变频器原理及应用

变频器原理及应用王宇鹏2012/7/19目录一、变频器的原理二、变频器的选型及应用三、施耐德变频器介绍开关或接触器变频器异步电动机转速可调0～50Hz可调一、变频器的原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。常用电力电子器件简介1)晶闸管(SCR)没有自关断能力，逆变时需要另设换流电路，造成电路结构复杂，增加变频器成本。但由于元件容量大，在1000KVA以上的大容量变频器中得到广泛的应用。2)门极可关断晶闸管(GTO）可通过门极信号控制导通和关断。它是利用门极反向电流而获得自关断能力，属于全控器件，无需换流电路。已经逐步取代SCR。3)电力晶体管(GTR)是一种高反压晶体管，具有自关断能力，并有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等优点。它被广泛用于交直流电机调速、中频电源等电力变流装置中。主要用作开关，工作于高电压大电流的场合，一般为模块化。4)功率场效应管(MOSFET)根据门极电压的电场效应进行导通与关断的单极晶体管。具有自关断能力强、驱动功率小、工作速度高、无二次击穿现象、安全工作区宽等。用于小容量变频器中。5)绝缘栅双极晶体管(IGBT)集GTR和P-MOSFET的优点于一身，具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单、通态电压低、能承受高电压大电流等优点。目前中小容量变频器新产品中都采用它。适于高压的为HV-IGBT。6)智能功率模块（IPM）是一种将功率开关器件及其驱动电路、保护电路等集成在同一封装内的集成模块。目前采用较多的是IGBT作为大功率开关器件的模块，器件模块内集成了电流传感器，可以检测过电流及短路电流。具有过电流保护、过载保护以及驱动电流电压不足时的保护功能。7)集成门极换流晶闸管(IGCT)是一种中压、大功率半导体开关器件。它是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT集成于一体，集GTO和IGBT的优点于一身。变频器的结构～整流部分储能环节逆变部分M控制系统交流直流直流交流主要由主电路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路组成。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，输入电流非正弦，带有丰富的谐波中间直流环节：中间直流储能环节，在它和电动机之间进行无功功率的交换。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，输出电流近似正弦变频器的结构电力变换的种类输入交流直流输出直流整流直流斩波交流交流电力控制变频、变相逆变控制电路：常由运算电路、检测电路、控制信号输入/输出电路和驱动电路组成。主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等，其控制方法可以采用模拟控制或数字控制。目前许多变频器已经采用微机来进行全数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，靠软件来完成各种功能。变频器的结构通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。电机转速n公式S：转差率f1：交流电频率p：电机对数其中：通过改变交流电机的工作频率来改变电机转速的一种装置交流异步电机的机械特性公式n＝60f/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n＝60f/pn：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变频器的分类1.按调制方式分(1)PAM(脉幅调制)在整流电路部分对输出电压幅值进行控制，而在逆变电路部分对输出频率进行控制的控制方式。(2)PWM(脉宽调制)保持整流得到的直流电压大小不变的条件下，在改变输出频率的同时，通过改变输出脉冲的宽度，来达到改变等效输出电压的一种方式。(2)按工作原理分V/F控制对变频器的频率和电压同时进行调节转差频率控制为V/F控制的改进方式矢量控制将交流电机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流并分别加以控制的方式直接转矩控制把转矩作为控制量，直接控制转矩，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。(3)按用途分通用变频器能与普通的笼式电动机配套使用，能适应各种不同性质的负载并具有多种可供选择功能高性能专用变频器对控制要求较高的系统(电梯、风机水泵等)，大多采用矢量控制方式高频变频器高速电动机配套使用(4)按变换环节分交-交变频器把频率固定的交流电直接变换成频率和电压连续可调的交流电。无中间环节，效率高，但连续可调的频率范围窄。交-直-交变频器先把交流电变成直流电，再把交流电通过电力电子器件逆变成直流电。优势明显，目前广泛采用的方式(5)按直流环节的储能方式分电流型中间环节采用大电感作为储能环节，无功功率将由该电感来缓冲。再生电能直接回馈到电网。电压型中间环节采用大电容作为储能环节，负载的无功功率将由它来缓冲。无功能量很难回馈到交流电网。变频器选型—选型原则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：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了解负载特性，如是通用场合，则需确定变频器是G型还是P型了解所用电机主要铭牌参数：额定电压、额定电流。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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：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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）以下情况一般要选用制动单元和制动电阻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、复卷机交流电机调速电机的调速方法交流电机基本知识复习交流电机基本知识复习基本参数交流电机基本知识复习工作过程变频器的应用变频器的应用变频器的应用变频器的应用变频器的应用三、施耐德变频器介绍施耐德电气变频器概览TextTerminalATV61/71标准转矩/高过转矩应用变频器ATV61:0.37kW~800kW,ATV71:0.37kW~630kWATV12(0.18~4kW)变频器小功率简单应用大功率复杂应用ATV61Plus/71Plus柜式变频器ATV61Plus:90kW~2400kW,ATV71Plus:90kW~2000kWATV21风机水泵专用(0.75kW~75kW)20008005002.2ATV303(0.37kW~11kW)单位：kW240012006307.51575ATV312(0.18kW~15kW)8400ATV1100中压变频器3.3kV/6.6kV/10kV,390~10500kVAATV32高端书本型变频器(0.18kW~15kW)ATV303---目标行业纺织行业：织机（大圆机、喷水织机），印染设备（退煮漂），棉纺设备（络筒机等）陶瓷机械：布料机，窑炉，印花机等机床：数控车床，磨床等木工机械：砂光机，涂布机等物料处理：称重设备，传输带等通用应用：传输设备，配套用风机水泵，低精度速度控制等节省空间更小的尺寸，0.37kW/0.75kW单独尺寸设计支持并排安装，55度不降容节省时间节省安装时间动力端子清晰标注动力和控制端子的接线说明，方便检查，避免差错节省调试时间即插即用软件设计，短菜单设计简易下载器一键搞定配置，多功能下载器支持断电配置参数节省服务成本产品更稳定元器件10年长寿命设计,多项创新设计专为中国恶劣应用环境节省……….不仅仅是省钞票挑战负载的适应能力电机控制根据中国电机参数而设计更强的起动和制动能力，更稳定的输出挑战恶劣环境极限电路板加强涂层处理,告别粉尘、油污等污染烦恼55度工作温度额定运行,无需降容挑战恶劣电网适应能力超强的抗电网波的波动能力，50%电压跌落运行抗雷击设计强大……….让我们更放心友好...........即插即用的典范更方便的操作中文按键操作数字参数显示，更方便直观更方便维护冷却风扇方便更换散热器故障报警指示，及时维护清理更易融入自动化系统内置Modbus通讯协议M218将更方便与ATV303通讯M218STO/STUATV303Modbus通讯控制产品介绍主要特点客户需求产品特点减小安装尺寸-紧凑设计-并排安装恶劣工作环境下可靠性-PCB全部加强涂层处理-冷却风不经过PCB-风扇或散热器异常报警（下一步）夏季高温下稳定运行-55度不降容，超过施耐德已有产品-开关频率管理电网质量差下工作稳定-抗电网电压波动-避免雷击方便调试-多功能下载器断电下载-简易下载器方便灵活-外拉面板-参数数字代码显示-短菜单标签，参数列表随机带方便安装避免误操作-端子标签明显-接线标签输出电机性能稳定-更优异的电机控制，超过ATV302-高的起动转矩和制动转矩节省全方面的成本节省强大让我们更放心友好即插即用的典范ATV303对ATV302的升级ATV302ATV303控制模式V/F控制矢量控制风机/泵模式(Kn2)标准控制（优化的V/F控制）矢量控制风机/泵模式(Kn2)调试电机铭牌无需电机铭牌、即插即用短菜单参数显示字母缩写数字试功率范围0.37kW–7.5kW0.37kW–11kW工作温度-10~50℃(降容可至60℃）-10~55℃(降容可至60℃）EMC无无远程面板无有，与ATV12通用断电调试无多功能下载器实现通讯无内置Modbus模拟输入21模拟输出11逻辑输入64＋1逻辑输出2R1R+1LO输出频率400Hz400HzATV312,关注客户界面清晰的显示按钮Buttoninnotchedwheelformat:-方便配置-快速浏览-电位器功能非常清晰的客户标记(客户区域)控制,显示和标记在前面板上起动/停止按钮更友好ATV312,具备卓越的交互界面简单集成面板起动，停止按钮导航键:快速浏览速度给定导航面板IP54orIP67远程面板图形化显示，客户定制菜单，多国语言显示；SoMove软件,USB–RJ45电缆直接连接；通用的平台；PowerMobile蓝牙无线通讯；开放的手机通讯；…..迅速占领市场的最佳武器!ATV32….我们书本型设计!内置的高性能极具竞争力的价格高端机器简单机器复杂机器价格ATV12ATV312性能ATV71ATV32制造行业的提升设备:仓储和检索系统,物料处理设备,码垛机,…木材&金属加工2D机器,切割,钻孔,焊接…食品&饮料包装流水线,制袋,切片,…纺机高速剑杆织布机,绣花机,裁剪,…简单包装密封,运输,…需要简单控制系统的机械:翻转广告牌,自动