变频驱动技术课件.ppt

1、变 频 驱 动技 术安徽职业技术学院 刘 丽绪 论序号意义有代表意义的行业或设备1节能风机、水泵、注塑机2提高产品质量机床、印刷、包装等生产线3改善工作环境电梯、中央空调 目的目的 根据设备和工艺的要求通过改变电动机速度或输出转矩改变终端设备的速度或输出转矩。意义意义注：并不是所有的设备使用调速装置后都可以节能 以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交流（直流）调速系统，也称交流（直流）电气拖动系统。变频调速技术是交流电气传动系统的一种。调速系统构成中间传动机构交流电源输入终端机械交流电机直流调速装置直流输出皮带轮、齿轮箱等风机、泵等直流电机交流调速装置交流输出执行机构变频

2、器交、直流调速系统的特点直流调速系统特点：l控制对象：直流电动机控制对象：直流电动机l控制原理简单，一种调速方式控制原理简单，一种调速方式l性能优良，对硬件要求不高性能优良，对硬件要求不高 l电机有换向电刷（换向火化）l电机设计功率受限l电机易损坏，不适应恶劣现场l需定期维护交流调速系统特点：l控制对象：交流电动机l控制原理复杂，有多种调速方式l性能较差，对硬件要求较高l电机无电刷，无换向火化问题电机无电刷，无换向火化问题l电机功率设计不受限电机功率设计不受限l电机不易损坏，适应恶劣现场电机不易损坏，适应恶劣现场l基本免维护基本免维护国内调速技术现状（1）晶闸管交流器和开关断器件（DJT、IG

3、BT、VDMOS）斩波器供电的直流调速设备。随着交流调速的发展，该设备在缩减，但由于我国旧设备改造任务多，以及它在几百至一千多kW范围内价格比交流调速低得多，所以在短期内有一定市场。国产设备能满足需要，部分出口。自行开发的控制器多为模拟控制，近年来主要采用进口数字控制器配国产功率装置。（2）IGBT等逆变器供电的交流变频调速设备。这类设备的市场很大，总容量占的比例不大，但台数多，增长快，应用范围从单机扩展到全生产线，从简单的V/f控制到高性能的矢量控制。约有50家工厂和公司生产，其中合资企业占很大比重。（3）负载换流式电流型晶闸管逆变器供电的交流变频调速设备。这类产品在抽水蓄水能电站的机组起动

4、，大容量风机、泵、压缩机和轧机传动方面有很大需求。国内只有少数科研单位有能力制造，目前容量最大做到12MW。功率装置国内配套，自行开发的控制装置只有模拟式的，数字装置需进口，自己开发应用软件。（4）交-交变频器供电的交流变频调速设备。这类产品在轧机和矿井卷扬传动方面有很大需求，台数不多，功率大。主要靠进口，国内只有少数科研单位有能力制造。目前最大容量做到70008000kW。功率部分国产，数字控制装置进口，包括开发应用软件。8.1.1 变频技术及变频器1 1、变频器、变频器 变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源转换成电压、频率均可 变的适合交流电机调速的电力电子变换装置。我们常见的

5、驱动器可以包括：交流驱动器（驱动交流电机：如异步电机、同步电机、步进电机、伺服电机等，）、直流驱动器（驱动直流电机）两个部分。变频器是VVVF（变压变频）的简易说法，国外的资料一般都叫交流驱动器（AC driver（inverter），很明显变频器其实是交流驱动器的一种。序号优点1平滑软启动，降低启动冲击电流，减少变压器占有量，确保电机安全2在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度3无级调速，调速精度大大提高4电机正反向无需通过接触器切换5非常方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制2 2、变频调速的优势（与其它交流电机调速方式对比）、变频调速的优势（与其它交流电机调速方式对比

6、）8.1.2 变频调速的发展历程电机控制算法电力电子器件V/F控制SCRGTR矢量控制IGBT微机控制技术单片机DSP IGBT大容量化更高速率和容量如：矩阵式变频器大功率传动使用变频器，体积大，价格高未来发展方向完美无谐波PWM技术SPWM技术PWM优化新一代开关技术无速度矢量控制电流矢量V/F70年代80年代60年代90年代高速DSP专用芯片00年代超静音变频器开始流行解决了GTR噪声问题变频器性能大幅提升大批量使用，取代直流算法优化 更大容量 更高开关频率PWM技术空间电压矢量调制技术变频器体积缩小，开始在中小功率电机上使用8.1.3 变频调速技术的发展趋势变频调速技术的发展趋势v1）实

7、现变频器的人工智能化；v2）开发清洁电能的变频器；v3）实现软开关化；v4）实现变频器硬件的集成化；v5）实现变频器的通信网络化和技术规格标准化。1.1.按变换环节分类按变换环节分类 按变换环节来分可以分为按变换环节来分可以分为交交-交直接变频器交直接变频器和和交交-直直-交交间接变频器。间接变频器。优点：没有中间环节，变换效率高。优点：没有中间环节，变换效率高。缺点：缺点：总设备投资大，交总设备投资大，交-交变频器的最大输出频率为交变频器的最大输出频率为30HZ，其应用受到限制。其应用受到限制。8.1.4 变频器的分类1）交）交-交直接变频器交直接变频器整流部分储能环节逆变部分M控制系统交流

8、直流直流交流2 2）交）交-直直-交变频器：交变频器：交交-直直-交变频器主要有交变频器主要有3 3种结构形式种结构形式 调压和调频分别在两个环节调压和调频分别在两个环节上，由控制电路进行协调，上，由控制电路进行协调，但电网侧的功率因数低，输但电网侧的功率因数低，输出谐波大。出谐波大。整流环节采用不可控整流环节采用不可控整流，增设斩波器进行整流，增设斩波器进行调压，再用逆变器变频调压，再用逆变器变频，克服了功率因数低的，克服了功率因数低的缺点，输出谐波仍大。缺点，输出谐波仍大。调压和调频都在逆变器上调压和调频都在逆变器上进行，输出电压是一系列进行，输出电压是一系列脉冲，调节脉冲宽度就可脉冲，调

9、节脉冲宽度就可以调节输出电压值，是最以调节输出电压值，是最好的一种调压调频方法。好的一种调压调频方法。2 2按直流电路的滤波方式分类按直流电路的滤波方式分类 交交-直直-交变频器中间直流环节的交变频器中间直流环节的储能元件可以是电容或是电感储能元件可以是电容或是电感，据此，据此，变频器分成变频器分成电压型变频器电压型变频器和和电流型变频器电流型变频器两大类。两大类。输出交流电压是输出交流电压是矩形波或阶梯矩形波或阶梯波波，电流波形接近于正弦波，电流波形接近于正弦波 中间环节是大电容器滤波，中间环节是大电容器滤波，使直流侧电压使直流侧电压UD D恒定，变恒定，变频器的输出电压随之恒定，频器的输出

10、电压随之恒定，相当于理想的电压源，称相当于理想的电压源，称为交为交-直直-交电压型变频器。交电压型变频器。电流型变频器电流型变频器 输出交流电流是输出交流电流是矩形波或阶梯矩形波或阶梯波波，电压波形接近于正弦波，电压波形接近于正弦波 中间环节是电感很大的电抗器中间环节是电感很大的电抗器滤波，电源阻抗很大，直流环滤波，电源阻抗很大，直流环节中的电流节中的电流ID可近似于恒定，可近似于恒定，逆变器输出电流随之恒定，相逆变器输出电流随之恒定，相当于理想的电流源，称为交当于理想的电流源，称为交直交直交电流型电流型变频器。变频器。3)按控制方式分类 电压频率比控制变频器 电压频率比控制是为了得到理想的转

11、矩速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。转差频率控制变频器 转差频率控制方式是对电压频率比控制的一种改进，这种控制需要由安装在电动机上的速度传感器检测出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，而变频器的输出频率则由电动机的实际转速与所需转差频率之和决定。矢量控制变频器 矢量控制是一种高性能异步电动机控制方式，是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以便对电动机的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。无速度传感器的矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流

12、进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算。直接转矩控制变频器 直接转矩控制是继矢量控制变频调速技术之后的一种新型的交流变频调速技术。它是利用空间电压矢量PWM（SVPWM）通过磁链、转矩的直接控制、确定逆变器的开关状态来实现的。直接转矩控制还可用于普通的PWM控制，实行开环或闭环控制。4)按功能分类恒转矩变频器 恒转矩变频器控制的对象具有恒转矩特性，在转速精度及动态性能等方面要求一般不高，当用变频器实现恒转矩调速时，必须加大电动机和变频器的

13、容量，以提高低速转矩。恒转矩变频器主要应用于挤压机、搅拌机、传送带、提升机等。平方转矩变频器 平方转矩变频器控制的对象，在过载能力方面要求较低，由于负载转矩与转速的平方成正比，所以低速运行时负载较轻，并有节能的效果。平方转矩变频器主要应用于风机、泵类。5)按用途分类v通用变频器 通用变频器是指能与普通的笼型异步电动机配套使用，能适应各种不同性质的负载，并具有多种可供选择功能的变频器。v高性能专用变频器 高性能专用变频器主要应用于对电动机的控制要求较高的系统，与通用变频器相比，高性能专用变频器大多数采用矢量控制方式，驱动对象通常是变频器厂家指定的专用电动机。v 高频变频器 在超精密加工和高性能机

14、械中，常常要用到高速电动机，为了满足这些高速电动机的驱动要求，出现了采用PAM控制方式的高频变频器，其输出频率可达到3 kHz。6.按输出电压调制方式分类按输出电压的调制方式分为脉幅调制（脉幅调制（PAM）方式和脉宽调制（脉宽调制（PWM）方式。（1 1）脉幅调制）脉幅调制可控整流器调压，逆变器调频，可控整流器调压，逆变器调频，调压和调频分别在两个不同的调压和调频分别在两个不同的环节上进行，控制复杂，较少环节上进行，控制复杂，较少采用。采用。（2 2）脉宽调节）脉宽调节 脉宽调节脉宽调节（Pulse Width Modulation，PWM）方式指变）方式指变频器输出电压的大小是通过改变输出脉

15、冲的频器输出电压的大小是通过改变输出脉冲的占空比占空比来实现的。来实现的。调节过程中，逆变器负责调频调压。调节过程中，逆变器负责调频调压。8.1.5 变频调速原理1）交流异步电动机变频调速原理）交流异步电动机变频调速原理由异步电动机的转速公式：由异步电动机的转速公式：116011fnn(s)(s)p 可知，异步电动机有下列三种基本可知，异步电动机有下列三种基本调速方法调速方法：（1 1）改变定子极对数）改变定子极对数 调速。调速。p（2 2）改变电源频率）改变电源频率 调速。调速。1f（3 3）改变转差率）改变转差率 调速。调速。s调速方式名称控制对象特点变极调速交流异步电动机有级调速，系统简

16、单，最多4段速调压调速无级调速，调速范围窄电机最大出力能力下降，效率低系统简单，性能较差转子串电阻调速变频调速交流异步电动机交流同步电动机真正无级调速，调速范围宽电机最大出力能力不变，效率高系统复杂，性能好可以和直流调速系统相媲美早早晚晚发发 展展 时时 间间交流调速方式l在变频器出现前同步电机无法实现调速功能，因此只能在定速传动领域使用l三相交流鼠笼电机尽管调速性能不佳，但其结构坚固、经久耐用且价格低廉 还是在一些性能较低的传动现场使用2 2）变频调速的条件）变频调速的条件 三相异步电动机定子绕组的反电动势三相异步电动机定子绕组的反电动势E E1 1的表达式为的表达式为 :E1=4.441N

17、1KN1m=U1+U式中:E1定子绕组的感应电动势有效值 N1 定子每相绕组的匝数 KN1定子绕组的绕组系数，KN1 1 1 定子绕组感应电动势的频率，即电源的频率 m 主磁通可见：E11m 将U忽略，则E1U11m定子电压定子电压漏阻抗压降漏阻抗压降 当当U1 E1=const时，由时，由E1U11m 知，知，1m电动机磁路过饱电动机磁路过饱和，导致过大的励磁电流，电动机因绕组过热而损坏。和，导致过大的励磁电流，电动机因绕组过热而损坏。当当U1 E1=const时，由时，由E1U11m 知，知，1 m，铁芯利用不充，铁芯利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩分，同样的转子电流下，电磁转矩T

18、，电动机的负载能力下降，电动机，电动机的负载能力下降，电动机的容量得不到充分利用。的容量得不到充分利用。因此，为维持电动机的输出转矩不变，必须使主磁通因此，为维持电动机的输出转矩不变，必须使主磁通m=const，即，即U11=constE11=m3 3）基频以下恒磁通（恒转矩）变频调速）基频以下恒磁通（恒转矩）变频调速 m U11=constE11=4 4）基频以上恒功率（恒电压）变频调速基频以上恒功率（恒电压）变频调速 当当f1f1N时，时，U1=const，f m（属于弱磁调速）（属于弱磁调速）电磁转矩电磁转矩T P不变不变，属于恒功率调速。，属于恒功率调速。额定频率以上调频时，理想额定频

19、率以上调频时，理想空载转速增大，最大转矩大幅空载转速增大，最大转矩大幅减小。减小。最大转矩点对应的转差最大转矩点对应的转差 n几乎不变，但由于最大转矩几乎不变，但由于最大转矩减小很多，所以机械特性斜减小很多，所以机械特性斜度加大，特性变软。度加大，特性变软。v PWM(Pulse Width Modulation)脉宽调制型，就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲列，用这些脉冲列代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波状，由此所获得的输出平滑且低次谐波较少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改

20、变逆变电路输出电压的大小，也可以改变输出频率。v SPWM（Sinusoidal PWM）正弦波脉宽调制型，SPWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波所需要的波形。SPWM控制技术的思想来源于通信领域，现已广泛应用于变频技术领域。面积等效原理面积等效原理 是是PWM控制技术的重要理论基础。控制技术的重要理论基础。原理内容：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的原理内容：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。环节上时，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。冲量即指窄脉冲的面积。效果基本相同

21、，是指环节的输出响应波形基本相同。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。接近，仅在高频段略有差异。用用PWM波代替正弦半波波代替正弦半波 将一个正弦半波分成将一个正弦半波分成N等份，每一份可看作是等份，每一份可看作是一个脉冲，很显然这些脉冲宽度相等，都等于一个脉冲，很显然这些脉冲宽度相等，都等于/N，但幅值不等，脉冲顶部为曲线，各脉冲幅值按正弦但幅值不等，脉冲顶部为曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。规律变化。把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽把上述脉冲序列利用相

22、同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，这就是分面积（冲量）相等，这就是PWM波形。波形。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到到PWM波形。波形。脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称波形，也称SPWM（Sinusoidal PWM）波形。）波形。PWM波形可分为等幅波形可分为等幅PWM波和不等幅波和不等幅PWM波波两

23、种，由直流电源产生的两种，由直流电源产生的PWM波通常是等幅波通常是等幅PWM波。波。基于等效面积原理，基于等效面积原理，PWM波形还可以等效成其波形还可以等效成其他所需要的波形，如等效所需要的非正弦交流波形他所需要的波形，如等效所需要的非正弦交流波形等。等。计算法计算法 根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，将的脉冲数，将PWM波形中各脉冲的宽度和间隔准确计算波形中各脉冲的宽度和间隔准确计算出来，按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断，出来，按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的就可以得到所需要的PW

24、M波形，这种方法称之为计算法。波形，这种方法称之为计算法。计算法是很繁琐的，当需要输出的正弦波的频率、幅计算法是很繁琐的，当需要输出的正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。值或相位变化时，结果都要变化。调制法调制法 把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。波形。通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中等腰三通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中等腰三角波应用最多。角波应用最多。单相桥式单相桥式PWM逆变电路（调制法）逆变电路（调制法）电路工作过程

25、电路工作过程 工作时工作时V1和和V2通断互补，通断互补，V3和和V4通断也互补，比通断也互补，比如在如在uo正半周，正半周，V1导通，导通，V2关断，关断，V3和和V4交替通断。交替通断。负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负。段区间为正，一段区间为负。在负载电流为正的区间，在负载电流为正的区间，V1和和V4导通时，导通时，uo=Ud。V4关断时，负载电流通过关断时，负载电流通过V1和和VD3续流，续流，uo=0。在负载电流为负的区间，仍为在负载电流为负的区间，仍为V1和和V4导通时，因导通时，因io为负，故为负，故io实

26、际上从实际上从VD1和和VD4流过，仍有流过，仍有uo=Ud。V4关断，关断，V3开通后，开通后，io从从V3和和VD1续流，续流，uo=0。uo总可以得到总可以得到Ud和零两种电平。和零两种电平。在在uo的负半周，让的负半周，让V2保持通态，保持通态，V1保持断态，保持断态，V3和和V4交替通断，负载电压交替通断，负载电压uo可以得到可以得到-Ud和零两种电平。和零两种电平。urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud8.1.6 变频器的主电路变频器的主电路 变频器的种类很多，内部结构也各有不同，但大多具有下图所示的基本结构。它们的区别仅仅是主电路工作方式的不同和控制电路、检测电路等实现的

27、不同而已。变频器的基本构成变频器结构变频器结构v 外壳：防尘、隔离。外壳：防尘、隔离。v 散热片：大功率器件的散热。散热片：大功率器件的散热。v 散热风扇：变频器的通风散热。散热风扇：变频器的通风散热。v 控制主板：变频器的控制中心，控制触发脉冲产生。控制主板：变频器的控制中心，控制触发脉冲产生。v 主电路模块：交主电路模块：交-直直-交变换。交变换。v 电源、隔离、驱动电路板：提供主板及其它电路板的电源、隔离、驱动电路板：提供主板及其它电路板的v 直流电源、隔离变频器外部控制信号、放大主板产生的脉直流电源、隔离变频器外部控制信号、放大主板产生的脉冲的功率。冲的功率。v 显示屏：编程、运行、报

28、警、维护显示。显示屏：编程、运行、报警、维护显示。v 操作键盘：编程录入、运行控制。操作键盘：编程录入、运行控制。v 外端子：连接外部输入信号、连接负载、报警、监测等装置。外端子：连接外部输入信号、连接负载、报警、监测等装置。交交直直交交变频器变频器主电主电路路整流电路限流电阻滤波均压电源指示制动电阻制动开关管逆变电路续流管整流电路整流电路VD1VD6组成三相不可控整流桥，将交流电组成三相不可控整流桥，将交流电变成变成513V的直流电，整流桥集成电路模块如图。的直流电，整流桥集成电路模块如图。滤波电路：滤波电路：滤波电容器滤波电容器CF有两个功能：一是滤平全波整流后的有两个功能：一是滤平全波整

29、流后的电压纹波；二是当负载变化时，使直流电压保持平稳。电压纹波；二是当负载变化时，使直流电压保持平稳。电源指示电源指示HL：HL除了表示电源是否接通以外，还有一个除了表示电源是否接通以外，还有一个十分重要的功能，即在变频器切断电源后，表示滤波电容器十分重要的功能，即在变频器切断电源后，表示滤波电容器CF上的电荷是否已经释放完毕。上的电荷是否已经释放完毕。能耗电路能耗电路 电机在工作频率下降中，异步电机的转子转速将可能超电机在工作频率下降中，异步电机的转子转速将可能超过此时的同步转速（过此时的同步转速（n=60f/P）而处于再生制动（发电）状态，而处于再生制动（发电）状态，拖动系统的动能将反馈到

30、直流电路中使直流母线（滤波电容拖动系统的动能将反馈到直流电路中使直流母线（滤波电容两端）电压两端）电压UD不断上升（即所说的不断上升（即所说的泵升电压泵升电压），这样变频器），这样变频器将会产生过压保护，甚至可能损坏变频器，因而需将反馈能将会产生过压保护，甚至可能损坏变频器，因而需将反馈能量消耗掉，制动电阻就是用来消耗这部分能量的。制动单元量消耗掉，制动电阻就是用来消耗这部分能量的。制动单元由开关管由开关管VTB与驱动电路构成，其功能是用来控制流经与驱动电路构成，其功能是用来控制流经RB的的放电电流放电电流IB 电动和制动运行电动和制动运行单管单管IGBT IGBT单管：单管：IGBT，封装较

31、模块小，电流通常在，封装较模块小，电流通常在100A以下以下逆变电路逆变电路 逆变管逆变管VT1VT6组成逆变桥将直流电逆变成频率、电压组成逆变桥将直流电逆变成频率、电压都可调的交流电，是都可调的交流电，是变频器的核心部分变频器的核心部分。常用逆变模块有：。常用逆变模块有：GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等，一般都采用模块化结等，一般都采用模块化结构有构有2单元、单元、4单元、单元、6单元。单元。IGBT模块：就是将多个模块：就是将多个IGBT集成封装在一起。集成封装在一起。目前市场上目前市场上15kW以上变频器使用的是以上变频器使用的是150A/200A/300A/400A/450

32、A的两单元的两单元IGBT模块或模块或100A/150A的三相逆变的三相逆变IGBT模块。模块。全桥全桥IGBTIGBT单桥单桥IGBTIGBT 集成整流桥集成整流桥+制动单元（制动单元（PFCPFC）+三相逆变（三相逆变（IGBTIGBT桥）桥）15kW以下小功率变频器多采用以下小功率变频器多采用25A/50A/75A的的PIM模块。模块。PIM结构包括三相全波整流和结构包括三相全波整流和67个个IGBT单元，即变频器的主回路单元，即变频器的主回路全部封装在一个模块内，在中小功率变频器上（全部封装在一个模块内，在中小功率变频器上（15kW以下）均使以下）均使用用PIM模块以降低成本。模块以降

33、低成本。功率集成模块功率集成模块PIM 智能智能IPM模块将模块将IGBT、驱动电路、保护电路、驱动电路、保护电路集成化成功率器件，用电流集成化成功率器件，用电流传感功能芯片，对过流和短路进行保护。传感功能芯片，对过流和短路进行保护。IPM有四种电路形式：单管封装有四种电路形式：单管封装（H），双管封装（），双管封装（D），六合一封装（），六合一封装（C），七合一封装（），七合一封装（R）。由于）。由于IPM通通态损耗和开关损耗都比较低，可使散热器减小，因而整机尺寸亦可减小，又有态损耗和开关损耗都比较低，可使散热器减小，因而整机尺寸亦可减小，又有自保护能力，国内外自保护能力，国内外55KW以下

34、的变频器多数采用以下的变频器多数采用IPM模块。模块。IPM有：短路保有：短路保护（护（SC），过流保护（），过流保护（OC），欠压保护（），欠压保护（UV），过热保护（），过热保护（OT），过压保），过压保护（护（OV）等。）等。智能功率模块智能功率模块IPMIGBT驱动电路过流保护过热保护欠压保护 8.1.7 变频器的控制回路变频器的控制回路变频器的结构变频器的结构控制电路控制电路 控制电路作用是为主电路提供所需的驱动信号，此外，还包括对电流、电压、电动机转速进行检测的信号检测电路，为变频器和电动机提供保护的保护电路，对外接口电路的控制电路等。(1)主控电路：单片机，变频器的控制中心.其主

35、要功能:接受输入信号由软件控制产生SPWM调制指令,并产生序列脉冲;接受各种检测及保护反馈信号,发出相应显示和保护指令。(2)操作面板:包括键盘及显示屏等。键盘：进行运行操作或程序预置，其上有运行键；模式转换键；读出、写入键；数据增减键；位移键；复位键；数字键。显示屏：显示控制面板提供的各种显示数据。有两种变频器电路组成变频器电路组成 a、LED数码显示屏：显示无单位的数字量和简单的英文代码。显示 b、液晶显示屏：显示数字和文字。显示屏显示的数据类型：运行时的各种输出数据。功能参数码：编程时的功能代码和数据。故障代码：故障状态下的故障代码。(3)电源 开关稳压电源，为控制电路提供直流电源。其内

36、部电源具有电压稳定性好，抗干扰能力强等优点，并与主电路有很好的电气隔离。变频器电路组成变频器电路组成主电路驱动电路 目的：主电路功率开关器件的驱动。关键技术：1）电气隔离。2）信号传递速度。3）器件驱动电压的匹配，驱动能力和速度。4）抗共模干扰能力。(4)驱动（LSI）、取样、监测、保护电路信号检测电路 目的：主电路控制变量的检测，如直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、散热温度、短路、器件故障等。传感器类型：1）电磁测量：测量交流信号，如交流电压、交流电流。2）霍尔测量：测量交直流信号，响应速度快。3）光耦测量：测量直流信号或数字信号，如直流电压、故障等。保护电路 保护电路主要作用是由微处

37、理器对检测电路得到的各种信号进行算法处理，以判断变频器本身或系统是否出现了异常，并实时进行处理的电路。变频器对其自身的保护功能主要包括：（1）瞬时过电流保护 （2）对地短路保护（3）过电压保护（4）欠电压保护（5）变频器过载保护（6）散热片过热保护（7）由保险丝进行过电流保护 （8）控制电路异常保护隔离电路与控制端子相连，大多为光耦隔离。变频器电路组成变频器电路组成8.2 变频器参数设置变频器参数设置8.2.1 通用变频器的端子接线通用变频器的端子接线1.变频器端子的接线变频器端子的接线8.2.2 操作面板操作面板8.2.3 变频器的主要功能参数变频器的主要功能参数8.2.4 变频器的基本操作

38、变频器的基本操作例：设定频率为30HZ，并通过PU面板运行显示扩张功能参数：把Pr.30的设定值从“0”变到“1”参数清零 1PU运行模式运行模式通过操作面板按键进行变频器的启动指令和运行频率的操作，不需外通过操作面板按键进行变频器的启动指令和运行频率的操作，不需外接信号。接信号。采用采用PUPU运行模式时，可通过设定运行模式时，可通过设定“运行操作模式选择运行操作模式选择”参数参数Pr79=1Pr79=1或或0 0来实现。来实现。操作面板也可以从变频器上取操作面板也可以从变频器上取下来进行远距离操作。下来进行远距离操作。8.3 变频器的操作及控制变频器的操作及控制2外部运行模式外部运行模式连

39、接到端子板的外部操作信号（频率设定电位器，启动开关等）连接到端子板的外部操作信号（频率设定电位器，启动开关等）控制变频器的运行。接通电源，控制变频器的运行。接通电源，STF/STRSTF/STR置置ONON，则开始运行。，则开始运行。采用外部运行模式时，可通过设采用外部运行模式时，可通过设定定“运行操作模式选择运行操作模式选择”参数参数Pr79=2Pr79=2或或0 0来实现。来实现。外部频率设定信号为外部频率设定信号为05V、010V或或420mA的直流信号。的直流信号。3.组合运行操作模式组合运行操作模式 PU和外部操作模式可以进行组合操作，此时和外部操作模式可以进行组合操作，此时Pr79

40、=3或或4，采用下列，采用下列两种方法中的一种。两种方法中的一种。启动信号用外部信号设定（通过启动信号用外部信号设定（通过STF或或STR端子设定），频率信号用端子设定），频率信号用PU模式操模式操作设定或通过多段速端子作设定或通过多段速端子RH、RM、RL设定。设定。PU/外部组合运行模式外部组合运行模式1Pr79=3PU/外部组合运行模式外部组合运行模式2启动信号用启动信号用PU键盘设定，频率信号用外部键盘设定，频率信号用外部频率设定电位器或多段速选择端子频率设定电位器或多段速选择端子RH、RM、RL进行设定。进行设定。Pr79=4工频电源启动停止工频电源速度给定使用场合：使用场合：各类中

41、大型生产线或系统特点：l所有控制均通过通信电缆l线路相对简单，自动化 水平高，信息交换量大l实时性好，抗扰能力强l为防止网络故障，特设独立急停功能l投入大，调试维护困难通信接口通信接口单根电缆人机界面通信接口4 4计算机通信模式计算机通信模式 通过通过RS485接口和通信电缆可以将变频器的接口和通信电缆可以将变频器的PU接口与接口与PLC和工业用计算机和工业用计算机（PC）等数字化控制器进行连接，实现先进的数字化控制、现场总线系统等。）等数字化控制器进行连接，实现先进的数字化控制、现场总线系统等。频率信号给定的方式：频率信号给定的方式：外接数字量给定外接数字量给定面板给定面板给定外接模拟量给定

42、外接模拟量给定通信给定通信给定8.3.2 8.3.2 工作频率给定方式工作频率给定方式 要调节变频器的输出频率，必须首先向变频器提供改变频率的信号，这个要调节变频器的输出频率，必须首先向变频器提供改变频率的信号，这个信号，称为信号，称为频率给定信号频率给定信号。所谓给定方式，就是调节变频器输出频率的具体方。所谓给定方式，就是调节变频器输出频率的具体方法，也就是提供给定信号的方式。法，也就是提供给定信号的方式。外部延长电缆工频电源（1 1）面板给定）面板给定 利用面板上键盘的数字增加键（）和利用面板上键盘的数字增加键（）和数字减小键（）来直接改变变频器的数字减小键（）来直接改变变频器的设定频率，

43、它属于数字量给定。设定频率，它属于数字量给定。（2 2）外接数字量给定）外接数字量给定 通过通过外接开关量端子外接开关量端子输入开关信号进行给定。通常有两种方法。输入开关信号进行给定。通常有两种方法。升降速端子给定升降速端子给定通过变频器的升速端子和降速端子来改变通过变频器的升速端子和降速端子来改变 变频器的设定频率值。变频器的设定频率值。多段速端子给定多段速端子给定用开关的组合选择已经设定好的固有频用开关的组合选择已经设定好的固有频 率，即多段速控制。率，即多段速控制。该端子可以外接按钮该端子可以外接按钮或来自或来自PLCPLC的信号的信号（3 3）外接模拟量给定。）外接模拟量给定。外接模拟

44、量给定方式即通过变频器的外接模拟量给定方式即通过变频器的模拟量端子模拟量端子从外部输入从外部输入模拟量模拟量信号（电压或电流）信号（电压或电流）进行给定，并通过调节模拟量的大小来改变变频器进行给定，并通过调节模拟量的大小来改变变频器的输出频率。的输出频率。外接电压给定信号端（外接电压给定信号端（1010、2 2、5 5）将频率设定电位器的一端连接在将频率设定电位器的一端连接在10E10E端端子或子或1010端子上时，加在端子端子上时，加在端子2 2上的输入上的输入电压规格不同。选择电压规格不同。选择0 05V5V或或0 010V10V输输入，由电压输入选择参数入，由电压输入选择参数Pr73Pr

45、73设定。变设定。变频器出厂设定频器出厂设定Pr73=1Pr73=1，选择，选择0 05V5V输输入电压。入电压。外接电流给定信号端（外接电流给定信号端（4 4、5 5）当模拟量给定信号为当模拟量给定信号为4 420mA20mA电流信号时，将外接信电流信号时，将外接信号线接到号线接到4 4、5 5接线端，此时还必须使变频器的接线端，此时还必须使变频器的AUAU端端子信号置为子信号置为ONON，才能使端子，才能使端子4 4输入电流信号有效。输入电流信号有效。通讯接口通讯接口通讯接口通讯接口人机界面人机界面通讯接口通讯接口（4 4）通信给定）通信给定 上位机一般指计算上位机一般指计算机（或工控机）

46、、机（或工控机）、PLCPLC、DCSDCS、人机界面等主控、人机界面等主控制设备。该给定属于数制设备。该给定属于数字量给定。字量给定。通信给定方式就是指上位机通过通信口按照特定的通信协议、特通信给定方式就是指上位机通过通信口按照特定的通信协议、特定的通信介质将数据传输到变频器以改变变频器设定频率的方式。定的通信介质将数据传输到变频器以改变变频器设定频率的方式。图6-11 书本型通用变频器的外型和结构 8.2 变频器参数设置变频器参数设置8.2.1 通用变频器的端子接线通用变频器的端子接线8.3.3 变频器的外接端子及控制功能变频器的外接端子及控制功能v1.外接输入控制端外接输入控制端图8-4

47、 电动机正反转接线2.外接输出控制端外接输出控制端图8-5 报警输出信号的应用注意：注意：加速时间加速时间Pr7所设定的是从所设定的是从0Hz加加 速到速到Pr20所设定的频率需要的时间。所设定的频率需要的时间。Pr20：加加/减速基准频率（出厂设定减速基准频率（出厂设定50Hz）；）；8.3.4 变频器的加、减速变频器的加、减速5s加速时间越长，启动电流就越小，启动也越平缓。加速时间过短则容易导致过电流。加速时间和减速时间的参数意义及设定范围加速时间和减速时间的参数意义及设定范围参参 数数 号号出出 厂厂 设设 定定设设 定定 范范 围围功功 能能Pr77.5kW5s03 600s/0360

48、s加速时间11kW15sPr87.5kW5s03 600s/0360s减速时间11kW15sPr2050Hz1400Hz加减速基准频率Pr2100，1加减速时间单位加速时间的设置原则：启动加速时防加速时间的设置原则：启动加速时防“过流过流”加速时间设定的原则及方法 加速时间设定原则：兼顾起动电流和起动时间，一般情况下负载重时加速时间长，负载轻时加速时间短。加速时间设置方法：用试验的方法，使加速时间由长而短，一般使起动过程中的电流不超过额定电流的1.1倍为宜。有些变频器还有自动选择最佳加速时间的功能。减速时间减速时间 变频器的工作频率从加减速基准频率Pr20下降至0Hz所需的时间称为减速时间。减

49、速时间的设置原则：减速时防减速时间的设置原则：减速时防“过压过压”减速时间设定的必要性及设置原则减速时间设定的必要性及设置原则 重负载制动时，制动电流大可能损坏电路，设置合适的减速时间，可减小制动电流；水泵制动时，快速停车会造成管道“空化”现象，损坏管道。减速时间的设定原则：兼顾制动电流和制动时间，保证无管道“空化”现象。2加、减速方式加、减速方式 各种变频器提供的加速方式不尽相同，主要有以下3种。在启动或加速过程中，在启动或加速过程中，频率随时间呈正比的上频率随时间呈正比的上升，适用于一般要求的升，适用于一般要求的场合。场合。先慢、中快、后慢，启动、先慢、中快、后慢，启动、制动平稳制动平稳。

50、适用于传送。适用于传送带、电梯等对启动有特殊带、电梯等对启动有特殊要求的场合要求的场合 加速曲线的一半为加速曲线的一半为S形，形，另一半为线性的方式另一半为线性的方式。适用于泵类和风机类负适用于泵类和风机类负载载 反（上）半S型上升方式：适用于泵类和风机类负载。正（下）半S型上升方式：适用于大惯性负载。（a）线性方式 （b）S形方式 （c）半S形方式变频器的减速方式与加速方式一样，有线形、S形、半S形3种 如果生产机械运行在某一转速时，所引起的频率和机械的固有震荡频率一致时，会发生系统共振，共振状态的出现将破坏传动系统的正常运转，甚至将造成破坏性系统损坏。8.3.5 频率跳变频率跳变解决办法解