件 学习情境1、2 变频器的基础知识、认识变频器

学习情境1

变频器基础知识变频器基础知识一、电力拖动系统的认识二、电力电子器件的选择与检测三、变频器的组成原理分析一、电力拖动系统的认识

电力拖动系统的运行状态可分为稳定运行状态(静态)和不稳定运行状态(动态或过渡状态)两种。电动机工作的运行状态，决定于电动机的机械特性和生产机械的负载转矩特性，即决定于电动机所产生的电磁转矩与负载转矩是否平衡。为了分析和研究电动机的静态和动态特性，需要用数学模型来描述，应用动力学平衡条件建立系统运动方程式，作为分析系统运行状态的工具。由电动机带动生产机械运行的系统称做电力拖动系统;一般由电动机、传动机械、生产机械、控制设备等部分组成。异步交流电动机调速改变输入频率（无级调速）——变频器n=60f/P（1-S）P：磁极对数f：频率S：转差率改变转差率（方法多实现困难）调速原理：调速方法：改变磁极对数（机械的有级调速）负载的类型传动机构电动机生产机械负载特性摩擦恒转矩生产流水线起重行走速度势能恒转矩电梯起重机提升恒功率（速度越低，负载转矩越大）机床开卷机/收卷机变转矩（速度越低，负载转矩越小）风机水泵负载转矩大小于与转速无关二、电力电子器件

电力电子器件的分类

半控型器件--通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断，比如晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定。全控型器件--通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。如绝缘栅双极晶体管（Insulated-GateBipolarTransistor--IGBT）、电力场效应晶体管（PowerMOSFET，简称为电力MOSFET）及门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristor--GTO）等。不可控器件--不能用控制信号来控制其通断，因此也就不需要驱动电路。比如电力二极管（PowerDiode），只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。典型电力电子器件电力二极管半控型器件--晶闸管典型电力电子器件IGBT图1=26IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号a)内部结构断面示意图b)简化等效电路c)电气图形符号三、变频器的组成原理分析交-直-交变频器主电路定义：交-直-交变频器又称为间接变频器，它是先将工频交流电通过整流器变成直流电，再经逆变器将直流电变成频率和电压可调的交流电。学习情境2

认识变频器认识变频器一、了解通用变频器二、认识西门子SINAMICS变频器三、G120变频器的安装与接线一、了解通用变频器

1、电力电子器件是变频器发展的基础第一代电力电子器件是出现于1956年的晶闸管。

（半控型器件）第二代电力电子器件是以门极可关断（GTO）晶闸管和电力晶体管（GTR）为代表。（电流自关断器件）其开关频率仍然不高，一般在5kHz以下。第三代电力电子器件是以电力MOS场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）为代表。（电压自关断器件）其开关频率可达到20kHz以上。第四代是以智能功率模块（IPM）为代表，IPM是以IGBT为开关器件，但集成有驱动电路和保护电路。1、在节能方面的应用（1）节能的前景：在2003年的中国电力消耗中，60-70％为动力电，而在总容量为5．8亿千瓦的电动机总容量中，只有不到2000万千瓦的电动机是带变频控制的。据分析，在中国，带变动负载、具有节能潜力的电机至少有1.8亿千瓦。

（2）节能的原理：（以风机水泵为例）根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。因此，精确调速的节电效果非常可观。与此类似，许多变动负载电机一般按最大需求来生产电动机的容量，因而设计裕量偏大。而在实际运行中，轻载运行的时间所占比例却非常高。如采用变频调速，可大大提高轻载运行时的工作效率。因此，变动负载的节能潜力巨大。

2、在自动控制系统方面的应用3、在产品工艺和质量方面的应用

由于变频器内置有32位或16位的微处理器，具有多种算术逻辑运算和智能控制功能，输出频率精度高达0.01%-0.1%，还设置有完善的检测、保护环节。因此，变频器在自动化控制系统中获得了广泛的应用。例如：化纤工业中的卷绕、拉伸、计量、导丝；玻璃工业中的平板玻璃退火炉、玻璃窑搅拌、拉边机、制瓶机；电弧炉自动加料、配料系统以及电梯的智能控制等。变频器还广泛用于传动、起重、挤压和机床等各种机械设备控制领域，它可以提高工艺水平和产品质量，减少设备的冲击和噪声，延长设备的使用寿命。采用变频调速控制后，使机械系统简化，操作和控制更加方便，有的甚至可以改变原有的工艺规范，从而提高了整个设备的功能。变频器的应用4、在家用电器方面的应用变频器的应用除了工业相关行业，在普通家庭中，节约电费、提高家电性能、保护环境等方面也受到越来越多的关注，变频家电成为变频器的另一个广阔市场。带有变频控制的冰箱、洗衣机、家用空调等，在节电、减小电压冲击、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的优势。变频器的分类二、认识西门子SINAMICS变频器

西门子G120变频器

G120内置式变频器由控制单元CU、功率模块PM、操作面板BOP/IOP以及变频器系统其他部件组成，通常称之为标准变频器。三、G120变频器的安装与接线

变频器的设置场所为了使变频器能稳定地工作，发挥所具有的性能，必须确保设置环境能充分满足IEC标准及国标对变频器所规定环境的允许值。总体要求是：电气室应湿气少、无水浸入；无爆炸性、燃烧性或腐蚀性气体和液体，粉尘少；装置容易安装；应有足够的空间，使维修检查容易进行；应备有通风口或换气装置以排出变频器产生的热量；应与易受变频器产生的高次谐波和无线电干扰影响的装置隔离；安装在室外必须单独按户外配电装置设置。G120变频器安装与接线

变频器的机械安装

（1）安装功率模块附件

G120变频器安装与接线

（2）安装功率模块

① 将功率模块安装在控制柜中。

② 保持与控制柜中其他组件之间的最小间距。

③ 垂直安装功率模块，电源和电机端子朝下。

④ 根据功率模块端子配置连接电机电缆和电源电缆。

⑤ 使用紧固件，