变频器培训资料2.docx
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变频器培训资料2
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
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
G5
200-230V 0.4-110KW（1.4-160KVA）
380-460V 0.4-300KW（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，采用磁通检测和神经网络控制技术，直接控制电机的转矩。
它在低速下（1%额定转速）即使不采用PG反馈，也可提高启动转矩和无故障运行，当增加PG控制时，可以实现零速高转矩控制。
不采用PG时的低速高启动转矩
速度控制范围1：
100（有PG时1：
1000）
可靠的力矩控制
VS-616G5是通过精确的力矩控制功能来控制输出力矩的。
万一发生故障时，也能确保无冲击安全运行。
VS-616G5在传送带和重型传输机械的应用中证明了它的耐久性和完美的性能。
力矩限制特性（当力矩极限为150%）
宽调速范围的精确控制
VS-616G5即使在负载变动条件下，也具有全速范围高精度运行的特点。
由轻载到重载的恒速控制（不用PG）
[速度分辨率±0.2%/0-100%负载（有PG时±0.02%）
优秀的伺服响应
（带PG反馈时磁通矢量控制的示例）
●带PG反馈时，需要选用PG速度控制卡。
变频器迅速响应至指令改变值
（速度指令阶跃响应）对急速负载波动有很强的适应性
（在冲击负荷下的速度复归特性）
G7
200V级0.4-110KW（1.2-160KVA）
400V级0.4-300KW（1.4-460KVA）
基本介绍
安川公司成功地推出VARISPEEPG7系列变频器──-世界上第一台采用三电平控制的通用变频器，该项新技术解决了浪涌问题。
其标准的电流矢量控制实现了高性能多功能化，能够强有力高精度地驱动各种机械设备。
应用范围
（1）一般工业现场
纸加工机械
输送搬运设备
风机水泵
金属加工机械
......
（2）民用设施
公共设施
医疗设备
食品加工机械
洗涤机械
主要特点
一举解决了400V级变频器运行中存在的问题
在400V级通用变频器上首次采用了三电平控制方式，使变频器的输出电压更加接近正弦波。
一举解决了由于浪涌电压和轴电压所引起的电机绝缘损伤等问题。
１．三电平控制的特点
低浪涌电压
抑制电机浪涌电压，减轻对电机的冲击
低电磁干扰
明显减小传导干扰与辐射干扰
低噪音
保证最低噪音，改善以往设计缺陷
２．环境适应性强
优异的省能源控制
完美的电源高次谐波对策
３．世界标准
对应世界上主要的现场总线
对应7国语言的数字控制器
对应世界主要的标准规格
标准配置RS485/422接口
４．杰出的控制性能
调速范围广（1:
200无PG，1:
1000带PG）
低速大转矩运转（150%/0.3Hz无PG，150%/0Hz带PG）
精确的转矩控制
迅速的指令响应性
快速的速度搜索功能
简单的自学习功能
安全可靠的保护功能
1/200低速时高转矩输出精确的转矩控制,提供精确的输出转矩
５．界面友好
简单的操作
5排LCD显示
参数拷贝功能
简单的检查维修
可拆卸端子
风扇ON/OFF
多功能的输入输出
模拟输入/输出（3入/2出）
脉冲输入/输出
开关量输入/输出（12入/3出）
4路集电级开路输出
６．丰富的软件储存
使变频器专用化更容易
丰富的软件库凝聚了我们多年的驱动经验，让您的装备升级
V7
200V级（三相电源用）0.1-7.5KW
200V级（单相电源用）0.1-3.7KW
400V级（三相电源用）0.2-7.5KW
基本介绍
与众不同的变频器
小型变频器VS-606V7的诞生，将使您对机械的控制如愿以偿，理想的性能、功能将满足您所有的需要。
其高性能、多功能、用途广泛、操作简单、使用领域广泛，无论在哪一方面都与以往的变频器有很大不同，它是您升级小型机械的理想变频器。
1.高力矩输出和柔性设计
通过本公司独特的通用矢量控制，实现了高启动力矩和稳定的低速力矩。
还有丰富的软件库和按客户要求选配的闪存器，实现最佳的驱动效果。
2.操作更简单
独具匠心的一键式设计，使您的操作和保养更加方便。
带有频率设定用旋钮，接上电源即可使用。
只需一按即可更换的冷却风扇。
用UP/DOWN方式对繁琐的参数统一管理，带有复制功能的操作器使运转更方便。
3.适用地域更宽
以World’sQualityNo.1为目标的高品质和全球化设计，适用于多种电源（200V/400V），配备有通信网络接口，在世界各地都可以放心使用。
通用的功能的简单介绍
1数字式操作器和模式的概要
以f7为例
面板上的指示灯
上一排：
显示运行模式
FWD正转指令输入时亮
REV反转指令输入时亮
SEQ从控制回路端子输入的运行指令有效时亮
REF从控制回路端子输入的频率信号有效时亮
ALARM发生故障警告时亮
第二行显示模式
DRIVE驱动模式时亮
QUICKquick模式时亮
ADVadvanced模式时亮
VERIFY效验模式时亮
A.TONE自学习模式时亮
操作键功能
LOCAL/REMOTE用于切换数字操作器控制运行和控制端子控制运行
MENU表示各种方式
ESC返回前一个状态
JOG操作器运行时点动
FWD/REV操作器运行时切换旋转方向
>/RESET参数的数值设定时的数位选择故障时作为故障复位
∧选择方式组功能参数的名称，设定值增加
∨选择方式组功能参数的名称，设定值减少
DATA/ENTER决定各方式功能参数设定值
RUN用操作器运行时按此键运行
STOP用操作器运行时按此键停止
三.变频器在辊道上的应用
首先介绍一下电机的负载类型
机械负载与电机转矩特性有许多种类，常用有三种。
1．恒转矩负载。
如传送带，升降机等
用公式表式为P=T*N/975P-电机的功率T-电机转矩N-电机转速
对恒转矩，系统设计应注意：
（1）电机应选变频器专用电机
（2）变频柜应加装专用冷却风扇
（3）增大电机容量
（4）增大变频器的容量
（5）变频器的容量与电机的容量关系应根据品牌，一般为1.1~1.5电机的容量。
2.平方转矩负载。
如风机水泵类
用公式表式为T=K1*N2，P=K2*N3P-电机的功率T-电机转矩N-电机转速
一般，风机，水泵，采用变频节能，理论与实际证明节能为40~50%左右，此类应用占变频器应用30~40%左右。
对平方转矩负载，系统设计应注意：
（1）电机通常选异步交流电机。
根据环境需要，
（2）选电机防护等级和方式。
（3）大于7.5KW变频柜,应加装通风散热设施
3.恒功率负载。
如卷扬机，机床主轴。
公式：
P=T*N/975=CONT。
一般达到特定速度段时，按恒转矩，超过特定速度时，按恒功率运转。
恒功率机械特性较复杂。
恒转矩负载的转矩在基本频率范围内和速度无关，这类负载主要有起重负载和靠摩擦力运行的负载，辊道系统属于摩擦负载，是恒转矩的类型。
这类负载由于在低频时也需要全额的转矩，所以对变频器的要求比较高。
变频器拖动多台电机负载时的注意事项
由于辊道电机比较多，所以出于经济性的考虑一般对比较小的电机都是一台变频器拖动多台负载。
这时变频器的选择需要注意以下事项：
1．变频器输出电流大于所有并联电机的额定电流总和，考虑到电机堵转及并联的多台电机同时启动时的不均匀性，故保证变频器额定电流大于所有并联电机额定电流总和的1.2倍。
2．变频器的输出总功率应大于所有并联电机功率之和。
3．当电机需要频繁正反转，特别是加减速时间很短时，加速时间决定加速电流，由此选择变频器容量；减速时间决定减速制动电流，由此选择能耗制动装置的容量。
经验上在该种场合中应用应将变频器容量提升一档，制动装置相应提高一档。
简要介绍一下热轧中的辊道：
辊道是热轧带钢厂中数量最多、应用最广、占地最大、运送板坯和带钢不可少的辅助设备。
辊道往往贯穿整个生产线，与生产工艺和生产率有直接的关系。
辊道的作用、布置形式、结构和传动方式也是多种多样。
随其所在的主要设备的不同而有所差异。
2．作用
热轧带钢生产线上的辊道一般根据工作工作性质和所在位置的主要设备来分类，从板坯上料到带钢卷取通常分为：
上料辊道、运输辊道、称重辊道、入炉辊道、出炉辊道、延伸辊道、工作辊道、中间辊道、输出辊道、机上辊道等。
主要作用是
a.运送轧件
b.辅助主要设备工作，将轧件运入和运出主要设备
c.调节轧件温度。
2.传动方式
可分为集体传动和单独传动
集体传动是由1台电动机通过减速机和分配机构传动1组辊子，具有相对电机容量小，电控装置少，防止轧件打滑性能好等优点，但传动机构复杂、占地面积多、设备质量大。
单独传动由1台电动机传动1根辊子，具有传动机构简单、设备质量轻、占地面积少、布置灵活等优点，但相对电机容量大、电控装置多。
3.辊道速度的确定和控制
调速辊道的控制主要取决于生产工艺要求，比如加热炉称重辊道要求定位精度高，可逆式粗轧机前后工作辊道要求要求于轧制方向和速度一致，中间辊道要求有游动功能，输出辊道要求速度于精轧和卷取速度向相匹配。
四.变频器的周边设备与设计注意事项
现在以辊道电机拖动为例简要讲解变频器周边的设备的设计和应用的基础
a交流输入的部分
1.空气开关
装在主回路的最前面，用于分断此回路的电源。
2.进线电抗器
根据变频器的手册，当变压器的容量大于变频器进线侧容量的10倍以上时，应增加进线电抗器保护变频器的整流部分，由于本工程变压器都较大，所以在所有的变频器前都加了进线电抗。
3.出线电抗器
对于带多电机的变频器，为了平滑各电机电流分配不均匀造成的电流突变的现象，拖动6个以上电机的变频器都配备了出线电抗器。
4制动单元和制动电阻
根据变频器手册的要求选择合适的制动单元和制动电阻用于减速时电机的速度控制。
整流回馈拖动的部分
1.刀闸开关
用于分断此回路的电源
2.快熔
在过流时保护变频器
五.变频器的维护和保养
主要参考变频器的说明书
1．使用环境
变频器安装的环境对变频器正常功能的发挥及其使用寿命有直接的影响，因此变频器的安装环境必须符合下列条件。
♦周围温度：
柜内开放型（－10～45ºC/＋14～113k）
♦闭封壁挂型（－10～40ºC/＋14～104k）
♦防止雨水滴淋或潮湿环境
♦防止油污，盐分侵蚀
♦防止粉尘，棉絮及金属细削侵入
♦防治电磁干扰
♦避免直射日光
♦防止腐蚀性液体、瓦斯
♦远离放射性物质及可然物
♦防止震动（冲床）若无法避免请加装防震垫片减少震动
♦数台变频器安装于控制柜时，请注意摆放位置以利散热，另请外加配置散热风扇，以使变频器周围温度低于45ºC为原则。
！
注意
♦搬运变频器时，请务直接提取前盖，应由变频器散热座搬运以防止前盖托落，避免变频器掉落造成人员受伤或变频器深损坏。
♦请将变频器安装在金属类等不然物材料上。
请务安装在易燃材料上或附近，以防止
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