變頻器VSD-MODULE2

1、施耐德變頻器培訓(xùn)施耐德變頻器培訓(xùn)課件課件2_ 低壓低壓變頻器主回路結(jié)構(gòu)施耐德電氣(中國)投資有限公司 CASC2異步電動機的轉(zhuǎn)速異步電動機的轉(zhuǎn)速按照下列公式計算：式中：n1為氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，稱為同步速，單位：轉(zhuǎn)每分。其中：f為電機供電電源頻率，工頻頻率為50Hz或60Hzp為氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù),由電機的結(jié)構(gòu)決定，為2，4，6，8，對50Hz工頻，2級，4級，6級，8級電機的同步速分別為：3000，1500，1000，750轉(zhuǎn)每分同步速實際上也是異步電機理想空載的情況下的轉(zhuǎn)速，這時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相同，相對靜止，稱為同步。1(1)nns1120fnp3滑差率式中的s為轉(zhuǎn)

2、子相對于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速差與同步速之比，稱為同步速。通常情況下，滑差率很小，在8以內(nèi)，所以普通異步電動機的額定轉(zhuǎn)速總是接近于同步速，如2910轉(zhuǎn)每分，1430轉(zhuǎn)每分，975轉(zhuǎn)每分，742轉(zhuǎn)每分等等。111nnnsnn4變頻器的結(jié)構(gòu)通常變頻器的結(jié)構(gòu)為交直交，也就是將單相或三相交流電壓整流成為直流電壓（ACDC)，然后再將直流“逆變”成為所需頻率的三相交流電壓（DCAC)。變頻器最主要的部分是逆變部分，而且有生產(chǎn)廠家單獨生產(chǎn)逆變部分，所以有時又將變頻器稱為逆變器。由于電機和變頻器原理的原因，在額定電壓以下，在改變輸出頻率的同時，也要改變輸出電壓的有效值，這種形式稱為可變電壓，可變頻率，故又將變頻

3、器稱為VVVF.5變頻器的叫法Drive，Convertor 通用VSD-Variable Speed Drive 施耐德專用AC Drive-Alternating Current Drive 歐洲通用VFDVariable Frequency Drive 北美VVVFVariable Voltage Variable Frequency Drive 通用Inverter 日本，臺灣6變頻器常用術(shù)語變流器 converters整流 rectifying-rectification整流器 rectifier逆變 inverting-inversion逆變器 inverter 轉(zhuǎn)矩脈動 torq

4、ue pulsation脈 寬 調(diào) 制 ( P W M ) p u l s e w i d t h modulation 諧波 harmonic矢量控制 (VC) vector control 直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC) direct torque control 四象限運行 Four quadrant operationl動態(tài)制動 dynamic brakingl再生(制動) regeneration l直流制動 d.c brakingl漏電流 leak current l濾波器 filterl電抗器 reactor l電位器 potentiometerl編碼器 encoder, PG (pul

5、se generator)l定子 stator l轉(zhuǎn)子 rotor 7供電網(wǎng)絡(luò)（定壓定頻）供電網(wǎng)絡(luò)（定壓定頻）整流完整流完整流濾波后整流濾波后變壓變頻變壓變頻濾波濾波逆變逆變M變頻變頻整流整流8TSRD1D2D3D4D5D6整流橋整流橋M3 T1T2T3T4T5T6InverterC 濾波濾波 預(yù)充電預(yù)充電RST濾波濾波 平滑直流側(cè)電壓平滑直流側(cè)電壓整流橋整流橋 整流電壓整流電壓逆變器逆變器 產(chǎn)生頻率和電壓都可變的三相交流電產(chǎn)生頻率和電壓都可變的三相交流電umimPWM 控制控制9控制部分控制部分應(yīng)用功能應(yīng)用功能變速驅(qū)動器變速驅(qū)動器HMII/O通訊端口通訊端口PLCM功率部分功率部分主電源主電

6、源變頻器變頻器制動制動電機電機/驅(qū)動器驅(qū)動器 保護(hù)保護(hù)EMC濾波器電機控制電機控制TorqueSpeedfeedback10變頻器的主回路進(jìn)線端子EMC濾波器整流橋儲能電容預(yù)充電回路n 制動晶體管n 制動電阻及其保護(hù)n 逆變橋n 電流互感器n 出線端子11變頻器的主回路 進(jìn)線變頻器的進(jìn)線電源可以是三相380-500V，或三相200240V，也可以是單相200240V；也可以是690V。電源電壓在690V以下稱為低壓變頻器，1000V以上稱為中壓或高壓變頻器。進(jìn)線電源的相序不影響電機的轉(zhuǎn)向。12變頻器的主回路 EMC濾波器施耐德變頻器普遍標(biāo)配進(jìn)線EMC濾波器，用來抑制變頻器對周圍設(shè)備的射頻干擾。

7、在變頻器通電時，EMC濾波器通過接地電容產(chǎn)生對地電流，尤其是上電瞬間會產(chǎn)生較大的漏電流。變頻器一般應(yīng)用于工業(yè)場合，用接地的方式進(jìn)行安全保護(hù)。應(yīng)用于民用配電場合時，有時無安全接地，而采用漏電開關(guān)(RCD)，有時會因此發(fā)生RCD誤脫扣，這是正常的。解決的辦法是將圖中的接地斷開。13變頻器的主回路 整流橋大多數(shù)變頻器采取三相全波整流，整流器件為功率二極管。三相全波整流獲得的直流輸出電壓為進(jìn)線電壓有效值的1.35倍，例如電網(wǎng)電壓為400V，則這時直流母線電壓為540V左右。但隨著負(fù)載的波動，直流母線電壓也會波動。單整流橋獲得的電壓波形每個周波有六個波頭，稱為六波頭整流或六脈沖整流，這時的進(jìn)線電流存在6

8、m+1/6m-1次諧波，如5，7，11，13，。14變頻器的主回路 12脈沖整流為了抑制電流諧波，可以采用兩套整流橋，分別連接到一個三繞組變壓器的輸出的兩個繞組，該變壓器的兩個繞組的輸出電壓有效值相等，相位互差30度。兩套整流橋串聯(lián)，電壓相加。這時的電壓波形每個周期有12個波頭，電流的諧波含量不包含5次，7次，17次，19次。變頻器和配電回路的成本大大增加，用于大功率應(yīng)用和特殊場合。15變頻器的主回路 預(yù)充電電阻和預(yù)充電接觸器上電瞬間，整流橋輸出端將產(chǎn)生峰值1.414U的電壓，對儲能電容快速充電。為了保護(hù)儲能電容，需要在直流母線中串聯(lián)一個電阻。在變頻器上電時，整流橋通過該電阻向整流橋充電，充電

9、結(jié)束后（如直流母線電壓上升到額定電壓的70%）以上后，需要用接觸器將該電阻旁路掉。在整個運行過程中，該電阻不起作用。該電阻稱為預(yù)充電電阻，該接觸器稱為預(yù)充電接觸器或預(yù)充電繼電器。如果電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定導(dǎo)致瞬間大幅度跌落，會引起預(yù)充電回路頻繁動作，導(dǎo)致其損壞。16變頻器的主回路 半可控整流橋?qū)⑸鲜稣鳂蛑械娜齻€橋臂改成可控硅，如晶閘管或IGBT，則整流橋的輸出電壓就是可調(diào)的。在變頻器上電期間，控制晶閘管的導(dǎo)通角，半可控整流橋的輸出電壓逐漸升高，最后達(dá)到全波整流獲得的峰值,這樣一來在中就不需要預(yù)充電電阻和預(yù)充電接觸器.17變頻器的主回路 全控整流橋如果上述整流橋的6個橋臂都是可控硅, 加上控制回路,

10、甚至可以做成可以四象限運行,既可以從電網(wǎng)吸收能量供給負(fù)載,也可以將負(fù)載制動的能量反饋回電網(wǎng),實現(xiàn)再生制動.當(dāng)然這樣變頻器的成本會大大升高,所以這種方式僅僅適用于大功率傳動.實現(xiàn)能量再生制動的另一種方法是將一個系統(tǒng)中的所有變頻器的直流母線并聯(lián), 或者采用統(tǒng)一的整流電源和統(tǒng)一的能量再生制動單元,稱為網(wǎng)絡(luò)制動單元.18變頻器的主回路 儲能電容變頻器運行過程中需要相對穩(wěn)定的直流母線電壓，用儲能電容保證。該電容的形式為電解電容，對于中大功率變頻器，需要將多個電容并聯(lián)。當(dāng)變頻器處于過載的過程中，瞬間會把直流母線電壓拉低；處于發(fā)電（制動）過程中，瞬間會升高直流母線電壓，若太高變頻器則停止輸出。有些應(yīng)用中，為

11、了提高變頻器的動態(tài)能力，或者在斷電瞬間保持變頻器斜坡停車，需要外加蓄電池或電容，需要考慮回路其它部件的承受能力。19直流電抗器直流電抗器是串聯(lián)在直流中間回路的一個或兩個扼流圈, 因其通過的電流為直流電流, 故亦成為直流扼流圈.直流電抗器的作用是抑制變頻器的進(jìn)線電流諧波,從而減少對電網(wǎng)的污染.通常采用適當(dāng)大小的直流電抗器,即可使變頻器的諧波污染減少到符合標(biāo)準(zhǔn),這是一種低成本的方案.如果要將諧波抑制到更低,需要大配合無源濾波器.直流電抗器對進(jìn)線浪涌電壓沒有抑制作用.20交流電抗器交流電抗器安裝在變頻器的進(jìn)線側(cè), 也稱為進(jìn)線電抗器.交流電抗器與直流電抗器作用大致相同,但交流電抗器對進(jìn)線浪涌電壓有抑制

12、作用.在對電流諧波產(chǎn)生相同的抑制作用時,交流電抗器產(chǎn)生的線路壓降比直流電抗器略大,從而會產(chǎn)生略大的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失.在下列情況下推薦使用交流電抗器:多臺變頻器并聯(lián)使用線路電源有來自其他負(fù)荷的明顯擾動變頻器由阻抗非常低的線路供電21制動單元和制動電阻制動單元是一個或一組晶體管,與制動電阻串聯(lián)之后,接在直流母線上.當(dāng)直流母線電壓超過某規(guī)定電壓時,制動晶體管導(dǎo)通,直流母線電容和電機向制動電阻釋放能量.使直流母線電壓降低,降低到另一規(guī)定電壓后,制動晶體管截止.所以制動電阻的作用是能耗制動.圖中Tfr為制動晶體管,PA-PB連接制動電阻,PA-PB之間的二極管為保護(hù)用續(xù)流二極管.當(dāng)變頻器驅(qū)動負(fù)載需要克服慣性

13、快速減速或停車時,或位能性負(fù)載持續(xù)下降時,需要進(jìn)行能耗制動.22變頻器的主回路 逆變橋逆變橋是變頻器的核心部分,其作用是將直流電壓通過6個橋臂可控硅的反復(fù)輪流通斷形成所需要的幅值和頻率變化的三相交流輸出電壓.逆變橋的橋臂的可控硅的類型主要是IGBT絕緣珊雙極型晶體管.通過逆變橋,直流電壓被斬波成為高頻率的脈沖電壓,由于它是由逆變管反復(fù)開關(guān)形成,所以其頻率稱為開關(guān)頻率.23變頻器的主回路 可逆變頻器整流回路元件采用IGBT實現(xiàn)四象限運行，可在電機發(fā)電狀態(tài)下回饋能量到電網(wǎng)。無需制動單元 配合進(jìn)線濾波器和電抗器可以大大降低進(jìn)線諧波（45%） K1、電阻、二極管組成預(yù)充電回路24變頻器的主回路 多脈波整流變頻器雙整流單元結(jié)構(gòu)，配合移相變壓器，構(gòu)成12相整流回路， 消除11次以下諧波（12m-1,12k+1. ; k