變頻器實(shí)技術(shù)（三菱）課件 第1章 變頻器的基礎(chǔ)知

變頻器實(shí)用技術(shù)（三菱）第1章變頻器的基礎(chǔ)知識(shí)第2章變頻器的基本操作第3章變頻器的基本應(yīng)用第4章變頻器的典型應(yīng)用第1章變頻器的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)一、變頻器的結(jié)構(gòu)1.主電路（1）整流電路整流電路的主要作用是把三相（或單相）交流電轉(zhuǎn)變成直流電，逆變電路提供所需的直流電源。1）電力二極管（PD）：指可以承受高電壓、大電流，具有較大耗散功率的二極管。第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)2）普通晶閘管（SCR）：普通晶閘管是雙極型電流控制器件，其圖形符號(hào)如圖1-5a所示，其中，A為陽極，K為陰極，G為門極，其伏安特性如圖1-5b所示。第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)（2）濾波電路濾波電路通常由若干個(gè)電解電容并聯(lián)成一組，如圖1-3中的C1和C2。（3）直流中間電路由整流電路可以將電網(wǎng)的交流電源整流成直流電壓或直流電流，但這種電壓或電流含有電壓或電流紋波，會(huì)影響直流電壓或電流的質(zhì)量。（4）逆變電路逆變電路是變頻器最主要的部分之一，它的功能是，在控制電路的控制下將直流中間電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為電壓、頻率均可調(diào)的交流電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制。1）門極關(guān)斷（GTO）晶閘管的導(dǎo)通控制與晶閘管一樣，但是在它的門極加負(fù)電壓可使其關(guān)斷，具有白關(guān)斷能力，屬于全控型器件，其結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)如圖1-7所示，其中，A為陽極，K為陰極，G為門極。第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)2）電力晶體管通常又稱為雙極型晶體管，是一種大功率高反壓晶體管，屬于全控型器件。3）電力MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管（P-MOSFET）是單極型全控器件，屬于電壓控制。4）絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是復(fù)合型全控器件，具有輸入阻抗高、工作速度快、通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、承受電流大等優(yōu)點(diǎn)，是功率開關(guān)電源和逆變器的理想電力半導(dǎo)體器件。第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)①為電動(dòng)機(jī)繞組的無功電流返回直流電路提供通路。②當(dāng)頻率下降使同步轉(zhuǎn)速下降時(shí)，為電動(dòng)機(jī)的再生電能回饋至直流電路提供通路。③為電路的寄生電感在逆變過程中釋放能量提供通路。（5）能耗制動(dòng)電路在變頻調(diào)速中，電動(dòng)機(jī)的降速和停機(jī)是通過減小變頻器的輸出頻率，從而降低電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速的方法來實(shí)現(xiàn)的。2.變頻器控制電路（1）運(yùn)算電路運(yùn)算電路的主要作用是將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令信號(hào)同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定變頻器的輸出頻率和電壓。（2）信號(hào)檢測(cè)電路將變頻器和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)反饋至微處理器，并由微處理器按事先確定的算法進(jìn)行處理后為各部分電路提供所需的控制或保護(hù)信號(hào)。（3）驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路的作用是為變頻器中逆變電路的換流器件提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。（4）保護(hù)電路保護(hù)電路的主要作用是對(duì)檢測(cè)電路得到的各種信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，以判斷變頻器第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)本身或系統(tǒng)是否出現(xiàn)異常。二、變頻器的分類1.按變換環(huán)節(jié)分類（1）交-交變頻器單相交-交變頻器的原理框圖如圖1-15所示。（2）交-直-交變頻器交-直-交變頻器又稱為間接變頻器。1）電壓型變頻器。2）電流型變頻器。第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)（3）交-交變頻器和交-直-交變頻器的主要特點(diǎn)下面以表格的形式加以對(duì)比，見表1-1。第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)2.根據(jù)調(diào)壓方式的不同分類（1）脈幅調(diào)制脈幅調(diào)制是改變電壓源的電壓Ed或電流源的電流1d的幅值進(jìn)行輸出控制的方式。第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)（2）脈寬調(diào)制（PWM）脈寬調(diào)制指變頻器輸出電壓的大小是通過改變輸出脈沖的占空比來實(shí)現(xiàn)的。第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)3.按變頻的控制方式分類（1）U/??控制變頻器U/??控制即壓頻比控制。（2）SF控制變頻器SF控制即轉(zhuǎn)差頻率控制，是在U/??控制基礎(chǔ)上的一種改進(jìn)方式。（3）矢量控制變頻器矢量控制是一種對(duì)交流電動(dòng)機(jī)新的控制思想和控制技術(shù)，也是異步電動(dòng)機(jī)的一種理想調(diào)速方法。（4）變頻器三種控制方式的比較變頻器三種控制方式的特性比較見表1-2。第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)第一節(jié)變頻器的結(jié)構(gòu)4.按用途分類（1）通用變頻器通用變頻器的特點(diǎn)是其通用性。（2）專用變頻器1）高性能專用變頻器。2）高頻變頻器。3）高壓變頻器。第二節(jié)變頻器的原理一、變頻器的基本工作原理（1）基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速這是考慮從基頻（電動(dòng)機(jī)額定頻率為f1n）向下調(diào)速的情況。（2）基頻以上的弱磁變頻調(diào)速這是考慮由基頻開始向上調(diào)速的情況。第二節(jié)變頻器的原理二、變頻器的脈寬調(diào)制技術(shù)1.PWM控制的基本原理第二節(jié)變頻器的原理第二節(jié)變頻器的原理第二節(jié)變頻器的原理第二節(jié)變頻器的原理2.PWM型逆變電路的控制方式（1）異步調(diào)制載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步關(guān)系的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制。第二節(jié)變頻器的原理（2）同步調(diào)制載波比N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)保持同步的調(diào)制方式稱為同步調(diào)制，如圖1-35所示的波形是N=9時(shí)的同步調(diào)制三相PWM波形。第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)一、變頻器的安裝1.通用變頻器的安裝要求（1）環(huán)境溫度溫度是影響變頻器使用壽命及可靠性的重要因素，一般要求為-10~40C。（2）環(huán)境濕度相對(duì)濕度不超過90%（無結(jié)露現(xiàn)象）。（3）安裝場(chǎng)所在海拔1000m以下使用。2.安裝說明（1）墻掛式安裝由于變頻器本身具有較好的外殼，故在一般情況下，允許直接靠墻安裝，稱為墻掛式。1）兩側(cè)應(yīng)大于或等于100mm。2）上下方應(yīng)大于或等于150mm。（2）柜式安裝當(dāng)周圍的塵埃較多時(shí)，或和變頻器配用的其他控制電器較多而需要和變頻器安裝在第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)一起時(shí)，采用柜式安裝。1）在比較清凈、塵埃很少時(shí)，盡量采用植外冷卻方式，如圖1-38a所示。第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)2）如果采用植內(nèi)冷卻方式，應(yīng)在柜頂加裝抽風(fēng)式冷卻風(fēng)扇。3.安裝注意事項(xiàng)1）變頻器使用了塑料零件，為了不造成破損，要小心使用，不要在前蓋板上施加太大的力。2）變頻器應(yīng)安置在不易受振動(dòng)的地方，注意臺(tái)車、沖床等的振動(dòng)。3）注意周圍的溫度。4）安裝在不可燃的表面上。5）避免安裝在陽光直射、高溫和潮濕的場(chǎng)所。6）避免安裝在油霧、易燃性氣體、棉塵及塵埃等較多的場(chǎng)所，或安裝在可阻擋任何懸浮物質(zhì)的封閉型屏板內(nèi)。第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)7）變頻器要用螺釘垂直且牢固地安裝在安裝板上，方向如圖1-40a所示。第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)二、變頻器的日常維護(hù)與檢查1.日常檢查1）電源電壓是否在允許范圍內(nèi)。2）冷卻系統(tǒng)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常。3）變頻器、電動(dòng)機(jī)是否過熱、變色或有異味。4）變頻器、電動(dòng)機(jī)是否有異常振動(dòng)和異常聲音。5）安裝地點(diǎn)的環(huán)境有無異常。2.變頻器的定期維護(hù)1）對(duì)緊固件進(jìn)行必要的緊固。2）清掃冷卻系統(tǒng)積塵。3）檢查絕緣電阻是否在允許范圍內(nèi)。第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)4）檢查導(dǎo)體、絕緣物是否有腐蝕、變色或破損。5）確認(rèn)保護(hù)電路的動(dòng)作。6）檢查冷卻風(fēng)扇、濾波電容器、接觸器等的工作情況。3.維護(hù)時(shí)的注意事項(xiàng)1）操作前必須切斷電源，且在主電路濾波電容器放電完畢、電源指示燈HL熄滅后再進(jìn)行作業(yè)，以確保操作者的安全。2）在出廠前，生產(chǎn)廠家都已對(duì)變頻器進(jìn)行了初始設(shè)定，一般不能任意改變這些設(shè)定。3）在新型變頻器的控制電路中使用了許多CMOS芯片，如果用手指直接觸摸電路板，將會(huì)使這些芯片因靜電作用而損壞。4）在通電狀態(tài)下不允許進(jìn)行改變接線或拔插連接件等操作。5）在變頻器工作過程中不允許對(duì)電路信號(hào)進(jìn)行檢查。6）當(dāng)變頻器發(fā)生故障而無故障顯示時(shí)，注意不能再輕易通電，以免引起更大的故障。第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)三、變頻器的接線1.主電路的接線（1）主電路的基本接線變頻器主電路的基本接線如圖1-41所示。（2）主電路線徑的選擇1）電源與變頻器之間的導(dǎo)線。2）變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的導(dǎo)線。第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)2.控制電路的接線（1）模擬量控制線模擬量控制線主要包括：1）輸入側(cè)的給定信號(hào)線與反饋信號(hào)線。2）輸入側(cè)的頻率信號(hào)線和電流信號(hào)線。①盡量遠(yuǎn)離主電路100mm以上。②盡量不和主電路交叉，如必須有交叉時(shí)，應(yīng)采取垂直交叉的方法。（2）開關(guān)量控制線如起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、多擋轉(zhuǎn)速控制等方式。（3）變頻器的接地所有變頻器都專門有一個(gè)接地端子“E”，用戶應(yīng)將此端子與大地相接。第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)（4）大電感線圈的浪涌電壓吸收電路接觸器、電磁繼電器的線圈及其他各類電磁鐵的線圈都具有很大的電感。第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)四、變頻器的外部接口電路第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)1.主電路端子和接地端子的功能第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)2.控制電路端子的功能第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)3.改變控制的邏輯第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)（1）拆卸端子板松開控制電路端子板底部的兩個(gè)安裝螺釘（螺釘不能被拆下），然后用雙手把端子板從控制電路端子背面拉下，如圖1-48a所示。第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)（2）邏輯模式切換將控制電路端子排里面的漏型邏輯（SINK）跳線接口切換源型邏輯（SOURCE）接口，可以切換源型邏輯模式，如圖1-49所示。注意：1）不要把控制電路上的跳線插針弄彎，將控制電路端子板重新安裝上并用螺釘把它固定好，如圖1-50所示。2）在帶電狀態(tài)下，決不能拆卸。（3）漏型邏輯及源型邏輯1）漏型邏輯。第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)2）源型邏輯。3）晶體管輸入時(shí)用外部電源的情況。①漏型邏輯。②源型邏輯。第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)4.控制電路的端子排列及接線（1）控制電路的端子排列控制電路的端子排列如圖1-55所示。第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)（2）接線1）端子SD、SE和5為I/O信號(hào)的公共端子，相互隔離，請(qǐng)不要將這些公共端子互相連接或接地。2）控制電路端子的接線應(yīng)使用屏蔽線或雙絞線，而且必須與主電路、強(qiáng)電電路（含200V繼電器控制電路）分開布線。3）由于控制電路的頻率輸入信號(hào)是微小電流，所以在接點(diǎn)輸入的場(chǎng)合，為了防止接觸不良，微小信號(hào)接點(diǎn)應(yīng)使用兩個(gè)并聯(lián)的接點(diǎn)或使用雙生接點(diǎn)，如圖1-56所示。4）控制電路的輸入端子不要接觸強(qiáng)電。5）故障輸出端子（A、B、C）上請(qǐng)務(wù)必接上繼電線圈或指示燈。第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)6）連接控制電路端子的電線建議使用0.75mm2以上尺寸的電線，在配線數(shù)量多時(shí)，或者由于配線方法的原因，可能會(huì)發(fā)生表面護(hù)蓋松動(dòng)、操作面板接觸不良的情況。7）75kW以上的控制電路接線對(duì)75kW以上的控制電路接線時(shí)，請(qǐng)務(wù)必?cái)嚅_主電路接線，將變壓器側(cè)面的橡膠塞子刻痕切開捅破，如圖1-57所示。第三節(jié)變頻器的安裝與維護(hù)5.使用連接電纜連接操作面板第三節(jié)變頻