变频器基础与应用.ppt

1、,变频器基础与应用,第 一 章 变 频 器 基 础,一 变频器的定义 变频器是交流电气传动系统、自动化系统的一种,它是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变换装置，英文简称VVVF。 变频器的主要目的： 调速 ！,第 一 章 变 频 器 基 础,二 变频器的工作原理 我们知道，交流电动机的异步转速表达式位： n60 f(1s)/p (1) 其中 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。 由公式(1)可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关系，因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速(调整P)、转子串电阻

2、调速或串级调速或内反馈电机(调整s)和变频调速(调整f)等。 而我们现在运用最广泛的就是变频调速，由转速n与频率f成正比，只要改变频率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。,第 一 章 变 频 器 基 础,三 变频器的好处 1. 平滑软启动，降低启动冲击电流，减少变压器占有量，确保电机安全 2. 在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率 提高工作速度 3. 无级调速，调速精度大大提高 4. 电机正反向无需通过接触器切换 5. 非常方便接入通讯网络控制，实现生

3、产自动化控制,第 一 章 变 频 器 基 础,四 变频器的应用领域 重点行业情况（单位：亿元）,第 一 章 变 频 器 基 础,五 变频器的发展基础 1.电力电子技术 半导体功率器件从GTO（门极可关断晶体管）、 GTR（大功率晶体管）、BJT（双及型晶体管）、 MOSFET（金属氧化硅场效应管）到今天的IGBT（绝缘 栅双极型晶体管）的实用化，使得开关高频化的PWM 技术成为可能。,第 一 章 变 频 器 基 础,2.微处理器技术 目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器、专用集成电路等。现在又出现了多个CPU协同工作：管理，核心，键盘，上位机等。核心控制算法的实时完成、功率器

4、件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过微处理器实现，为交流传动系统的控制提供很大的灵活性，且控制器的硬件电路标准化程度高，成本低，使得微处理器组成全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。 3.控制理论 应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论。 4.网络技术 局域网，互联网，远程监控,第 一 章 变 频 器 基 础,六 变频器的发展概况,第 一 章 变 频 器 基 础,七 当今市场主流变频器 欧美品牌西门子、科比、伦茨、施耐德、ABB、丹佛斯ROCKWELL、VACON、 AB、西威,第 一 章 变 频 器 基 础,日本品牌富士、三菱、安川、三垦、日立、欧姆龙、 松下电器、

5、松下电工、东芝、明电舍,第 一 章 变 频 器 基 础,国产品牌安邦信、佳灵、森兰、英威腾、康沃、科姆龙、惠丰,第 一 章 变 频 器 基 础,港台品牌台达、普传、台安、东元、美高 韩国品牌LG 、现代、三星、收获,第二章 变频器的主要构成,一 变频器的分类 1.按变换环节分 交-直-交型 交-交型 交-交变频器 它是将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源其主要优点是没有中间环节，变换效率高。但其连续可调的频率范围较窄，一般在额定频率的12以下，故主要用于容量较大的低速拖动系统中。 交-直-交变频器 先将频率固定的交流电整流后变成直流，再经过逆变电路，把直流电逆变成频率连续可调的

6、三相交流电。由于把直流电逆变成交流电较易控制，因此在频率的调节范围，以及变频后电动机特性的改善等方面，都具有明显的优势，目前使用最多的变频器均属于交一直交变频器。,第二章 变频器的主要构成,2.按滤波方式分 电流型 电压型 电流型： 整流后若是靠电感来滤波称为电流型，它的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲。 电压型： 整流后若是靠电容来滤波称为电压型，现在使用的变频器大部分为电压型。,第二章 变频器的主要构成,3.按电压的等级分 低压变频器 高压大容量变频器 4.按用途分 专用型变频器 通用型变频,第二章 变频器的主要构成,二 变频器的组成 交流低压交直交通用变频器系统

7、框图,整流电路,缓冲电路,滤波电路,制动电路,逆变电路,操作 键盘,控制板,电源、驱动板,第二章 变频器的主要构成,1.变频器主电路的工作原理和作用 整流电路： 大都是由大功率二极管构成的全波整流电路，主 要是将单相或三相交流转化为直流；它们将380V的交 流电整流成直流，平均直流电压可用下式表示：UD =1.35 UL=1.35380513V,第二章 变频器的主要构成,中间电路： 主要包括缓冲电路、滤波电路、制动电路组成。滤 波电路主要是由无感电容和电解电容、均压电阻等， 大功率变频器我们常常要求客户加直流电抗器，这些 都是为了消除直流中的谐波、提高功率因素；缓冲电 路作用缓解在上电瞬间对电

8、解电容的冲击；制动电路 的作用是在电机减速或停机时将电机反馈回来的电能 消耗掉，从而起到快速减速、保护电机和变频器的 作用。,第二章 变频器的主要构成,逆变电路： 由六个IGBT和它反向并联的六个续流二极管组成的三相全 桥逆变电路组成。这六个续流二极管的功能有以下三点：a,由于 电动机是一种感性负载，工作时其无功电流返回直流电源需要它 们提供通路；b,降速时电动机处于再生制动状态， 它们为再生 电流提供返回直流的通路；c,逆变时它们快速高频率地交替切 换，同一桥臂的两管交替地工作在导通和截止状态，在切换的过 程中，也需要给线路的分布电感提供释放能量的通路。,第二章 变频器的主要构成,第二章 变

9、频器的主要构成,2.变频器的控制回路构成： 电源板（防雷电路、开关电源电路、模块驱动和保护电路、信号采集电路等）控制板（客户命令采集、各种信号处理并进行整机控制等）接口板键盘板。,第二章 变频器的主要构成,3、变频器控制电路的作用 主控制板 单片机，变频器的控制中心。 操作面板 包括键盘及显示屏等。 （1）键盘：进行运行操作或程序预置； 运行键； 模式转换键； 读出、写入键； 数据增减键；,第二章 变频器的主要构成,位移键 复位键； 数字键。 （2）显示屏：显示控制面板提供的各种显示 数据 运行数据 功能参数码 指示数据,第二章 变频器的主要构成,变频器CPU板,第二章 变频器的主要构成,变频

10、器操作面板详解,第二章 变频器的主要构成,面板实例,第二章 变频器的主要构成,4.变频器的接线端子 主回路接线端子 图 ： 主回路接线端子图,第二章 变频器的主要构成,控制回路接线端子 开关量输入：无源输入，一般由变频器内部24V供电。 开关量输出：集电极开路输出、继电器输出。 模拟量输入：0-10V/4-20mA 模拟量输出：0-10V/4-20mA 通 讯 口：RS485/RS232,第二章 变频器的主要构成,第二章 变频器的主要构成,变频器端子示意图：,第三章 变频器功能解析,第三章 变频器功能解析,变频器使用注意事项 1严禁将变频器的输出端子U、V、W连接到AC 电源上。 2变频器要正

11、确接地，接地电阻小于10。 3变频器存放两年以上，通电时应先用调压器逐渐升高电压。存放半年或一年应通电运行一天。 4变频器断开电源后，待几分钟后方可维护操作，直流母线电压（P+，P-）应在25V以下。,第三章 变频器功能解析,5. 避免变频器安装在产生水滴飞溅的场合。 6. 不准将P+、 P-、PB任何两端短路。 7. 主回路端子与导线必须牢固连接。 8. 变频器驱动三相交流电机长期低速运转时，建议选用变频电机。 9. 变频器驱动电机长期超过50HZ运行时，应保证电机轴承等机械装置在使用的速度范围内，注意电机和设备的震动、噪音。 10. 变频器驱动减速箱、齿轮等需要润滑机械装置，在长期低速运行

12、时应注意润滑效果。,第三章 变频器功能解析,11. 变频器在一确定频率工作时，如遇到负载装置的机械共振点，应设置跳跃频率避开共振点。 12. 变频器与电机之间连线过长，应加输出电抗器。 13. 严禁在变频器的输入侧使用接触器等开关器件进行频繁启停操作。 14. 电机首次使用或长期放置后使用，必须对电机进行绝缘检测。使用500V电压型兆欧表检测，电机绝缘电阻大于5M。 15. 对电机绝缘检测时必须将变频器与电机连线断开。,第三章 变频器功能解析,16. 在变频器的输出侧，严禁连接功率因数补偿器、电容、 防雷压敏电阻。 17. 变频器的输出侧严禁安装接触器为开关器件。 18. 变频器在海拔1000

13、米以上地区使用时，须降额使用。 19. 变频器输入侧与电源之间应安装空气开关和熔断器。 20. 变频器输出侧不必安装热继电器。,第三章 变频器功能解析,一 变频器的功能与设置 一台状态正常的变频器要运行，必需 具备两个必要条件： 运行控制命令：决定电机的运行或者方向 决定变频器是启动还是停止 运行频率设定：决定运行速度大小 1.变频器的控制方式：面板（内部）控制模式、端子（外部）控制模式、通信控制模式,第三章 变频器功能解析,2.变频器的运行功能 （1） 用操作面板运行 运行键、停止键 （2） 用外部输入端子运行 FWD REV COM （3） 由上位机通过通信方式运行 RS485 通信 3.

14、变频器的频率设定功能 （1）用控制面板设定 键盘数字设定、 面板电位器 （2）用外部端子输入设定 多段速频率设定、外接模拟电压 、模拟电流输入设定、PID控制设定、 RS485 通信 （3）多段速频率设定 多功能输入端子X1.X2.X3 4.点动运行功能 键盘控制、端子控制,第三章 变频器功能解析,PID控制功能 PID控制适用于过程控制的以用常用方法，通过对被控量的反馈信号与目标信号的差量进行比例、积分、微分运算、来调整变频器的输出频率，构成反馈系统，使 被控量稳定在目标量上。适用于 流量控制、压力控制几 温度控制等自动控制。,第三章 变频器功能解析,6. 变频器保护功能 过流、过压、过载、

15、欠压、过热、失速、输入输出缺相保护等 变频器在出现过载及故障时，一方面由显示屏发出文字报警信号，一方面由接点开关输出报警信号；当故障排除后，要由专用的复位控制指令复位，变频器方可重新工作。,第三章 变频器功能解析,变频器的参数设置 1. 上线频率、下线频率、最大输出频率 上限频率：变频器输出频率的上限值，改值应小于或等于最大输出频率 下限频率：变频器输出频率的下限值，当设定频率低于下线频率时，以下限频率运行 最大输出频率：用来设定变频器的最高输出频率,第三章 变频器功能解析,2.加、减速时间 加速时间：变频器输出频率从0上升到上限频率所需要的时间，称为加速时间。 减速时间：变频器输出频率从上限

16、频率下降至0所需要的时间，称为减速时间。,第三章 变频器功能解析,1.停机方式选择 减速停车： 变频器按照减速方式及定义的加减速时间降低输出频率，频率降为0Hz后停机 自由停车:停车命令有效后，变频器立即终止输出，负载按照机械惯性自由停车,第三章 变频器功能就解析,3.段速频率设置功能 1多段速控制功能是通用变频器的基本功能。举例：工业洗衣机 2. 段速运行控制必须的参数有： 段速频率、 段速时间 段速开始指令 段速运行模式,第三章 变频器功能解析,第三章 变频器功能解析,1,第四章 变频器常见故障与处理,一、参数设置类故障 1、变频器常用参数设置 （1）确认电机参数，变频器在参数中设 定电机

17、的功率、电流、电压、转速、最大 频率，这些参数可以从电机铭牌中直接得 到。,第四章 变频器常见故障与处理,（2）变频器采取的控制方式，即速度控制、转距控制、控制或其他方式 。 （3）设定变频器的启动方式 ,可以用面板、外部端子、通讯方式等几种。 （4）给定信号的选择，一般变频器的频率给定也可以有多种方式，面板给定、外部给定、外部电压或电流给定、通讯方式给定，当然对于的频率给定也可以是这几种方式的一种或几种方式之和 。,第四章 变频器常见故障与处理,2.参数设定不当时易碰到的问题 （1）变频器在电机空载时工作正常，但不能带负载启动 （2）变频器开始运行，但电机还未启动就过载跳停 （3）频率已经达

18、到较大值，但电机转速仍不高 （4）频率上升到一定数值，继续向上调节时，频率保持在一定值不断跳跃，转速不能提高,第四章 变频器常见故障与处理,二、过压类故障（OU） 1、输入交流电源过压这种情况是指输入电压超过正常范围 2、发电类过电压这种情况出现的概率较高，主要是电机的同步转速比实际转速还高，使电动机处于发电状态，而变频器又没有安装制动单元，有两起情况可以引起这一故障。,小知识！,正常情况下，变频器直流电为三相全 波整流后的平均值。若以 380V线电压计 算，则平均直流电压： Ud= 1.35 U 513V。,第四章 变频器常见故障与处理,三、欠压（Uu） 主要是因为主回路电压太低(220V系

19、列低于200V，380V系列低于400V)，整流桥某一路损坏或可控硅三路中有工作不正常的都有可能导致欠压故障的出现，其次主回路接触器损坏，导致直流母线电压损耗在充电电阻上面有可能导致欠压.还有就是电压检测电路发生故障而出现欠压问题。,第四章 变频器常见故障与处理,四、过流（OC） 1.重新启动时，一升速就跳闸。 启动跳 故障。 主要原因有:负载短路，机械部位有卡住; 逆变模块损坏;电动机的转矩过小等现象引 起。,第四章 变频器常见故障与处理,2. 上电就跳 主要原因有:模块坏、驱动电路坏、电 流检测电路坏。 3. 重新启动时并不立即跳闸而是在加速时跳闸。 主要原因：是减速时间太短或制动电 阻及

20、制动单元有问题。,第四章 变频器常见故障与处理,五、过热（OH） 过热也是一种比较常见的故障，主要 原因:周围温度过高，风机堵转，温度传感 器性能不良，马达过热。 六、输出不平衡 输出不平衡一般表现为马达抖动，转速不稳。主要原因:模块坏，驱动电路坏，电抗器,第四章 变频器常见故障与处理,七、过载 (OL) 过载也是变频器出现比较频繁的故障之一， 平时看到过载现象我们其实首先应该分析一下到 底是马达过载还是变频器自身过载一般来讲马达 由于过载能力较强只要变频器参数表的电机参数 设置得当一般不大会出现马达过载.而变频器本身 由于过载能力较差很容易出现过载报警.我们可以 检测变频器输出电压。,第四章

21、 变频器常见故障与处理,八、接地故障 GF 接地故障也是平时会碰到的故障，在排除电机接地存在问题的原因外，最可能发生故障的部分就是霍尔传感器了，霍尔传感器由于受温度，湿度等环境因数的影响，工作点很容易发生飘移，导致GF报警。,第五章 变频器的谐波干扰,一谐波的概念 变频器工作时会产生大量的谐波。输入端产生的谐波对电网造成电磁干扰，会降低电网的供电质量；输出端产生的谐波可使电动机发热，谐波的辐射会产生无线电干扰。因此要设法消减变频器工作时的谐波干扰。,第五章 变频器的谐波干扰,二 谐波产生的主要危害有： (1)增加了电网中发生谐振的可能性，从而造成很高的过电流或过电压而引发事故的危险性。 (2)增加附加损耗，输电及用电设备的效率和设备利用率。 (3)使电气设备(旋转电机、电容器、变压器等)运行不正常，加速绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命。,第五章 变频器的谐波干扰,(4)使测量和计量仪器、仪表、自动装置、计算机系统，以及许多用电设备运转不正常或者不能正常动作或操作。 (5)干扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。 (6)某些情况下，它不仅产生谐波，而且还引起供电电压波动和闪变，甚至引起三相电压不平衡，会危及电网安全经济运行，并影响电气设备的正常用电和周边用户。,第五章 变频器的谐波干扰,三、交流输入电抗器。 有下列情况之一时