变频器培训资料

变频器培训资料一.变频器的基本原理1.1变频调速的原理变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机的结构是：定子由铁心及绕组构成，转子绕组做成笼型，俗称鼠笼型电动机。当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。电机磁场的转速称为同步转速，用N表示N=60f/p(r/min)（1）式中：f—三相交流电源频率，一般为50Hz；p—磁极对数。当p=1时，N=3000r/min；p=2时，N=1500r/min。可见磁极对数p越多，转速N越慢。转子的实际转速n比磁场的同步转速N要慢一点，所以称为异步电机，这个差别用转差率s表示：s=[（n1－n）/n1]×100%（2）当加上电源转子尚未转动瞬间，n=0，这时s=1；起动后的极端情况n=N，则s=0，即s在0～1之间变化。一般异步电机在额定负载下的s=（1～6）%。综合式（1）和式（2）可以得出n=60f（1－s）/p（3）由式（3）可以看出，对于成品电机，其磁极对数p已经确定，转差率s变化不大，则电机的转速n与电源频率f成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。但是，为了保持在调速时电机的最大转矩不变，必须维持电机的磁通量恒定，因此定子的供电电压也要作相应调节。变频器就是在调整频率（VariableFrequency）的同时还要调整电压（VariableVoltage），故简称VVVF（装置）。通过电工理论分析可知，转矩与磁通量（最大值）成正比，在转子参数值一定时，转矩与电源电压的平方成正比。变频器的工作原理是把市电（380V、50Hz）通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电，由于采用微处理器编程的正弦脉宽调制（SPWM）方法，使输出波形近似正弦波，用于驱动异步电机，实现无级调速。上述的两次变换可简化为AC－DC－AC（交－直－交）变频方式。1.2变频器的类型变频器有多种分类方式1.2.1按输出电压分：高压、中压、低压。常用的都为低压变频器。1.2.2按基本构造分：电压型在直流回路中使用电容保持一定的电压，用晶体管或者GTO进行整流。电流型用电抗器保持直流回路电压，用可控硅形成整流回路输出AC电流的方式。造价较高。1.2.3按调制方式分PWM方式从脉冲调幅角度用改变冲幅来改变交流电压，效率转矩特性好，较经济，通用变频器一般都选择这类型。PAM方式高值脉冲调制变频器，在正向变换部分产生可变的电流电压，控制变频器输出电压。可控硅将此再次整流，调节频率。1.2.4按控制方式分v/f控制通过控制在频率可调范围内的输出电压和输出频率的比对交流电机调速的方法。前面讲过控制电源频率的变化即可达到调节转速的目的。但在实际应用中，需保持电动机磁极的主磁通Φm不变，以避免磁路饱和(磁路饱和将导致励磁电流发生畸变)。因主磁通Φm的大小与各相定子绕组的电动势E1X及频率f有关:(2)式中，ke为比例常数，w为每相绕组的匝数。可见保持主磁通Φm不变的方法就是保持反电动势E1X与频率f同步变化。因反电动势主要是与电源相电压相平衡，即(4)所以在实用上，常以定子电压U1X与频率f保持同步变化来近似代替反电动势E1X与频率f的同步变化因此变频器在改变输出频率的同时,也必须改变输出电压，使之保持大致的线性关系，这就是V/F控制方式。V/F控制方式的函数关系见图1。在低频时需适当提高定子电压，以补偿定子电流的压降，加大临界转矩，改善起动特性，扩大运行范围(见曲线2)。采用V/F控制方式，在开环时，由于转速精度受转差率(及负载)的影响，无法精确控制电动机的实际转速，静态精度不高;提高定子电压的补偿难以完全与负载匹配，低速转矩不足。对此，人们采用了磁通补偿、转矩补偿和电流限制等措施，以提高V/F控制方式的技术性能。采用改进措施后，可部分实现转矩控制的功能。在低速下，转矩过载能力可达到150%，改善了起动特性和系统静态特性的硬度，调速范围可扩大到1:30，并具有“挖土机特性”和“无跳闸”能力。V/F控制的特点:逆变器输出频率的精度取决于振荡器的精度，可达0.1%以上;电动机转速的变化仅取决于负载变动所引起的转差变化(约为1%-2.5%)，可以满足一般风机、水泵类机械调速的要求。在突变负载的动态下，也能稳定运行。因为系统电流环的调节作用，输出电流稳定，动态响应好，可使输出频率从低到高连续平稳调节。(3)可实现多台电动机的并联运行。因为对输出频率是开环控制，故可供几台电动机同时起动或调速。应注意的是，如果并联工作的各台电动机功率和特性差别较大，可能会因功率因数不同而产生环流，此时必须对每台电动机分别进行过载保护。这种控制方式虽属于基本功能型，但由于微机数字控制软件的灵活性和准确性，装置性能优良,通用性较强。矢量控制见下节1.3变频器的基本构造（图2）变频器分主回路和控制回路俩大部分主回路又分整流平顺逆变三大部分（主要针对电压正弦波PWM型）整流部分功能是将交流电整流为直流，在应用回馈单元供电时，此部分是不需要的平顺部是通过电容将直流回路电压维持在基本恒定，利于平稳拖动。逆变部分将直流电已正弦波调制的方式转变为等效于正弦波的交流电。控制回路主要是采集各种输入输出信号，已特定的程序实现用户设定参数的功能，并给逆变单元提供控制需要的开关晶体管的信号，检测输出的电流电压，提供报警和故障处理等功能。1.4通用变频器矢量控制的基本原理矢量控制的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行U/f＝恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对通用变频器的输出频率f进行控制的。基于转差频率控制的矢量控制方式的最大特点是，可以消除动态过程中转矩电流的波动，从而提高了通用变频器的动态性能。早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照一定的关系式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器，并需使用厂商指定的变频器专用电动机进行控制，否则难以达到理想的控制效果。目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。除了上述的无传感器矢量控制和转矩矢量控制等，可提高异步电动机转矩控制性能的技术外，目前的新技术还包括异步电动机控制常数的调节及与机械系统匹配的适应性控制等，以提高异步电动机应用性能的技术。为了防止异步电动机转速偏差以及在低速区域获得较理想的平滑转速，应用大规模集成电路并采用专用数字式自动电压调整（AVR）控制技术的控制方式，已实用化并取得良好的效果。1.5应用变频器的好处1.以有恒速电动机的调速可能改变鼠笼式电动机端子的电压和频率，转速也改变风机和水泵可以节能2.能够软启动，停止3.高频率起制动启动电流小，电机发热小。可以不停的启动和停止4.无接触器可正反转由半导体进行转向切换，所以原来的接触器那样的损耗消失，并且可以进行可靠的连锁运行5.可以电刹车由于在加减速过程中机械能转变成电能，电机将自动刹车三种制动方式能耗制动能量回馈直流励磁机械制动时间长有冲击不稳定电制动快稳平滑6.可在恶劣环境的电机速度控制由于可使用鼠笼型电机可方便的采用防爆型防水型和特殊形状的电机。7.可进行高速运行8.一台变频器可以拖动多台电机9.电机起动时的电源容量不必太大10.适应各种电源频率二.简要介绍安川变频器日本安川电机株式会社是世界上著名的电气设备制造商。安川变频器在世界范围内具有广泛应用，特别是在冶金、化工、纺织、机床、电梯等各种要求高可靠性、高控制精度的行业。F7基本介绍应用广泛的新式节能型电流矢量控制变频器能够适应各种各样的要求浓缩616G5和616P5的优良性能适用各种负载（恒转矩、变转矩）三种控制方式：开环V/F控制、闭环V/F控制、开环矢量控制w最大程度地提高机械性能w有效地实现各种机械的功能w最大程度节能运行w安装及维护简单w在全世界范围内广泛应用主要特点1.完美的开环矢量控制在动态自学习功能的基础上，又添加了静态自学习功能，能够自如地驱动任何电机。2.强有力的制动功能18.5KW以下的全部机种都具有制动功能，只需连接上制动单元，就能够实现强有力的制动功能3.超群的转矩特性即使在无PG的条件下，也能够实现150%/0.5Hz的高转矩特性4.丰富的控制功能PID控制，滑差补偿功能，速度搜索功能和过/低转矩检测功能、节能运行控制功能5.多样的I/O接口w脉冲输入、脉冲输出、模拟输入、模拟输出w输入端子的逻辑能够在OV和24V之间切换6.高效节能控制节能控制效果已接近理论最大节能效果7.低噪音运行高载频PWM调制方式，相对低频PWM调制方式大幅度地抑制噪音，特别适合于有噪音限制的场合8.完善的电源高次谐波抑制对策22KW以上全系列内装了改善功率因数用直流电抗器，采用12相整流方式使高次谐波降至最低；18.5KW以下的机种都预留了直流电抗器接线端子，可自选直流电抗器以降低电源的高次谐波干扰9.检修简单w控制回路端子采用可拆卸式端子，主、控回路接线采用螺钉压线，拆接线方便可靠w冷却风扇ON/OFF来操作，只需按一下按钮，就可方便卸下G5200-230V0.4-110KW(1.4-160KVA)380-460V0.4-300KW(1.4-460KVA)基本介绍VS-616G5作为通用变频器适合任何应用场合,在低速下能够实现平稳启动（1%额定转速），并且极其精确地运行。它的自动调整（auto-tuning）功能可使世界各地生产的电动机达到高性能运行。VS-616G5将四种控制方式融为一体，包括磁通矢量和传统的V/F控制，VS-616G5在精密机械及驱动多台电机的任何应用中，都可以实现极佳的驱动效果。它是改善品质和提高生产效率特别理想的选择。YASKAWA（安川）VS-616G5具有以下优点：低速大转矩和全频域平稳加减速驱动普通电机能达到最佳的控制效果操作简单灵活具有扩展功能，既可单机使用也可联网使用设计平均无故障时间：250,000小时主要特点磁通矢量控制使任何类型的负载都可在低速下平稳启动VS-616G5具有全频域磁通电流矢量控制的特点。它是根据现代控制理论，采