變頻器培訓教材EMERSON行業項目部

孟耀權0755-8601090013316899080變頻器培訓教材EMERSON行業項目部1培訓目標了解電氣傳動的基本概念掌握變頻器的基本工作原理了解變頻器的基本應用和選型原則培訓目標了解電氣傳動的基本概念2目錄電氣傳動基礎知識通用變頻器的構成通用變頻器保護功能變頻器應用簡介變頻器選型目錄電氣傳動基礎知識3電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統概述定義以交流（直流）電動機為動力拖動各種生產機械的系統我們稱之為交流（直流）電氣傳動系統，也稱交流（直流）電氣拖動系統構成中間傳動機構交流電源輸入終端機械交流電機直流調速裝置直流輸出皮帶輪、齒輪箱等風機、泵等直流電機交流調速裝置交流輸出執行機構變頻器電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統概述定義中間傳動機構交流電源終4電氣傳動基礎知識—電氣傳動的目的和意義序號意義有代表意義的行業或設備1節能風機、水泵、注塑機2提高產品質量機床、印刷、包裝等生產線3改善工作環境電梯、中央空調目的根據設備和工藝的要求通過改變電動機速度或輸出轉矩改變終端設備的速度或輸出轉矩意義注：并不是所有的設備使用電氣傳動裝置后都可以節能電氣傳動基礎知識—電氣傳動的目的和意義序號意義有代表意義的行5電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統基本工作原理電力傳動系統運動方程式T電機轉矩>T負載轉矩－－－加速運行

T電機轉矩<T負載轉矩－－－減速運行

T電機轉矩＝T負載轉矩－－－恒速運行電機轉矩控制性能是影響電氣傳動系統性能高低的最重要因素加減速時間和電機轉矩、負載轉矩以及系統慣量有關T電機轉矩－T負載轉矩

P電機功率＝T電機轉矩×N電機速度×K常數MT電機轉矩T負載轉矩中間傳動機構終端機械電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統基本工作原理電力傳動系統運動方6電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統工作原理速度模式：以保持轉速恒定為目的，如常規調速系統（電梯、各類生產線）。控制設備根據速度要求自動調整電機轉矩適應外部的負載變化，恒速時電機轉矩肯定等于負載轉矩轉矩模式以控制電機轉矩恒定為目的，如：開卷/收卷，恒速時電機轉矩肯定等于負載轉矩，但電機的運轉速度不確定。如果電機轉矩始終大于負載轉矩，則速度持續上升直至設備限速或損壞如果電機轉矩始終小于負載轉矩，則速度為0或最低（下限）速度

為保證系統安全，必須額外考慮限速或超速保護T電機轉矩－T負載轉矩

MT電機轉矩T負載轉矩中間傳動機構終端機械電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統工作原理速度模式：T電機轉矩－7電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統負載特性傳動機構電動機生產機械負載特性摩擦恒轉矩生產流水線起重行走速度T負載轉矩勢能恒轉矩電梯起重機提升恒功率（速度越低，負載轉矩越大）機床開卷機/收卷機變轉矩（速度越低，負載轉矩越小）風機水泵負載轉矩大小于與轉速無關電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統負載特性傳動機構電動機生產機械8電氣傳動基礎知識—交（直）流電氣傳動系統的特點直流電氣傳動系統特點：控制對象：直流電動機控制原理簡單，一種調速方式性能優良，對硬件要求不高

電機有換向電刷（換向火化）電機設計功率受限電機易損壞，不適應惡劣現場需定期維護交流電氣傳動系統特點：控制對象：交流電動機控制原理復雜，有多種調速方式性能較差，對硬件要求較高電機無電刷，無換向火化問題電機功率設計不受限電機不易損壞，適應惡劣現場基本免維護70年代以前直流占統治地位交流調速只在大功率電機調速上使用電氣傳動基礎知識—交（直）流電氣傳動系統的特點直流電氣傳動系9變頻器基礎知識—交流電氣傳動系統的發展歷程交流異步電機的機械特性公式n＝60f(1-s)/pn：電機轉速f：給電機供電的交流電頻率p：電機極對數s：轉差率T：電機力矩N：速度n0負載1異步機機械特性負載2交流同步電機的機械特性公式n＝60f/pn：電機轉速f：給電機供電的交流電頻率p：電機極對數n0負載1負載2T：電機力矩同步機機械特性變頻器基礎知識—交流電氣傳動系統的發展歷程交流異步電機的機械10調速方式名稱控制對象特點變極調速交流異步電動機有級調速，系統簡單，最多4段速調壓調速無級調速，調速范圍窄電機最大出力能力下降，效率低系統簡單，性能較差轉子串電阻調速變頻調速交流異步電動機交流同步電動機真正無級調速，調速范圍寬電機最大出力能力不變，效率高系統復雜，性能好可以和直流調速系統相媲美早晚發展時間變頻器基礎知識—交流電氣傳動系統的發展歷程在變頻器出現前同步電機無法實現調速功能，因此只能在定速傳動領域使用三相交流鼠籠電機盡管調速性能不佳，但其結構堅固、經久耐用且價格低廉還是在一些性能較低的傳動現場使用調速方式名稱控制對象特點變極調速交流異步電動機有級調速，系統11變頻器基礎知識—變頻器及其特點變頻器變頻器是交流電氣傳動系統的一種,是將交流工頻電源轉換成電壓、頻率均可變的適合交流電機調速的電力電子變換裝置，英文簡稱VVVF(VariableVoltageVariableFrequency）變頻器的控制對象三相交流異步電機和三相交流同步電機，標準適配電機極數是2/4極序號優點1平滑軟啟動，降低啟動沖擊電流，減少變壓器占有量，確保電機安全2在機械允許的情況下可通過提高變頻器的輸出頻率提高工作速度3無級調速，調速精度大大提高4電機正反向無需通過接觸器切換5非常方便接入通訊網絡控制，實現生產自動化控制變頻調速的優勢（與其它交流電機調速方式對比）變頻器基礎知識—變頻器及其特點變頻器序號優點1平滑軟啟動，降12變頻器基礎知識—變頻調速的發展歷程電機控制算法功率半導體技術V/F控制SCRGTOGTR矢量控制IGBT計算機技術單片機DSP

IGBT大容量化更高速率和容量如：矩陣式變頻器大功率傳動使用變頻器，體積大，價格高未來發展方向完美無諧波PWM技術SPWM技術PWM優化新一代開關技術無速度矢量控制電流矢量V/F70年代80年代60年代90年代高速DSP專用芯片00年代超靜音變頻器開始流行解決了GTR噪聲問題變頻器性能大幅提升大批量使用，取代直流算法優化更大容量更高開關頻率PWM技術空間電壓矢量調制技術變頻器體積縮小，開始在中小功率電機上使用變頻器基礎知識—變頻調速的發展歷程電機控制功率半V/F控制S13變頻器基礎知識—變頻器分類供電電源低壓220V/1PH、220V/3PH、380V/3PH高壓3000、6000、10000V/3PH控制算法通用內置V/F控制方式，簡單，性能一般高性能內置矢量控制方式，復雜，高性能變換方法（拓樸結構）交直交電壓型（儲能環節為電解電容）電流型(儲能環節為電抗器）交交無儲能環節注：交直交電壓型變頻器因結構簡單，功率因素高，目前廣泛使用常用設計功率在315KW變頻器基礎知識—變頻器分類供電電源低壓220V/1PH、2214變頻器基礎知識—簡要工作原理～整流部分儲能環節逆變部分M控制系統交流交流低壓交直交通用變頻器系統框圖直流直流交流整流器：將交流電變換成直流的電力電子裝置，其輸入電壓為正弦波，輸入電流非正弦，帶有豐富的諧波逆變器：將直流電轉換成交流電的電力電子裝置，其輸出電壓為非正弦波，輸出電流近似正弦變頻器基礎知識—簡要工作原理～整流部分儲能環節逆變部分M控制15變頻器基礎知識—簡要工作原理單相逆變電路工作原理S1S4S2S3EdU1S1,S3導通S2,S4導通S1,S3導通S2,S4導通S1,S3導通S2,S4導通f1f2EdU1逆變器的功能：通過改變開關管導通時間改變輸出電壓的頻率通過改變開關管導通順序改變輸出電壓的相序變頻器基礎知識—簡要工作原理單相逆變電路工作原理S1S4S216變頻器基礎知識—簡要工作原理S1S4S5S2S3S6UVEdW561UUVUVWUVW612123234345456561612三相逆變電路Ed缺點：輸出電壓的諧波分量太大電機諧波損耗增加，發熱嚴重甚至燒壞電機轉矩脈動較大，低速運行時影響轉速的平穩直到從通信技術中采用PWM調制才大大的緩解了以上問題電機變頻器基礎知識—簡要工作原理S1S4S5S2S3S6UVEd17變頻器基礎知識—簡要工作原理SPWM調制載波PWM（PulseWidthModuration）調制PWM調制是：利用半導體開關器件的導通和關斷把直流電壓調制成電壓可變、頻率可變的電壓脈沖列。SPWM調制是：采用三角波和正弦波相交獲得的PWM波形直接控制各個開關可以得到脈沖寬度和各脈沖間的占空比可變的呈正弦變化的輸出脈沖電壓電壓，能獲得理想的控制效果：輸出電流近似正弦載波頻率必須高，才能保證調制后得到的波形與調制前效果相同GTR變頻器由于開關頻率太低，電機噪聲較大，IGBT有效的解決了這個問題變頻器基礎知識—簡要工作原理SPWM調制載波PWM（Puls18變頻器基礎知識—控制算法交流調速的控制核心是：只有保持電機磁通恒定才能保證電機出力，才能獲得理想的調速效果V/F控制－－－－簡單實用，性能一般，使用最為廣泛只要保證輸出電壓和輸出頻率恒定就能近似保持磁通保持恒定例:對于380V50Hz電機，當運行頻率為40HZ時，要保持V/F恒定，則40HZ時電機的供電電壓:380×（40/50)＝304V低頻時，定子阻抗壓降會導致磁通下降，需將輸出電壓適當提高矢量控制－－－性能優良，可以與直流調速媲美，技術成熟較晚模仿直流電機的控制方法，采用矢量坐標變換來實現對異步電機定子勵磁電流分量和轉矩電流分量的解耦控制，保持電機磁通的恒定，進而達到良好的轉矩控制性能，實現高性能控制。性能優良，控制相同復雜，直到90代計算機技術迅速發展才真正大范圍使用變頻器基礎知識—控制算法交流調速的控制核心是：矢量控制－－－19變頻器基礎知識—控制算法項目通用變頻器高性能變頻器控制算法V/F控制＋轉矩提升同步機異步機控制算法基本相同開環矢量控制（無速度傳感器矢量控制）閉環矢量控制（有速度傳感器矢量控制）異步機和同步機需要不同的控制算法調速范圍<1:401:100（開環矢量),1:1000(閉環矢量)啟動轉矩無要求180%0.5Hz（開環矢量)，200%0速(閉環矢量)穩速精度與轉差有關（2-3%)0.5%(開環矢量)，0.05%(閉環矢量)轉矩控制無有控制算法簡單復雜電機參數不依賴電機參數，支持同時驅動不同類型不同功率的電機電機參數對控制性能的影響較大，一般只能驅動一臺電機變頻器基礎知識—控制算法項目通用變頻器高性能變頻器控制算法V20變頻器基礎知識—變頻器關鍵技術指標輸入側額定工作電壓：給變頻器供電的額定工作電壓，各國家不完全一樣。中國是220V/單相/50HZ或380V/3相/50HZ電壓允許波動：限制變頻器的最高和最低工作電壓，避免損壞變頻器當電壓超過最高值時變頻器并沒有保護能力頻率波動范圍：50/60Hz±5％輸出側

額定輸出電壓：變頻器的最大輸出電壓，由額定工作電壓決定額定電流：變頻器能夠長期輸出的最大電流過載能力：變頻器的輸出電流允許超過額定電流的倍數和時間，由逆變模塊決定最大輸出頻率：變頻器能夠輸出的最大工作頻率頻率精度：輸出頻率的準確度（相對于設定頻率）頻率分辯率：指給定運行頻率的最小改變量防護等級IP20(不防水）

變頻器基礎知識—變頻器關鍵技術指標輸入側21變頻器的構成—實用原理框圖14325678適用于小功率（<5.5KW)適用于中大功率(5.5KW以上）變頻器的構成—實用原理框圖14325678適用于小功率（<522類別作用主要構成器件主回路整流部分1將工頻交流變成直流，輸入無相序要求整流橋逆變部分2將直流轉換為頻率電壓均可變的交流電，輸出無相序要求IGBT制動部分3/4消耗過多的回饋能量，保持直流母線電壓不超過最大值單管IGBT和制動電阻,大功率制動單元外置上電緩沖6降低上電沖擊電流，上電結束后接觸器自動吸合，而后變頻器允許運行限流電阻和接觸器儲能部分5保持直流母線電壓恒定，降低電壓脈動電解電容和均壓電阻控制回路鍵盤7對變頻器參數進行調試和修改，并實時監控變頻器狀態MCU(單片機）控制電路8交流電機控制算法生成，外部信號接收處理及保護DSP(或兩個MCU）變頻器的構成—實用原理框圖類別作用主要構成器件主整流部分1將工頻交流變成直流，輸入無相23類別作用結構件散熱器將整流橋、逆變器產生的熱量散發出去溫度傳感器檢測散熱器溫度，確保模塊工作在允許溫度環境下風扇配合散熱器，將變頻器內部的熱量帶走，有直流風扇（24V)和交流風扇兩種變頻器的構成—實用原理框圖類別作用結構件散熱器將整流橋、逆變器產生的熱量散發出去溫度傳24變頻器的構成—用戶接口主回路接口控制回路接口模擬量輸入模擬量輸出通訊接口控制回路接口開關量輸入開關量輸出編碼器接口變頻器的構成—用戶接口主回路接口控制回路接口控制回路接口25變頻器的構成—主回路接口工頻電網輸入380V3PH/220V3PH220V1PH制動電阻直流電抗器三相交流電機變頻器的構成—主回路接口工頻電網輸入制動電阻直流電抗26變頻器的構成—控制回路接口接口類型主要特點主要功能開關量輸入無源輸入，一般由變頻器內部24V供電，啟/停變頻器，接收編碼器信號、多段速、外部故障等信號或指令開關量輸出集電極開路輸出、繼電器輸出變頻器故障、就緒、達速等，參與外部控制模擬量輸入0-10V/4-20mA頻率給定/PID給定、反饋，接收來自外部的給定或控制模擬量輸出0-10V/4-20mA運行頻率、運行電流的輸出，用于外界顯示儀表和外部設備控制脈沖輸出PWM波輸出功能同模擬量輸出（只有個別變頻器提供）通訊口RS485/RS232組網控制以上端子均可自由編程變頻器的構成—控制回路接口接口類型主要特點主要功能開關量輸入27變頻器保護功能由于變頻器大量的使用了各種半導體器件，如整流橋、IGBT、電解電容等，要想保證變頻器長期穩定工作，則必須保證各器件工作在其允許條件下。超出條件則必須立刻或延時停止變頻器工作，待異常條件消失后才能重新開始工作，如保護失效或動作延遲將導致變頻器出現不可恢復性損害。保護類型原因缺相輸入缺相輸入電壓值相差超過允許值輸出缺相輸出電流三相不平衡過流加速/減速/恒速超過變頻器允許的最大電流（2倍額定）過載超過變頻器允許的過載范圍過壓加速/減速/恒速直流母線電壓超過允許值過熱散熱器溫度超過允許值欠壓電網電壓過低變頻器保護功能由于變頻器大量的使用了各種半導體器件，如整28EMERSON公司產品情況—主回路關鍵器件IGBT驅動電路過流保護過熱保護欠壓保護IPM（智能功率模塊）PIM（功率集成模塊）目前以IGBT和PIM使用較多EMERSON公司產品情況—主回路關鍵器件IGBT驅動電路29EMERSON公司產品情況—控制回路關鍵器件DSP－電機控制專用CPUTI公司產品實時控制，快速處理數據同一機器周期同時處理多條指令CPLD－大規模可編程邏輯振列，XILINX產品系統邏輯構成和保護電路簡化數字邏輯MCU－單片機ATMEL公司產品顯示與鍵盤

機器時鐘MCUDSP指令1指令2指令3指令4指令1指令2指令3指令4指令5指令6指令7指令8EMERSON公司產品情況—控制回路關鍵器件DSP－30功能介紹啟動方式從啟動頻率啟動變頻器輸出由0直接變化為啟動頻率對應的交流電壓，而后在此基礎上按照加速曲線逐步提高輸出頻率和輸出電壓直到設定頻率到達。注：啟動頻率不宜過大，否則會造成啟動沖擊或過流先制動后從啟動頻率再啟動變頻器先給電機通脈沖直流，使電機保持在停止狀態，然后再按照從啟動頻率方式直接啟動。注：一般應用在負載初始狀態不確定的場合轉速跟蹤啟動

直接將正在自由旋轉的電機或負載由當前速度驅動到預定速度注：非常適用于水泵的工頻變頻切換或重要設備的異常停機后的快速恢復功能介紹啟動方式從啟動頻率啟動31功能介紹停車方式減速停車變頻器接到停止命令后按照減速時間對應曲線逐漸減小輸出頻率，到0后停機。注：這種方式最常用，當直流母線電壓過高時會自動啟動能耗制動，此時需配置制動單元，否則會報減速過電壓自由停車變頻器接到運行停止命令后，立刻中止輸出，負載靠自然阻力停止。注：變頻器故障時的停車方式就是自由停車減速＋直流制動停車變頻器接到運行停止命令后，按照減速時間對應曲線逐漸減少輸出頻率，當到達某一預設頻率，即開始直流制動（通脈沖直流）停車，防止電機爬行注：對于大慣量負載或有定位要求的場合非常適用功能介紹停車方式減速停車32加減速時間（S/min)頻率時間Fmax－最大輸出頻率加速時間減速時間功能介紹加減速時間（S/min)頻率時間Fmax－最大輸出頻率加速33點動注：一般在調試時使用，如：確定運轉方向、反向倒車等功能介紹點動注：一般在調試時使用，如：確定運轉方向、反向倒車等功能介34功能功能簡介控制算法交流電機的控制方案，包括V/F控制、增強V/F控制、矢量控制多段速用外部端子組合選擇多個內部已預設的頻率作為運行頻率內置PID閉環控制必選功能PLC運行由用戶自由編程的多段定時自動變速功能加減速曲線確定目標設備的加減速時間，有直線和S曲線兩種跳躍頻率為避免機械諧振特設的變頻器不能長期穩定運行的指定頻率帶AVR根據電網電壓自動調整輸出電壓自動限流電流超過預設值后變頻器自動調整輸出頻率和電壓防止跳閘過壓失速加減速過程中直流母線電壓過高后變頻器自動停止加減速過流失速加減速過程中電流超過預設值后變頻器自動停止加減速轉速跟蹤直接將正在自由旋轉的電機由當前速度驅動到預定速度載頻自動調整變頻器根據噪聲和自身溫度自動調整載頻到最佳值音調調整改變電機發出的聲音以適應現場要求功能介紹功能功能簡介控制算法交流電機的控制方案，包括V/F控制、增強35定義由于不同客戶對變頻器都有各自獨特的要求，鑒于成本和體積，不可能把這些功能全部做到變頻器中去，因此變頻器廠家將這些常用的功能分類做成獨立于變頻器并能和變頻器配合使用的可選配設備分類調試－－－－－LCD鍵盤，中文顯示抑制電網諧波－－交流輸入電抗器，直流電抗器、輸入濾波器抑制輸出諧波－－交流輸出電抗器、輸出濾波器快速剎車用－－－－－制動單元、制動電阻，兩者必須配合使用通訊選配件－－－PROFIBUS等總線適配器選配件定義選配件36選配件交流輸入電抗器/直流電抗器作用高次諧波電流抑制抑制合閘等浪涌電壓，保護變頻器的輸入電路抑制變頻器上電時的尖峰電流抑制三相電壓不平衡對變頻器產生的影響（交流輸入電抗器效果最好）提高功率因素（交流輸入電抗器：0.9，直流電抗器：0.95），提高供電變壓器的利用率注：EV200075G以上變頻器產品標準配置直流電抗器交流輸出電抗器作用高次諧波電流抑制漏電流抑制降低電機噪聲選配件交流輸入電抗器/直流電抗器作用37選配件制動單元型號適配制動電阻適配變頻器備注：TDB-4C01-0150TDB-R01-0015-0400<22KW超過90KW，請用TDB-4C01-0550KW制動單元直接并聯TDB-4C01-0300TDB-R01-0030-020030KW/37KWTDB-4C01-0550TDB-R01-0050-010055KW/75KW項目TDB-4C01-□□□□輸入電壓及波動范圍560V直流（－50％～50％）動作電壓660V和710V（出廠）制動使用率四種，通過撥碼選擇，10％（出廠）/25%/75%/100%最大持續使用時間10s環境環境溫度-10℃～40℃安放地點室內，無塵埃、腐蝕性和可然性氣體、油霧、水蒸汽防護IP20選配件制動單元型號適配制動電阻適配變頻器備注：TDB-4C038變頻器應用簡介－變頻器運行的兩大要素運行給定運行命令決定速度大小（直接速度給定、多段速、PID結果）決定電機的運行方向決定變頻器是啟動還是停止序號運行命令運行給定變頻器狀態1無運行命令×停機2有正向或反向運行命令給定為0零速運行3有正向運行命令有非0給定正向運行4有反向運行命令有非0給定反向運行5有正向或反向運行命令給定由非0變為0減速而后保持零速運行4運行中直接方向命令切換有非0恒定給定減速到0后反向運行一個狀態正常的變頻器要運行，以下兩個要素條件必須滿足：變頻器應用簡介－變頻器運行的兩大要素運行給定運行命令決定速度39變頻器應用簡介－鍵盤控制工頻電源外部延長電纜特點：運行命令由鍵盤上的RUN和STOP決定運行方向一般由變頻器內部參數決定運行給定由鍵盤修改特定功能碼完成方便快捷適用場合在設備調試時廣泛使用應用在簡單且實時性不強的單機場合變頻器應用簡介－鍵盤控制工頻電源外部延長特點：40變頻器應用簡介－外部端子控制（單機）工頻電源特點：運行命令由外部啟停按鈕決定，通過變頻器外部端子FWD/REV決定運行方向運行給定一般由外部模擬端子決定：PLC模擬輸出電位器常與外部邏輯電路或PLC共同控制變頻器適用場合應用在實時性較強獨立系統使用范圍最廣

啟動停止開關量端子模擬量端子變頻器應用簡介－外部端子控制（單機）工頻電源特點：啟動停止開41變頻器應用簡介－外部端子控制（多機）工頻電源啟動停止工頻電源速度給定使用場合：各類小型生產線或系統特點：實時性好調試維護方便線路復雜，抗干擾能力差

開關量端子模擬量端子開關量端子模擬量端子變頻器應用簡介－外部端子控制（多機）工頻電源啟動停止工頻電源42變頻器應用簡介－通訊控制工頻電源啟動停止工頻電源速度給定使用場合：各類中大型生產線或系統特點：所有控制均通過通訊電纜線路相對簡單，自動化水平高，信息交換量大實時性好，抗擾能力強為防止網絡故障，特設獨立急停功能投入大，調試維護困難通訊接口通訊接口單根電纜人機界面通訊接口變頻器應用簡介－通訊控制工頻電源啟動停止工頻電源速度給定使用43變頻器選型—選型原則考慮變頻器運行的經濟性和安全性，變頻器選型保留適當的余量是必要的。要準確選型，必須要把握以下幾個原則：充分了解控制對象性能要求。一般來講如對啟動轉矩、調速精度、調速范圍要求較高的場合則需考慮選用矢量變頻器，否則選用通用變頻器即可了解負載特性，如是通用場合，則需確定變頻器是G型還是P型了解所用電機主要銘牌參數：額定電壓、額定電流。確定負載可能出現的最大電流，以此電流作為待選變頻器的額定電流。如果該電流小于適配電機額定電流，則按適配電機選擇對應變頻器，考慮成本因素，如選用的是通用變頻器，則可以選擇P型機以下情況要考慮容量放大一檔：1、長期高溫大負荷2、異常或故障停機會出現災難性后果的現場3、目標負載波動大4、現場電網長期偏低而負載接近額定

5、繞線電機、同步電機或多極電機（6極以上）變頻器選型—選型原則考慮變頻器運行的經濟性和安全性，變頻器選44變頻器選型—選型原則充分了解各變頻器支持的選配件是正確選配的基礎。對于變頻器的選配件選配，必須要把握以下幾個原則：以下情況要選用交流輸入電抗器、直流電抗器民用場合，如：賓館中央空調、電機功率大于55KW以上電網品質惡劣或容量偏小的場合如不選用可能會造成干擾、三相電流偏差大，變頻器頻繁炸機以下情況要選用交流輸出電抗器變頻器到電機線路超過100米（一般原則）以下情況一般要選用制動單元和制動電阻提升負載頻繁快速加減速大慣量（自由停車需要1min以上，恒速運行電流小于加速電流的設備）變頻器選型—選型原則充分了解各變頻器支持的選配件是正確選配的45變頻器選型—選型原則使用通用變頻器的行業和設備使用矢量變頻器的行業和設備紡織絕大多數設備紡織有張力控制場合需使用冶金輔助風機水泵、輥道、高爐卷揚冶金各種主軋線、飛剪石化用風機、泵、空壓機電梯門機、起重行走電梯、起重提升供水油田用風機、水泵、抽油機、空壓機電廠風機水泵、傳送帶市政鍋爐、污水處理部分拉絲機牽引拉絲機的收放卷凹版印刷水泥、陶瓷、玻璃生產線全線傳送帶礦山風機泵礦山提升機卷煙制絲卷煙成型包裝低速造紙及配套風機水泵、制漿高速造紙、切紙機、復卷機變頻器選型—選型原則使用通用變頻器的行業和設備使用矢量變頻器46市場需求剔除690V以上高電壓等級產品剔除設備成套進口剔除交直交以外型式變頻器（如：交－交、電流型）高防護等級（如：IP65/防爆）總容量（億元）有效容量（億元）市場需求剔除690V以上高電壓等級產品總容量（億元）有效容47重點行業需求重點行業情況（單位：億元）總計：31.6億重點行業需求重點行業情況（單位：億元）總計：31.6億48演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！49變頻器培訓教材EMERSON行業項目部

孟耀權0755-8601090013316899080變頻器培訓教材EMERSON行業項目部50培訓目標了解電氣傳動的基本概念掌握變頻器的基本工作原理了解變頻器的基本應用和選型原則培訓目標了解電氣傳動的基本概念51目錄電氣傳動基礎知識通用變頻器的構成通用變頻器保護功能變頻器應用簡介變頻器選型目錄電氣傳動基礎知識52電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統概述定義以交流（直流）電動機為動力拖動各種生產機械的系統我們稱之為交流（直流）電氣傳動系統，也稱交流（直流）電氣拖動系統構成中間傳動機構交流電源輸入終端機械交流電機直流調速裝置直流輸出皮帶輪、齒輪箱等風機、泵等直流電機交流調速裝置交流輸出執行機構變頻器電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統概述定義中間傳動機構交流電源終53電氣傳動基礎知識—電氣傳動的目的和意義序號意義有代表意義的行業或設備1節能風機、水泵、注塑機2提高產品質量機床、印刷、包裝等生產線3改善工作環境電梯、中央空調目的根據設備和工藝的要求通過改變電動機速度或輸出轉矩改變終端設備的速度或輸出轉矩意義注：并不是所有的設備使用電氣傳動裝置后都可以節能電氣傳動基礎知識—電氣傳動的目的和意義序號意義有代表意義的行54電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統基本工作原理電力傳動系統運動方程式T電機轉矩>T負載轉矩－－－加速運行

T電機轉矩<T負載轉矩－－－減速運行

T電機轉矩＝T負載轉矩－－－恒速運行電機轉矩控制性能是影響電氣傳動系統性能高低的最重要因素加減速時間和電機轉矩、負載轉矩以及系統慣量有關T電機轉矩－T負載轉矩

P電機功率＝T電機轉矩×N電機速度×K常數MT電機轉矩T負載轉矩中間傳動機構終端機械電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統基本工作原理電力傳動系統運動方55電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統工作原理速度模式：以保持轉速恒定為目的，如常規調速系統（電梯、各類生產線）。控制設備根據速度要求自動調整電機轉矩適應外部的負載變化，恒速時電機轉矩肯定等于負載轉矩轉矩模式以控制電機轉矩恒定為目的，如：開卷/收卷，恒速時電機轉矩肯定等于負載轉矩，但電機的運轉速度不確定。如果電機轉矩始終大于負載轉矩，則速度持續上升直至設備限速或損壞如果電機轉矩始終小于負載轉矩，則速度為0或最低（下限）速度

為保證系統安全，必須額外考慮限速或超速保護T電機轉矩－T負載轉矩

MT電機轉矩T負載轉矩中間傳動機構終端機械電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統工作原理速度模式：T電機轉矩－56電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統負載特性傳動機構電動機生產機械負載特性摩擦恒轉矩生產流水線起重行走速度T負載轉矩勢能恒轉矩電梯起重機提升恒功率（速度越低，負載轉矩越大）機床開卷機/收卷機變轉矩（速度越低，負載轉矩越小）風機水泵負載轉矩大小于與轉速無關電氣傳動基礎知識—電氣傳動系統負載特性傳動機構電動機生產機械57電氣傳動基礎知識—交（直）流電氣傳動系統的特點直流電氣傳動系統特點：控制對象：直流電動機控制原理簡單，一種調速方式性能優良，對硬件要求不高

電機有換向電刷（換向火化）電機設計功率受限電機易損壞，不適應惡劣現場需定期維護交流電氣傳動系統特點：控制對象：交流電動機控制原理復雜，有多種調速方式性能較差，對硬件要求較高電機無電刷，無換向火化問題電機功率設計不受限電機不易損壞，適應惡劣現場基本免維護70年代以前直流占統治地位交流調速只在大功率電機調速上使用電氣傳動基礎知識—交（直）流電氣傳動系統的特點直流電氣傳動系58變頻器基礎知識—交流電氣傳動系統的發展歷程交流異步電機的機械特性公式n＝60f(1-s)/pn：電機轉速f：給電機供電的交流電頻率p：電機極對數s：轉差率T：電機力矩N：速度n0負載1異步機機械特性負載2交流同步電機的機械特性公式n＝60f/pn：電機轉速f：給電機供電的交流電頻率p：電機極對數n0負載1負載2T：電機力矩同步機機械特性變頻器基礎知識—交流電氣傳動系統的發展歷程交流異步電機的機械59調速方式名稱控制對象特點變極調速交流異步電動機有級調速，系統簡單，最多4段速調壓調速無級調速，調速范圍窄電機最大出力能力下降，效率低系統簡單，性能較差轉子串電阻調速變頻調速交流異步電動機交流同步電動機真正無級調速，調速范圍寬電機最大出力能力不變，效率高系統復雜，性能好可以和直流調速系統相媲美早晚發展時間變頻器基礎知識—交流電氣傳動系統的發展歷程在變頻器出現前同步電機無法實現調速功能，因此只能在定速傳動領域使用三相交流鼠籠電機盡管調速性能不佳，但其結構堅固、經久耐用且價格低廉還是在一些性能較低的傳動現場使用調速方式名稱控制對象特點變極調速交流異步電動機有級調速，系統60變頻器基礎知識—變頻器及其特點變頻器變頻器是交流電氣傳動系統的一種,是將交流工頻電源轉換成電壓、頻率均可變的適合交流電機調速的電力電子變換裝置，英文簡稱VVVF(VariableVoltageVariableFrequency）變頻器的控制對象三相交流異步電機和三相交流同步電機，標準適配電機極數是2/4極序號優點1平滑軟啟動，降低啟動沖擊電流，減少變壓器占有量，確保電機安全2在機械允許的情況下可通過提高變頻器的輸出頻率提高工作速度3無級調速，調速精度大大提高4電機正反向無需通過接觸器切換5非常方便接入通訊網絡控制，實現生產自動化控制變頻調速的優勢（與其它交流電機調速方式對比）變頻器基礎知識—變頻器及其特點變頻器序號優點1平滑軟啟動，降61變頻器基礎知識—變頻調速的發展歷程電機控制算法功率半導體技術V/F控制SCRGTOGTR矢量控制IGBT計算機技術單片機DSP

IGBT大容量化更高速率和容量如：矩陣式變頻器大功率傳動使用變頻器，體積大，價格高未來發展方向完美無諧波PWM技術SPWM技術PWM優化新一代開關技術無速度矢量控制電流矢量V/F70年代80年代60年代90年代高速DSP專用芯片00年代超靜音變頻器開始流行解決了GTR噪聲問題變頻器性能大幅提升大批量使用，取代直流算法優化更大容量更高開關頻率PWM技術空間電壓矢量調制技術變頻器體積縮小，開始在中小功率電機上使用變頻器基礎知識—變頻調速的發展歷程電機控制功率半V/F控制S62變頻器基礎知識—變頻器分類供電電源低壓220V/1PH、220V/3PH、380V/3PH高壓3000、6000、10000V/3PH控制算法通用內置V/F控制方式，簡單，性能一般高性能內置矢量控制方式，復雜，高性能變換方法（拓樸結構）交直交電壓型（儲能環節為電解電容）電流型(儲能環節為電抗器）交交無儲能環節注：交直交電壓型變頻器因結構簡單，功率因素高，目前廣泛使用常用設計功率在315KW變頻器基礎知識—變頻器分類供電電源低壓220V/1PH、2263變頻器基礎知識—簡要工作原理～整流部分儲能環節逆變部分M控制系統交流交流低壓交直交通用變頻器系統框圖直流直流交流整流器：將交流電變換成直流的電力電子裝置，其輸入電壓為正弦波，輸入電流非正弦，帶有豐富的諧波逆變器：將直流電轉換成交流電的電力電子裝置，其輸出電壓為非正弦波，輸出電流近似正弦變頻器基礎知識—簡要工作原理～整流部分儲能環節逆變部分M控制64變頻器基礎知識—簡要工作原理單相逆變電路工作原理S1S4S2S3EdU1S1,S3導通S2,S4導通S1,S3導通S2,S4導通S1,S3導通S2,S4導通f1f2EdU1逆變器的功能：通過改變開關管導通時間改變輸出電壓的頻率通過改變開關管導通順序改變輸出電壓的相序變頻器基礎知識—簡要工作原理單相逆變電路工作原理S1S4S265變頻器基礎知識—簡要工作原理S1S4S5S2S3S6UVEdW561UUVUVWUVW612123234345456561612三相逆變電路Ed缺點：輸出電壓的諧波分量太大電機諧波損耗增加，發熱嚴重甚至燒壞電機轉矩脈動較大，低速運行時影響轉速的平穩直到從通信技術中采用PWM調制才大大的緩解了以上問題電機變頻器基礎知識—簡要工作原理S1S4S5S2S3S6UVEd66變頻器基礎知識—簡要工作原理SPWM調制載波PWM（PulseWidthModuration）調制PWM調制是：利用半導體開關器件的導通和關斷把直流電壓調制成電壓可變、頻率可變的電壓脈沖列。SPWM調制是：采用三角波和正弦波相交獲得的PWM波形直接控制各個開關可以得到脈沖寬度和各脈沖間的占空比可變的呈正弦變化的輸出脈沖電壓電壓，能獲得理想的控制效果：輸出電流近似正弦載波頻率必須高，才能保證調制后得到的波形與調制前效果相同GTR變頻器由于開關頻率太低，電機噪聲較大，IGBT有效的解決了這個問題變頻器基礎知識—簡要工作原理SPWM調制載波PWM（Puls67變頻器基礎知識—控制算法交流調速的控制核心是：只有保持電機磁通恒定才能保證電機出力，才能獲得理想的調速效果V/F控制－－－－簡單實用，性能一般，使用最為廣泛只要保證輸出電壓和輸出頻率恒定就能近似保持磁通保持恒定例:對于380V50Hz電機，當運行頻率為40HZ時，要保持V/F恒定，則40HZ時電機的供電電壓:380×（40/50)＝304V低頻時，定子阻抗壓降會導致磁通下降，需將輸出電壓適當提高矢量控制－－－性能優良，可以與直流調速媲美，技術成熟較晚模仿直流電機的控制方法，采用矢量坐標變換來實現對異步電機定子勵磁電流分量和轉矩電流分量的解耦控制，保持電機磁通的恒定，進而達到良好的轉矩控制性能，實現高性能控制。性能優良，控制相同復雜，直到90代計算機技術迅速發展才真正大范圍使用變頻器基礎知識—控制算法交流調速的控制核心是：矢量控制－－－68變頻器基礎知識—控制算法項目通用變頻器高性能變頻器控制算法V/F控制＋轉矩提升同步機異步機控制算法基本相同開環矢量控制（無速度傳感器矢量控制）閉環矢量控制（有速度傳感器矢量控制）異步機和同步機需要不同的控制算法調速范圍<1:401:100（開環矢量),1:1000(閉環矢量)啟動轉矩無要求180%0.5Hz（開環矢量)，200%0速(閉環矢量)穩速精度與轉差有關（2-3%)0.5%(開環矢量)，0.05%(閉環矢量)轉矩控制無有控制算法簡單復雜電機參數不依賴電機參數，支持同時驅動不同類型不同功率的電機電機參數對控制性能的影響較大，一般只能驅動一臺電機變頻器基礎知識—控制算法項目通用變頻器高性能變頻器控制算法V69變頻器基礎知識—變頻器關鍵技術指標輸入側額定工作電壓：給變頻器供電的額定工作電壓，各國家不完全一樣。中國是220V/單相/50HZ或380V/3相/50HZ電壓允許波動：限制變頻器的最高和最低工作電壓，避免損壞變頻器當電壓超過最高值時變頻器并沒有保護能力頻率波動范圍：50/60Hz±5％輸出側

額定輸出電壓：變頻器的最大輸出電壓，由額定工作電壓決定額定電流：變頻器能夠長期輸出的最大電流過載能力：變頻器的輸出電流允許超過額定電流的倍數和時間，由逆變模塊決定最大輸出頻率：變頻器能夠輸出的最大工作頻率頻率精度：輸出頻率的準確度（相對于設定頻率）頻率分辯率：指給定運行頻率的最小改變量防護等級IP20(不防水）

變頻器基礎知識—變頻器關鍵技術指標輸入側70變頻器的構成—實用原理框圖14325678適用于小功率（<5.5KW)適用于中大功率(5.5KW以上）變頻器的構成—實用原理框圖14325678適用于小功率（<571類別作用主要構成器件主回路整流部分1將工頻交流變成直流，輸入無相序要求整流橋逆變部分2將直流轉換為頻率電壓均可變的交流電，輸出無相序要求IGBT制動部分3/4消耗過多的回饋能量，保持直流母線電壓不超過最大值單管IGBT和制動電阻,大功率制動單元外置上電緩沖6降低上電沖擊電流，上電結束后接觸器自動吸合，而后變頻器允許運行限流電阻和接觸器儲能部分5保持直流母線電壓恒定，降低電壓脈動電解電容和均壓電阻控制回路鍵盤7對變頻器參數進行調試和修改，并實時監控變頻器狀態MCU(單片機）控制電路8交流電機控制算法生成，外部信號接收處理及保護DSP(或兩個MCU）變頻器的構成—實用原理框圖類別作用主要構成器件主整流部分1將工頻交流變成直流，輸入無相72類別作用結構件散熱器將整流橋、逆變器產生的熱量散發出去溫度傳感器檢測散熱器溫度，確保模塊工作在允許溫度環境下風扇配合散熱器，將變頻器內部的熱量帶走，有直流風扇（24V)和交流風扇兩種變頻器的構成—實用原理框圖類別作用結構件散熱器將整流橋、逆變器產生的熱量散發出去溫度傳73變頻器的構成—用戶接口主回路接口控制回路接口模擬量輸入模擬量輸出通訊接口控制回路接口開關量輸入開關量輸出編碼器接口變頻器的構成—用戶接口主回路接口控制回路接口控制回路接口74變頻器的構成—主回路接口工頻電網輸入380V3PH/220V3PH220V1PH制動電阻直流電抗器三相交流電機變頻器的構成—主回路接口工頻電網輸入制動電阻直流電抗75變頻器的構成—控制回路接口接口類型主要特點主要功能開關量輸入無源輸入，一般由變頻器內部24V供電，啟/停變頻器，接收編碼器信號、多段速、外部故障等信號或指令開關量輸出集電極開路輸出、繼電器輸出變頻器故障、就緒、達速等，參與外部控制模擬量輸入0-10V/4-20mA頻率給定/PID給定、反饋，接收來自外部的給定或控制模擬量輸出0-10V/4-20mA運行頻率、運行電流的輸出，用于外界顯示儀表和外部設備控制脈沖輸出PWM波輸出功能同模擬量輸出（只有個別變頻器提供）通訊口RS485/RS232組網控制以上端子均可自由編程變頻器的構成—控制回路接口接口類型主要特點主要功能開關量輸入76變頻器保護功能由于變頻器大量的使用了各種半導體器件，如整流橋、IGBT、電解電容等，要想保證變頻器長期穩定工作，則必須保證各器件工作在其允許條件下。超出條件則必須立刻或延時停止變頻器工作，待異常條件消失后才能重新開始工作，如保護失效或動作延遲將導致變頻器出現不可恢復性損害。保護類型原因缺相輸入缺相輸入電壓值相差超過允許值輸出缺相輸出電流三相不平衡過流加速/減速/恒速超過變頻器允許的最大電流（2倍額定）過載超過變頻器允許的過載范圍過壓加速/減速/恒速直流母線電壓超過允許值過熱散熱器溫度超過允許值欠壓電網電壓過低變頻器保護功能由于變頻器大量的使用了各種半導體器件，如整77EMERSON公司產品情況—主回路關鍵器件IGBT驅動電路過流保護過熱保護欠壓保護IPM（智能功率模塊）PIM（功率集成模塊）目前以IGBT和PIM使用較多EMERSON公司產品情況—主回路關鍵器件IGBT驅動電路78EMERSON公司產品情況—控制回路關鍵器件DSP－電機控制專用CPUTI公司產品實時控制，快速處理數據同一機器周期同時處理多條指令CPLD－大規模可編程邏輯振列，XILINX產品系統邏輯構成和保護電路簡化數字邏輯MCU－單片機ATMEL公司產品顯示與鍵盤

機器時鐘MCUDSP指令1指令2指令3指令4指令1指令2指令3指令4指令5指令6指令7指令8EMERSON公司產品情況—控制回路關鍵器件DSP－79功能介紹啟動方式從啟動頻率啟動變頻器輸出由0直接變化為啟動頻率對應的交流電壓，而后在此基礎上按照加速曲線逐步提高輸出頻率和輸出電壓直到設定頻率到達。注：啟動頻率不宜過大，否則會造成啟動沖擊或過流先制動后從啟動頻率再啟動變頻器先給電機通脈沖直流，使電機保持在停止狀態，然后再按照從啟動頻率方式直接啟動。注：一般應用在負載初始狀態不確定的場合轉速跟蹤啟動

直接將正在自由旋轉的電機或負載由當前速度驅動到預定速度注：非常適用于水泵的工頻變頻切換或重要設備的異常停機后的快速恢復功能介紹啟動方式從啟動頻率啟動80功能介紹停車方式減速停車變頻器接到停止命令后按照減速時間對應曲線逐漸減小輸出頻率，到0后停機。注：這種方式最常用，當直流母線電壓過高時會自動啟動能耗制動，此時需配置制動單元，否則會報減速過電壓自由停車變頻器接到運行停止命令后，立刻中止輸出，負載靠自然阻力停止。注：變頻器故障時的停車方式就是自由停車減速＋直流制動停車變頻器接到運行停止命令后，按照減速時間對應曲線逐漸減少輸出頻率，當到達某一預設頻率，即開始直流制動（通脈沖直流）停車，防止電機爬行注：對于大慣量負載或有定位要求的場合非常適用功能介紹停車方式減速停車81加減速時間（S/min)頻率時間Fmax－最大輸出頻率加速時間減速時間功能介紹加減速時間（S/min)頻率時間Fmax－最大輸出頻率加速82點動注：一般在調試時使用，如：確定運轉方向、反向倒車等功能介紹點動注：一般在調試時使用，如：確定運轉方向、反向倒車等功能介83功能功能簡介控制算法交流電機的控制方案，包括V/F控制、增強V/F控制、矢量控制多段速用外部端子組合選擇多個內部已預設的頻率作為運行頻率內置PID閉環控制必選功能PLC運行由用戶自由編程的多段定時自動變速功能加減速曲線確定目標設備的加減速時間，有直線和S曲線兩種跳躍頻率為避免機械諧振特設的變頻器不能長期穩定運行的指定頻率帶AVR根據電網電壓自動調整輸出電壓自動限流電流超過預設值后變頻器自動調整輸出頻率和電壓防止跳閘過壓失速加減速過程中直流母線電壓過高后變頻器自動停止加減速過流失速加減速過程中電流超過預設值后變頻器自動停止加減速轉速跟蹤直接將正在自由旋轉的電機由當前速度驅動到預定速度載頻自動調整變頻器根據噪聲和自身溫度自動調整載頻到最佳值音調調整改變電機發出的聲音以適應現場要求功能介紹功能功能簡介控制算法交流電機的控制方案，包括V/F控制、增強84定義由于不同客戶對變頻器都有各自獨特的要求，鑒于成本和體積，不可能把這些功能全部做到變頻器中去，因此變頻器廠家將這些常用的功能分類做成獨立于變頻器并能和變頻器配合使用的可選配設備分類調試－－－－－LCD鍵盤，中文顯示抑制電網諧波－－交流輸入電抗器，直流電抗器、輸入濾波器抑制輸出諧波－－交流輸出電抗器、輸出濾波器快速剎車用－－－－－制動單元、制動電阻，兩者必須配合使用通訊選配件－－－PROFIBUS等總線適配器選配件定義選配件85選配件交流輸入電抗器/直流電抗器作用高次諧波電流抑制抑制合閘等浪涌電壓，保護變頻器的輸入電路抑制變頻器上電時的尖峰電流抑制三相電壓不平衡對變頻器產生的影響（交流輸入電抗器效果最好）提高功率因素（交流輸入電抗器：0.9，直流電抗器：0.95），提高供電變壓器的利用率注：EV200075G以上變頻器產品標準配置直流電抗器交流輸出電抗器作用高次諧波電流抑制漏電流抑制降低電機噪聲選配件交流輸入電抗器/直流電抗器作用86選配件制動單元型號適配制動電阻適配變頻器備注：TDB-4C01-0150TDB-R01-0015-0400<22KW超過90KW，請用TDB-4C01-0550KW制動單元直接并聯TDB-4C01-0300TDB-R01-0030-020030KW/37KWTDB-4C01-0550TDB-R01-0050-010055KW/75KW項目TDB-4C01-□□□□輸入電壓及波動范圍560V直流（－50％～50％）動作電壓660V和710V（出廠）制動使用率四種，通過撥碼選擇，10％（出廠）/25%/75%/100%最大持續使用時間10s環境環境溫度-