變頻技術(shù)及應(yīng)用 課件 學(xué)習(xí)情境1、2 變頻器的基礎(chǔ)知識(shí)、認(rèn)識(shí)變頻器

學(xué)習(xí)情境1

變頻器基礎(chǔ)知識(shí)變頻器基礎(chǔ)知識(shí)一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)二、電力電子器件的選擇與檢測(cè)三、變頻器的組成原理分析一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)

電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)可分為穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)(靜態(tài))和不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)(動(dòng)態(tài)或過渡狀態(tài))兩種。電動(dòng)機(jī)工作的運(yùn)行狀態(tài)，決定于電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，即決定于電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩是否平衡。為了分析和研究電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，需要用數(shù)學(xué)模型來描述，應(yīng)用動(dòng)力學(xué)平衡條件建立系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式，作為分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的工具。由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行的系統(tǒng)稱做電力拖動(dòng)系統(tǒng);一般由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)械、生產(chǎn)機(jī)械、控制設(shè)備等部分組成。異步交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速改變輸入頻率（無級(jí)調(diào)速）——變頻器n=60f/P（1-S）P：磁極對(duì)數(shù)f：頻率S：轉(zhuǎn)差率改變轉(zhuǎn)差率（方法多實(shí)現(xiàn)困難）調(diào)速原理：調(diào)速方法：改變磁極對(duì)數(shù)（機(jī)械的有級(jí)調(diào)速）負(fù)載的類型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載特性摩擦恒轉(zhuǎn)矩生產(chǎn)流水線起重行走速度勢(shì)能恒轉(zhuǎn)矩電梯起重機(jī)提升恒功率（速度越低，負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大）機(jī)床開卷機(jī)/收卷機(jī)變轉(zhuǎn)矩（速度越低，負(fù)載轉(zhuǎn)矩越?。╋L(fēng)機(jī)水泵負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小于與轉(zhuǎn)速無關(guān)二、電力電子器件

電力電子器件的分類

半控型器件--通過控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷，比如晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定。全控型器件--通過控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。如絕緣柵雙極晶體管（Insulated-GateBipolarTransistor--IGBT）、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（PowerMOSFET，簡(jiǎn)稱為電力MOSFET）及門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-OffThyristor--GTO）等。不可控器件--不能用控制信號(hào)來控制其通斷，因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路。比如電力二極管（PowerDiode），只有兩個(gè)端子，器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。典型電力電子器件電力二極管半控型器件--晶閘管典型電力電子器件IGBT圖1=26IGBT的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)簡(jiǎn)化等效電路c)電氣圖形符號(hào)三、變頻器的組成原理分析交-直-交變頻器主電路定義：交-直-交變頻器又稱為間接變頻器，它是先將工頻交流電通過整流器變成直流電，再經(jīng)逆變器將直流電變成頻率和電壓可調(diào)的交流電。學(xué)習(xí)情境2

認(rèn)識(shí)變頻器認(rèn)識(shí)變頻器一、了解通用變頻器二、認(rèn)識(shí)西門子SINAMICS變頻器三、G120變頻器的安裝與接線一、了解通用變頻器

1、電力電子器件是變頻器發(fā)展的基礎(chǔ)第一代電力電子器件是出現(xiàn)于1956年的晶閘管。

（半控型器件）第二代電力電子器件是以門極可關(guān)斷（GTO）晶閘管和電力晶體管（GTR）為代表。（電流自關(guān)斷器件）其開關(guān)頻率仍然不高，一般在5kHz以下。第三代電力電子器件是以電力MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）為代表。（電壓自關(guān)斷器件）其開關(guān)頻率可達(dá)到20kHz以上。第四代是以智能功率模塊（IPM）為代表，IPM是以IGBT為開關(guān)器件，但集成有驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路。1、在節(jié)能方面的應(yīng)用（1）節(jié)能的前景：在2003年的中國電力消耗中，60-70％為動(dòng)力電，而在總?cè)萘繛?．8億千瓦的電動(dòng)機(jī)總?cè)萘恐校挥胁坏?000萬千瓦的電動(dòng)機(jī)是帶變頻控制的。據(jù)分析，在中國，帶變動(dòng)負(fù)載、具有節(jié)能潛力的電機(jī)至少有1.8億千瓦。

（2）節(jié)能的原理：（以風(fēng)機(jī)水泵為例）根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果非?？捎^。與此類似，許多變動(dòng)負(fù)載電機(jī)一般按最大需求來生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的容量，因而設(shè)計(jì)裕量偏大。而在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行的時(shí)間所占比例卻非常高。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運(yùn)行時(shí)的工作效率。因此，變動(dòng)負(fù)載的節(jié)能潛力巨大。

2、在自動(dòng)控制系統(tǒng)方面的應(yīng)用3、在產(chǎn)品工藝和質(zhì)量方面的應(yīng)用

由于變頻器內(nèi)置有32位或16位的微處理器，具有多種算術(shù)邏輯運(yùn)算和智能控制功能，輸出頻率精度高達(dá)0.01%-0.1%，還設(shè)置有完善的檢測(cè)、保護(hù)環(huán)節(jié)。因此，變頻器在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。例如：化纖工業(yè)中的卷繞、拉伸、計(jì)量、導(dǎo)絲；玻璃工業(yè)中的平板玻璃退火爐、玻璃窯攪拌、拉邊機(jī)、制瓶機(jī)；電弧爐自動(dòng)加料、配料系統(tǒng)以及電梯的智能控制等。變頻器還廣泛用于傳動(dòng)、起重、擠壓和機(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域，它可以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，減少設(shè)備的沖擊和噪聲，延長設(shè)備的使用壽命。采用變頻調(diào)速控制后，使機(jī)械系統(tǒng)簡(jiǎn)化，操作和控制更加方便，有的甚至可以改變?cè)械墓に囈?guī)范，從而提高了整個(gè)設(shè)備的功能。變頻器的應(yīng)用4、在家用電器方面的應(yīng)用變頻器的應(yīng)用除了工業(yè)相關(guān)行業(yè)，在普通家庭中，節(jié)約電費(fèi)、提高家電性能、保護(hù)環(huán)境等方面也受到越來越多的關(guān)注，變頻家電成為變頻器的另一個(gè)廣闊市場(chǎng)。帶有變頻控制的冰箱、洗衣機(jī)、家用空調(diào)等，在節(jié)電、減小電壓沖擊、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的優(yōu)勢(shì)。變頻器的分類二、認(rèn)識(shí)西門子SINAMICS變頻器

西門子G120變頻器

G120內(nèi)置式變頻器由控制單元CU、功率模塊PM、操作面板BOP/IOP以及變頻器系統(tǒng)其他部件組成，通常稱之為標(biāo)準(zhǔn)變頻器。三、G120變頻器的安裝與接線

變頻器的設(shè)置場(chǎng)所為了使變頻器能穩(wěn)定地工作，發(fā)揮所具有的性能，必須確保設(shè)置環(huán)境能充分滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)及國標(biāo)對(duì)變頻器所規(guī)定環(huán)境的允許值。總體要求是：電氣室應(yīng)濕氣少、無水浸入；無爆炸性、燃燒性或腐蝕性氣體和液體，粉塵少；裝置容易安裝；應(yīng)有足夠的空間，使維修檢查容易進(jìn)行；應(yīng)備有通風(fēng)口或換氣裝置以排出變頻器產(chǎn)生的熱量；應(yīng)與易受變頻器產(chǎn)生的高次諧波和無線電干擾影響的裝置隔離；安裝在室外必須單獨(dú)按戶外配電裝置設(shè)置。G120變頻器安裝與接線

變頻器的機(jī)械安裝

（1）安裝功率模塊附件

G120變頻器安裝與接線

（2）安裝功率模塊

① 將功率模塊安裝在控制柜中。

② 保持與控制柜中其他組件之間的最小間距。

③ 垂直安裝功率模塊，電源和電機(jī)端子朝下。

④ 根據(jù)功率模塊端子配置連接電機(jī)電纜和電源電纜。

⑤ 使用緊固件，