變頻器調(diào)速技術(shù)

變頻器調(diào)速技術(shù)第一頁，共三十二頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容

概述變頻器基本原理變頻器構(gòu)成變頻器的應(yīng)用

第二頁，共三十二頁，2022年，8月28日概述自80年代以來，隨著工業(yè)生產(chǎn)對自動化需求程度的提高和社會節(jié)能環(huán)保意識的加強，變頻調(diào)速器的應(yīng)用越來越普及。變頻器產(chǎn)品也從以大功率雙極晶體管（GTR）為主的時代發(fā)展為以絕緣柵晶體管（IGBT）為主的新時代。變頻器廣泛應(yīng)用于：石油、化工、冶金等大型生產(chǎn)線；裝備制造業(yè)：如電力機車、塔吊、機床、紡織機械、印刷包裝機械、線纜行業(yè)等；民用行業(yè)：商用空調(diào)、電梯、供水、家電、健身器材等。第三頁，共三十二頁，2022年，8月28日什么是變頻器？

各國使用的交流供電電源，無論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均為400V/50Hz或220V/50Hz，等等。把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC）。把直流電（DC）變換為交流電（AC）用于電機控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。第四頁，共三十二頁，2022年，8月28日基本原理

變頻器所拖動的電機為感應(yīng)式交流電動機，也稱交流異步電動機。在工業(yè)中所使用的大部分電機為交流異步電動機。異步電機轉(zhuǎn)速公式：

n=[120*f/p]*(1-s)n：電機轉(zhuǎn)速（r/min）

f：電源頻率（Hz）

p：電機磁極數(shù)

s：轉(zhuǎn)差率

第五頁，共三十二頁，2022年，8月28日基本原理變頻器綜合了電子技術(shù)、電機控制、計算機技術(shù)、控制技術(shù)等多種技術(shù)為一體。是一種廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的電力電子設(shè)備，它通過控制電機的旋轉(zhuǎn)速度來滿足各行業(yè)的需求.控制模式：變頻器一般有三種基本方式可選擇：有速度傳感器矢量控制，閉環(huán)矢量無速度傳感器矢量控制，開環(huán)矢量V/F控制第六頁，共三十二頁，2022年，8月28日變頻器優(yōu)缺點優(yōu)點：調(diào)速方便（相對與調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子電子調(diào)速等）。節(jié)能（與具體負載、使用情況有關(guān)）。啟動電流小、對電網(wǎng)沖擊小（與直接啟動比）。功能多樣，有利于自動化生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率及自動化水平。缺點：對其他設(shè)備干擾大。輸出電壓是PWM波形，對電機溫升及絕緣有不利影響。調(diào)試、維護等需要一定的技術(shù)水平。第七頁，共三十二頁，2022年，8月28日變頻器主回路原理

第八頁，共三十二頁，2022年，8月28日各大部分作用整流部分整流部分與三相交流電源相連接，把交流輸入電源整流成脈動的直流電源。整流器有兩種基本類型——可控的和不可控的。中間電路中間電路由大電解電容和均壓電阻組成，主要作用是把脈動的電壓穩(wěn)成平滑的直流電壓，給逆變部分提供平穩(wěn)的電源，同時提供開關(guān)管的脈動電流。逆變部分逆變模塊在控制電路和軟件的控制下把直流電壓逆變成電壓和頻率可調(diào)的交流電壓，輸出給交流電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)需要的各種功能。控制電路控制電路是整個系統(tǒng)的核心電路，系統(tǒng)所實現(xiàn)的各種不同的功能主要是由其控制電路決定的?？刂齐娐穼⑿盘杺鬟f給整流器、中間電路和逆變器，同時也接受其反饋信號?？刂齐娐返慕Y(jié)構(gòu)和復(fù)雜程度取決于不同的變頻器設(shè)計。第九頁，共三十二頁，2022年，8月28日交直流電抗器的作用解決電網(wǎng)的諧波問題；減小變頻器對電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾減小整流橋的沖擊電流解決電網(wǎng)的諧波問題減小整流橋的沖擊電流減小變頻器的輸出干擾問題；解決變頻器長線輸出振蕩問題，避免過高的振蕩電壓對電機造成傷害第十頁，共三十二頁，2022年，8月28日輸入電抗器的作用輸入電抗器和直流電抗器：

在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量（5次諧波、7次諧波）所占的比重是較高的，它們除了可能干擾其他設(shè)備的正常運行之外，還因為它們消耗了大量的無功功率，使線路的功率因數(shù)大為下降。在輸入電路內(nèi)串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據(jù)接線位置的不同，主要有以下兩種：

輸入交流電抗器:串聯(lián)在電源與變頻器的輸入側(cè)之間。其主要功能有：通過抑制諧波電流，將功率因數(shù)提高至（）；

削弱輸入電路中的浪涌電流對變頻器的沖擊；

削弱電源電壓不平衡的影響。第十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日直流電抗器的作用直流電抗器：串聯(lián)在整流橋和濾波電容器之間。它的功能比較單一，就是削弱輸入電流中的高次諧波成分和減小浪涌電流。但在提高功率因數(shù)方面比交流電抗器有效，可達0.95，并具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小等優(yōu)點。

其他區(qū)別：1，輸入電抗器對于變頻器的傳導(dǎo)干擾有抑制作用，直流電抗器沒有；

2，電網(wǎng)輸入電壓不平衡時，由于三相電流有耦合的緣故，直流電抗器會引起輸入電流的不平衡，而輸入電抗器則沒有這一問題；

3，電壓利用率：由于輸入電抗器位于交流輸入側(cè)，電抗器上的交流壓降會對電壓利用率有一定的影響。

4，成本差異：由于直流電抗器工作時，負載電流是連續(xù)的流過直流電抗器，而輸入交流電抗器的三個線包是間斷地流過電流的，因此直流電抗器的利用率要高。反映在成本上就是：在滿足同樣的諧波電流要求的情況下，輸入交流電抗器的成本要比直流電抗器高很多。

第十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日輸出電抗器的作用b）輸出電抗器：

輸出電抗器也分為兩種：普通的輸出電抗器（參數(shù)及要求與輸入電抗器相同）和正弦波電抗器。正弦波電抗器用于把變頻器輸出的PWM調(diào)制波濾波成正弦波電壓波形，主要應(yīng)用于特殊場合，在此不作討論；下面主要分析普通的輸出電抗器：

為了抑制干擾信號從變頻器通過電源線傳導(dǎo)干擾到電源。為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出側(cè)可設(shè)置輸出電抗器，它可以有效地削弱輸出電流中的高次諧波成分。尤其是當(dāng)變頻器輸出到電機之間的距離較長時，由于變頻器輸出的是具有高dV/dt的PWM調(diào)制波，輸出長電纜之間存在的較大的分布電容會造成變頻器的輸出電壓在電機側(cè)產(chǎn)生很高的振蕩電壓，一方面使得對外界的干擾加劇，另一方面過高的振蕩電壓也會影響電機的使用壽命。在這種場合，增加輸出電抗器是非常有效的措施。第十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日變頻器基本構(gòu)成

基本構(gòu)成變頻器硬件結(jié)構(gòu)軟件主回路元器件單板鈑金件塑膠件性能功能第十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日變頻器軟件性能軟件：燒制在DSP板上的DSP中，其核心是根據(jù)電壓及負載電流，來控制6個逆變IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制電機的運轉(zhuǎn)。指標(biāo)：電機出力的大小，加減速的性能、各種各樣的保護等等。功能軟件：滿足客戶的要求，諸如：何時運行、何時停止、正傳、反轉(zhuǎn)、端子控制、鍵盤控制、輸出故障信號等要求。第十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日主回路器件整流橋：3.7KW--15KW，整流橋與逆變IGBT、制動管等封裝在一起，稱為PIM。逆變IGBT：3.7KW--15KW，整流橋與逆變IGBT、制動管等封裝在一起，稱為PIM，18.5KW-22-30KW的整流橋與逆變模塊分開，都是六管封裝、37KW以上的整流橋與逆變模塊是雙管封裝。大電解電容，作用：儲能和濾波。第十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日控制板主控制電路板第十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日控制板驅(qū)動電路板第十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日三相整流橋第十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日IGBT第二十頁，共三十二頁，2022年，8月28日整流橋與IGBT第二十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日電容第二十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日變頻器和軟起動器的區(qū)別軟起動器軟起動器是一種智能化的降壓起動器,在起動電機時可以有效地控制和限制起動電流,同時可減少對電機及其驅(qū)動的設(shè)備的機械應(yīng)力.軟起動可以將機械從零速平滑地加速到額定轉(zhuǎn)速,也可以控制平滑地減速到零速在只需要軟起動和軟停止而不需要調(diào)速的場合可以使用軟起動器軟起動器為了降低起動電流,必須實施降壓起動,同時降低了起動轉(zhuǎn)矩變頻器變頻器可以實現(xiàn)軟起動和軟停止也可以根據(jù)負載的變化和系統(tǒng)的要求調(diào)節(jié)速度和改變輸出轉(zhuǎn)矩電機起動后可以不以工頻轉(zhuǎn)速運行變頻器在起動電機的同時不必降低起動轉(zhuǎn)矩結(jié)論從功能上,變頻器可以取代軟起動器,但軟起動器不能取代變頻器從成本上,變頻器高于軟起動器,但其優(yōu)勢自不待言.第二十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日變頻器快速增長的原因節(jié)能,尤其是風(fēng)機,泵和壓縮機應(yīng)用通過減少傳動環(huán)節(jié)的應(yīng)力提高機械設(shè)備的使用壽命減少電機中的電流沖擊,從而延長電機的使用壽命可以使用通用的鼠籠式異步電機,價格低廉,安裝維護簡單,易于采購變頻器內(nèi)無接觸器和其他運動部件,是固態(tài)設(shè)備,可靠性高第二十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日變頻器對電氣方面的影響頻繁的起停控制由于變頻器可以進行軟起,所以可以對電機和負載進行頻繁的起停和正反轉(zhuǎn)控制,而不需要過多考慮電機的熱容量電氣保護變頻器將電機屏蔽于電氣擾動之外從電機側(cè)不能看到電網(wǎng)的瞬間波動輕微的電網(wǎng)不平衡不影響電機的平衡運行變頻器可提供電機過載,堵轉(zhuǎn),短路等的精確保護,從而避免電機的過載和堵轉(zhuǎn).效率變頻器的效率很高,可以最大限度地降低電機的損耗.變頻控制的效率遠遠優(yōu)于其它的調(diào)速方式第二十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日變頻器對供電系統(tǒng)的影響軟起動變頻器近乎理想的起動電流最大程度地減少了對供電系統(tǒng)的擾動對其它設(shè)備的影響幾可忽略不計可以減少變壓器,開關(guān),電纜及其保護裝置的容量,節(jié)省投資.對于有備用發(fā)電機的場合,發(fā)電機的容量可以減少30-50%功率因數(shù)變頻器的相移功率因子接近于1,對于很輕的負載也是如此.從而可以省卻功率因數(shù)補償?shù)耐顿Y.短路容量通過變頻器,電機不再產(chǎn)生對電網(wǎng)的短路電流,

從而可以減少開關(guān)的容量.第二十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日變頻器帶來的負面影響及其對策諧波電流變頻器中的整流環(huán)節(jié)從電網(wǎng)吸收非正弦電流,其中包括很多諧波電流諧波電流的抑制通常通過直流電抗器或交流電抗器來解決當(dāng)變頻器負載超過供電容量的30-40%,或沒有安裝電抗器,就必須評估諧波電流的影響變頻器帶來的諧波效應(yīng)遠遠低于同等容量的直流調(diào)速裝置射頻干擾伴隨PWM(脈寬調(diào)調(diào)制)的高速切換形成射頻干擾變頻器設(shè)計時需要考慮抑制這種射頻干擾,例如采用射頻干擾濾波器對于異常敏感的場合需要安裝附加射頻干擾濾波器電機噪聲變頻器的傳統(tǒng)設(shè)計會給電機帶來額外的噪聲通過提高開關(guān)頻率可以降低電機噪聲在額定頻率和額定負載下比直接運行帶來的電機噪聲增加量不超過2-3dB一般來講,在低于額定頻率和負載下,噪聲比工頻運行還要小第二十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日負載類型變頻器的選型和應(yīng)用,首先要考慮的就是負載的類型負載可以分為三大類恒轉(zhuǎn)矩負載例如輸送帶,提升,鉆床,擠出機,容積泵變轉(zhuǎn)矩負載例如離心風(fēng)機,離心泵恒功率負載例如磨床,高速車床,繞線筒等根據(jù)不同的負載類型,以及其它功能和性能的要求,選擇對應(yīng)系列的變頻器第二十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日恒轉(zhuǎn)矩負載在整個運行的速度范圍內(nèi),需要相同大小的負載當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時,負載轉(zhuǎn)矩保持不變所需功率與轉(zhuǎn)速成正比通常轉(zhuǎn)速限制在基本頻率以內(nèi)第二十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日變轉(zhuǎn)矩負載負載轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)速的函數(shù):在低速下需要較小的轉(zhuǎn)矩,而在高速下需要較大的轉(zhuǎn)矩只有兩類典型的負載:離心泵和離心風(fēng)機額定轉(zhuǎn)速以下設(shè)備產(chǎn)生的流量與泵或風(fēng)機的轉(zhuǎn)速成正比設(shè)備產(chǎn)生的壓力與泵或風(fēng)機轉(zhuǎn)速的平方成正比設(shè)備消耗的功率與泵或風(fēng)機轉(zhuǎn)速的立方成正比第三十頁，共三十二頁，2022年，8月28日變