變頻器的基本組成和原理課程課件

1、變頻器基本組成和原理11.異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法什么是變頻調(diào)速2ASMACACASM400V50Hz400v50Hz1450 1/min0V.mains0f.mainsf.max400v50Hz1450 1/min同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速f- 頻率p- 極對(duì)數(shù)s- 滑差(1-s)感應(yīng)電機(jī)工作原理（公頻電源/變頻器）SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-1 n =60pf n =60pf0 1.異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法什么是變頻調(diào)速31.異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法41.異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法51.異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法6

2、1/8的逆變器額定電流 電機(jī)額定電流電機(jī)變頻器結(jié)構(gòu)框圖SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-22.變頻器的總體結(jié)構(gòu)在中、小容量變頻器中應(yīng)用得最廣泛的是“交直交”電壓型變頻器72.變頻器的總體結(jié)構(gòu)82.變頻器的總體結(jié)構(gòu)9狀態(tài)切換 特殊 狀態(tài)晶閘管號(hào)(=導(dǎo)通)電機(jī)電勢(shì)合成電勢(shì)逆變器工作原理SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-183. 逆變器的工作原理10狀態(tài)切換狀態(tài)切換

3、全導(dǎo)通狀態(tài)逆變器輸出電壓SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-193. 逆變器的工作原理11例如 基波 5次諧波 逆變器輸出電壓/基波與諧波含量SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-203. 逆變器的工作原理12調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓rms值SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center i

4、n China2-213. 逆變器的工作原理13低脈沖頻率高脈沖頻率電機(jī)電流/脈沖頻率的影響SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-223. 逆變器的工作原理14波形跟蹤示例/變頻器輸出電壓，電流SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-233. 逆變器的工作原理15 阻性負(fù)載逆變器電流感性負(fù)載逆變器電流 晶閘管1“導(dǎo)通” 晶閘管4“導(dǎo)通”晶閘管1“導(dǎo)通” 晶閘管1“導(dǎo)通”晶

5、閘管1“導(dǎo)通” 晶閘管4“導(dǎo)通”逆變器中續(xù)流二極管的作用SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-243. 逆變器的工作原理16 邊緣觸發(fā)調(diào)制修正的空間矢量調(diào)制 空間矢量調(diào)制邊緣觸發(fā)調(diào)制最大調(diào)制深度 = 96%當(dāng)電源電壓為 400V時(shí)，V.rms.1.max = 401V 空間矢量調(diào)制 當(dāng)電源電壓為400V時(shí)，計(jì)算示例： 切換到修正的空間矢量調(diào)制取決于設(shè)定的脈沖頻率(在功能圖中; f.p = 2.5KHz)調(diào)制深度調(diào)制方式，調(diào)制深度與輸出電壓SIMOVERTMASTERDRIVESSi

6、emens Automation and Drives Training Center in China2-253. 逆變器的工作原理17波形跟蹤示例/空間矢量調(diào)制,邊緣觸發(fā)調(diào)制SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-263. 逆變器的工作原理18Rms值：Z.rms=75%Rms值：Z.rms=25%指針位置：15度指針位置：30度指針位置：30度異步空間矢量調(diào)制SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training C

7、enter in China2-273. 逆變器的工作原理19恒定頻寬可變頻寬瞬時(shí)值控制/脈寬調(diào)制SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-283. 逆變器的工作原理204.變頻器內(nèi)部的主電路濾波及限流電路214.變頻器內(nèi)部的主電路22 阻性負(fù)載逆變器電流感性負(fù)載逆變器電流 晶閘管1“導(dǎo)通” 晶閘管4“導(dǎo)通”晶閘管1“導(dǎo)通” 晶閘管1“導(dǎo)通”晶閘管1“導(dǎo)通” 晶閘管4“導(dǎo)通”逆變器中續(xù)流二極管的作用SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and D

8、rives Training Center in China2-244.變頻器內(nèi)部的主電路234.變頻器內(nèi)部的主電路能耗電路由制動(dòng)電阻RB和制動(dòng)單元Bv構(gòu)成244.變頻器內(nèi)部的主電路25CONV 變頻器INV 逆變器R 整流器 P 制動(dòng)電阻 （直流母線）變頻器配置/用制動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-54.變頻器內(nèi)部的主電路266脈動(dòng)整流結(jié)構(gòu)框圖/諧波分量SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives T

9、raining Center in China2-75. 主電路前端的改進(jìn)改進(jìn)目標(biāo)：提高電路的功率因數(shù)，減少諧波含量276脈動(dòng)整流橋12脈動(dòng)整流橋12脈動(dòng)整流橋結(jié)構(gòu)框圖/諧波分量SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-85. 主電路的改進(jìn)28AFE（有功前端）整流器結(jié)構(gòu)框圖/運(yùn)行原理SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-95. 主電路的改進(jìn)改進(jìn)目標(biāo)：提高電路的功率因數(shù)，實(shí)

10、現(xiàn)能量回饋29COS 控制原理SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-105. 主電路的改進(jìn)30直流母線電壓不可調(diào) V.DC=100% (100%=1.35V.phase-to-phase.mains)cos=觸發(fā)角的函數(shù) 方波電流 直流母線電壓可調(diào)（可控） 100%V.DC200% (100%=1.35V.phase-to-phase.mains) -0.8cos+0.8 正弦電流 在回饋方式與電源斷電的情況下不會(huì)出現(xiàn)逆變顛覆 用整流/回饋單元實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行SIMOVERTMAST

11、ERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-65. 主電路的改進(jìn)目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)能量回饋315. 主電路的改進(jìn) 近年來(lái)，有些公司推出了三電平低壓變頻器，在改善電流放形、減少對(duì)外界的干擾方面*都取得了較好的效果。32335. 主電路的改進(jìn)346. 變頻器內(nèi)部的控制框圖主控電路的任務(wù)：對(duì)內(nèi)控制電能變換，對(duì)外接受控制信號(hào)并輸出狀態(tài)356. 變頻器內(nèi)部的控制框圖面板控制器：操作面板由顯示器和鍵盤輸入器構(gòu)成，不同品牌變頻器的操作面扳各不相同。 1.數(shù)據(jù)顯示屏 (1)任功能預(yù)置時(shí)顯示功能碼和數(shù)據(jù)碼 (2)在運(yùn)行過(guò)程中用于顯示各種

12、數(shù)據(jù)：電流、電壓、轉(zhuǎn)速等； (3)在發(fā)生故障時(shí)，顯示故障原因的代碼。2.鍵盤輸入器 (1)在進(jìn)行功能預(yù)置時(shí)輸入各功能的預(yù)置數(shù)據(jù) (2)在進(jìn)行面板操作時(shí)，輸人各項(xiàng)操作指令.366. 變頻器內(nèi)部的控制框圖外接給定與輸入控制端376. 變頻器內(nèi)部的控制框圖外接輸出控制端38隔離開關(guān)熔斷器 主接觸器 HF-濾波器（A1,B1) 進(jìn)線電抗器 變頻器運(yùn)動(dòng)控制 矢量控制輸出電抗器不允許 電機(jī) (1) (1)(40-100)次諧波的范圍，因此，輸出側(cè)交流電抗器電感量：輸出側(cè)交流電抗器的電感接法有一定講究，繞制在磁芯上的導(dǎo)線頭尾的位置關(guān)系到電感向外發(fā)射干擾能量的大小程度。在有變壓器插入于變頻器與負(fù)載之間的使用條

13、件下，變壓器輸入繞組的漏抗和變壓器損耗大大削弱了調(diào)制波，起到了輸出側(cè)電抗器的作用，因此有利于輸出到負(fù)載電機(jī)的波形濾波平滑，此時(shí)往往有了輸出側(cè)變壓器就可以省略輸出側(cè)交流電抗器。47FIL2輸出側(cè)無(wú)線電干擾抑制電抗器，對(duì)輸出布線距離20m 時(shí)尤其需安裝；48JR熱過(guò)載繼電器，用于防止長(zhǎng)時(shí)間過(guò)電流造成電機(jī)損壞。 熱過(guò)載繼電器用來(lái)防止電機(jī)過(guò)熱，但這種保護(hù)并不可靠。對(duì)重要場(chǎng)合應(yīng)實(shí)際檢測(cè)電機(jī)溫度，埋設(shè)溫度檢測(cè)元件到電機(jī)槽內(nèi)或繞組附近。當(dāng)變頻器使用普通電機(jī)時(shí)，因PWM 波導(dǎo)致電機(jī)鐵耗、銅耗和絕緣介質(zhì)損耗的增加，溫升會(huì)比通常應(yīng)用時(shí)加大，因此熱過(guò)載繼電器的溫度整定值應(yīng)按電機(jī)絕緣等級(jí)選擇。49 電動(dòng)機(jī) 如果低速時(shí)

14、負(fù)載轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩大，則要加大電機(jī)功率和變頻器功率才能應(yīng)付低速運(yùn)行。如當(dāng)電機(jī)長(zhǎng)期在低速運(yùn)行時(shí)，因普通電機(jī)的風(fēng)扇在電機(jī)軸上，風(fēng)扇已不能有效散熱，電機(jī)會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱。因此，要加大電機(jī)功率或讓電機(jī)使用外部風(fēng)扇冷卻。 一般電機(jī)在使用變頻器時(shí)，因變頻器PWM 波有很高的脈沖前后沿，dv/dt 很大，繞阻匝間和對(duì)地絕緣很易損壞，這已成為變頻器使用中一個(gè)問(wèn)題。因此，應(yīng)選用絕緣質(zhì)量?jī)?yōu)良的電機(jī)產(chǎn)品。當(dāng)高速運(yùn)行時(shí)要注意電機(jī)在高速離心力下是否能承受，普通電機(jī)的轉(zhuǎn)子離心機(jī)械強(qiáng)度是按額定轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)的。對(duì)直徑較大的電機(jī)，不要使用到額定轉(zhuǎn)速的1.5 倍以上，否則就有危險(xiǎn)。這時(shí)就應(yīng)選用專門的變頻電機(jī)。50Masterdrives

15、矢量控制兩個(gè)輸出電抗器無(wú)輸出電抗器 濾波器對(duì)于1LA5,6,8電機(jī)Masterdrives 運(yùn)動(dòng)控制不帶輸出電抗器正弦濾波器只對(duì)于空間矢量調(diào)制!不帶輸出電抗器以上適用于屏蔽電纜；非屏蔽電纜：1.33 dv/dt 一個(gè)濾波器 +兩個(gè)輸出電抗器 (I.max) dv/dt 一個(gè)濾波器 無(wú)輸出電抗器 (I.max) 變頻器輸出電纜長(zhǎng)度/濾波器的影響SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-12 正弦濾波器一個(gè)輸出電抗器7. 變頻器的外圍電路配置51逆變器電流突變SIMOVERTMASTERD

16、RIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-137. 變頻器的外圍電路配置52逆變器電流突變SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-14VC: f.pulse3kHz 鐵氧體電抗器 最多4個(gè)電抗器串聯(lián) MC: 不允許接輸出電抗器 7. 變頻器的外圍電路配置53諧波輻值電機(jī)電壓的畸變SIMOVERTMASTERDRIVESSiemens Automation and Drives Training Center in China2-157. 變頻器的外圍電路配置54諧波輻值無(wú)dv/dt濾