變頻器AFE培訓(xùn)教程

1、Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 1 of 202Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 2 of 202西門子變頻器簡(jiǎn)介西門子變頻器簡(jiǎn)介1SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列矢量控制的變頻器是具有IGBT 逆變器、全數(shù)字技術(shù)的有電壓中間回路的變頻器。它同西門子三相交流電動(dòng)機(jī)一起為所有工業(yè)領(lǐng)域和所有應(yīng)用場(chǎng)合提供高性能、最經(jīng)濟(jì)的解決方案。Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 3 of 202西門子變頻器簡(jiǎn)介西門子變頻器

2、簡(jiǎn)介2SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制系列變頻器是全系列通用型和模塊化的產(chǎn)品：標(biāo)準(zhǔn)裝置功率范圍從0.55 kW 2300 kW。覆蓋全球的三相交流電網(wǎng)電壓，380 V 690 V。按照使用場(chǎng)合及所需功率，可做成4種結(jié)構(gòu)，即增強(qiáng)書本型、書本型、裝機(jī)裝柜型及變頻調(diào)速柜。模塊化的硬件、軟件使其能夠達(dá)到精確配合、最經(jīng)濟(jì)的解決方案。Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 4 of 202西門子變頻器簡(jiǎn)介西門子變頻器簡(jiǎn)介3MASTERDRIVES裝置可以做成以下形式產(chǎn)品：接到交流三相電網(wǎng)上的變頻器，接到直流母線上的逆變器，向直流母線提供電

3、源的整流單元。多種系統(tǒng)元件和附件擴(kuò)展了產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。 頂驅(qū)電控系統(tǒng)因功率較大故采用整流單元+逆變器結(jié)構(gòu)。Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 5 of 202Compact PLUS緊湊加強(qiáng)型Compact緊湊型Chassis機(jī)架式0.5 - 18.5 kW2.2 - 37 kW45 - 2300 kW MC (運(yùn)動(dòng)控制) 250kWCabinet柜體45 - 6000 kWVC (矢量控制)其應(yīng)用包括定位、同步操作以及凸輪軸驅(qū)動(dòng)等。應(yīng)用于繞線機(jī)、拉絲機(jī)、造紙及薄膜工業(yè)、升降機(jī)等。MasterDriver變頻器變頻器Siemens Fact

4、ory Automation Engineering Ltd.P 6 of 202IEC3 AC 380 - 415 V 50 Hz3 AC 500 V 50 Hz3 AC 660 - 690 V 50 HzIEC / NEMA3 AC 380 - 460 V 50/60 HzIEC / NEMA3 AC 380 - 460 V 50/60 HzIEC3 AC 380 - 440 V 50/50 Hz3 AC 500 - 550 V 50/50 HzIEC3 AC 415 - 440 V 50 Hz適用于所有的電源頻率和所有的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)DeviceNETPROFIBUS DPCC LinkCAN

5、世界范圍內(nèi)使用世界范圍內(nèi)使用Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 7 of 202 U=E=4.44 X f X k X U=E=定子電壓 f=供電頻率 k= 系數(shù)(常數(shù)) = 磁通磁通電機(jī)基本公式電機(jī)基本公式3Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 8 of 202異異 步步 電電 機(jī)機(jī) 的的 調(diào)調(diào) 速速 方方 法法 ：n=60f1(1-s)/PN 變 頻 調(diào) 速 ：改 變 電 源 的 頻 率 變 極 調(diào) 速 ：改 變 電 機(jī) 的 極 對(duì) 數(shù) 改 變 轉(zhuǎn) 差 率 :繞 線 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 串

6、 電 阻 調(diào) 速 、定 子 調(diào) 壓 調(diào) 速 、串 級(jí) 調(diào) 速 、 雙 饋 調(diào)速 變變 頻頻 調(diào)調(diào) 速速 ：變：變 頻頻 調(diào)調(diào) 速速 范范 圍圍 寬，平寬，平 滑滑 性性 好，效好，效 率率 高，具高，具 有有 良良好好 的的 靜靜 態(tài)態(tài) 性性 能能 和和 動(dòng)動(dòng) 態(tài)態(tài) 性性 能，應(yīng)能，應(yīng) 用用 廣廣 泛。泛。變 頻 器 按 其 結(jié) 構(gòu) 可 分 為 交交 直直 交交 變變 頻頻 器器 和 交交 交交 變變 頻頻 器器整 流 器逆 變 器DC 環(huán) 節(jié)AC50HZACVVVF變 頻 器50HZACACVVVF交流調(diào)速方法交流調(diào)速方法Siemens Factory Automation Engineer

7、ing Ltd.P 9 of 2021.保保 持持 磁磁 通通 恒恒 定定 U1 E1=4.44f1w1k1 U1/f1=C1 M=Cm I2cos 從 以 上 兩 公 式 可 以 作 如 下 分 析: U1不 變 時(shí), f1 M U1不 變 時(shí), f1 磁 路 飽 和鐵 損 增 加,繞 組 過 分 發(fā) 熱 ，功 率 因 素 降 低 。 故,只 調(diào)節(jié) f 不 行, 需 同 時(shí) 調(diào) 節(jié) U1和 f1才 可 以 保 持 磁 通 的 恒 定.。 2.保保 持持 電電 壓壓 為為 額額 定定 值值 在 額 定 頻 率 以 上 調(diào) 速 ，受 到 電 機(jī) 繞 組 絕 緣 強(qiáng) 度 的 限 制 ， 定 子 電

8、 壓 不可 能 與 頻 率 成 比 例 地 升 高 ，只 能 保 持 在 額 定 電 壓 ，此 時(shí) 氣 隙 磁 通 將 隨 頻 率 的 升高 而 反 比 例 地 下 降 ，進(jìn) 入 弱 磁 調(diào) 速 范 圍 。VVVF 變變 頻頻 調(diào)調(diào) 速速 的的 基基 本本 要要 求求Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 10 of 20200.51.01.21.5TorqueVoltage 力力 矩矩 性性 能能FrequencySiemens Factory Automation Engineering Ltd.P 11 of 202調(diào)速結(jié)論調(diào)速結(jié)論1Si

9、emens Factory Automation Engineering Ltd.P 12 of 202調(diào)速結(jié)論調(diào)速結(jié)論2Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 13 of 202變頻調(diào)速特點(diǎn)變頻調(diào)速特點(diǎn)Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 14 of 202 PWM脈脈 寬寬 調(diào)調(diào) 制制 技技 術(shù)術(shù)兩兩 種種 基基 本本 的的 調(diào)調(diào) 制制 方方 法法 ： 脈脈 幅幅 調(diào)調(diào) 制制 PAM(Pulse Amplitude Modulation): 變 頻 器 在 改 變 輸 出 頻 率 的 同

10、時(shí)，也 同 時(shí) 改 變 輸 出 電 壓 的 幅 值 PAM 需 要 同 時(shí) 調(diào) 節(jié) 兩 個(gè) 部分 ：整 流 部 分 和 逆 變 部 分，二 者 之 間 還 必 須 滿 足 一 定 的關(guān) 系，故 控 制 電 路 復(fù) 雜 脈脈 寬寬 調(diào)調(diào) 制制 PWM(Pulse Width Modulation): 變 頻 器 在 改 變 輸 出 頻 率 的 同 時(shí)，也 同 時(shí) 改 變 輸 出 電 壓 的 脈 沖 占 空 比 PWM 只 控 制 逆 變 器 部 分，與 PAM 相 比 ，控 制 電 路 簡(jiǎn) 單 正正 弦弦 波波 脈脈 寬寬 調(diào)調(diào) 制制 技技 術(shù)術(shù) SPWM：在 進(jìn) 行 脈 寬 調(diào) 制 時(shí) ，使

11、脈 沖 系 列 的 占 空 比 按 正 弦 規(guī) 律 來 安 排。當(dāng) 正 弦 值 為 最 大 時(shí) ，脈 沖 寬 度 也 最 大 ，而 脈 沖 間 的 間 隔 則 最 小 。反 之 亦 然 。這 樣 的 電 壓 脈 沖 系 列 可 以 使 負(fù) 載 電 流 中 的 高 次 諧 波 成 分 大為 減 少 。Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 15 of 202沖量等效定理沖量等效定理根據(jù)現(xiàn)代控制理論可知: 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的負(fù)載環(huán)節(jié)上時(shí),其產(chǎn)生的效果基本相同.這就是沖量等效定理. 沖量既窄脈沖所圍成的封閉圖形面積.Siemen

12、s Factory Automation Engineering Ltd.P 16 of 202等效示意圖等效示意圖1Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 17 of 202等效示意圖等效示意圖2Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 18 of 202Protection and FilteringMicroprocessorDisplay and buttonsCustomer TerminalsD TypeSerial i/oA/D ConvertersD/A ConverterEE P

13、ROM控控 制制 框框 圖圖 - MASTERDRIVE Vector ControlDriverDriverDC PositiveDC NegativePower SupplyIsolated SuppliesControl BoardsPower SectionVector and PWM ProcessorSiemens Factory Automation Engineering Ltd.P 19 of 202IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors)電 壓電 流一 毫 秒開 關(guān) 損 耗開 關(guān) IGBTs 是 可 靠 ，高 效 和 快 速 的 電

14、力 電 子器 件 Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 20 of 202續(xù)續(xù) 流流 二二 極極 管管Commutation (Flywheel) Diodes are required to divert the inductive current when the IGBTs are not conducting.If the diodes have a slow recovery, a short circuit current will flow.Fast diodes with a low recovered charge are

15、used.Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 21 of 202預(yù)預(yù) 充充 電電 電電 阻阻+-電 容 充 電 通 過 預(yù) 充 電 電 阻，預(yù) 充 電 繼 電 器 Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 22 of 202+-電電 流流 監(jiān)監(jiān) 控控 系系 統(tǒng)統(tǒng)123451. DC 側(cè) 監(jiān) 控 器 直 接 到 ASIC - 6SE922. DC側(cè) 監(jiān) 控 器 通 過 光 藕 連 接 - 6SE923. 電 阻 和光 藕 - MIDIMASTER Vector x 34. 霍 爾 元 件 - M

16、ICROMASTER Vector x 25. IGBT側(cè) 監(jiān) 視 器 x 6Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 23 of 202整流和逆變概念整流和逆變概念整流整流: : 把交流電變成(整流成)直流電的電路稱為整流電路.逆變逆變: : 把直流電變成(逆變成)交流電的電路稱為逆變電路.Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 24 of 202整流單元的組成整流單元的組成可控硅(SCR,Thyristor)散熱片觸發(fā)電路板(A23)+控制電源板主控板(CUR)主回路保險(xiǎn)(熔芯)散熱風(fēng)機(jī)顯示面

17、板(PMU)通訊板(CBP2)Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 25 of 202整流單元結(jié)構(gòu)圖整流單元結(jié)構(gòu)圖Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 26 of 202輸 入 電 壓?jiǎn)?相 三 相 DC 電 壓 單 相 三 相 整 流 二 極 管 二 極 管 電 流整流示意圖整流示意圖Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 27 of 202逆變器的組成逆變器的組成逆變模塊(IGBT)散熱板觸發(fā)電路板(IGD)控制電源板(PSU)主控板(C

18、UVC)主回路保險(xiǎn)(熔芯) 中間回路電容.散熱風(fēng)機(jī)顯示面板(PMU)接口轉(zhuǎn)換板(IVI)通訊板(CBP2)Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 28 of 202Lower IGBT - direct Drive is referenced to DC Negative and common Power SupplyUpper IGBT - requires isolation and Charge Pump (or separate) Power Supply.驅(qū) 動(dòng)驅(qū) 動(dòng)ASIC控 制 器 DC 正 DC 負(fù) Vector Units h

19、ave fully isolated ASIC controller and therefore at least six opto-isolators IGBT的控制和觸發(fā)的控制和觸發(fā)Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 29 of 202變頻器和逆變器的結(jié)構(gòu)圖變頻器和逆變器的結(jié)構(gòu)圖M3變頻器濾波器電抗器3AC 380 - 480 V=制動(dòng)電阻M3=M3=M3逆變器3AC 380 - 480 V=濾波器電抗器變頻器制動(dòng)電阻Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 30 of 202進(jìn)線電抗器進(jìn)

20、線電抗器 安裝進(jìn)線電抗器是為了減小變頻器、整流單元和整流/回饋單元的諧波電流 進(jìn)線電抗器也能限制由于電源電壓的突變而產(chǎn)生的電流沖擊Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 31 of 202出線電抗器出線電抗器輸出電抗器用于補(bǔ)償在長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)的容性再充電電流及限制在相應(yīng)電機(jī)導(dǎo)線長(zhǎng)度下，在電機(jī)端子上的dv/dt 。 Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 32 of 202MasterDrive基本控制功能基本控制功能V/F特性特性轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩控制速度控制速度控制頻率控制頻率控制Siemens Fact

21、ory Automation Engineering Ltd.P 33 of 202具有具有V/f V/f 特性的轉(zhuǎn)速控制特性的轉(zhuǎn)速控制通用的通用的V V/ /f f 特性特性: : 作為頻率控制，具有滑差補(bǔ)償，用于異步電動(dòng)機(jī)的單獨(dú)傳動(dòng)和多電機(jī)傳動(dòng)，無高動(dòng)態(tài)性能要求. 例如，泵，風(fēng)扇，簡(jiǎn)單的牽引裝置。Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 34 of 202電電 壓壓 與與 頻頻 率率 的的 關(guān)關(guān) 系系壓 頻 比 控 制 方 式 適 合 于 大 多 數(shù) 場(chǎng) 合.二 次 曲 線 控 制 適 用 于 風(fēng) 機(jī)、水 泵 負(fù) 載 以 達(dá)到 節(jié) 能 的 效

22、 果.特 殊 的 控 制 曲 線 可 以 用 來 控 制 特 殊 的 電 機(jī) 和 運(yùn) 用 場(chǎng) 合.矢 量 控 制 和 磁 通 電 流 控 制 系 統(tǒng) 可 以 單 獨(dú) 控 制 電 機(jī) 的 勵(lì) 磁.因因 為為 感感 應(yīng)應(yīng) 電電 機(jī)機(jī) 的的 工工 作作 象象 一一 臺(tái)臺(tái) 變變 壓壓 器器, 頻頻 率率 減減 小小 時(shí)時(shí) 電電 壓壓 也也 必必 須須 減減 少少 .Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 35 of 202磁磁 通通 電電 流流 控控 制制 (FCC)IloadIfluxItotal如 果 電 機(jī) 電 壓 可 知 ，那 么 總 的 輸

23、出 電流 可 以 分 解 為 負(fù) 載 分 量 和 勵(lì) 磁 分 量 . 勵(lì) 磁 分 量 部 分 可 以 單 獨(dú) 控 制 并 且 可 以 實(shí) 現(xiàn) 電 機(jī) 的 磁 通 優(yōu) 化 .磁 通 電 流 控 制 沒 有 全 矢 量 控 制 效 果 好 ，因 為 矢 量 控 制 考 慮 了 轉(zhuǎn) 子 的 實(shí) 際 位 置.Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 36 of 202V/f控制原理圖控制原理圖Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 37 of 202 在 DC 電 機(jī) 中 , 磁 場(chǎng) 是 一 個(gè) 獨(dú) 立

24、的 繞 組 產(chǎn) 生 ( 激 磁 繞 組 ) 因因 此此 電電 機(jī)機(jī) 電電 樞樞 電電 流流 和和 磁磁 通通 電電 流流 可可 以以 單單 獨(dú)獨(dú) 控控 制制.在 AC 電 機(jī) 中, 定 子 繞 組 電 流 包 含 勵(lì) 磁 和 轉(zhuǎn) 矩 部 分，因 此 很 難 單 獨(dú) 控 制 電 機(jī) 的 力 矩 和 磁 通. 僅 僅 控 制 電 流 幅 值 ，不 能 實(shí) 現(xiàn) 電 機(jī)的 力 矩 和 磁 通 的 單 獨(dú) 控 制，所 以 矢 量 控 制 必 須 同 時(shí) 控 制 電 流 的 幅 值 和 相 位分 別 控 制 電 機(jī) 的 磁 通 和 力 矩 可 以 實(shí) 現(xiàn) 優(yōu) 化 的 控 制 性 能 零 速 時(shí) 的 高 輸 出 力 矩 ，負(fù) 載 變 化 時(shí) 的 快 速 響 應(yīng) . 矢量控制技術(shù)矢量控制技術(shù)Siemens Factory Automation Engineering Ltd.P 38 of 202AC InverterAC MotorEncoderload為 了 控 制 交 流 電 機(jī) 的 力 矩 和 磁 通 ，定 子 電 流 必 須 同 時(shí) 控 制 幅 值 和 相 位 即 矢 量 控 制 而 不 是 標(biāo) 量 控 制.為 了 控 制 定 子 電 流 的 相 位，所 以 必 須 知 道 轉(zhuǎn) 子 的 位 置。所 以 全 矢 量 控 制, 必 須 采 用 一 碼 盤 來 檢 測(cè) 電