課題一通用變頻器的基礎(chǔ)知識和控制原理

1、 變頻調(diào)速是通過改變交流異步電動機的供電頻變頻調(diào)速是通過改變交流異步電動機的供電頻率進行調(diào)速的。率進行調(diào)速的。 課題一課題一 通用變頻器的基礎(chǔ)知識和控制原理通用變頻器的基礎(chǔ)知識和控制原理一、變頻器及其分類一、變頻器及其分類 變頻器是一種利用電力半導體器件的通斷變頻器是一種利用電力半導體器件的通斷作用，將工頻交流電源變換成頻率、電壓連續(xù)作用，將工頻交流電源變換成頻率、電壓連續(xù)可調(diào)的電能控制裝置?？烧{(diào)的電能控制裝置。分類方式分類方式種類種類分類方式分類方式種類種類按其供電電按其供電電壓分壓分低壓變頻器低壓變頻器 ( 110V 220V 380V ) ( 110V 220V 380V ) 中壓變頻器

2、中壓變頻器 ( 500V( 500V660V 660V 1140V ) 1140V ) 高壓變頻器高壓變頻器 ( 3kV 3.3kV 6kV ( 3kV 3.3kV 6kV 6.6kV 10kV )6.6kV 10kV )按輸出功率大小按輸出功率大小分分小功率變頻器小功率變頻器中功率變頻器中功率變頻器大功率變頻器大功率變頻器按供電電源按供電電源的相數(shù)分的相數(shù)分單相輸入變頻器單相輸入變頻器三相輸入變頻器三相輸入變頻器按用途分按用途分通用變頻器通用變頻器高性能專用變高性能專用變頻器頻器高頻變頻器高頻變頻器按直流電源按直流電源的性質(zhì)分的性質(zhì)分電流型變頻器電流型變頻器電壓型變頻器電壓型變頻器按主開關(guān)器

3、件分按主開關(guān)器件分IGBTIGBT變頻器變頻器GOTGOT變頻器變頻器GTRGTR變頻器變頻器按變換環(huán)節(jié)按變換環(huán)節(jié)分分交交- -直直- -交變頻器交變頻器交交- -交變頻器交變頻器按輸出電壓按輸出電壓調(diào)制方式分調(diào)制方式分PAM(PAM(脈幅調(diào)制脈幅調(diào)制) )控制變頻器控制變頻器PWM (PWM (脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制) )控制變頻器控制變頻器按機殼外型分按機殼外型分塑殼變頻器塑殼變頻器鐵殼變頻器鐵殼變頻器柜式變頻器柜式變頻器按控制方式按控制方式分分U/f 控制變頻器控制變頻器轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器矢量控制變頻器矢量控制變頻器接其商標所有權(quán)接其商標所有權(quán)分分國產(chǎn)變頻器國產(chǎn)變頻器臺灣變頻

4、器臺灣變頻器進口變頻器進口變頻器二、通用變頻器的基本結(jié)構(gòu) 目前，通用變頻器的變換環(huán)節(jié)大多采用交目前，通用變頻器的變換環(huán)節(jié)大多采用交直交變頻變壓方式。交直交變頻器是先把直交變頻變壓方式。交直交變頻器是先把工頻交流電通過整流器變成直流電，然后再把直工頻交流電通過整流器變成直流電，然后再把直流電逆變成頻率、電壓連續(xù)可調(diào)的交流電。流電逆變成頻率、電壓連續(xù)可調(diào)的交流電。 LED顯示：設(shè)定頻率、輸出頻率、輸顯示：設(shè)定頻率、輸出頻率、輸出電流、輸出電壓、同步轉(zhuǎn)速、負載出電流、輸出電壓、同步轉(zhuǎn)速、負載轉(zhuǎn)速、負載率、設(shè)定值、反饋值、功轉(zhuǎn)速、負載率、設(shè)定值、反饋值、功能號、功能數(shù)據(jù)、故障代號能號、功能數(shù)據(jù)、故障代

5、號單位顯示單位顯示頻率調(diào)節(jié)電頻率調(diào)節(jié)電位器位器加減鍵加減鍵編程鍵編程鍵移位鍵移位鍵反轉(zhuǎn)運行鍵反轉(zhuǎn)運行鍵正轉(zhuǎn)運行正轉(zhuǎn)運行指示燈指示燈正轉(zhuǎn)運行鍵正轉(zhuǎn)運行鍵反轉(zhuǎn)運行指反轉(zhuǎn)運行指示燈示燈停止、故障停止、故障復位鍵復位鍵變頻器操作面板外形變頻器操作面板外形操作面板操作面板前蓋板前蓋板接線端子接線端子蓋板蓋板緊固螺釘緊固螺釘變頻器外形變頻器外形主控、顯示與主控、顯示與外接控制板外接控制板開關(guān)電源開關(guān)電源電路電路驅(qū)動電路驅(qū)動電路濾波電容器濾波電容器整流和逆變整流和逆變一體化模塊一體化模塊的緊固螺釘?shù)木o固螺釘限流電阻限流電阻板間連接排線板間連接排線 變頻器內(nèi)部電路變頻器內(nèi)部電路 交交直直交變頻器的主電路交變頻

6、器的主電路1變頻器的主電路變頻器的主電路顯示顯示/鍵盤鍵盤逆變模塊逆變模塊主控模塊主控模塊電源板電源板鍵盤鍵盤顯示顯示采樣采樣驅(qū)動驅(qū)動控制輸入接線板控制輸入接線板控制輸出接線板控制輸出接線板給定給定控制控制測量測量控制控制2變頻器的控制電路變頻器的控制電路控制電路各部分的功能控制電路各部分的功能主控板主控板變頻器運行的控制中心變頻器運行的控制中心, ,其核心器件是微控制其核心器件是微控制器（單片微機）或數(shù)字信號處理器（器（單片微機）或數(shù)字信號處理器（DSPDSP）鍵盤與鍵盤與顯示板顯示板鍵盤與顯示板總是組合在一起。鍵盤是向主鍵盤與顯示板總是組合在一起。鍵盤是向主控板發(fā)出各種信號或指令控板發(fā)出各

7、種信號或指令, , 主要用于向變頻器主要用于向變頻器發(fā)出運行控制指令或修改運行數(shù)據(jù)等發(fā)出運行控制指令或修改運行數(shù)據(jù)等電源板電源板與驅(qū)動與驅(qū)動板板變頻器的內(nèi)部電源普遍使用開關(guān)穩(wěn)壓電源變頻器的內(nèi)部電源普遍使用開關(guān)穩(wěn)壓電源外接控外接控制電路制電路外接電路可實現(xiàn)由電位器、主令電器、繼電外接電路可實現(xiàn)由電位器、主令電器、繼電器及其他自控設(shè)備對變頻器的運行控制，并輸器及其他自控設(shè)備對變頻器的運行控制，并輸出其運行狀態(tài)、故障報警、運行數(shù)據(jù)信號等出其運行狀態(tài)、故障報警、運行數(shù)據(jù)信號等三、變頻器中常用電力半導體器件1電力晶體管電力晶體管GTRGTR是一種高擊穿電壓、大容量的晶體管。它具有是一種高擊穿電壓、大容量

8、的晶體管。它具有自關(guān)斷能力自關(guān)斷能力,并具有開關(guān)時間短、飽和壓降低和安全并具有開關(guān)時間短、飽和壓降低和安全工作區(qū)寬等優(yōu)點。工作區(qū)寬等優(yōu)點。 六單元六單元GTR 模塊模塊 圖形符號圖形符號 二單元模塊的等效電二單元模塊的等效電路路（2）GTR模塊的主要參數(shù)模塊的主要參數(shù) 1)開路阻斷電壓開路阻斷電壓UCEO ，例如：，例如：2DI200D-100 （3）GTR的選擇方法的選擇方法1）開路阻斷電壓）開路阻斷電壓UCEO的選擇的選擇 UCEO通常按電源通常按電源線電壓峰值的線電壓峰值的2倍來選擇。倍來選擇。 2)集電極最大持續(xù)電流集電極最大持續(xù)電流ICM的選擇的選擇 ICM通常按輸出通常按輸出交流線

9、電流峰值的交流線電流峰值的2.25倍來選擇。倍來選擇。2)集電極最大持續(xù)電流集電極最大持續(xù)電流ICM ，例如：，例如：6DI15Z-120 2 2CEOLUU2.25CMNII2絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBTIGBT是是MOSFET和和GTR相結(jié)合的產(chǎn)物相結(jié)合的產(chǎn)物,其主體部分其主體部分與與GTR相同，也有集電極和發(fā)射極相同，也有集電極和發(fā)射極,但驅(qū)動部分卻但驅(qū)動部分卻和和MOSFET相同相同,是絕緣柵結(jié)構(gòu)。是絕緣柵結(jié)構(gòu)。 六單元六單元IGBT 圖形符號圖形符號 基本電路基本電路（1）IGBT的特點的特點 IGBT在外形上有模塊型和芯片在外形上有模塊型和芯片型型兩種兩種,在通用變頻器

10、中使用的在通用變頻器中使用的IGBT一般是模塊型。一般是模塊型。 單管模塊單管模塊 雙管模塊雙管模塊 六管模塊六管模塊（2）IGBT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1）集電極）集電極發(fā)射極額定電壓發(fā)射極額定電壓UCES。2）柵極）柵極發(fā)射極額定電壓發(fā)射極額定電壓UGES。 3）額定集電極電流）額定集電極電流IC。3智能電力模塊器件智能電力模塊器件IPMIPM的主要特點如下的主要特點如下: （1）內(nèi)含設(shè)定了最佳的）內(nèi)含設(shè)定了最佳的IGBT驅(qū)動條件的驅(qū)動電路。驅(qū)動條件的驅(qū)動電路。（2）內(nèi)含完善的保護功能及相應(yīng)的報警輸出信號。）內(nèi)含完善的保護功能及相應(yīng)的報警輸出信號。（3）內(nèi)含制動電路。）內(nèi)含制動電路。（4）散

11、熱效果良好。）散熱效果良好。四、變頻器的工作原理和功能1變頻器的工作原理變頻器的工作原理（1）逆變的基本工作原理）逆變的基本工作原理 將直流電變換為交流電將直流電變換為交流電的過程稱為逆變的過程稱為逆變,完成逆變功能的裝置叫逆變器。完成逆變功能的裝置叫逆變器。 電路構(gòu)成電路構(gòu)成 輸出電壓波形輸出電壓波形 單相逆變電路單相逆變電路 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 輸出電壓波形輸出電壓波形三相逆變電路三相逆變電路 a)電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) b)各開關(guān)元件的導通情況各開關(guān)元件的導通情況 c)輸出電壓波形輸出電壓波形（2）U/f控制控制 U/f 控制是在改變變頻器輸出電壓頻率的同時改變控制是在改變變頻器輸出電壓頻率的同

12、時改變輸出電壓的幅值輸出電壓的幅值, 以維持電動機磁通基本恒定以維持電動機磁通基本恒定,從而在從而在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)較寬的調(diào)速范圍內(nèi),使電動機的效率、功率因數(shù)不下降。使電動機的效率、功率因數(shù)不下降。114.44mrEk f N 要使電動機的磁通在整個調(diào)速過程中保持不變要使電動機的磁通在整個調(diào)速過程中保持不變,只要在改變電源頻率的同時改變電動機的感應(yīng)電動勢只要在改變電源頻率的同時改變電動機的感應(yīng)電動勢E ,使其滿足為常數(shù)即可。使其滿足為常數(shù)即可。 （3）脈沖寬度調(diào)制）脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)技術(shù) 實現(xiàn)變頻變壓的方實現(xiàn)變頻變壓的方法有多種，目前應(yīng)用較多的是脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，法有多種，目前應(yīng)用較多

13、的是脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，簡稱簡稱PWM技術(shù)。技術(shù)。PWM輸出電壓基本波形輸出電壓基本波形 SPWM的原理的原理（4）三相異步電動機變頻調(diào)速后的機械特性）三相異步電動機變頻調(diào)速后的機械特性 基頻以下調(diào)速時的機械特性基頻以下調(diào)速時的機械特性 基頻以上調(diào)速時的機械特性基頻以上調(diào)速時的機械特性把基頻以上調(diào)速和基頻以下調(diào)速兩種情況結(jié)把基頻以上調(diào)速和基頻以下調(diào)速兩種情況結(jié)合起來，可得下圖所示的異步電動機變頻調(diào)速控合起來，可得下圖所示的異步電動機變頻調(diào)速控制特性。制特性。 異步電動機變頻調(diào)速控制特性異步電動機變頻調(diào)速控制特性 2變頻器的功能變頻器的功能 （1）系統(tǒng)所具有的功能）系統(tǒng)所具有的功能 1）全范圍轉(zhuǎn)矩

14、自動增強功能。）全范圍轉(zhuǎn)矩自動增強功能。2）防失速功能。）防失速功能。3）過轉(zhuǎn)矩限定運行功能。）過轉(zhuǎn)矩限定運行功能。4）運行狀態(tài)檢測顯示功能。）運行狀態(tài)檢測顯示功能。5）自動節(jié)能運行功能。）自動節(jié)能運行功能。6）自動電壓調(diào)整功能。）自動電壓調(diào)整功能。7）通過外部信號對變頻器進行啟?？刂频墓δ?。）通過外部信號對變頻器進行啟?？刂频墓δ?。（2）頻率設(shè)定功能）頻率設(shè)定功能 1）給定頻率的設(shè)定方法）給定頻率的設(shè)定方法 2）基本頻率）基本頻率fb和最高頻率和最高頻率 fmax 3）上限頻率）上限頻率fH和下限頻率和下限頻率fL 4）載波頻率）載波頻率 5）點動頻率）點動頻率 上限頻率上限頻率f H和下限頻率和下限頻率f L （3）升速時間和降速時間的設(shè)定功能）升速時間和降速時間的設(shè)定功能1）升速時間的設(shè)定）升速時間的設(shè)定 2）降速時間的設(shè)定）降速時間