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1 施耐德电气 VSD产品培训教材 G3 分销商自动化产品培训 Division - Name - Date - Language 2 培训内容 n变频器基本原理 n施耐德变频器概述 n总结和答疑 Division - Name - Date - Language 3 培训内容 n变频器基本原理 n施耐德变频器概述 n总结和答疑 Division - Name - Date - Language 4 变频器基本原理 n 旋转电机的分类： o直流电机 o交流电机 – 交流异步电机，又称感应电动机 – 交流同步电机，有同步电动机和同步发电机之分 n 目前工厂中小型电机绝大多数是异步电动机 o直流电机用于大功率驱动，但有被取代的趋势 o异步电机制造成本低，维护方便，控制简单 Division - Name - Date - Language 5 变频器基本原理 n 电机转速的公式： n 式中： n1 为电机的同步速 n 例如：对于工频50Hz电源供电的异步电机，2极，4极，6极电机的同步转速分 别为3000rpm, 1500rpm, 1000rpm n 实际异步电机的额定转速通常为29**rpm，14**rpm，9**rpm，7**rpm，与同 步速之间的差别即为滑差。

n 同步电机没有滑差，也就是转子（永磁磁体）转速与定子磁场保持相同 Division - Name - Date - Language 6 变频器基本原理 n 从以上公式看，调节转速的最佳方法是调节供电电源的频率 n 调节供电电源频率的装置就称为变频器 n 用变频器调速的优势是控制简单，稳定性好，效率高 n 变频器的英文标识为VSD, VFD, Converter, Inverter, Speed Drive等 等 n 实际也称为VVVF：即Variable Voltage Variable Frequency, – 原因是在改变电源频率的同时，必须保证供电电压同时改变 Division - Name - Date - Language 7 变频器基本原理 n 标准低压变频器的结构是交直交电压型的 n 进线端子 n EMC滤波器 n 整流桥 n 储能电容 n 预充电回路 n 制动晶体管 n 制动电阻及其保护 n 逆变桥 n 电流互感器 n 出线端子 Division - Name - Date - Language 8 变频器的主回路—进线 n 变频器的进线电源可以是三相380-500V，或三相200－240V， 也可以是单相200－240V；也可以是690V。

n 电源电压在690V以下称为低压变频器，1000V以上称为中压或 高压变频器 n 进线电源的相序不影响电机的转向 Division - Name - Date - Language 9 变频器的整流回路—整流桥 n 大多数变频器采取三相全波整流，整流器件为功率二极管 n 三相全波整流获得的直流输出电压为进线电压有效值的1.35倍 ，例如电网电压为400V，则这时直流母线电压为540V左右 但随着负载的波动，直流母线电压也会波动 Division - Name - Date - Language 10 预充电电阻和预充电接触器 n 上电瞬间，整流桥输出端将产生峰值1.414U的电压，对储能电容 快速充电 n 为了保护储能电容，需要在直流母线中串联一个电阻在变频器 上电时，整流桥通过该电阻向整流桥充电，充电结束后，用接触 器将该电阻旁路掉 n 该电阻称为预充电电阻，该接触器称为预充电接触器或预充电继 电器 Division - Name - Date - Language 11 变频器的储能电容 n 变频器运行过程中需要相对稳定的直流母线电压，用储能电容保证 n 该电容的形式为电解电容，对于中大功率变频器，需要将多个电容并联。

n 当变频器处于过载的过程中，瞬间会把直流母线电压拉低；处于发电（制 动）过程中，瞬间会升高直流母线电压，若太高变频器则停止输出 n 有些应用中，为了提高变频器的动态能力，或者在断电瞬间保持变频器斜 坡停车，需要外加蓄电池或电容，需要考虑回路其它部件的承受能力 Division - Name - Date - Language 12 直流电抗器 n 直流电抗器是串联在直流中间回路的一个或两个扼流圈, 因其通 过的电流为直流电流, 故亦成为直流扼流圈. n 直流电抗器的作用是抑制变频器的进线电流谐波,从而减少对电 网的污染. n 通常采用适当大小的直流电抗器,即可使变频器的谐波污染减少 到符合标准,这是一种低成本的方案. Division - Name - Date - Language 13 制动单元和制动电阻 n 制动单元是一个或一组晶体管,与制动电阻串联之后,接在直流母 线上. n 当直流母线电压超过某规定电压时,制动晶体管导通,直流母线电 容和电机向制动电阻释放能量.使直流母线电压降低,降低到另一 规定电压后,制动晶体管截止.所以制动电阻的作用是能耗制动. n 图中Tfr为制动晶体管,PA-PB连接制动电阻。

Division - Name - Date - Language 14 变频器的主回路– 逆变桥 n 逆变桥是变频器的核心部分,其作用是将直流电压通过6个桥臂 可控硅的反复轮流通断形成所需要的幅值和频率变化的三相交 流输出电压. n 逆变桥的桥臂的可控硅的类型主要是IGBT—绝缘珊双极型晶体 管. Division - Name - Date - Language 15 变频器的输出波形 n 输出电压波形为脉冲波，其形成机制称为脉宽调制技术 n 输出电流波形接近正弦波，谐波成分为导致变频器输出干扰的 主要原因 n 开关频率的概念和影响 Division - Name - Date - Language 16 恒转矩区与恒功率区 T/Tn 1.75 1.70 1.50 1.25 1 0.95 0.75 0.50 0.25 0 0.1 0.1 25 30 50 60 75 90 100 120 F (Hz) 2 3 1 4 1自冷却电机: 连续可用转矩 2强迫通风电机: 连续可用力矩 3瞬态过转矩 (对变转矩应用限制为 1.1 Tn) 4恒功率段的超速力矩 Division - Name - Date - Language 17 负载类型 n 变频器的选型和应用, 首先要考虑的就是负载的类 型 n 负载可以分为三大类 o恒转矩负载 – 例如输送带,提升,钻床,挤出机,容积泵 o变转矩负载 – 例如离心风机, 离心泵 o恒功率负载 – 例如磨床, 高速车床, 绕线筒等 n 根据不同的负载类型,以及其它功能和性能的要求, 选择对应系列的变频器 Division - Name - Date - Language 18 恒转矩负载 n 在整个运行的速度范围内,需要相同大小的负载 n 当转速变化时,负载转矩保持不变 n 所需功率与转速成正比 n 通常转速限制在基本频率以内 Division - Name - Date - Language 19 变转矩负载 n 负载转矩是转速的函数:在低速下需要较小的转矩, 而 在高速下需要较大的转矩 n 只有两类典型的负载:离心泵和离心风机 n 额定转速以下 o设备产生的流量与泵或风机的转速成正比 o设备产生的压力与泵或风机转速的平方成正比 o设备消耗的功率与泵或风机转速的立方成正比 Division - Name - Date - Language 20 变转矩负载 n 对于变转矩的离心风机和泵,所需功率与流量成正比是节能的原 理所在. n 当所需的流量为额定流量的一半时,意味着所需要的功率仅仅为 额定功率的八分之一. n 成年累月地积累下来,形成巨大的节能潜力. Division - Name - Date - Language 21 恒功率负载 n 通常恒功率段是指在电机的基本频率之上 n 对于一个恒功率负载,实际上负载转矩是负载物理尺寸的函数 n 在转速较低时需要的转矩较高,在转速较高时,需要的转矩较低. n 负载转矩与转速成反比,其乘积,亦即功率为恒定值,称为恒功率负载. Division - Name - Date - Language 22 n 变频器对电机有多种控制模式 n 不同的控制模式可以使变频器适用于各种类型的电机 和机械，可以获得不同的静态和动态性能 n 电机控制模式包括： o开环V/F模式（压频比模式） o开环磁通矢量控制模式（SVC） o闭环速度控制模式（FVC） o转矩控制模式（TC） o同步电机控制模式（开环和闭环） 电机控制模式 Division - Name - Date - Language 23 培训内容 n变频器基本原理 n施耐德变频器概述 n总结和答疑 Division - Name - Date - Language 24 施耐德变频器概况 ATV 312 0.37~15KW ATV61 风机泵类变频器 ATV 12 ATV71 高力矩应用变频器 ATV21（HVAC专用0.37~75KW n15kwn2.2 kw n1400k w n630kwn500kwn75kwn7.5kw ATV302 0.37kW~7.5kW 广泛的行业应用 O E M 相 对 简 单 应 用 复 杂 高 要 求 ATV32高端书本型 0.18~15KW Division - Name - Date - Language 25 ATV312小功率通变频器 操控自如，沟通无界 n 应用于0.18—15KW三相异步电动机的通用型变频器 o最简单操作方式： – 自带7段码操作与监视界面LED – 明晰的参数菜单 – 立即配置控制源和给定源 o最实用标准配置： – 6 逻辑输入，2继电器输出，3模拟输入，1模拟量输出，均可 编程和配置 – 内置制动单元 – 带本地控制起停按钮和电位器旋钮 o通讯协议： – 自带MODBUS和CANOPEN接口，无需添加其他卡件。

– 可通过选件连接到其他通讯总线 Division - Name - Date - Language 26 n提升通讯能力： oCANopen 菊花链, ProfibusDP，DeviceNet； n简约的用户界面: o通过进行参数配置 (Bluetooth®) o直观的导航按键，图形操作终端 o自身面板操作 n强大而丰富的功能-针对应用开发的特定功能 n通过自整定实现优化的特性 ATV312小功率通变频器 操控自如，沟通无界 Division - Name - Date - Language 27 n关注性能 在工业环境中简单而紧凑的机械中； n关注集成 在设备的PLC构架中； n关注人与变频的互动 o通用的人机界面实现沟通； o蓝牙通讯 n关注环境性能 n关注用户友好 o提升用户操作性能 ATV312小功率通变频器 操控自如，沟通无界 简化 操作 为了提升机器的性能 Division - Name - Date - Language 28 n 应用于0.18—15KW三相异步电动机的通用型变频器 o驱动能力： – 频率范围：0.5～500HZ – 瞬时过力矩：170%60秒--200%2秒 电机额定转矩 – 制动能力：连续输出100%电机转矩，可过载150%60秒 o适用行业： - 物料处理 - 包装 - 专用机械 - 泵和风机 ATV312小功率通变频器 操控自如，沟通无界 Division - Name - Date - Language 29 ATV302小型通用变频器 聪慧于心 稳健于行 n 应用于0.37—7.5KW三相异步电动机的通用型变频器 o最典型功率段：0.37—7.5KW o最简单操作方式： – 自带7段码操作与监视界面 – 明晰的下拉菜单 – 立即配置控制源和给定源 o最实用标准配置： – 6 逻辑输入，2继电器输出，3模拟输入。