通用变频器原理、结构
变频器应用技术,大庆油田电力职业技术培训中心-于宝水,主 要 内 容,主要内容,一、变频技术基础知识及分类 二.变频器基本工作原理 三.变频器型号含义、结构及安装 四.通用变频器接线端子原理图 五.变频器主电路及控制电路接线端子 六.变频器外围设备及导线的选择 七.数字操作面板功能介绍 八.变频器独立选件的安装,变频器说明书解读主要内容,1. 安全注意事项 2. 线 接 3. 变频器和周围机器 4. 主回路端子规格 5. 控制回路端子 6. 连接独立选件单元 7. 变频器使用注意事项 8. 电气柜的设计 9. 变频器使用上的注意事项 10. 参数 11. 参数一览 12. 调整电机的输出转矩 13. 限制输出频率 14. 设定 V F 曲线 15. 通过外部端子进行频率设定 16. 加减速时间和加减速曲线的设定,本次课主要内容,一、变频技术基础知识及分类,（一）七种异步电动机调速方法简介 （二）变频器发展历程 （三）什么是变频电源 （四）什么是变频器 （五）变频电源与变频器的区别 （六）逆变器、斩波器 （七）直流斩波器的工作原理简介,（一）异步电动机调速方法简介,一、变极对数调速方法 二、变频调速方法 三、串级调速方法 四、绕线式电动机转子串电阻调速方法 五、定子调压调速方法 六、电磁调速电动机调速方法 七、液力耦合器调速方法,（二）变频器发展历程,早在20世纪40年代在国外就已诞生了异步电动机的变频调速技术，不过那时的变频器是由直流电动机-同步发电机组成的变频机组（变频电源），我国变频器行业起步比较晚，50年代在我国的胶片厂等易燃车间已经采用了变频机组实现交流调速。 芬兰的瓦萨控制系统有限公司于1967年开发出世界上第一台变频器，被称为变频器的鼻祖，开创了世界商用变频器的市场。 20世纪80年代，由于电力电子技术，微电子技术和信息技术的发展，才出现了对交流机来说最好的变频调速技术，它一出现就以其优异的性能逐步取代其它交流电机调速方式，乃至直流电机调速，而成为电气传动的中枢。因而说变频调速是时代的产物，只有在技术高度发展的今天，才能实现。 1963年，上海整流器厂就已研制出国内第一只可控硅，比当时的日本还要早一年。 1965年，我国开始了研究可控硅变频器。直到80年代，国内许多高校和研究所积极开发GTR变频器，后期更进一步研制了IGBT变频器， 到20世纪90年代初，中国国内企业开始认识到变频器的作用，并开始尝试引进使用国外的变频器，国外的变频器产品正式涌入中国市场，如美国的ABB、德国的西门子、法国的施耐德、日本的富士、三菱、安川、欧姆龙、东芝、松下、日立、明电舍等。国产变频器有汇川、英威腾、三晶变频器等。,工业用变频器在加载到工频50HZ频率时，其电耗反而比不使用变频时的工频高，为什么？,1.根据能量守恒定律： 2.原来的时候负载是：单独的风机水泵， 3.而使用变频器到50HZ后的负载是：风机水泵+变频器。所以耗电量比原来高。 变频器在低于50HZ运行的时候才具有节电的作用。 比如注塑机，就经常性的在低频快速动作，所以装了变频器会很节约电的。 4.变频器本身有损耗。 5.变频器输出含有谐波，造成电机效率下降。 因此对于始终要求满频率运行的设备，不适合采用变频器拖动。,（三）变频电源,过去的变频电源采用发电机组变频，（即中频发电机组变频），由于它耗电量大、噪声大、体积大、精度差、有污染，需另设房间放置，并需专人管理等不足，已逐渐被新变频电源所取代。 变频电源是将交流电经过ACDCAC滤波变换, 输出为纯净的正弦波，输出频率和电压在一定范围内可调。 它有别于用于电机调速用的变频调速控制器，也有别于普通交流稳压电源。接近理想的交流电源,特点是频率稳定、电压源的内阻为零, 电流源的内阻为无穷大、电压波形为纯正弦波（无失真），可做供电电源使用。 变频电源提供世界各国标准电源、稳定纯净正弦波，以模拟测试各种电器产品。 。,50-60Hz变频电源机组,50/60Hz变频试验电源机组是由同步电动机、直流电动机或异步电动机驱动三相或单相同步发电机，,大容量变频电源（AFC系列）,电压0-260V/0-520V两档可调输出；电流至8A-1110A，频率至1000Hz低失真干扰，输入/输出完全隔离，安全可靠适用范围广，可广泛用于需变频变压场所三相容量500W1200kVA,异步电动机转速公式,根据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。 从上式可见，改变供电频率(f)、电动机的极对数p、转差率(S)均可得到改变转速的目的。 若能均匀改变电动机电源的频率f1，则可以平滑地改变电动机的转速。,JVF-CAP系列电容电机专用变频器,（四）变频器,变频器是利用电力半导体器件的通断作用将频率固定的交流电(工频电源,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，称为变频器。 变频器标准叫法应为变频调速器。其输出电压的波形为脉冲方波，且谐波成分多，电压和频率同时按比例变化，不可分别调整，不符合交流电源的要求。原则上不能做供电电源的使用，一般仅用于三相异步电机和同步电机的调速。,变频器的组成和工作原理动画,（五）逆变器、斩波器,变频调速是以变频器向交流电动机供电，并构成开环或闭环系统。 逆变器是将固定直流电压变换成固定的或可调的交流电压(脉冲方波)的装置（DCAC变换）。 将固定直流电压变换成可调的直流电压的装置称为斩波器（DCDC变换）。 知识点 开环控制系统:不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统。 闭环控制系统:由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统，又称反馈控制系统。,（六）直流斩波器的工作原理简介,直流电动机的转速与输入的电压值大小成正比，若要改变电机的转速，只要改变电机的输入电压就可以了。 目前最常用的方法是运用电子元件组成高速电子开关（每秒钟开关15000次），将电子开关串在电机电路中，电子开关担负起快速向电机通电和断电的任务。如果电子开关每开关一次开通的时间短，断开的时间长则输入到电机的平均电压就低。反之，电子开关开通时间长，关断时间短，则电机电压就高。,(七)变频器的分类,变频器,交-交 变频器,单相,交-直-交 变频器,有环流,按输出波形分,按储能方式分,按调压方式分,电压型,按相数分,按环流情况分,脉幅调制,脉宽调制,三相,无环流,正弦波,方波,电流型,变频器按其供电压分为: 低压变频器 ( 220V 和 380V ) 中压变频器 ( 660V 和 1140V ) 高压变频器 ( 3KV、 6KV、6.6KV、10KV )。,50100赫电动机恒功率调速,二.变频器基本工作原理,（一）变频器主电路原理,变压变频调速（Vf）控制,在进行电机调速时，通常要考虑的一个重要因素是，希望保持电机中每极磁通量为额定值，并保持不变。如果磁通太弱，即电机出现欠励磁，将会影响电机的输出转矩，磁通的减小，就会造成电机电磁转矩减小。 由于电机设计时，电机的磁通常处于接近饱和值，如果进一步增大磁通，将使电机铁心出现磁饱和，从而导致电机中流过很大的励磁电流，增加电机的铜损耗和铁损耗，严重时会因绕组过热而损坏电机。 因此，在改变电机频率时，应对电机的电压进行协调控制，以维持电机磁通的恒定。为此，用于交流电气传动中的变频器实际上是变压变频器，,频率与电压的关系,如果仅改变频率电机将会怎样?,如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时,会使电机出现过电压（过励磁）。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就必须从380V改变到约190V。当输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。 即： 1.如果只将频率f升高，主磁通将变小，转矩T也将变小，电动机将堵转。 2.如果只将频率f减小，主磁通将增大，磁路饱和励磁电流升高。,三相桥式 全波整流电路,限流电路,滤波电路,直流指示电路,能耗制动单元,逆变电路、续流电路、缓冲电路,变频器主电路原理,变频器的主电路结构,一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。 （1）整流电路 组成：VD1-VD6。 功能：将工频交流电整流为脉动直流电。,（2）滤波电路,组成：CF1、CF2、R1、R2。 功能：将脉动直流电变为较平滑的直流电。,（3）逆变电路,组成：VT1-VT6、VD7-VD12。 功能：将直流电变为频率和电压可调的三相交流电。 IGBT可控开关,（4）指示电路 组成：R4、HL，它不作为变频器是否通电的指示，作为在断电维修时，电容是否放电完毕的指示。 （5） R3：限流电阻，防止通电瞬间产生很大的冲击电流，损坏整流二极管，待电容充电完毕后将限流电阻切除,（6）制动单元 组成：VB、RB 功能：消耗电动机制动过程中的回馈能量，保护变频器。 制动单元工作原理：电动机制动时，回馈电流通过VD7-VD12给CF1、CF2充电。当电容两端电压升到一定程度时，计算机控制VB 导通，电容通过VB、RB放电，电阻发热消耗能量，电容两端电压降低，电动机制动。 （7）输入端子：R、S、T，连接电源。 （8）输出端子：U、V、W，连接电动机。,控制电路框图,（二）变频器控制电路原理,三.变频器型号含义、结构及安装,东芝变频器型号含义,欧姆龙变频器,德国西门子,艾默生网络能源有限公司,变频器和周围元件,变频器的外观和结构,变频器和周围机器,安装说明,1 小心使用 变频器使用了塑料零件,因此,为了不造成破损,请小心地使用,其次,不要在前盖板上使用太大的力。 2 请安置在不易受震动的地方。 3 注意周围的温度 周围温度对变频器的寿命影响很大,因此,安装场所的周围温度不能超过允许温度(10°C +50°C) 检查图3)所示位置的周围温度是否在允许值以内。 4 请安装在不可燃的表面上 变频器可能达到很高的温度 大约最多到150°C 请安装在不可燃的表面上 例如金属。 同时为了使热量易于散发 ，应在其周围留有足够的空间。 5 请避免高温 多湿的场所，请避免太阳光直射 高温和多湿的场所。 6 请回避油雾 易燃性气体 棉尘和尘埃等等漂浮的场所，将变频器安装在清洁的场所 或安装在可阻挡任何悬浮物质的封闭型屏板内。 7 注意变频器安装在控制柜内的散热方法 在两台或两台以上变频器以及通风扇安装在一个控制内时 应注意正确的安装位置以确保变频器周围温度在允许值以内 如安装位置不正确 会使变频器周围温度上升 降低通风效果。 8 变频器要用螺丝垂直且牢固地安装在安装板上。,安装,四.通用变频器接线端子 原理图,三菱变频器FR-E520,接 线 原 理 图,接 线 原 理 图,VF-S11东芝变频器,接 线 原 理 图,三 菱 变 频 器 FR -F700 系列,富士,接 线 原 理 图,五.变频器主电路及控制电路 接线端子,东芝S11主电路端子,三菱变频器主回路端子,东芝变频器接线端子位置图,三菱F470主回路端子,三菱控制电路端子的端子排列,(1) 接线说明 1)端子SD,SE和5为输入出信号的公共端 这些端子不要接地 2)控制回路端子的接线应使用屏蔽线或双绞线,而且必须与主回路,强电回路 (含200V继电器程序回路)分开布线 3)由于控制回路的频率输入信号是微小电流,所以在接点输入的场合,为了防止接触不良,微小信号接点应使用两个并联的接点或使用双生接点 4)控制回路的接线建议选用0.3mm20.75mm2的电缆,控制电路接线方法,1) 控制回路的接线请剥开电线的包布使用 电线的规格印在变频器上请参考下边的尺寸剥开电线剥的过长容易发生与相邻电线的短路太短容易使电线脱落 2)当使用棒状端子和单线时请使用直径0.9mm以下的若使用以上的话 拧紧时容易使螺钉滑丝。 3)拧松端子螺钉把电线插入端子。 4)按规定的拧紧力矩拧紧螺钉 没有拧紧的话 容易产生脱线误动作拧得过紧容易发生因螺钉单元的破碎而造成短路。 (注) 剥下的线头 不要乱扔 请统一处理 还有 不要进行焊锡处理。 7mm±1mm,
