变频器技术教案.docx

1、变频器技术教案教学回顾：电力拖动中的设备不少都需要调速，比如机床线路有些是机械调速, 而有些则需要电气调速。教学引导：交流异步电机的调速有三种方法，一变级调速；二改变转差率调速; 三变频调速。正课内容：变频技术课题一：变频调速的基础知识和控制原理一、变频器及其分类1 变频器变频器是一种利用电力半导体器件的通断作用，将工频 交流电变换成频率、电压连续可凋的交流电的电能控制装 置，如图4-2所示。2.变频器的分类变频器的种类很多，分类方法也有多种，常见的分类方 式见下表。分类方式种 类按其供电电 压分低压变频器(110 V 220 V 380 V 中压变频器(500 V 660 V 1 140 V

2、) 商压变频器(3 kV 3. 3 kV 6 kV6. 6 kV 10 kV 按供电电源 的相数分单相输入变频器 三相输人变频器按直流电源 的性质分电流型变频器电压梨变频器按变换环 节分交一宜一交变频器 交一交变频器按檢出电圧 调制方式分PAM （脉幅调制控制变频器PWM （脉宽调制控制变频器按控制方 式分U/f1SL制变频器 转差频率控制变频器 矢it控制变獗器二、通用变频器的甚本结构目前，通用变频器的变换环节大多采用交一直一交变频变压方式。即先把工频交流电通过 整流器变成直流电，然后再把直流电逆变成频率、电压连续可调的交流电。基本框图如下。图4-3交一直一交变頻器的基本构成1-变频器的主电

3、路图4一4所示为通用变频器的主电路.各部分的作用见表4一2。表4-2 交一直一交变频器主电路元件的作用萦流电路部分，将频率固定的三相交泼电变换成直流电元件三相整流桥VD1 VD6起波电容器CF來流电阻RL与开关S电源指示灯HL作用将交涼电变换成脉动直 流电.若电源线电压为 UL.则養流后的平均电 压 Ud=135Ui滤平桥式整质后的电压 紋玻.保持宜流电压平秘接通电源时.将电容器 CF的充电冲击电流限制 在允许的范屈内以保护 整流桥.而当CF充陀到 一定程度时，令开关sig 通.将RI拔路空有些 变频器电.S由晶闸借 代替HL除了表示电源是否 接通外另一个功能是 变濒器切断电駅后.指 示电容筋

4、CF上的电荷是 否巴经禅放完毕在维 修变频器时，必須等HL 完全熄灭后才能接社变 频器的内部带电部分 以保证安全逆变电路部分：将直流电逆变皿聯率、幅值祁可调的交流电元三相逆变侨续流二扱管缓冲电路R01R06、制动电阻RB和件VI V6VD7-VDI2VD0VD06. C01 C06制动三极管VB通过逆变符V1-V6按在検相过程中为电流提限制过有的电流和电当电动机賊速、变频器一宦規律轮流导通和載供通路压，保护逆变腎免ifi狽坏输岀频率F降过快时消止，将直流电逆变成获耗因电动机处于再生发电作率.福值都可调的三相交制动状态而回馈到宜流电用流电路中的能运.以彥免变頻常用的逆变管：1大功率晶体管（GTR

5、）,高电压.大电流。工作在开关状态。器本身的过电压保护电路2绝缘栅双级晶体管（IGBT）,输入电阻大，栅极电流约为零。动作而切断变频型的正常3IPM智能模块，驱动、保护、检测在一个模块。输出2变频器的控制电路变频器的控制电路为主电路提 供控制信号，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。通用变频器控制电路的控制框 图如图4-5所示，主要由主控板、键 盘与显示板、电源板与驱动板、外 接控制电路等构成。各部分的功能 见下表衰4-3控制电路各部分的功能部件功 能主控板主控板赵变频器运行的控制屮心.其核心器件是徴控制器（单片微机）或数宇信号

6、处理器 （DSP）,其主要功能有*（1）接受并处理从键盘、外部控制电路输人的各种倍号.如修改参数、正反转指令等2）接受并处理内部的各种采样倍号，如主电路中电压与电沆的采样倍号、各部分温度的采样 信号、各逆变管工作状态的采样信号铮（3）向外电路发出控制信号及显示信号如正常运行信号、频率到达信号等.一旦发现异常情 况，立刻发出保护指令进行保护或停车.并输出故障信号m铁心中每极磁通的最大值，Wb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f的同时改变 电动机的感应电动势E.使苴满足E/f为常数即可。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，只要使U/f等于常数，即

7、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U/ f控制变频器。当电动机低速运行时，感应电动势较低，左子阻抗上的压降不能忽略，采用U/f控制的调 速系统在工作频率较低时，电动机的输岀转矩将下降。为了改善低频时的转矩特性，可采用补 偿电源电压的方法，即低频时适当提升电压U来补偿圧子阻抗上的斥降，以保证电动机在低速 区域运行时仍能得到较大的输岀转矩，这种补偿功能称为变频器的转矩提升功能。综上所述，对电动机供电的变频器一般要求兼有凋压和调频功能，通常将这种变频器称为 变频变压(WVF)型变频器。(3)脉冲宽度调制(PWM)技术在改变输出频率的同时，通过改变输岀脉冲的宽度(或用占 空比

8、表示)，达到改变等效输出电压的一种方法。PWM的输出电压基本波形如图4-20所示。在半周中保持脉冲个数不变而改变脉冲宽度， 可改变半周内输出电压的平均值，从而达到改变输岀电压有效值的目的。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，简称SPWM。如图4-21所示，如将一个正弦波的正半周划分为12等 份，每一份正弦波下的面积可用一个与该而积近似相等的矩形脉冲来代替，则这12个等幅不 等宽的矩形脉冲的而枳之和与正弦波所包用的而积等效。2变频器的功能（1）系统所

9、具有的功能1） 全范围转矩自动增强功能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U/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、恒速运行过程的防失速 功能和减速过程的防失速功能三种。3） 过转矩限左运行功能这种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，当电动机的输岀转矩达到该设左值时，变 频器停止工作并发出报警信号。4） 运行状态检测显示功能该功能主要用于检测变频器的工作状态并及时显示。5） 自动节能运行功能该功能使变频器能自动选择工作参数，使电动机在满足

10、负载转矩要 求的情况下以最小电流运行。6）自动电压调整功能当电源电压下降时，使用自动电压调整功能可以维持电动机的髙启 动转矩。7）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。（2）频率设左功能1） 给立频率的设立方法 有而板给左、预置给泄、外接 给定三种方式。2） 基本频率fb和最高频率fmax.电动机的额怎频率称为 变频器的基本频率。当频率给左信号为最大时，变频器的给 定频率称为最髙频率。3）上限频率,5和下限频率fL上限频率与下限频率是图4-25上限频率和下限頻率几调速系统所要求变频器的工作范用, 设与fib fL对应的给泄信号分别是X、Xl，则

11、上限频率的泄义是：当XX时，fx=f：下限 频率的定义是:当XXL时，2也。如图4-25所示。4)点动频率生产机械在调试的过程中，以及每次新的加工过程开始前，常需要点动控制。(3)升速时间和降速时间的设定功能升降速时间的设定 输岀频率可以从很低时开始，频率上升的快慢可以任意设肚，从而可 以有效地将启动电流限制在一定范围内，减速也是如此。(4)变频器的保护功能1)过电流保护功能2)过载保护功能此功能过载保护可设置为反时限特性，可较好地实现电动机的过载预报警和过载保护。3)电压保护功能升速过压，减速过压。另外变频器还具有接地保护、冷却风扇异常保护、过热保护和短路保护等保护功能。课题二通用变频器的选

12、用、安装与调试一、变频器的选用1变频器的额定值(1)输入侧的额左值输人侧的额左值主要是电压和相数。中小容量变频器输入电压的额泄 值有以下几种(均为线电压)：1)380V/50Hz,三相，用于绝大多数设备中。2)200230 V/50 Hz或60 Hz、三相，主要用于某些进口设备中。3)200230 V/50 Hz,单相，主要用于小容量设备和家用电器中。(2)输出侧的额定值1)额定输出电压Un是指变频器输岀电压中的最大值。在大多数情况下，它就是输岀频 率等于电动机额窪频率时的输岀电压值。2)额左输出电流In额左输出电流是指变频器可以连续输出的最大交流电流的有效值。3)输出容量SN(kVA)变频器

13、输出容量是决左于额定输出电流与额定输岀电压的三相视在 输出功率Sn= 3 Un In4)适用电动机功率Ps(kW) 是指以4极的标准电动机为对象，表示在额泄输出电流以内可以驱动的电动机功率。5)过载能力 是指英输岀电流超过额左电流的允许范围和时间。大多数变频器都规左为150%1n . 60s或1 80%In八0.5s。专门用于风机、泵类负载调速的变频器规定为120%1小60s 2.变频器的选择变频器的选择包括类型的选择、容量的选择和外用设备的选择三方面。(1)变频器类型的选择 U/f控制变频器和矢量控制高性能型变频器。变频器类型的选择，要根据负载的要求来进行。1)风机、泵类负载，低速下负载转矩

14、较小(为平方转矩负载)，通常可以选择普通功能型。2)恒转矩类负载，例如挤压机、搅拌机、传送带、起重机的平移机构、起重机的提升机构 和提升机等，有以下两种情况：a)选用普通功能型的，常采用加大电机和变频器容戢的办法，以提髙低速的转矩。b)选用具有转矩控制功能的高性能变频器，以实现恒转矩负载的稳速运行。(2)变频器容量的选择 变频器的容量通常用额左输出电流(A)、输出容量(KVA)、适用电动 机功率(kW)表示。对于标准4极电动机拖动的连续恒立负载，变频器的容量可根据适用电动机的功率选择。 对于其他极数的电动机拖动的负载，变频器的容疑应按运行过程中可能出现的最大工作电流来 选择，(变频器)Imax

15、 (电动机最大电流)(3)变频器外伟|设备及其选择 外用设备通常是指配件，分为常规配件和专用配件，如图4一29变頻器的外围设备耗，因而工作过程中会导致变频器发热。因此，安装变频器时必须 保证英散热途径畅通，不能被堵塞。3.安装变频器的方法和要求 /(1)墙挂式安装一般情况下允许宜接靠墙安装，称为墙挂式乙 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/ 周帀阻挡物间留有足够的距离。安装间距如图4-30所示。 /(2)柜式安装柜式安装同样需注意变频器的冷却。当一个柜内 装有两台或两台以上变频器时，应尽量并排安 装。若必须采用上下排列方式时，则应在两台 变频器间加一隔板，以免下面变频器

16、中岀来的 热风进人上面变频器内，如图4-31所示。变 频器在控制柜内不能上下颠倒或平放安装。4.变颇器的接线图4-32所示为森兰SB60/61系列变频器 的基本接线图。(1)主电路的接线 主电路的基本接线如 图4-33所示。R, S. T是变频器的输人端，接 电源进线。U、V、W是变频器输岀端，与电图4一31两台变频器在电气柜中的安装a)横向排列 b)纵向排列 动机相接。输岀端与输人端绝对不允 许接错，否则会严重损坏变频器。图4-33中的热继电器仅在电动 机连续运行于10 Hz以下或60 Hz以 上，或者一台变频器驱动多台电动机 的情况下考虑使用。其他情况下可不 必使用热继电器。变频器的输出端

17、不 能接电力电容器或浪涌吸收器。(2)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 左信号线和反馈线及输出侧的频率 信号线和电流信号线。由于模拟信号 的抗干扰能力较低，因此模拟量控制 线必须使用屏蔽线。课题三通用变频器的认识图215操作面板75意图2-1-1 撮作面板上各按键的功能表按键名称功 能MODE徒选择操作模式或设定模式功能键SET键确定频率利参数的设定.当按住大于1.5s时为对入功能FWD镀正转启动键REV键反转启动诜城做！键用于连续增、减数字，改变频率或设定参数的值STOP/RESET键停止复位謎2.三4II380V 接电动机 短路片b

18、）变频器主接线端子的介绍 主接线端子见图2-1-6所示。3.变频器控制回路端子的介绍（1） 控制回路端子如图2-1-7所示。（2） 控制回路端子功能介绍ABCPCAMI0E102541RLRMRHRTAUSTOPMRSRESSDFMSERUN$UIPKOLFUSDSTFSTRJOGCS图2-1-6主接线端子示意图b）1）输人信号端子输入信号端子功能介绍见表2）输出信号端子输出信号端子 功能介绍见表2-1-5 0 （P74页）2-1-40 （P73 页）图2-1-7控制回路端子示意图课题四变频器基本参数的意义及设置方法一、 实训目的及要求1.理解基本参数的意义。2.掌握变频器的参数设定方法。3.

19、掌握变频器的模式切换操作和各种淸除操作。4.掌握频率设定及监视的操作。二、 实训内容及步骤1.基本功能参数及意义(1)基本功能参数基本功能参数见表2-2-1 (P75页)(2)基本功能参数的意义1)转矩提升(Pr. 0) 此参数主要用于设泄电动机启动时的转矩大小，用百分数设左0时的 电压值。设泄过大，将导致电动机过热；设逹过小，启动力矩不够，一般最大值设泄为10%, 如图2-2-1所示。2)上限频率(Pr. 1)和下限频率(Pr. 2) 这是两个设左电动机运转上限和下限频率的参数。在这两个值确立之后，电动机的运行频率就在此范围内设定，如图2-2-2所示。3)基底频率(Pr. 3) 此参数主要用

20、于调整变频器输出到电动机的额左值，当用标准电动机，通常设定为电动机的额定频率。4)多段速度(Pr. 4 , Pr.5 , Pr .6)用此参数将多段运行速度预先设立，经过输人端子进行切换。各输人端子的状态与参数之间的对应关系见表2-2-2衰2-2-2 各输入端子的状态与参数之间的对应关系表输入瑞子状态RHRMRLRLRH, RLRH, RMRH. RM. RL参数号Pr.4Pr.5Pr.6Pr.24Pr.25Pr.26Pr.27Pr.24 , Pr. 25 , Pr. 26和Pr. 27也是多段速度的运行参数,与Pr. 4, Pr.5, Pr. 6组成七种速 度的运行。在以上七种速度的基础上，

21、借助于端子REX信号，又可实现八种速度，其对应的参数是Pr .232 Pr .239,见表 2-2-3 o 223冬数号REXREX. RLREX. RMREX, RM,RLREX. KHREX, RH,RLREX, RH.RMREX. RH,RM. RL对应瑞子Pr.232Pr.233Pr.234Pr.235Pr.236Pr.237Pr.238Pr.2395） 加.减速时间（Pr .7, Pr .8）及加、减速基准频率 （Pr. 20）Pr .7设的值就是从0加速到Pr.2O所设左的频率上的时间，Pr. 8所设定的值就是从Pr. 20所设定的频率减速到 0的时间，如图223所示。6） 电子过

22、流保护（pr. 9）通过设泄电子过流保护的电流 值，可防止电动机过热，可以得到最优的保护性能。设垃过 流保护注意以下事项：1当变频器带动两台或三台电动机时，此参数应设为0, 接热继电器来保护。2特殊电动机不能用过流保护和外接热继电器保护。3当控制一台电动机运行时，此参数的值应设为1-1.2倍的电动机额定电流。7）点动运行频率（Pr5）和点动加、减速时间（Pr. 16） Pr. 15参数设左点动状态下的运行频率。可以外部模式和PU模式下操作。8）操作模式选择（Pr. 79）这是一个比较重要的参数，确左变频器在什么模式下运行衰224 Pr.79设定值及其相对应的工作模式表Pr79设定值工作模式0电

23、源接通时为外部操作模式，通过堆、诚键町以在外部和PU间切换1PU操作模式（畚数单元擾作）2外部操作模式（控制端子接线控树运行）3组合操作模式1.用参数单元设定运行频率，外部信号控制电动机启停4组合操作模式2,外部输入运行频率.用参数单元控制电动机启停5程序运行9）直流制动相关参数（Pr. 10, Pr. 11, Pr. 12 ） Pr. 10是直流制动时的动作频率,Pr. 11 是直流制动时的动作时间（作用时间），Pr. 12是直流制动时的电压（转矩），通过这三个参数 的设定，可以提高停止的准确度，使之符合负载的运行要求。10）启动频率（Pr. 13） Pr. 13参数设泄在电动机开始启动时的

24、频率，如果设左频率（运行频率）设左的值较此值小，电动机不运转，若Pr. 13的值低于Pr. 2的值，即使没有运行频率（即 为0）,启动后电动机也将运行在Pr2的设左值。其示意图如图2-2-6所示。11）负载类型选择参数（Pr14）用此参数可以选择与负载特性最适宜的输出特性（U/f特性）, 如图2-2-7所示。12） MRS端子输人选择用于选择MRS端子的逻借，如图2-2-8所示。参数禁止写人选择（Pr.力）和逆转防止选择（Pr. 78） Pr. 77用于参数写人禁止或允许，主要 用于参数被意外改写：Pr78用于泵类设备，防止反转，具体设左值见表2-2-5o运行参数监视操作,图229监视画面切换图至频率设定设定值-0常严点闭合后停牛瑜岀 输出停ikP图228 Pr.17参数恵义图2.参数设定方法及基本功能操作（1）按参数单元的MODE键，可以改变五个操作画而，如图229所示。图2-2-10监视电流、电压操作示意图