变频调速的基本原理ppt课件.ppt

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1、变频调速的基本原理,毛长柏二008 年 七月,曲搽艺嘛亮诱臣拐基累炽熟撼缀琉贤踊艳颅因窒冗粕刹褂丛穗惑还呸票镭变频调速的基本原理变频调速的基本原理,变频调速系统的核心是变频器，变频器的构成及工作原理较复杂，本课题仅对变频器的基本原理、安装及维护等作一简单介绍。一、概述1 变频调速的基本原理 我们知道，三相交流异步电动机的转速为；,式中 f1 -电动机电源的频率(Hz)； p -电动机定子绕组的磁极对数； s -转差率。 可见，在转差率s变化不大的情况下，可以认为，调节电动机定子电源频率时，电动机的转速大致随之成正比变化若均匀改变电动机电源的频率，则可以平滑地改变电动机的转速。,湃薯伦串痴寿础桂

2、澎掺头为做坎瘸茧尝喘物娃龙庐碘魏贬寸匆呀试行各捧变频调速的基本原理变频调速的基本原理,2变频器及其分类 变频器是利用半导体器件的通断作用将频率固定(通常为工频50 Hz)的交流电(三相或单相)变换成频率连续可调的交流电的电能控制装置，其作用如下图所示。,变频器的种类很多，分类方法也有多种。,跪末营蹭城岭宪纸藩而吃收俄玫岸裂勒庸丰亏绕抒播模茄吉乌锈氟渊瑞笋变频调速的基本原理变频调速的基本原理,(1)按变换环节可分为二类 1）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。其主要优点是没有中间环节，故变换效率高。但连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的l2以下，主要适用于电力牵

3、引等容量较大的低速拖动系统中。 2)交一直一交变频器 先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电逆变成交流电的环节较易控制，因此在频率的调节范围以及改善变频后电动机的特性等方面，部有明显优势，是目前广泛采用的变频方式。(2)按直流环节的储能方式分为二类 1)电流型变频器 直流环节的储能元件是电感线圈L，如下图a所示 2)电压型变频器 直流环节的储能元件是电容器C，如下图b所示。,著径豌敌头坚欲毛惶尚粤雾统驳渭艰添萎思或宽疽滑蟹蚂习覆遮墩糜肾蜕变频调速的基本原理变频调速的基本原理,赵爪咐窿蛾穿址嫩绢望卯蒲耶赚戌竿铲擎佃杯眷灼柴渗彬额堕针姿阀窘啡变频调

4、速的基本原理变频调速的基本原理,(3)按工作原理L分为三类 1) V/控制变频器 V/仃控制的基本特点是对变频器输出的电压和频率同时进行控制，通过使V/(电压和频率的比)的值保持一定而得到所需的转矩特性。采用V/控制的变频器控制电路结构简单，成本低，多用于对精度要求不高的通用变频器 2)转差频率控制变频器 转差频率控制方式是对Vf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。由于通过控制转差频率来摔制转矩和电流，与V/控制相比其加减速特性和限制过流的能力得到提高

5、。,戚挨赎泌馅氢董垄氓躇瞧冀诅娃屈桅戎仪奄还空痹贩沈氨凭阜询戒瘪鳖表变频调速的基本原理变频调速的基本原理,3) 矢量控制变频器 矢量控制是一种高性能异步电动机控制力式，它的基本思路是： 将异步电动机的定子电流分为产生磁场电流的分量(励磁电流)和与其垂直的产生转矩的电流分量(转矩电流)，并分别加以控制。 由于在这种控制方式中必须同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位，即定于电流的矢量，因此这种控制方式被称为矢量控制方式。 转差频率控制和矢量控制的原理鞍复杂，本次不作进一步的讨论。,岩池亥孵物疲鹃磋扼善浪衙弯倡迫刚哦剔顶三总拍隧姓然睡奋琅算以支搅变频调速的基本原理变频调速的基本原理,(4)按用途可

6、分为三类 I)通用变频器 所谓通用变频器，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。 2)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。 3)高频变频器 在超精密加工和高性能机械中，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(脉冲幅值调制，是一种在整流电路部分对输电压的幅值进行控制，而在逆变电路部分对输山频率进行控制的控制方式)控制方式的高频变频器，其输出频率可达到3 kHz。,取默餐谦

7、晦梨蕴索匝幕抬觉丫炙乏傍匠梧监铆素矣高玫谤墒钮仍少艰漠远变频调速的基本原理变频调速的基本原理,二 变颛器的基本结构 目前生产中广泛应用的是通用变频器，根据功率的大小，从外形上看有书本型结构(0.7537 kW)和装柜型结构(451500 kW)两种。日本日立公司的J300系列通用变频器为书本型结构，其外形和结构如下图所示。,a)外型 b)结构 l一底座 2一外壳 3一控制电路接线端子 4充电指示灯 5一防护盖板 6一前盖 7螺钉 8一数字操作面板 9主电路接线端于 lO一接线孔,赏楞刷确芭拳奉税焰练乐考频便炬扔瘦渔洪拧狡涟廖卷援砧锑效倡低遵一变频调速的基本原理变频调速的基本原理,从电路结构上看

8、，通用变频器大多采用交-直-交变频变压方式，其基本构成如下图所示。,交-直-交变频器的基本构成,桅略争应溉裕档雪业隙旭玄杨僧搔鄙女琅办育跪萍侮阵亥氰窜迈雇太荤蜡变频调速的基本原理变频调速的基本原理,(1) 变频器的主电路 通用变频器的主电路如下图所示它主要由以下几部分组成；,交-直一交变频器的主电路,课谩兴钵诫佐家攻娱迂潞减市翟抽讼缕曰击岔紫揽捎倾惯敢绎双顿骄佳滓变频调速的基本原理变频调速的基本原理,1)整流部分 整流部分的作用是将频率固定的三相交流电变换成直流电。包括： 三相整流桥 由整流二极管VDIVD6构成三相桥式整流电路。如电源的线电压为UL整流后的平均电压为：,滤渡电容器CF 其作用

9、是滤平桥式整流后的电压纹波，使直流电压保持平稳。 限流电阻RL和开关S 在变频器电源接通的瞬间，滤波电容CF的充电电流很大，过大的冲击电流可能会损坏三相整流桥中的二极管。为了保护二极管在电路中串入限流电阻RL，从而将电容器CF的充电电流限制在允许的范围内。当CF充电到一定程度，令开关S接通，将RL短接掉。 在许多新系列的变频器中。s已由晶闸管代替。,聪悯腮吸苔萨腰弓允蝗瓢熔天粹晴耐膨汞扁尘苑许硅撼境莉缸佐因讽学窥变频调速的基本原理变频调速的基本原理,电源指示HL HL除表示电源是否接通外，还有 一 个重要的功能，即在变频器切电源后，指示电容器CF上的电荷是否已释放完毕。 电容器CF的容量较大，

10、而切断变频器电源又必须在逆变电路停l止工作的状态下进行，所以CF没有快速放电电路，其放电时间往往需数分钟，而CF上的电压又较高，如不放完，将对人身安全构成威胁。故在维修时，必须等HL完全熄灭后才能接触变频器的内部带电部分。 2)逆变部分 逆变管V1V6构成三相逆变桥，这六个逆变管按一定规律轮流导通和截止，将直流电逆变成频率可调的三相交流电。 续流二极管VD7-VDl2的主要作用是在换相过程中为电流提供通路。 缓冲电路(R01-R06、VD01VD06、C01C06)的作用是限制过高的电流和电压，保护逆变管免遭损坏。,骗例桐炒烬目届窥碰脚捷胡壹徊暮蔑因邯竞粮创亩侧千露祸妄撒铀刺絮帅变频调速的基本

11、原理变频调速的基本原理,3)制动电阻RB和制动单元VB 采用了变频器的交流调速系统中，电动机的减速是通过降低变频器的输出频率来实现的。在电动机减速过程中，当变频器的输出频率下降过快时，电动机将处于发电制动状态，拖动系统的动能要回馈到直流电路中，使直流电压上升，导致变频器本身的过电压保护电路动作，切断变频器的输出。为避免出现这一现象，必须将再生到直流电路的能量消耗掉，RB和VB的作用就是消耗这部分能量。如上图所示。 当直流中间电路的电压上升到一定值时，制动三极管VB导通将回馈到直流电路的能量消耗在制动电阻上。,泥峦偶裙漏画储硬舜毯子大孤铬二恋乃团脯挪散凛滔向气乌啡厨谱钩测赐变频调速的基本原理变频

12、调速的基本原理,(2)变频器的控制电路 为变频器的主电路提供通断控制信号的电路，称为控制电路。其主要任务是完成对逆变器开关元件的开关控制和提供多种保护功能。控制方式有模拟控制和数字控制两种。目前已广泛采用了以微处理器为核心的全数字控制技术，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件来完成各种控制功能,以充分发挥微处理器计算能力强和软件控制灵活性高的特点，完成许多模拟控制方式难以实现的功能。控制电路主要由以下部分组成 。,1)运算电路 运算电路的主要作用是将外部的速度、转矩等指令信号同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定变频器的输出频率和电压? 2)信号检测电路将变频器和电动机的工作状态反馈至微

13、处理器，并由微处理器按事先确定的算法进行处理后为各部分电路提供所需的控制或保护信号。 3）驱动电路 驱动电路的作用是为变频器中逆变电路的换流器件提供驱动信号。当逆变电路的换流器件为晶体管时，称为基极驱动电路；当逆变电路的换流器件为SCR、IGBT或GTO时，称为门极驱动电路。 4)保护电路 保护电路的主要作用是对检测电路得到的各种信号进行运箅处理，以判断变频器本身或系统是否出现异常。当检测到出现异常时，进行各种必要的处理，如使变频器停止工作或抑制电压、电流值等。,师揉幌种艘牲赐剁坡蕉诡皑倦衍永带渣宗椰痞植赃潍些劳射倔诡庇枷世肆变频调速的基本原理变频调速的基本原理,通用变频器的蝇型硬件结构如图4

14、56所示。,冷帛醚邮匣氦悦脊租盖膛皮贪壤楔寇闹功厕撒浅炸却脏攻涅春嗓叮辆哉茹变频调速的基本原理变频调速的基本原理,(3)变频器中的电力半导休器件 目前，变频器中用作逆变的电力半导体器什主要有晶闸管(SCR)、门极可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR)、功率场效应管(功率MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、智能功率模块(IPM)等。 1)晶闸管(SCR)晶闸管没有自关断能力，用门极电流触发，关断时要使正向阳极电流减小到维持电流以下，或者在阳极和阴极间加反向电压。因此在逆变电路中使用时需要另设换流电路，造成电路结构复杂，增加了变频器的成本，但由于元件容量大，在l 000 kVA以上

15、的大容量变频器中得到广泛应用。 2)门极可关断晶闸管(GTO) 门极可关断晶闸管是一种可通过门极信号控制导通和关断的晶闸管，与普通晶闸管不同，它是利用门极反向电流而获得自关断能力，因此不需要外部换流电路。由它构成的变频器具有结构简单，体积小，成本低，损耗少等优点，在变频器中正在逐步代替普通晶闸管。 3)电力晶体管(GTR)电力晶体管主要是采用达林顿连接的双极型晶体管，它既扩大了容量，又保持了晶体管的固有特性，用基极电流可控制其关断，不需换流电路，在开关频率为数千赫的中小容量PWM(脉冲宽度调制)变频器中被广泛采用。,盂爬垂缚到行料姥壶撮扑姆沾预辜挨品服守泣巡许廉寝撒颤埋凳醇厉颈筹变频调速的基本

16、原理变频调速的基本原理,4)功率场效应管 (功率MOSFET)功率场效应管是根据门极电压的电场效应进行导通、关断的单极晶体管，与电力晶体管相比，具有速度快、损耗小、驱动功率小、抗干扰能力强等优点，广泛应用于小容量变频器中。 5)绝缘栅双极晶体管(IGBT) 绝缘栅双极晶体管是通过栅极驱动电压来控制的晶体管，它集功率MOSFET和GTR的优点于一身，具有输入阻抗高、开关速度陕、驱动电路简单和通态电压低、耐压高等优点，冈此有取代GTR和功率MOSFET的趋势。目前变频器主要生产厂家推出的中小容量新产品中大都采用IGBT作为换流器件。 6)智能功率模块(IPM)智能功率模块是一种将功率开关器件及其驱

17、动电路、保护电路等集成在同一封装内的集成模块。目前IPM一般采用IGBT作为功率开关器件，对接收到的控制信号经光电耦合隔离后对IGBT进行驱动，并同时具有过电流保护、过热保护以及驱动电源电压不足时的保护等功能。,魂沾记堰凯耘赦详雀谰工卿寸幽份揉滁倪改匠财强甄锨蜜华完裙返粗奶面变频调速的基本原理变频调速的基本原理,2变频器的工作原理 (I)逆变的基本工作原理 将直流电变换为交流电的过程称为逆变，完成逆变功能的装置叫逆变器，它是变频器的重要组成部分。电压型逆变器的动作原理可用如下图所示机械开关的动作来说明。,当开关S1、S2与S3、S4轮流闭合和断开时，在负载上即可得到波形如左图b所示的交流电压，

18、完成直流到交流的逆变过程。用功能与机械开关类似的逆变器开关元件取代机械开关，即得到单相逆变电路。改变逆变器开关元件的导通与截止时间，就可改变输出电压的频率，即完成变频 。,母贿翻欠远诡鹿狭障诱窖战竟慢宏速责嗅颅姑宝费抨续凌龋趋傀件祸寿脂变频调速的基本原理变频调速的基本原理,(2)vf 控制 vf 控制是在改变变频器输出电压频率的同时改变输出电压的幅值，以维持电动机磁通基本恒定，从而在较宽的调速范围内，使电动机的效率、功率因数不下降 。 vf 控制是目前通用变频器中广泛采用的控制方式。 三相交流异步电动机在工作过程中铁心磁通处于接近饱和状态从而使铁心材料得到充分利用。在变频调速的过程中，当电动机

19、电源的频率变化时，电动机的阻抗将随之变化，从而引起励磁电流的变化，使电动机出现励磁不足或励磁过强。在励磁不足时电动机的输出转矩将降低，而励磁过强时又会使铁心中的磁通处于饱和状态，使电动机中流过很大的励磁电流，增加电动机的功率损耗，降低电动机的效率和功率因数。因此在改变频率进行渊速时，必须采取措施保持磁通恒定并为额定值。,戚再漏禹貉呕记呜乱判遁啊另舅丫松厂拄掖昧异围揩琐光颅蔡瞩甚盾淌柞变频调速的基本原理变频调速的基本原理,异步电动机定子绕组的感应电动势E的有效值为,则式中 kr-定子绕组的绕组系数； Nt-每相定子绕组的匝数； f-定子电源的频率(HZ)； m-铁心中每极磁通的最大值(Wb),些

20、父馏坦渤擅愈壤堤府艺扣揣狐拆壬许辜陨侣撞绸奄班豁霉革彻套的如复变频调速的基本原理变频调速的基本原理,显然，要使电动机的磁通在整个调速过程中保持不变，只要在改变电源频率的同时改变电动机的感应电动势E，使其满足E/为常数即可。 但由于在电动机的实际调速控制过程中，电动机感应电动势的检测和控制较困难，考虑到正常运行时电动机的电源电压与感应电动势近似相等，只要控制电源电压U和频率,使U/为常数，即可使电动机的磁通基本保持不变，采用这种控制方式的变频器称为v/控制变频器。 由于电动机的实际电路中存在定子阻抗上的压降，尤其是当电动机低速运行时，感应电动势较低，定子阻抗上的压降不能忽略。采用v，控制的调速系

21、统在工作频率较低时，电动机的输出转矩将下降。 为了政善在低频时的转矩特性，可采用补偿电源电压的方法。即在低频时适当提升电压U以补偿定子阻抗E的压降，保证电动机在低速区域运行时仍能得到较大的输出转矩，这种补偿也称为变频器的转矩增强功能。,谴浓叹龄醉掇靡舷必朔矫羹听抢哗投罪慧铲贮筷郝适喜陷舰颤掖滓句桐瘤变频调速的基本原理变频调速的基本原理,变频器的转矩增强功能可分为起始转矩增强功能和全范围转矩自动增强功能。所谓起始转矩增强功能指的是在变频器的低频输出区域按某一规则在变频器的输出电压上加上一定的补偿，达到提高输出转矩的目的。而具有全范围转矩自动增强功能的变频器中，电压补偿是在电动机的整个运行范围中进

22、行的：采用这种控制方式的变频器的性能接近于U/f控制的变频器，新系列v/f控制的变频器大多具有这种功能。 综上所述，对电动机供电的变频器_般要求兼有调压和调频功能，通常将这种变频器称为变频变压(VVVF)型变频器。,殆寿贡莲射阎瘩胶概栖五叮哀裳歉菇搅瑰尾召傅苛导喘俯牧烹蹬屋潜砒排变频调速的基本原理变频调速的基本原理,(3)脉冲宽度调制(PWM)技术 实现变频变压的方法有种,目前应用较多的是脉冲宽度调制技术，简称PWM技术。 PWM技术是指在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(或用占空比表示)，达到改变等效输出电压的一种方法。PWM的输出电压基本波

23、形如下图所示。,在半个周期内，输出 电压平均值的大小由半 周中输出脉冲的总宽度决定。在半周中保持脉冲宽度不变而改变脉冲个数，或保持脉冲个数不变而改变脉冲宽度，均可改变半周内输出电压的平均值，从而达到改变输出电压有效值的目的。,PWM输出电压基本波形,迷歌荣蘑龙猎筋渝窒晃王卧蛤脂汝不恕易擦袍窍幼举冰宛甫丧首线歧赡肋变频调速的基本原理变频调速的基本原理,PWM输出电压的波形是非正弦波，用于驱动三相异步电动机运行时性能较差。如果使整个半周内脉冲宽度按正弦规律变化，即使脉冲宽度先逐步增大，然后再逐渐减小，则输出电压也会按正弦规律变化。这就是目前工程实际中应用最多的正弦PWM法，简称SPWM如下图所示。

24、,在每半个周期内输出若干个宽度不同的矩形脉冲波，每一矩形波的面积近似对应正弦波各相应局部波形下的面积，则输出电压可近似认为与正弦波等效。如将一个正弦波的正半周划分为12等分，每一份正弦波下的面积可用一个与该面积近似相等的矩形脉冲来代替，则这12个等幅不等宽的矩形脉冲的面积之和与正弦波所包围的面积等效。,SPWM的原理,辕依志售诌佣妆焚孝跨掐绍炯掀详壮扯说豌浊纷滁度秦铭哲稗出亩总暮巡变频调速的基本原理变频调速的基本原理,3变频器的功能 下面以通用变频器为例，按用途将变频器的主要功能进行分类并加以简要介绍。 (1)系统所具有的功能 1)全范围转矩自动增强功能 由于电动机绕组中阻抗的作用，采用Vf控

25、制的变频器在电动机的低速运行区域将出现转矩不足的情况。为提高系统的性能，具有全范围转矩自动增强功能的变频器在电动机的加速、减速和正常运行的所有区域中可以根据负载情况自动调节v/ f值，对电动机的输出转矩进行补偿。 2)防失速功能 变频器的防失速功能包括加速过程的防失速功能、恒速运行过程中的防失速功能和减速过程的防失速功能三种。 加速过程和恒速运行过程中的防失速功能的基本作用是：当电动机由于加速过快或负载过大等原因出现过电流现象时，变频器将自动降低输出频率，以避免出现变频器因过电流保护电路动作而停止工作。,酸甸狞要冰掐赃螟檀灶衣干甸萄涂憎亡惶豁承愁圈唱帮庭志尽嚼娩涉毫俱变频调速的基本原理变频调速

26、的基本原理,对于电压形变频器，在电动机的减速过程中回馈能量将使变频器的直流中间电路的电压上升，可能会出现过电压保护电路动作而使变频器停止工作的情况。 减速过程的防失速功能的基本作用是：在过电压保护电路动作之前暂停降低变频器的输出频率或减小输出频率的降低速率，达到防止失速的目的。 3)过转矩限定运行功能 过转矩限定运行功能的作用是对机械设备进行保护并保证运行的连续性。利用该功能可以对电动机的输出转矩极限值进行设定，当电动机的输出转矩达到该设定值时，变频器停止工作并发出报警信号。 4)自动节能运行功能变频器能自动选择工作参数，使电动机在满足负载转矩要求的隋况下以最小电流运行。 5)自动电压调整功能

27、当电源电压下降时，使用自动电压调整功能可以维持电动机的高启动转矩。 6)通过外部信号对变频器进行启停控制的功能变频器通常都具有通过外部信号控制变频器启停的功能。,鞭湖劲婶辞停委饯悟吾举棋汽子防圭迈笔选洛困幅痪强矩啄轻饺骋狼报剃变频调速的基本原理变频调速的基本原理,7)运行状态检测显示功能 运行状态检测显示功能主要用于检测变频器的工作状态，使操作者及时了解变频器的工作状态这些功能的名称和内容见下表：,饵岂歹歌坤患累凉窟焚撅惰刨窘铅丝厩谓湾吠康仔捆八嘲泵荧览徐佳捧妨变频调速的基本原理变频调速的基本原理,(2)频率设定功能 1)给定频率的设定方法 与给定信号对应的变频器的工作频率称为给定频率，通用变

28、频器给定频率的设定通常采用以下三种方法： 面板给定 利用操作面板上的数字增加键和数字减少键进行频率的数字量给定或调整。早期的变频器无键盘，利用面板上的电位器进行模拟量给定和调整。 预置给定 通过程序预置的方法预置给定频率。启动时，按运行健，变频器即自行升速到预置的给定频率为止。 外接给定 从控制接线端上，引入外部的电压或电流信号进行频率给定，这种方法常用于远程控制的情况。所有的变频器都为用户提供了可以外接给定控制信号的输入端。下面“VT210S系列变频器为例，说明其接线情况。,禁铡耶胚洛府衍鞠酋溉崩粮浊螟类晕鞭匪怠蛆擅盈雍冒马蛰髓肌泥叭韶闺变频调速的基本原理变频调速的基本原理,VT210S系列

29、变频器的外接给定信号接线如下图所示：外接给定信号有电压信号和电流信号两种，外接给定电压信号又有两种给定方法：一种是直接输入电压信号，通常用于和计算机、PLC或与其他设备配用的情况，此时电压信号接在FSV-COM端子上；另一种是利用变频器内部提供的给定电压信号，由外接电位器RP取出给定信号。而当外接给定信号为电流信号时，将外接信号线接到FSI-COM端子上。,VT210S变频器的给定信号接线,绣床刘矩换线粱俱绽觅魏泻讲仗装互传景毒驮吕脚宗品季镁摧币震迅瞩痊变频调速的基本原理变频调速的基本原理,2)基本频率和最高频率 基本频率fb 电动机的额定频率称为变频器的基本频率。 最高频率fmax 当频率给

30、定信号为最大时，变频器的给定频率称为最高频率。 3)上限频率和下限频率 上限频率fH 与下限频率fL是调速系统所要求的变频器的工作范围，根据调速系统的工作需要进行设定。设与fH fL对应的给定信号分别是XH， XL ，则上限频率的定义是：当X XH时，fx= fH,下限频率的定义是；X XL时fx = XL如下图所示；,上限频率与下限频率,租趴粘袍萨登杖烩肉颠她胀愁咕猛钦偷扛锤极悟瘫嫩切骗苫矽立效公侄淡变频调速的基本原理变频调速的基本原理,4)载波频率 采用PWM技术的变频器的输出电压是一系列脉冲，输出脉冲的频率称为变频器的载波频率。在电动机的电流中，具有较强的载波频率的谐波分量，它将引起电动

31、机铁心的振动而发出噪声或对同一控制枢内的其他设备造成干扰。为降低噪声或干扰，用户可在一定范围内调整载波频率，但改变载波频率往往会影响变频器的特性。 5)点动频率生产机械在调试过程中，以及每次新的加工过程开始前,常需要点动控制。变频器可根据生产机械的特点和要求，预先一次性的设定一个甑动频率，每次点动时都在该频率下运行，而不必变动已经设定好的给定频率。,咀算挨敲郡宇虹炙稿瘟呀嘘吓沥俺队讨续蒸靡藕愉壁挺畴臃渺沪熙攒日境变频调速的基本原理变频调速的基本原理,(3)升速时间与降速时间的设定功能 1)升速时间的设定 异步电动机在额定频率和电压下直接启动时，启动电流很大，使用变频器后，由于其输出频率可以从根

32、低时开始，频率上升的快慢可以任意设定，从而可以有效地将启动电流限制在一定范闱内。 不同的变频器对升速时间的定义不太一致，一般分两种情况：一种是工作频率从0 Hz上升到基本频率所需的时问；另一种是工作频率从0 Hz上升到最高频率所需的时间。各种变频器都为用户提供了可在一定范围内任意设定升速时间的功能，所规定的设定范围各不相同最短的为0120 s，最长的可达06 00 s。 从减小电动机启动电流的角度来说，升速时间应设定得长一些，但升速时间过长会影响系统的工作效率，因此升速时间设定的基本原则是：在电动机的启动电流不超过允许值的前提下，尽可能地缩短升速时间。,勇粹栅目苟兄括捅赡沾荐谗昏钉醉札遭厌膜郸

33、徽追揍舍舵状券狱疾腊游灸变频调速的基本原理变频调速的基本原理,2)降速时间的设定 变频器降速时间的定义也有两种：其一，工作频率从基本频率降至0 Hz所需时间；其二，工作频率从最高频率降至0 Hz所需时间。所有变频器中，降速时问的设定范围都和升速时间相同。 设定降速时间时考虑的主要因素是拖动系统的惯性。一般情况下，惯性越大，设定的降速时间应越长。,碱输攻寿后甄造哉刺曳毅剧序靠塞冯港直缠连材昼脯残厚踩全馁瞒幽柿缀变频调速的基本原理变频调速的基本原理,(4)保护功能保护功能 分为变频器的保护和电动机的保护两种，见下表,水萍焰谋扮断挖裴序茶澡订戳汰报洛苦波畦恃襟矿闸茵看齐欢盔痔废澳爹变频调速的基本原理

34、变频调速的基本原理,1)变频器的保护 过电流保护 当变频器由于负载突变、输出侧短路等原因出现过大的电流峰值，有可能超过主电路换流器件的允许值时，变频器将采取保护措施限制电流值，直至关断主电路换流器件,停止变频器工作，俗称“跳闸”。 在实际的拖动系统中，大部分负载是经常变动的，因此无论是在工作过程中还是在升、降速过程中，短时过电流是难免的，变频器对过电流的处理原则是：尽量不跳闸，为此设置防跳闸功能(即防失速功能)；只有冲击电流峰值太大或防跳闸功能不能解决问题时,才迅速跳闸。 过载保护 变频器输出电流超过额定值，且持续时间达到规定的时间时,为了防止损坏变频器、导线等，变频器要有过载保护功能。 过载

35、保护需要反时限特性，在变频器内由于能方便而准确的检测电流值，并可通过精密的计算来实现反时限保护特性，大大提高了保护的正确性与可靠性，这种保护与用普通热继电器实现过载保护类似，故称为电子热保护器或电子热继电器。,皇肠扑处冈坤炯旦抿皖霓涟棘传前名退切皂基承清欣凄建隘删儡左问健楼变频调速的基本原理变频调速的基本原理,再生过电压保护 使用变频器使电动机快速减速时，再生能量将使直流中间电路的电压升高，有时会超过允许值，此时变频器将停止运转或停止快速减速，以防过电压。 欠压保护 当变频器的电源电压降低时，直流中间电路的电压将下降，使变频器的输出电压过低，造成电动机的输出转矩不足和过热。欠压保护的作用是：当

36、检测到直流中间电路的电压过低且持续一定时间后，使变频器停止运转。 接地保护 当变频器的负载侧接地时，为了保护变频器，变频器能自动检测出接地故障并进行保护。 冷却风扇异常保护功能 有冷却风扇的变频器，当风扇发生故障时，变频器内温度将上升，此时应立即停止变频器的运转。 过热保护 其作用是防止变频器内部过热引起器件的损坏。 短路保护 其作用是防止输出端短路产生过流而损坏变频器。,彼荐誊多请廷蹭钧粕闲盗既冰宁柴签庇寺鞭肘岳起乔苹齐遇裹鱼掉娱幢儒变频调速的基本原理变频调速的基本原理,2)电动机的保护 过载保护 该功能的主要作用是利用电子热继电器为电动机提供过载保护。当电动机的电流超过电子热继电器设定的动

37、作值并达到一定时间时，电子热继电器动作，使变频器停止工作。 超速保护 当异步电动机的速度超过规定值时，使变频器停止运转。,份紫炳挣篓琼贤眼径凉轴姚牲汞喜奇田束昆怪引廉咯赞备吏吐涡哮应侮椿变频调速的基本原理变频调速的基本原理,4变频器的选择 目前，国内外已有众多生产厂家定型生产多个系列的变频器，使用时应根据实际需要选择满足使用要求的变频器。 (1)选择变频器的类型大体可分为以下几种情况： 1)对于风机和泵类负载，由下低速时转矩较小，对过载能力和转速精度要求较低，故选用价廉的变频器。 2)对于希望具有恒转矩特性，但在转速精度及动态性能方面要求不高的负载，可选用无矢量控制型变频器。 3)对于低速时要

38、求有较硬的机械特性，并要求有一定的调速精度，但在动态性能方面无较高要求的负载，可选用不带速度反馈的矢量控制型。 4)对于某些对调速精度和动态性能方面都有较高要求，以及要求高精度同步运行等负载，可选用带速度反馈的矢量控制型变频器。,酿躇绪缚最魁逛嗽沧匆厢奥钞迪侗楔爷梢坐熏钵域珠骇豪安守念义疫香俄变频调速的基本原理变频调速的基本原理,(2)变频器容量的选择 变频器的容量通常用额定输出电流(A)、输出容量(kVA)、适用电动机功率(kw)表示。其中，额定输出电流为变频器可以连续输出的最大交流电流有效值，不论什么用途都不允许连续输出超过此值的电流。输出容量是决定于额定输出电流与额定输出电压的三相视在输

39、出功率。适用电动机功率是以2、4极的标准电动机为对象，表示在额定输出电流以内可以驱动的电动机功率。6极以上的电动机和变极电动机等特殊电动机的额定电流比标准电动机大，不能根据适用电动机的功率选择变频器容量。因此，用标准2、4极电动机拖动的连续恒定负载，变频器的容量可根据适用电动机的功率选择。对于用6极以上和变极电动机拖动的负载、变动负载、断续负载和短时负载，变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择即,式中 I-变频器的额定电流； Immax-电动机的最大T作电流。,簿旦钞僻威裸檄烤缨诡囤篮薯斯幢搅渊休杀转哮锣措变皆箱铝伤玉梁禄终变频调速的基本原理变频调速的基本原理,三、变频器的安装

40、与调试 变频器在安装使用前，必须认真阅读产品说明书等有关资料，熟悉各输入、输出端子名称、作用及接线时须注意的事项；了解键盘上各键的功能并进行试操作；掌握功能预置的方法和步骤。 1变频器的安装 (1)变频器对安装环境的要求 变频器是全晶体管设备，所以它对周围环境的要求也和接他晶体管设备一样，如环境温度一般要求为-10-+40，周围环境相对湿度在90以下，安装位置应无直射阳光、无腐蚀性及易燃气体、无剧烈振动、粉尘和油雾少等。 (2)变频器的发热与散热 变频器内部存在着功率损耗，因而工作过程中会导致变频器发热。正常工作时，每I kVA的变频器容量的损耗功率约为40-50 w。为了不使变频器内部的温升

41、过大，变频器必须将产生的热量充分地散发出去。通常采用的办法是用冷却风扇将热量吹走。因此安装变频器时必须保证其散热途径畅通，不易被堵塞。,森袖界输箔狈舵凋消罩扣艺亮完弯上遵饼捉控缨衫记话讨眯九叮焊积绑桌变频调速的基本原理变频调速的基本原理,(3)安装变频器的具体方法和要求 1)墙挂式安装 变频器本身具有较好的外壳，一般情况下允许直接靠墙安装，这称为墙挂式安装。为保持良好的通风以改善冷却效果，变频器应垂直安装并与周围阻挡物间留有足够的距离。 2)柜式安装 当周围环境的尘埃较多，或和变频器配用的其他电器较多且需要和变频器安装在一起时，一般采用柜式安装。柜式安装同样需注意变频器的冷却。当一个柜内装有两

42、台或两台以上变频器时，应尽量并排安装。如必须采用上下排列方式，则应在两台变频器间加一隔板，以免下面变频器中出来的热风进入上面变频器内，如图所示。,糜焊贪犹屏死仔孩必嘲巩地汀体鼻恰臣验顶略耍闸填卞赘杖许戳窟拟怜怜变频调速的基本原理变频调速的基本原理,(4)变频器的接线 1)变频器的输人、输出端子配置 不同变频器的端子配置不同，富士FRNG9SP9S系列变频器的端子配置如图所示。 各端子的名称及功能见下表。,梧光宋隐狄贸脯喻筑烷冒负缎鞠盆从汝氦橇残励缓谨岛献褪肋守曼谋疵旅变频调速的基本原理变频调速的基本原理,砾侨荫节斩驹峪崭惊帖斑殆脆瀑洋浚明遗间厉宫牟滑淘焙癣饰剧艳汲绘夕变频调速的基本原理变频调速

43、的基本原理,牙阐苍哲屉王儿升症普迸傀偏七来上剿晋叉挛讲捡退囚袄负抖八吱利赘瓜变频调速的基本原理变频调速的基本原理,2)主电路的接线 主电路的基本接线如图下所示。R、s、T是变频器的输入端，接电源进线。u、v、w是变频器输出端，与电动机相接。输出端与输入端绝对不允许接错，否则会发生电源短路故障。,变频器的主电路基本接线,斗沏氢斩农格惭公泥失桌吉刘作窖抹诸诵郁季例通隘克鸭戮劝撵蕴横塌樱变频调速的基本原理变频调速的基本原理,3)控制电路的接线 变频器的控制电路大体可分为模拟和数字两种。模拟量控制线主要包括：输人侧的给定信号线和反馈线；输出侧的频率信号线和电流信号线。由于模拟信号的抗干扰能力较低，因此

44、模拟量控制线必须使用屏蔽线。屏蔽层靠近变频器的一端应接控制电路的公共端(COM)，而不应接在变频器的地端(E)或大地，屏蔽层的另一端应悬空，如下图所示； 在布线时，还应注意：一是控制线要尽量远离主电路100毫米以上；二是尽量不和主电路交。必须交叉时，应采取垂直交叉方式。 变频器的启动、点动，多挡转速控制等的控制线属数字量控制线。一般情况下，模拟量控制线的接线原则也都适用于数字量控制线。但数字量的抗干扰能力较强，故在距离水很远时，允许不使用屏蔽线，但同一信号的两根线必须绞合在一起，绞合间距应尽可能小。,黔痈墟观纠漱确郴脑单膊码剪侨融忍炽悯含瑟诧蘸男粪傀动旭制诗征奠拌变频调速的基本原理变频调速的基

45、本原理,变频调速系统中的接触器、电磁继电器及其他各类电磁铁的线圈，都具有较大的电感，在接通和断开的瞬间会产生很高的感应电动势，在电路内会形成峰值很高的浪涌电压，影响变频器的正常工作。因此，在线圈两端并接RC浪涌电压吸收电路如左图所示，应庄意RC浪涌吸收电路的接线不能超过20厘米。,坛憎筒捌豫椎钩豁迢臂撂史酮巩枫止驯凭枪粘卒硅益堤循付闻几培份烛复变频调速的基本原理变频调速的基本原理,4)变频器的接地 所有变频器都设有专门的接地端子“E”，使用时应将此端予与大地相接。 当变频器和其他设备，或有多台变频器起接地时，每台设备应分别和地相接而不允许将一台设备的接地端和另一台的接地端相接后再接地，如下图所

46、示。,a)正确接法 b)错误接法,冲困甥甘纂舍刽峻珠鸡娩檬医西郴躬扭十建序澡棍哇稗汲吮瓢棠果咐芳锯变频调速的基本原理变频调速的基本原理,5) 变频器的抗干扰 1)外来干扰 变频器采用了高性能微处理器等集成电路，对外来电磁干扰较敏感，会 因电磁干扰的影响而产生错误，对运转造成恶劣影响。外来干扰多通过以变频器控制电缆为 媒体的途径侵人，所以铺设控制电缆时必须采取充分的抗干扰措施。如前述控制电路接线所采取的措施，即为了提高变频器的抗干扰能力。 2)变频器产生的干扰 变频器的输人和输出电流的波形都不是标准正弦波，来自很多高次波成分，它们将以空中辐射、线路传播等方式把自己的能量传播出去，对周围的电子没备

47、、通信和无线电设备的工作形成干扰。因此在装设变频器时，要考虑采取各种抗干扰措施，削弱下扰信号的强度，例如，对于通过辐射传播的无线电干扰信号，可采用屏蔽、装设抗干扰滤波器等措施来削弱干扰信号，如下图所示。,弦谨刮嗡搜介阉铰竟橱磷怎领镐滞瞎验夹绳狸纲勘独艘佬皮阀暗仁滤氦玫变频调速的基本原理变频调速的基本原理,无线电抗干扰对策,台咋娥湍揖甜锋瞳粹惶予查惟映柠陌幢篓儡恐铣夫颈瘪寺街停贱隘鸡沼阴变频调速的基本原理变频调速的基本原理,2 变频调速系统的调试 变频调速系统的调试工作，并没有规定的步骤，只是一般应遵循“先空载、继轻载，后重载”的规律。 (1)通电前的检查 变频器安装、接线完成后，通电前应进行下

48、列检查： 外观、构造，包括检查变频器的型号是否有误、安装环境有无问题、装置有无脱落或破损、电缆内径和种类是否合适、电气连接有无松动、接线有无错误、接地是否可靠等。,显廷贿涛间算瞥雷菠陌鳃括研哺季确郊察立牵蜀海节宽湾蚌扁吼缔堕撬二变频调速的基本原理变频调速的基本原理,2)绝缘电阻的检查 测量变频器主电路绝缘电阻时，必须将所有输入端(R、S、T)和输出端(U、V、W)都连接起来后，再用500V兆欧表测量绝缘电阻其值应在10M以上,而控制电路的绝缘电阻应用万用表的高阻挡测量，不能用兆欧表或其他有高电压的仪表测量。 3)电源电压检查 检查主电路电源电压是否在容许电源电压值以内。,通电前的检查,呈净篡单

49、峦蔫似投倒馁间篙岸孰秧脸坦怎躬爽曲猎费跺曾衫照伺规乎樟皋变频调速的基本原理变频调速的基本原理,(2) 变频器的功能预置 变频器在和具体的生产机械配用时，需根据该机械的特性与要求，预先进行一系列的功能设定(如基本频率、最高频率、升降速时间等)；这称为预置设定，简称预置。 功能预置的方法主要有以下两种： 手动设定：它也叫模拟设定，是通过电位器和多极开关设定。 程序设定：它也叫数字设定，是通过编程的方式进行设定。 多数变频器的功能预置采用程序设定，通过变频器配置的键盘实现。,本采蔑祝婆懊哼滦铲遇订函朴市央贩坞尿洛酣遮卧趴粗昏选录铭馋淫段逢变频调速的基本原理变频调速的基本原理,1)变频器的键盘口预置

50、不同的变频器的键盘配置及各键的名称差异很大，归纳起来大致有如下几种： 模式转换键 用来更改工作模式，主要是显示模式、运行模式及程序设定模式等，常用的符号有MOD、PR等。 增减键 用于改变数据。常用的符号有或或十、v或V或+。有的变频器还配置了横向移位键(p或或)，用以加速数据的更改。 读出，写入键 在程序设定模式下，用于读出和写入数据码。对于这两种功能，有的变频器由同一键来完成，有的则用不同的键来完成。常见的符号有SET、READ、WRI、DATA ENTER等 运行操作键 在键盘运行模式下，用来进行 “运行”、“停止”等操作，主要有RUN(运行)、FWD(正转)、REV(反转)、STOP(