变频器基础到选型课件.ppt

1、n了解电气传动的基本概念n掌握变频器的基本工作原理n能初步理解变频器宣传资料n能向用户进行简单的技术交流和宣传性介绍n了解变频器的基本应用和选型原则n了解变频器的市场竞争状态n电气传动基础知识n通用变频器的构成n通用变频器保护功能n变频器应用简介n变频器选型定义定义 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）电气传动系统，也称交流（直流）电气拖动系统构成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器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

2、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电气传动装置后都可以节能l速度模式：以保持转速恒定为目的，如常规调速系统（电梯、各类生产线）。控制设 备根据速度要求自动调整电机转矩适应外部的负载变化，恒速时电机转矩 肯定等于负载转矩l转矩模式 以控制电机转矩恒定为目的，如：开卷/收卷，恒速时电机转矩肯定等于 负载转矩，但电机的运转速度不确定。如果电机转矩始终大于负载转矩，则速度持续上升直至设备限速或损坏 如果电机转矩始终小于负载转矩，则速度为0或最低（下限）速度 为保证系统安全，必须额外

3、考虑限速或超速保护 MT电机转矩T负载转矩中间传动机构终端机械传动机构电动机生产机械负载特性摩擦恒转矩l生产流水线l起重行走速度T负载转矩势能恒转矩l电梯l起重机提升恒功率（速度越低，速度越低，负载转矩越大）负载转矩越大）l机床l开卷机/收卷机变转矩（速度越低，负载速度越低，负载转矩越小）转矩越小）l风机水泵负载转矩大小于与转速无关直流电气传动系统特点直流电气传动系统特点：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

4、需定期维护交流电气传动系统特点交流电气传动系统特点：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l70年代以前直流占统治地位l交流调速只在大功率电机调速上使用交流异步电机的机械特性公式交流异步电机的机械特性公式 n60f/p(1-s)n：电机转速 f：给电机供电的交流电频率 p：电机极对数 s：转差率 T：电机力矩N：速度n0负载1异步机机械特性负载2交流同步电机的机械特性公式交流同步电机的机械

5、特性公式 n60f/p n：电机转速 f：给电机供电的交流电频率 p：电机极对数 n0负载1负载2T：电机力矩同步机机械特性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

6、低的传动现场使用变频器变频器 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，英文简称VVVF(Variable可变的 Voltage电压 Variable可变的 Frequency频率）变频器的控制对象变频器的控制对象 三相交流异步电机和三相交流同步电机，标准适配电机极数是2/4极序号优点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变频调速的优势（与其它

7、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）电机控制算法功率半导体技术V/F控制SCRGTR矢量控制IGBT计算机技术单片机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供电电源低压220V/1PH、

8、220V/3PH、380V/3PH (富凌可生产)中压660、1140V/3PH (富凌可生产)高压3000、6000、10000V/3PH控制算法通用内置V/F控制方式，简单，性能一般高性能内置矢量控制方式，复杂，高性能变换方法（拓朴结构）交直交电压型（储能环节为电解电容）电流型(储能环节为电抗器）交交无储能环节注：l交直交电压型变频器因结构简单，功率因素高，目前广泛使用l常用设计功率在0.55kw710KW整流部分储能环节逆变部分M控制系统交流交流低压交直交通用变频器系统框图交流低压交直交通用变频器系统框图直流直流交流整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非

9、 正弦，带有丰富的谐波逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电 流近似正弦电源电动机S1S4S5S2S3S6UVEdW561UUVUVWUVW612 123 234 345 456 561 612三相逆变电路三相逆变电路Ed缺点：l输出电压的谐波分量太大l电机谐波损耗增加，发热严重甚至烧坏电机l转矩脉动较大，低速运行时影响转速的平稳l直到从通信技术中采用PWM调制才大大的缓解了以上问题电机SPWM调制载波PWMPWM（Pulse Width Pulse Width ModurationModuration脉宽调制）调制脉宽调制）调制lPWM调制是：利用半导体开关

10、器件的导通和关断把直流电压调制成电压可变、频 率可变的电压脉冲列。lSPWM调制是：采用三角波和正弦波相交获得的PWM波形直接控制各个开关可以得 到脉冲宽度和各脉冲间的占空比可变的呈正弦变化的输出脉冲电压电压，能获 得理想的控制效果：输出电流近似正弦l载波频率必须高，才能保证调制后得到的波形与调制前效果相同交流调速的控制核心是：只有保持电机磁通恒定才能保证电机出力，才能获得理想的调速效果V/FV/F控制控制简单实用，性能一般，使用最为广泛l只要保证输出电压和输出频率恒定就能近似保持磁通保持恒定 例:对于380V 50Hz电机，当运行频率为40HZ时，要保持V/F 恒定，则 40HZ时电机的供电

11、电压:380（40/50)304Vl低频时，定子阻抗压降会导致磁通下降，需将输出电压适当提高矢量控制矢量控制性能优良，可以与直流调速媲美，技术成熟较晚l模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变换来实现对异步电机定子励磁电 流分量和转矩电流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，进而达到良好的 转矩控制性能，实现高性能控制。性能优良，控制相同复杂，直到90代计算 机技术迅速发展才真正大范围使用项目通用变频器高性能变频器控制算法V/F控制转矩提升同步机异步机控制算法基本相同开环矢量控制（无速度传感器矢量控制）闭环矢量控制（有速度传感器矢量控制）异步机和同步机需要不同的控制算法启动转矩无要求180%0.5

12、Hz（开环矢量)，200%0速(闭环矢量)稳速精度与转差有关（2-3%)0.5%(开环矢量)，0.05%(闭环矢量)转矩控制无有控制算法简单复杂电机参数不依赖电机参数，支持同时驱动不同类型不同功率的电机电机参数对控制性能的影响较大，一般只能驱动一台电机输入侧输入侧 额定工作电压：给变频器供电的额定工作电压，各国家不完全一样。中国是220V/单相/50HZ或380V/3相/50HZ电压允许波动：限制变频器的最高和最低工作电压，避免损坏变频器 当电压超过最高值时变频器并没有保护能力频率波动范围：50/60Hz5输出侧输出侧 额定输出电压：变频器的最大输出电压，由额定工作电压决定额定电流：变频器能够

13、长期输出的最大电流过载能力：变频器的输出电流允许超过额定电流的倍数和时间，由逆变 模块决定最大输出频率：变频器能够输出的最大工作频率频率精度：输出频率的准确度（相对于设定频率）频率分辩率：指给定运行频率的最小改变量防护等级防护等级 IP20(不防水）220V/380V3PH键盘控制板14325678220V1PH键盘控制电路适用于小功率（5.5KW)适用于中大功率(5.5KW以上）类别作用主要构成器件主回路整流部分1将工频交流变成直流，输入无相序要求整流桥逆变部分2将直流转换为频率电压均可变的交流电，输出无相序要求IGBT制动部分3/4消耗过多的回馈能量，保持直流母线电压不超过最大值单管IGB

14、T 和制动电阻,大功率制动单元外置上电缓冲6降低上电冲击电流，上电结束后接触器自动吸合，而后变频器允许运行限流电阻和接触器储能部分5保持直流母线电压恒定，降低电压脉动电解电容和均压电阻控制回路键盘7对变频器参数进行调试和修改，并实时监控变频器状态MCU(单片机）控制电路8交流电机控制算法生成，外部信号接收处理及保护DSP(或两个MCU）类别作用结构件散热器将整流桥、逆变器产生的热量散发出去温度传感器检测散热器温度，确保模块工作在允许温度环境下风扇配合散热器，将变频器内部的热量带走，有直流风扇（24V)和交流风扇两种 R S T B R (+)B R (-)U V W P E P O W E R

15、 S U P P LY M O T O R 工频电网输入380V 3PH/220V 3PH220V 1PH制动电阻直流电抗器三相交流电机接口类型主要特点主要功能开关量输入无源输入，一般由变频器内部24V供电，启/停变频器，接收编码器信号、多段速、外部故障等信号或指令开关量输出集电极开路输出、继电器输出变频器故障、就绪、达速等，参与外部控制模拟量输入0-10V/4-20mA频率给定/PID给定、反馈，接收来自外部的给定或控制模拟量输出0-10V/4-20mA运行频率、运行电流的输出，用于外界显示仪表和外部设备控制通讯口RS485/RS232组网控制以上端子均可自由编程 由于变频器大量的使用了各种

16、半导体器件，如整流桥、IGBT、电解电容等，要想保证变频器长期稳定工作，则必须保证各器件工作在其允许条件下。超出条件则必须立刻或延时停止变频器工作，待异常条件消失后才能重 新开始工作，如保护失效或动作延迟将导致变频器出现不可恢复性损害。保护类型原因缺相输入缺相输入电压值相差超过允许值输出缺相输出电流三相不平衡过流加速/减速/恒速超过变频器允许的最大电流（2倍额定）过载超过变频器允许的过载范围过压加速/减速/恒速直流母线电压超过允许值过热散热器温度超过允许值欠压电网电压过低IGBT驱动电路过流保护过热保护欠压保护 IPM（智能功率模块）PIM（功率集成模块）富凌变频器 目前以IGBT 和PIM使

17、用较多 功功能能码码 100 200 300 0 输出频率 设定频率 设定频率 1 输出电流 运行频率 运行频率 2 输出电流 输出电流 3 输出电压 输出电压 4 运行转速 运行转速 5 输出功率 输出功率 6 输出转矩 输出转矩 7 模拟量 VI 输入值 模拟量 VI 输入值 8 模拟量 CI 输入值 模拟量 CI 输入值 9 保留 保留 10 保留 保留 功功 能能 码码 100 200 300 0 设定频率 设定频率 设定频率 1 运行频率 运行频率 运行频率 2 输出电流 输出电流 输出电流 3 输出转速 输出电压 输出电压 4 计数功能 运行转速 运行转速 5 实际延时值 实际延时

18、值 6 延时设定值 延时设定值 7 母线电压 母线电压 8 PID 给定值 PID 给定值 9 PID 反馈值 PID 反馈值 10 输入端子状态 输入端子状态 11 输出端子状态 输出端子状态 12 模拟量 VI 值 模拟量 VI 值 13 模拟量 CI 值 模拟量 CI 值 14 多段速当前段速 多段速当前段速 功功 能能 码码 100 200 300 0 运 转 中 指 示 无 输 出 无 输 出 1 设 定 频 率 到 达 指 示 频 率 到 达 频 率 到 达 2 任 意 频 率 到 达 指 示 频 率 水 平 检 测 到 达 频 率 水 平 检 测 到 达 3 计 数 到 达 指

19、示 故 障 输 出 故 障 输 出 4 非 零 速 指 示 变 频 器 正 转 运 行 变 频 器 正 转 运 行 5 过 转 矩 指 示 变 频 器 反 转 运 行 变 频 器 反 转 运 行 6 外 部 中 断 指 示 零 速 运 行 中 零 速 运 行 中 7 低 电 压 检 出 指 示 上 限 频 率 到 达 上 限 频 率 到 达 8 变 频 器 运 转 操 作 模 式 下 限 频 率 到 达 下 限 频 率 到 达 9 故 障 指 示 保 留 保 留 11 保 留 高 压 力 到 达 检 出（N C）高 压 力 到 达 检 出（N C）12 保 留 低 压 力 到 达 检 出（N

20、C）低 压 力 到 达 检 出（N C）13 保 留 高 压 力 到 达 检 出（N O）高 压 力 到 达 检 出（N O）14 保 留 低 压 力 到 达 检 出（N O）低 压 力 到 达 检 出（N O）15 保 留 睡 眠 状 态 指 示 睡 眠 状 态 指 示 16 保 留 缺 水 报 警 指 示 缺 水 报 警 指 示 17 保 留 欠 载 保 护 信 号 输 出 欠 载 保 护 信 号 输 出 18 保 留 过 转 拒 信 号 输 出 过 转 拒 信 号 输 出 功功能能码码 100 200 300 0 多段速指令一 无功能 无功能 1 多段速指令二 正转运行 正转运行 2 多

21、段速指令三 反转运行 反转运行 3 点动频率指令 三线式运行控制 三线式运行控制 4 加减速禁止指令 正转寸动 正转寸动 5 第一二加减速时间切换 反转寸动 反转寸动 6 外部中断接点(NO)输入 自由停车 自由停车 7 外部中断接点(NC)输入 故障复位 故障复位 8 上频率指令（Up）外部故障输入 外部故障输入 9 上频率指令（Down）频率设定递增(UP)频率设定递增(UP)10 计数器清零 频率设定递减(DOWN)频率设定递减(DOWN)11 正转点动指令 频率增减设定清除 频率增减设定清除 12 反转点动指令 多段速端子 1 多段速端子 1 系系列列 100 200 300 输入端子

22、数 4 6 6 输入功能数 22 25 25 输出端子数 3 3 3 输出功能数 9 18 18 模拟输入数 2 2 2 模拟输入功能 010V /420mA 010V/420mA 010V/420mA 计数功能 有 无 无 数字频率输出 有 无 无 模拟输出数 1 1 1 模拟输出功能 010V /420mA 010V/420mA 010V/420mA 485 通信端子 2 2 2 485 通信模式 自定义 485 通信模式 标准 ModBus 模式 标准 ModBus 模式 启动方式启动方式从启动频率启动 变频器输出由0直接变化为启动频率对应的交流电压，而后在此基础上按照 加速曲线逐步提高

23、输出频率和输出电压直到设定频率到达。注：启动频率不宜过大，否则会造成启动冲击或过流先制动后从启动频率再启动 变频器先给电机通脉冲直流，使电机保持在停止状态，然后再按照从启动 频率方式直接启动。注：一般应用在负载初始状态不确定的场合转速跟踪启动 直接将正在自由旋转的电机或负载由当前速度驱动到预定速度 注：非常适用于水泵的工频变频切换或重要设备的异常停机后的快速恢复停车方式停车方式减速停车 变频器接到停止命令后按照减速时间对应曲线逐渐减小输出频率，到0后停机。注：这种方式最常用，当直流母线电压过高时会自动启动能耗制动，此时需 配置制动单元，否则会报减速过电压自由停车 变频器接到运行停止命令后，立刻

24、中止输出，负载靠自然阻力停止。注：变频器故障时的停车方式就是自由停车减速直流制动停车 变频器接到运行停止命令后，按照减速时间对应曲线逐渐减少输出频率，当 到达某一预设频率，即开始直流制动（通脉冲直流）停车，防止电机爬行 注：对于大惯量负载或有定位要求的场合非常适用加减速时间（加减速时间（S/min)S/min)频率时间 Fmax最大输出频率加速时间减速时间点动点动点动命令点动命令f1 t1t3 t2时间频率时间点动间隔时间注：一般在调试时使用，如：确定运转方向、反向倒车等功能功能简介控制算法交流电机的控制方案，包括V/F控制、增强V/F控制、矢量控制多段速用外部端子组合选择多个内部已预设的频率

25、作为运行频率内置PID闭环控制必选功能 （DZB200300系列）PLC运行由用户自由编程的多段定时自动变速功能（DZB200300系列）加减速曲线确定目标设备的加减速时间，有直线和S曲线两种跳跃频率为避免机械谐振特设的变频器不能长期稳定运行的指定频率带AVR根据电网电压自动调整输出电压自动限流电流超过预设值后变频器自动调整输出频率和电压防止跳闸过压失速加减速过程中直流母线电压过高后变频器自动停止加减速过流失速加减速过程中电流超过预设值后变频器自动停止加减速转速跟踪直接将正在自由旋转的电机由当前速度驱动到预定速度载频自动调整变频器根据噪声和自身温度自动调整载频到最佳值l睡眠功能：l 条件：反馈

26、等于或大于给定并输出频率低于睡眠频率（F7.21）l 时，并保持检测延时（F7.22）后，停止输出并显示“EOPP”l苏醒功能：l 在睡眠过程中，当反馈压力小于苏醒压力（F7.23）时，并持续 l 检测时间（F7.24）后，苏醒并自动启动变频进入恒压控制状态l缺水报警：l 当输出频率运行在频率上限时，如反馈压力还没有到达给定值，并保持检测时间（F7.25）后，停止输出并“E0P2”报警定义定义由于不同客户对变频器都有各自独特的要求，鉴于成本和体积，不可能把这些功能全部做到变频器中去，因此变频器厂家将这些常用的功能分类做成独立于变频器并能和变频器配合使用的可选配设备分类分类调试LED键盘，三级菜

27、单抑制电网谐波交流输入电抗器，直流电抗器、输入滤波器（37kw以上标准配置直流电抗器）抑制输出谐波交流输出电抗器、输出滤波器快速刹车用制动单元、制动电阻，两者必须配合使用运行给定运行给定运行命令运行命令l决定速度大小 （直接速度给定、多段速、PID结果）l决定电机的运行方向l决定变频器是启动还是停止序号运行命令运行给定变频器状态1无运行命令停机2有正向或反向运行命令给定为0零速运行3有正向运行命令有非0给定正向运行4有反向运行命令有非0给定反向运行5有正向或反向运行命令给定由非0变为0减速而后保持零速运行4运行中直接方向命令切换有非0恒定给定减速到0后反向运行一个状态正常的变频器要运行，以下两

28、个要素条件必须满足：工频电源特点：l运行命令由外部启停按钮决定，通过变 频器外部端子FWD/REV决定运行方向l运行给定一般由外部模拟端子决定：PLC 模拟输出电位器l常与外部逻辑电路或PLC共同控制变频器适用场合l应用在实时性较强独立系统l使用范围最广 启动停止开关量端子模拟量端子电动机工频电源启动停止工频电源速度给定使用场合：各类小型生产线或系统特点：l 实时性好l 调试维护方便l 线路复杂，抗干扰 能力差 开关量端子模拟量端子开关量端子模拟量端子电动机电动机工频电源启动停止工频电源速度给定使用场合：各类中大型生产线或系统特点：l所有控制均通过通讯电缆l线路相对简单，自动化 水平高，信息交

29、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，调试维护困难通讯接口通讯接口单根电缆人机界面通讯接口考虑变频器运行的经济性和安全性，变频器选型保留适当的余量是必要的。要准确选型，必须要把握以下几个原则：l充分了解控制对象性能要求。一般来讲如对启动转矩、调速精度、调速范围要 求较高的场合则需考虑选用矢量变频器，否则选用通用变频器即可l了解负载特性，如是通用场合，则需确定变频器是B型还是P型l了解所用电机主要铭牌参数：额定电压、额定电流。l确定负载可能出现的最大电流，以此电流作为待选变频器的额定电流。如果该 电流小于适配电机额定电流，则按适配电机选择对应变频器，考虑成本因素

30、，如 选用的是通用变频器，则可以选择P型机l以下情况要考虑容量放大一档：1、长期高温大负荷 2、异常或故障停机会出现灾难性后果的现场 3、目标负载波动大 4、现场电网长期偏低而负载接近额定 5、绕线电机、同步电机或多极电机（6极以上）充分了解各变频器支持的选配件是正确选配的基础。对于变频器的选配件选配，必须要把握以下几个原则：l以下情况要选用交流输入电抗器、直流电抗器民用场合，如：宾馆中央空调、电机功率大于55KW以上电网品质恶劣或容量偏小的场合如不选用可能会造成干扰、三相电流偏差大，变频器频繁炸机l以下情况要选用交流输出电抗器变频器到电机线路超过100米（一般原则）l以下情况一般要选用制动单

31、元和制动电阻提升负载频繁快速加减速大惯量（自由停车需要1min以上，恒速运行电流小于加速电流的设备）使用通用变频器的行业和设备使用矢量变频器的行业和设备纺织绝大多数设备纺织有张力控制场合需使用冶金辅助风机水泵、辊道、高炉卷扬冶金各种主轧线、飞剪石化用风机、泵、空压机电梯门机、起重行走电梯、起重提升供水油田用风机、水泵、抽油机、空压机电厂风机水泵、传送带市政锅炉、污水处理部分拉丝机牵引拉丝机的收放卷凹版印刷水泥、陶瓷、玻璃生产线全线传送带矿山风机泵矿山提升机卷烟制丝卷烟成型包装低速造纸及配套风机水泵、制浆高速造纸、切纸机、复卷机红色红色：主要对手、完全可以替代的品牌主要对手、完全可以替代的品牌 蓝色蓝色：需关注的对手需关注的对手黑色：黑色：可以替代但需要考虑使用功能可以替代但需要考虑使用功能欧美品牌欧美品牌西门子、科比、伦茨、施耐德、西门子、科比、伦茨、施耐德、ABBABB 丹佛斯、丹佛斯、ROCKWELLROCKWELL、VACONVACON、ABAB、西威西威 日本品牌日本品牌富士富士、三菱三菱、安川安川、三垦三垦、日立日立、欧姆龙欧姆龙 松下电器、松下电工、东芝、明电舍明电舍国产品牌国产品牌安邦信、佳灵、森兰森兰、英威腾、康沃、科姆龙、惠丰港台品牌港台品牌台达台达、普传、台安台安、东元、美高韩国品牌韩国品牌LG、现代、三星、收获