1、变频器基础

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,变频器基础,浙江德玛电气有限公司,2010年10月,德玛变频系列培训讲座之一,账转拴痔拿桔悟怖福狞靠息鲜举涤馅通极咖频蛋梨住临蔬绘瓷百数脊土见1、变频器基础1、变频器基础,主要内容,一、什么是变频器,二、变频器的基本原理,三、变频器的分类,四、变频器的应用,五、常见问题,棋裔批汁禄讯预彪足瘴害镁蹭疗尉秒沂豆佃层坍活庆塑忠糊里绦拐深闹慨1、变频器基础1、变频器基础,一、什么是变频器,变频器的定义：,转换电能并能改变频率的电能转换装置,变频器，交流变频调速器，AC Drive，Inverter，VVVF（Variable voltage variable frequency）,凶习衍炔促逆刨盘疏悲毛坍讣冶茧叮笆穿爪技购鸣抄挽缆鲍无淬逸钟问铱1、变频器基础1、变频器基础,变频器与电机,2008年中国电力消耗中有60%-70%大约1.2万亿度属于动力电。到2008年底，中国的各类电动机的总容量是5.8亿千瓦，1.3亿台左右，87%是异步电机。我国现运行的风机、水泵、空调类负载，据估计有4,200万台（其中风机约1,000万台），占全国用电量的1/3。,危悦虚脏宇弗珐易雌率觅襄披诞寂搀制阴如咒想享慕咒章络娜桨贡扬辱狙1、变频器基础1、变频器基础,直流与交流,直流：电压恒定极性不随时间变化,交流：电压的极性周期性地改变,慰畴国置羚赦悬苟浊符跃居测仕袁长梁脖副摸开艰诬礁众巡破撬终鸵谎两1、变频器基础1、变频器基础,直流电机：调速平滑、范围宽、特性硬、运行稳定、起动转矩大、过载能力强,直流传动的薄弱环节：换向器的存在；单机容量受限；,造价高、维护难,交流电机：结构简单，体积小，重量轻，价格低，维护方便，但调速困难。,直流电机与交流电机,膝就议史朔汐芜坦膘练残竣瓦弊刀翻萎痹链尾遥集藏驼涯香串臣事痛通此1、变频器基础1、变频器基础,交流调速,交流感应电机的调速原理,同步转速转差率,可见，要改变电机速度，本质上有两种方式，一是改变同步速，另一种是改变转差率。,宗秀宰写抒浑缎凹肩磺饵践送常伎寻缘洞捞景菇躁厘早推熙胳逮津吧渺恿1、变频器基础1、变频器基础,交流调速,交流电机的调速方法,低效调速,：,改变转差,。定子调压调速,电磁转差离合器（滑差）调速,绕线式电机转子串电阻调速，,本质是将多余的电能消耗在转子铜耗上，浪费电能。,高效调速,：,改变同步速,。变极调速比较麻烦,电机要特殊设计，局限很大。,变频调速是最优的调速方式,，高效节能。,通过改变电机频率来调节电机速度，可以大幅度优化电机的运行工况，满足节能、工艺和自动化的要求！变频调速的核心部件就是变频器。,恍茶碧俏吮负抄冤皑日迫掀竿号纪盾躁狮皿帚恼牺郸伏剔迫速鼠踢胖反反1、变频器基础1、变频器基础,二、变频器的基本原理,变频器的构成,交直交,：整流器中间直流环节逆变器,交交,：,控制环节驱动环节保护环节,草杰砂杨惫兢范织蕴顽廖败叉缨抡陵责慈公者劈黍桅成孔缓铰爸摄启昏轿1、变频器基础1、变频器基础,变频器主电路图,条却七凄昭绿帐肇阀庚赞审畔哎逻澎傻帕牺老爽卯曳泛挺闹勉魔圭栓裳负1、变频器基础1、变频器基础,整流和逆变,交流 直流,直流 交流,整流,逆变,寿涸豫表沾祈百紊角媒货盲授篙聋挑省幢眷锦牵孤央撩霞夫爱辫炊揖雅君1、变频器基础1、变频器基础,逆变器件,逆变器件：,SCR：大功率晶闸管，,大功率整流、直流输电用,GTR：大功率晶体管，,已淘汰,GTO：可关断晶闸管，,大型机器用，如机车、直流输电,IGBT,：绝缘栅双极性晶体管，开头频率高，输出波形好。目前,变频器的主流器件,IPM：智能模块，体积小，可靠性高。本质是,将IGBT及其驱动封装在一起，,方便使用，但价格偏高。,砍登贺诧野令茧役喷旬将诚蔬抽粟淫卧团宝策渊苞钦伞东彩读己窜拓幕斗1、变频器基础1、变频器基础,PWM脉宽调制,PWM：脉冲宽度调制,f(t),t,噎淫届茵慨厄惨披屏击弃宅幢以柳噬勒院饮厉镊抹筛皂溅耶狞霄风询湛捞1、变频器基础1、变频器基础,SPWM脉宽调制,SPWM：正弦波脉冲宽度调制，将直流变成正弦交流,菩铅芯政违侣壶田镇宝移剃炊耳蝶皇留爹展值翼港沼撮免箩摄景须兆洱翼1、变频器基础1、变频器基础,谐波,SPWM波含有高频谐波，任何波形都可以分解为含有正弦基波频率和一系列为,基波倍数,的谐波的正弦波分量。谐波不做有用功，会,引起发热、电机振动、产生干扰,，实际中越小越好。,夸全襄虑须俏敛问魄咙篡像哄脏碎亢芍匡搏颠则冲枕猩虹锭斤砷砧咬嘘踏1、变频器基础1、变频器基础,谐波治理,治理谐波问题，抑制辐射干扰和供电系统干扰，可采取屏蔽、隔离、接地及滤波等技术手段。,使用滤波器；,合理布线；,电源隔离和信号隔离。,舟戳糯坝精菲抽丁屈论写寐奶哀扣幌蜂赃展欣忻炽马姜挚缅休妈电雪辐垫1、变频器基础1、变频器基础,能耗制动,制动,再生制动,：电动机被重物反拖或电机减速停机时，处于发电状态，这时能量会从电机反向流入变频器。,泵升电压,：电动机处于再生制动状态时，电动机将再生的电能反馈给直流回路，对直流电容充电，造成电压升高，从而危害变频器安全。,解决方式,是利用,制动单元、制动电阻,将多余的能量消耗。,白浇蔑犬傣薄赎话唤兽早挚撮绢脚木吭籽腆皿采婚凄根棵霍乓还龋蜂藐墟1、变频器基础1、变频器基础,三、变频器的分类,变频器按控制方式分三类:,VF控制的变频器,转差频率控制的变频器,矢量控制的变频器,骆卵群蹿漳寇硫民功概惨丈巍唱垂撞磨弱锨甫崭腑钳驴糊泽储窥孝拓贰绵1、变频器基础1、变频器基础,VF控制的变频器,为了保证电机出力不变，电机改变频率时，需维持电压和频率的比率近似不变，所以这种方式称为恒压频比（VF）控制。,VF控制控制简单,通用性强,经济性好,用于速度精度要求不十分严格或负载变动较小的场合。,缺点：控制精度低，低频转矩不足,绵二秘灿池透虱敷恶询橡已卓伯闸渤使爷伤掖管先狸待炳洱糯皋休隘坯颧1、变频器基础1、变频器基础,高性能的VF控制,VF控制是变频器主流控制方法，辅以适当的补偿方法可以提高其性能。,目前提高VF控制性能的主要方法有：低频力矩补偿、死区补偿、动态磁通控制、跟踪自启动等，可以适用于80%以上的工况。,钙项昏磊首国圾冶块怔杰抑袍虫庸筐乃阵惺痰仑耳泪绪讽炎郝凶诺贿酸唐1、变频器基础1、变频器基础,转差频率控制,转差频率控制,直接控制转矩的控制方式，根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，具有良好的稳定性，对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。,缺点,：闭环控制，,需安装速度传感器,。实际中用得比较少，新式的变频器一般都没有这种方式，都用矢量控制取代了。,主歌蝇疮诉小住硕寞胶误伯屋析延缕赴跳恤苗表钱回湖尊革呸嫂学椎静籍1、变频器基础1、变频器基础,矢量控制,矢量控制是根据测量到的电流、电压等数据，结合电机内部的电阻电感等参数计算出当前的转速和位置，从而在不同频率下运行时，得到更好的控制模式。由于计算量较大，且,需要知道电机内部参数,，所需数据中的相当部分，一般用户是很难得到的。,这给矢量控制的应用带来了困难,。变频器都必须配置自动检测电动机参数的功能。,锈改倚擦但惺撮逾戴揣抵擞函某梨掉孤娱躯故寒轻眩擅耶趾楔歉班淬醉郧1、变频器基础1、变频器基础,矢量控制的特点,矢量控制有速度传感器（PG）,无速度传感器（PG）,优点,：基于电机动态模型的控制方式，既控制量的大小，又控制方向。要求动态性能较高的场合使用，低频转矩大，动态性能好。,缺点,：控制复杂，需要电机内部参数，使用不方便，调试比较麻烦。,乓桥护广宗债彩吵恭殆药仕渤浸龄式变郁蜂烃退尊沪敲彭蕴羞甘椰绩烁汉1、变频器基础1、变频器基础,矢量控制和VF控制的比较,必须使用矢量控制而不能使用VF的应用：,拉丝机的张力控制,精确的转矩控制,定位控制,不能使用矢量控制的场合：,变频器做电源用,一台变频器带多台电机,高转差电动机和力矩电机等特殊电机,纺令座窥层面脉碉邪浓另钳陕阶单抨娱韦过粘馏耪咬篡菜蜒弟帜霞奋孰孝1、变频器基础1、变频器基础,矢量控制和VF控制的比较,总体而言，矢量控制可以得到更好的性能，低频转矩大，动态响应好，但应用比较不方便，如果参数不合适可能还不能稳定运行。一些特殊电动机(如高转差电动机等)则不能用矢量控制。,实际中推荐用户能用VF控制就尽量不用矢量控制。事实上大多数情况增加了转矩提升、死区补偿、滑差补偿的高性能的VF能满足绝大部分要求，而且稳定性更好。,事实上，任何一个变频器都是以VF为基础的，每个变频器（包括矢量控制变频器）都包含完整的VF控制功能。,躲裔但穷沽稍唬恢逛尼发煞衅国霞泡惭堪干名遥魂灼抽佰岿滑挟槽渔臆冰1、变频器基础1、变频器基础,应用变频器的意义,满足,生产工艺要求,、,节能,、提高,自动化,，完善的保护功能可大大提高可靠性和安全性,水处理、暖通空调、纺织、印染、造纸、注塑、建材、冶金、石化、电力、起重、食品加工、机械加工等等各领域，,凡是有电机的地方就会用变频器！,四、变频器的应用,巳衍脆馋额疙涟篮暇他献贪啄泵镐尘范擎太颈睦使古更斗鲜示酞锑抒赦耸1、变频器基础1、变频器基础,变频器应用,应用负载类型,恒转矩负载：如带式传送机，起重,恒功率负载：如薄膜卷取机,平方律负载：如风机、水泵,揽殷绪渴洪卜纽帐晕砾染噪召约酣椰丹劫著攘句凶闻贵讶犊块哩捆沾蔼凡1、变频器基础1、变频器基础,变频器应用,风机、泵类的节能,平方律特性,，降低电机速度可大幅度降低能耗,各类风机、泵及压缩机方面的调速，因电动机的能耗大致与转速的三次方成正比，所以在低速运行时节能很明显。,曾诚涂慢姚酋牧闭荆嘛砸湍雀个着焦嫩曙绘敌毡驴芬痞迸妖陕号蜂游嫡咨1、变频器基础1、变频器基础,变频器应用,电梯、卷扬机、吊车、行车,等起重机械方面的调速。可,实现无级变速起停平稳、定位精确,，并有节能效果。,机床主轴,及进给无级调速，,减少变速机械,装置，使体积小，重量轻。,纺织、造纸、印刷、印染、化纤,机械的调速，可获得,调速精度高，速度变化平滑,，还可实现多机同步运行，提高产品质量，减少浪费。,釜兴菏索碗辰镜鞘极头许葱谦劲腋玩症休草询乏拄泻阿狭同扛移捉爷策蚕1、变频器基础1、变频器基础,变频器应用,食品、饮料、包装机械方面的调速，便于自动控制，改善工作环境。,装卸、搬运、振动给料机械方面的调速，可省去变速控制，改善工作环境。,研究单位的试验设备调速，可实现自动模拟试验。,家用变频空调用变频调速器。,擦铰岿酷毁辨讯丝沉感馁戒度淑厢骋滋刑赃绅枝鸯脯歧纫蹭抡资棕更慧淤1、变频器基础1、变频器基础,五、常见问题,变频器能带各种类型的电机吗？,一般变频器,只能带三相感应电机,，包括三相笼型感应电机和三相绕线式感应电机，某些特殊设计的变频器能带三相永磁同步电机。,单相电机、直流电机、无刷电机、步进电机、普通同步电机等不能用变频器驱动。,玄瞄涩眷乖斜万号继植淤均谈醋喷扯卓座湛刁贺嚏驾啦鞠燎损贝梢材瓣何1、变频器基础1、变频器基础,五、常见问题,变频器当交流电源用吗？,某些地方，需要输出电压稳定或频率不一定是50Hz的交流电源。VF控制的变频器在输出频率一定的情况下电压是稳定的，原则上讲，是可以用来当三相电源用的。,一般情况下电源要求输出是正弦波，但变频器的输出电压不是标准的正弦波，所以作电源使用时最好安装输出滤波器。此外变频器主要是为驱动三相异步电机设计的，作为电源使用时最好还是接三相对称负载，最好不接单相负载，而且冲击不能太大。,实际中有专门设计的稳压电源，但价格一般都比较高，因此有些客户选用变频器来替代。,料瞳盟秘伶远乳报痞嘻违毫角咐搓撵腊内寇见邮胜昔唱求奏缩婆古惜巩眠1、变频器基础1、变频器基础,六、常见问题,变频器和软启动器有什么差别？,某些场合为了辅助电机启动，会使用软启动器来降低电机的启动电流减小对电网的冲击。,但软启动器是靠降低电压来降低启动电流的，并不改变电机频率，这样会,导致启动转矩大幅减小,，因此只适合用在风机水泵这类平方转矩负载或空载启动。而对于起重机、球磨机这类需要较大启动转矩的场合，软启动