變頻器工作原理及應(yīng)用

1、電工培訓(xùn)班 課堂須知： 1、請將手機關(guān)機或置于靜音狀態(tài)； 2、上課期間自覺遵守紀(jì)律； 本次講課的內(nèi)容主要分為4個方面： 一、變頻器的概念和用途；變頻器的概念和用途； 二、變頻器及電器傳動的基礎(chǔ)知識；二、變頻器及電器傳動的基礎(chǔ)知識； 三、變頻器的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢三、變頻器的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 四、四、變頻器使用注意事項模塊一、模塊一、變頻器的概念和用途變頻器的概念和用途n變頻器的概念n變頻器的用途三相交流電網(wǎng)三相交流電網(wǎng) 3 AC, 400V, 50 Hz開關(guān)或接觸器開關(guān)或接觸器 變頻器變頻器異步電動機異步電動機 轉(zhuǎn)速可調(diào)轉(zhuǎn)速可調(diào)050Hz可調(diào)可調(diào)一、變頻器的概念和用途變頻器的概念 變頻器（變

2、頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變術(shù)，通過改變電機電機工作電源工作電源頻率頻率方方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。備。變頻器的概念 基本概念 （1） VVVF 改變電壓、改變頻率（Variable Voltage and Variable Frequency）的縮寫。 （2） CVCF 恒電壓、恒頻率（Constant Voltage and Constant Frequency）的縮寫。 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200V/60H

3、z（50Hz）或100V/60Hz（50Hz）。通常，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”。變頻器的組成 變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動再次整流（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。單元、檢測單元微處理單元等組成。 通過改變電源的頻率來達到改變電源電通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機的實際需要來提供其所壓的目的，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的。的。變頻器的

4、保護功能 變頻器還有很多的保護功能，如過流、過變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。變頻器保護功能 由于變頻器大量的使用了各種半導(dǎo)體器件，如整流橋、IGBT、電解電容等， 要想保證變頻器長期穩(wěn)定工作，則必須保證各器件工作在其允許條件下。 超出條件則必須立刻或延時停止變頻器工作，待異常條件消失后才能重 新開始工作，如保護失效或動作延遲將導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)不可恢復(fù)性損害。保護類型原因缺相輸入缺相輸入電壓值相差超過允許值輸出缺相輸出電流三相不平衡過流加

5、速/減速/恒速超過變頻器允許的最大電流（2倍額定）過載超過變頻器允許的過載范圍過壓加速/減速/恒速直流母線電壓超過允許值過熱散熱器溫度超過允許值欠壓電網(wǎng)電壓過低變頻器的保護功能 現(xiàn)在通用變頻器不但在產(chǎn)品性能上有很大提高，而且現(xiàn)在通用變頻器不但在產(chǎn)品性能上有很大提高，而且自診斷功能、報警及保護功能也非常齊全，熟悉這些自診斷功能、報警及保護功能也非常齊全，熟悉這些功能對于正確使用變頻器極其重要。功能對于正確使用變頻器極其重要。 過電流過電流 逆變器過載逆變器過載 過電壓過電壓 熔斷器燒斷熔斷器燒斷 欠電壓欠電壓 存儲器出錯存儲器出錯 散熱板過熱散熱板過熱 通訊出錯通訊出錯 外部報警輸入外部報警輸入

6、 CPU出錯出錯 變器過熱變器過熱 自整定出錯自整定出錯 動機過載動機過載 為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC）。然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC），我們把實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置稱為“變頻器”（inverter）。 變頻器選型選型原則考慮變頻器運行的經(jīng)濟性和安全性，變頻器選型保留適當(dāng)?shù)挠嗔渴潜匾?。要?zhǔn)確選型，必須要把握以下幾個原則：l充分了解控制對象性能要求。一般來講如對啟動轉(zhuǎn)矩、調(diào)速精度、調(diào)速范圍要 求較高的場合則需考慮選用矢量變頻器，否則選用通用變頻器即可l了解負(fù)載特性，如是通用場合，則需確定變頻器是G型還是P型l了解所用電機主要銘牌

7、參數(shù)：額定電壓、額定電流。變頻器選型選型原則l確定負(fù)載可能出現(xiàn)的最大電流，以此電流作為待選變頻器的額定電流。如果該 電流小于適配電機額定電流，則按適配電機選擇對應(yīng)變頻器，考慮成本因素，如 選用的是通用變頻器，則可以選擇P型機l以下情況要考慮容量放大一檔： 1、長期高溫大負(fù)荷 2、異?；蚬收贤C會出現(xiàn)災(zāi)難性后果的現(xiàn)場 3、目標(biāo)負(fù)載波動大 4、現(xiàn)場電網(wǎng)長期偏低而負(fù)載接近額定 5、繞線電機、同步電機或多極電機（6極以上）變頻器選型選型原則充分了解各變頻器支持的選配件是正確選配的基礎(chǔ)。對于變頻器的選配件選配，必須要把握以下幾個原則：l以下情況要選用交流輸入電抗器、直流電抗器民用場合，如：賓館中央空調(diào)、

8、電機功率大于55KW以上電網(wǎng)品質(zhì)惡劣或容量偏小的場合如不選用可能會造成干擾、三相電流偏差大，變頻器頻繁炸機l以下情況要選用交流輸出電抗器變頻器到電機線路超過100米（一般原則）l以下情況一般要選用制動單元和制動電阻提升負(fù)載頻繁快速加減速大慣量（自由停車需要1min以上，恒速運行電流小于加速電流的設(shè)備）變頻器選型選型原則使用通用變頻器的行業(yè)和設(shè)備使用矢量變頻器的行業(yè)和設(shè)備紡織絕大多數(shù)設(shè)備紡織有張力控制場合需使用冶金輔助風(fēng)機水泵、輥道、高爐卷揚冶金各種主軋線、飛剪石化用風(fēng)機、泵、空壓機電梯門機、起重行走電梯、起重提升供水油田用風(fēng)機、水泵、抽油機、空壓機電廠風(fēng)機水泵、傳送帶市政鍋爐、污水處理部分拉絲

9、機牽引拉絲機的收放卷凹版印刷水泥、陶瓷、玻璃生產(chǎn)線全線傳送帶礦山風(fēng)機泵礦山提升機卷煙制絲卷煙成型包裝低速造紙及配套風(fēng)機水泵、制漿高速造紙、切紙機、復(fù)卷機 變頻器的用途比較廣泛，無論是在生產(chǎn)還是咱們的日常生活中，都有所應(yīng)用。 變頻器在公司生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用： 例1、生產(chǎn)、生活中的恒壓泵供水系統(tǒng)； 例2、高爐上料小車的控制； 例3、球團廠的回轉(zhuǎn)窯旋轉(zhuǎn)控制； 例4：煉鋼連鑄機的引錠桿的控制； 例5：煉鋼廠轉(zhuǎn)爐的傾動控制等等； 變頻器可用于家電產(chǎn)品： 例1、公共場所使用的中央空調(diào)； 例2、家庭中還有熒光燈等產(chǎn)品。用于電機控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。但用于熒光燈的變頻器主要用于調(diào)節(jié)電

10、源供電的頻率。 下面就簡單舉幾個例子對變頻器的應(yīng)用進行講解。 例例1 .1 . 水泵節(jié)能恒壓供水水泵節(jié)能恒壓供水圖圖10101 1 供水系統(tǒng)示意圖供水系統(tǒng)示意圖壓力變送器壓力變送器生生 活活 小小 區(qū)區(qū)操操 作作 室室420mA回回 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 窯窯出料口出料口 R S TU V W進進 料料 口口減速箱減速箱F UIt例例2 . 2 . 球團回轉(zhuǎn)窯主驅(qū)動變頻調(diào)速示意圖球團回轉(zhuǎn)窯主驅(qū)動變頻調(diào)速示意圖UF1 UF2 UF3 UF4UFUF5 UF6P L C計算機計算機四臺拉矯機變頻器四臺拉矯機變頻器結(jié)結(jié) 晶晶 器器 變變 頻頻 器器連連 鑄鑄 鋼鋼 錠錠切斷機切斷機噴噴 水水 系系 統(tǒng)統(tǒng)冷卻水冷卻水

11、鋼水鋼水澆鑄鋼包澆鑄鋼包鋼鋼 錠錠 連連 鑄鑄 示示 意意 圖圖結(jié)晶器結(jié)晶器輸送輥道變頻器輸送輥道變頻器液液 壓壓 系系 統(tǒng)統(tǒng)例例3 3 ：例4. 雙泵雙變頻器雙泵雙變頻器 PID PID 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)U V W R S TP I D 調(diào)節(jié)器 R S TU V WRP微調(diào)V+V-VI2GNDIIGNDII+-4 20mA電動機電動機壓力傳感器水 泵水 泵U FU F例5：中央空調(diào)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)工藝圖水 泵電動機制 冷 機 組冷 卻 塔溫度變送器冷卻風(fēng)扇U V WR S TGNDIIV+VI1RP4 20mAQQQU F模塊二、模塊二、變頻器的基礎(chǔ)知識變頻器的基礎(chǔ)知識變頻器基礎(chǔ)知識簡要工作原理整流部

12、分儲能環(huán)節(jié)逆變部分M控制系統(tǒng)交流交流低壓交直交通用變頻器系統(tǒng)框圖交流低壓交直交通用變頻器系統(tǒng)框圖直流直流交流整流器：將交流電變換成直流的電力電子裝置，其輸入電壓為正弦波，輸入電流非 正弦，帶有豐富的諧波逆變器：將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的電力電子裝置，其輸出電壓為非正弦波，輸出電 流近似正弦變頻器基礎(chǔ)知識簡要工作原理單相逆變電路工作原理單相逆變電路工作原理S1S4S2S3EdU1S1,S3導(dǎo)通S2,S4導(dǎo)通 S1,S3導(dǎo)通S2,S4導(dǎo)通S1,S3導(dǎo)通S2,S4導(dǎo)通f1f2EdU1逆變器的功能：l通過改變開關(guān)管導(dǎo)通時間改變輸出電壓的頻率l通過改變開關(guān)管導(dǎo)通順序改變輸出電壓的相序變頻器基礎(chǔ)知識簡要工作原

13、理S1S4S5S2S3S6UVEdW561UUVUVWUVW612 123 234 345 456 561 612三相逆變電路三相逆變電路Ed缺點：l輸出電壓的諧波分量太大l電機諧波損耗增加，發(fā)熱嚴(yán)重甚至燒壞電機l轉(zhuǎn)矩脈動較大，低速運行時影響轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)l直到從通信技術(shù)中采用PWM調(diào)制才大大的緩解了以上問題電機變頻器基礎(chǔ)知識簡要工作原理SPWM調(diào)制載波PWMPWM（Pulse Width ModurationPulse Width Moduration）調(diào)制）調(diào)制lPWM調(diào)制是：利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把直流電壓調(diào)制成電壓可變、頻 率可變的電壓脈沖列。lSPWM調(diào)制是：采用三角波和正弦波相

14、交獲得的PWM波形直接控制各個開關(guān)可以得 到脈沖寬度和各脈沖間的占空比可變的呈正弦變化的輸出脈沖電壓電壓，能獲 得理想的控制效果：輸出電流近似正弦l載波頻率必須高，才能保證調(diào)制后得到的波形與調(diào)制前效果相同lGTR變頻器由于開關(guān)頻率太低，電機噪聲較大，IGBT有效的解決了這個問題電氣傳動基礎(chǔ)知識電氣傳動系統(tǒng)概述定義定義 以交流（直流）電動機為動力拖動各種生產(chǎn)機械的系統(tǒng)我們稱之為交流（直流） 電氣傳動系統(tǒng)，也稱交流（直流）電氣拖動系統(tǒng)構(gòu)成構(gòu)成中間傳動機構(gòu)交流電源輸入終端機械交流電機直流調(diào)速裝置直流輸出皮帶輪、齒輪箱等風(fēng)機、泵等直流電機交流調(diào)速裝置交流輸出執(zhí)行機構(gòu)變頻器電氣傳動基礎(chǔ)知識電氣傳動的目的

15、和意義序號意義有代表意義的行業(yè)或設(shè)備1節(jié)能風(fēng)機、水泵、注塑機2提高產(chǎn)品質(zhì)量機床、印刷、包裝等生產(chǎn)線3改善工作環(huán)境電梯、中央空調(diào)目的目的 根據(jù)設(shè)備和工藝的要求通過改變電動機速度或輸出轉(zhuǎn)矩改變終端設(shè)備的速度或輸 出轉(zhuǎn)矩意義意義注：并不是所有的設(shè)備使用電氣傳動裝置后都可以節(jié)能電氣傳動基礎(chǔ)知識電氣傳動系統(tǒng)基本工作原理電力傳動系統(tǒng)運動方程式電力傳動系統(tǒng)運動方程式lT電機轉(zhuǎn)矩T負(fù)載轉(zhuǎn)矩加速運行 T電機轉(zhuǎn)矩T*時，T0=0，磁場不變，電動機轉(zhuǎn)子因慣性使n減小，轉(zhuǎn)矩減小。矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制負(fù)載 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 恒功率負(fù)載 風(fēng)機泵類負(fù)載普通異步電動機與變頻電機區(qū)普通異步電動機與變頻電機區(qū)別別一、普通異步電動機都

16、是按恒頻恒壓設(shè)計的，不可能完全適應(yīng)變頻調(diào)速的要求。以下為變頻器對電機的影響 1、電動機的效率和溫升的問題 不論那種形式的變頻器，在運行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機在非正弦電壓、電流下運行。拒資料介紹，以目前普遍使用的正弦波PWM型變頻器為例，其低次諧波基本為零，剩下的比載波頻率大一倍左右的高次諧波分量為：2u+1（u為調(diào)制比）。 高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗。因為異步電動機是以接近于基波頻率所對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，因此，高次諧波電壓以較大的轉(zhuǎn)差切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條后，便會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子損耗。除此之外，還需考慮因集膚效應(yīng)所產(chǎn)

17、生的附加銅耗。這些損耗都會使電動機額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相異步電動機運行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加10%20%。 普通異步電動機與變頻電機區(qū)普通異步電動機與變頻電機區(qū)別別2、電動機絕緣強度問題 目前中小型變頻器，不少是采用PWM的控制方式。他的載波頻率約為幾千到十幾千赫，這就使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當(dāng)于對電動機施加陡度很大的沖擊電壓，使電動機的匝間絕緣承受較為嚴(yán)酷的考驗。另外，由PWM變頻器產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動機運行電壓上，會對電動機對地絕緣構(gòu)成威脅，對地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊下會加速老化。 普通異步電動機與變頻電機區(qū)別

18、？普通異步電動機與變頻電機區(qū)別？。 3、諧波電磁噪聲與震動 普通異步電動機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風(fēng)等因素所引起的震動和噪聲變的更加復(fù)雜。變頻電源中含有的各次時間諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。當(dāng)電磁力波的頻率和電動機機體的固有振動頻率一致或接近時，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而加大噪聲。由于電動機工作頻率范圍寬，轉(zhuǎn)速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各構(gòu)件的固有震動頻率。 4、電動機對頻繁啟動、制動的適應(yīng)能力 由于采用變頻器供電后，電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動，并可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動，為實現(xiàn)頻繁啟動

19、和制動創(chuàng)造了條件，因而電動機的機械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變力的作用下，給機械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)帶來疲勞和加速老化問題。 電機的極數(shù)對其選用有何影響電機的極數(shù)對其選用有何影響？ 電機的極對數(shù)越多，電機的轉(zhuǎn)速就越低，但它的扭距就越大；在選用電機時，您要考慮負(fù)載需要多大的起動扭距，比如象帶負(fù)載起動的就比空載起動的需要扭距就大，如果是大功率大負(fù)載起動，還要考慮降壓啟動（或星三角啟動）；至于在決定了電機極對數(shù)后和負(fù)載的轉(zhuǎn)速匹配問題，則可考慮用不同直徑的皮帶輪來傳動或用變速齒輪（齒輪箱）來匹配。如果由于決定了電機極對數(shù)后經(jīng)過皮帶或齒輪傳動后達不到負(fù)載的功率要求，那就要考慮電機的使用功率問題了。變頻器能否調(diào)至

20、變頻器能否調(diào)至1Hz1Hz嗎，最高可嗎，最高可以調(diào)多少以調(diào)多少HZHZ使用？使用？ 有的品牌變頻器最低頻率可以調(diào)至0.1HZ,最高頻率可以調(diào)至3000HZ. 如果變頻器用在一般的交流異步電機上，變頻器調(diào)至1Hz時已經(jīng)接近直流，是絕對不可以的，電機將運行在變頻器限制內(nèi)的最大電流下工作，電機將會發(fā)熱嚴(yán)重，很有可能燒毀電機。 如果超過50Hz運行會增大電機的鐵損，對電機也是不利的，一般最好不要超過60Hz，（短時間內(nèi)超過是允許的）否則也會影響電機使用壽命。 使用變頻器時，電機溫升為什么使用變頻器時，電機溫升為什么比工頻時高呢比工頻時高呢？ 因為變頻器輸出電壓波形不是正弦波，而是畸形波，在額定扭矩下的電機電流比工頻時要多