变频器(培训讲稿)

变频器简介一、变频器的概念变频器（英文简称VVVF）是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。二、变频器的基本构成•变频器的基本构成如上图所示，由主回路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成。三、变频器的调速原理•电动机的转速：n=60f(1-s)/p•其中n为转速，f为频率，s为滑差率，p为电机的极对数。•交流电机转速的方法有三种即：1)变频调速2)变极调速3)变转差率调速其中变转差率调速主要包括调压调速、串极调速和滑差电机调速，这些调速方式调速范围窄、效率低，对电网污染较大，不能满足交流调速应用的广泛需求。而电机的极数一般是不变的，因此变频调速是一个最好的选择。三、变频器的种类按直流电源的性质分类电流型变频器电压型变频器按输出电压调节方式分PAM方式PWM方式调载波频率的PWM方式V/f控制转差频率控制矢量控制按主开关器件分类：如以IGBT、BJT、GTO和SCR分类按控制方式分类四、变频器的优点•1、平滑软启动，降低启动冲击电流，减少变压器占有量，确保电机安全。•2、在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度。•3、无级调速，调速精度大大提高。•4、电机正反向无需通过接触器切换。•5、非常方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制。五、变频器的应用变频器除了可以用来改变交流电源的频率之外，还可以用来改变交流电动机的转速和扭矩。变频器广泛应用于机械、石化、水泥、纺织、印染、造纸、塑胶、供水等行业的各级变速驱动装置。1、OMRON变频器应用（以3G3MZ为例）•1）涤纶短丝纤维纺织机应用通过DeviceNet现场总线通信，3G3MZ可以实现多台变频器与上位机的通信，纺织机的各个工序能轻松实现工艺要求。2）远距离操作应用3G3MZ的操作器可以轻松拆卸，再加上一根电缆即自由移出或安装在控制盘上。•3）送风机信号叠加应用3G3MZ可以轻松实现2路信号的叠加，从而实现远程/本地设备操作的无缝切换。4）恒压供水系统应用通过内置的PID，无需再另外加控制器。六、变频器的型号和接线说明以OMRON的3G3MZ变频器为例型号说明3G3MZ-A□□□□□□□系列名无3G3MZZV2(制动单元全型内置）002:0.2KW015:1.5KW055:5.5KW004:0.4KW022:2.2KW075:7.5KW007:0.75KW037:3.7KW110:11KWB:单相AC200V（200V级）2:三相AC200V（200V级）4:三相AC400V（400V级）保护构造：柜内安装型（IP20）/挂壁安装型•接线说明七、变频器的主要品牌•1、国产变频器：ACI变频器、Qma变频器、TE变频器、阿尔法变频器、安邦信变频器、安圣变频器、百德福变频器、贝西变频器、……•2、台湾变频器：爱德利变频器、东达变频器、东力变频器、台达变频器、东菱变频器、富华变频器、凯奇变频器、利佳变频器、……•3、日本变频器：欧姆龙变频器、富士变频器、安川变频器、东芝变频器、松下变频器、三菱变频器、日立变频器、三垦变频器、……•4、韩国变频器：LG变频器、大宇变频器、三星变频器、现代变频器•5、美国变频器：AB变频器、EMERSON、艾默生变频器、安萨尔多变频器、罗宾康变频器•6、西欧变频器：ABB变频器、西门子变频器、施耐德变频器、丹佛斯变频器、科比变频器、G.E.变频器、BARMAG、CT变频器、……•欧姆龙变频器系列：D&A、SYS、IND•D&A系列：3G3MZ：开环矢量0.2~11kW。3G3JV：简易小型变频器，0.1~3.7kW3G3MV：0.1~7.5kW（开环矢量控制）3G3RV：0.4~160kW高性能通用变频，可以实现闭环矢量。3G3EV：简单紧凑型，输入电源为3相AC200V、单/三相AC200V、单相AC110V等。•西门子变频器系列：MM4、G110、LD、BA•MM4系列：MM410：0.12至0.75kW“廉价型”MM420：0.12至11kW“通用型”MM430：7.5至250kW“风机和水泵专用型”Altivar440：0.12至250kW适用于一切传动装置的(0.16至300HP)“矢量型”•富士变频器系列：E1S、G11、MULTI、OPTION、VP、P11、MINI、P11S、G11S、VG7FUJI变频器的返修率低，质量可靠。有恒力矩用变频以及风机水泵用变频器。FRENIC-VP:风机水泵专用变频器，型号为FRN**F1S-2/4C,范围为0.75~220kW•施耐德变频器系列：VSD_S、VSD_E、TEVSDS6106、TEVSDS7106、TEVSDS3106ATV31：适用于0.18至15kW的三相异步电动机，变频器体积减小，并且集成了EMC滤波器。集成Modbus和CANopen通讯方便连接至自动化系统。典型运用旋切机。ATV21/61：风机水泵类，如暖通、恒压供水等Altivar61：0.37至630kWAltivar21：0.75至30kWATV71：0.75至500kW高性能，几乎可以用于所以场合，可以实现无速度反馈的矢量控制和有速度反馈的矢量控制。•台达变频器系列：INV、HMI•三菱变频器系列：INV、PLC•ABB变频器系列：ABBV、PLC1、控制方式的选择通用性变频器基本的几种控制方式：•V/F：可以设置为一次方和二次方两种控制方式（一般在使用在不会在低速运行、风机水泵类等负载）八、变频器的选型•FCC:Fluxcurrentcontrol（磁通电流控制）控制系统内部有一精确的电流监控系统，可以精确测量参考电机电压的输出电流。因此，可以把总的输出电流分解为磁通分量和转矩分量。磁通分量可控，因此电机的磁通可以优化，适合各种应用场合。其控制性能很高，一般使用在电梯等场合。•SLVC:sensorlessvectorcontrol(无速度传感器的矢量控制)矢量控制需观测转子位置及磁通,才可以把电流分解为两部分,再分别控制。无速度传感器的矢量控制可以自己计算出磁通位置，使用范围广。•矢量控制：能够独立控制异步电动机的磁场分量和转矩分量，以便得到精确的转矩和电源输出控制。调节器，逻辑控制回路和整流桥触发电路电枢回路磁场回路电枢磁场转矩电流磁场电流直流驱动3相交流输入调节器，逻辑控制回路和整流桥触发电路逆变器定子绕组磁场和转矩电流交流驱动3相交流输入2、变频器的功率•电机的功率是最主要的选型依据，同时要注意使用所在地的海拔高度，以及使用环境温度。•海拔越高，则功率要适当放大，大部分的变频器不允许在3000m海拔的地方使用，在1000m海拔下使用不必要放大功率，1000米的则每升高100米则功率放大2%左右。•现场的环境温度越高也需要适当放大功率使用，变频器一般不允许在60度的环境使用，50度一般不需要考虑放大功率，当50度，每升高1度则需要放大2%左右的功率。3、外围设备的选型•1）电抗器：电抗器分为进线（输入）电抗器和输出电抗器两种，主要作用有：A、提高功率因素B、限制尖峰电流产生高次谐波的不良影响C、降低噪音（输出电抗器）•在以下情况需加电抗器：A、主电源受到严重干扰或过电压B、主电源的相间电压不平衡度大于额定电压的1.8％C、变频器的进线阻抗非常低D、同一条线路上连接多台变频器•2）滤波器：滤波器一般称为信号滤波器，同样分为输入滤波器和输出滤波器两种，安装位置不同以外，功能均为抑制变频器本身产生的噪声信号，降低对周围电器设备的干扰影响，一般控制设备如PLC或者仪表安装在附件的时候建议配置。•3）制动电阻＋制动单元：用于释放紧急停车时变频器出线端产生的再生电，一般在行车中的卷扬中、大惯性需要在短时间内停止等场合要使用。•4）速度闭环卡：当需要进行编码器速度闭环的时候，需要选购速度闭环卡。一般在需要有精确速度控制的场合使用，还有矢量变频器需要在0转速输出满力距的时候也需要使用。•5）其他附件，如通讯卡，I/O卡，编码器反馈卡等等•选型举例1（富士）要求选择一风机水泵类的变频器，功率为220kW•选型举例2（欧姆龙）要求旋切机上使用，功率5.5kW4、变频器选型注意事项：•1)根据负载特性选择变频器。•2)选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。另外,应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使电动机的功率因数和效率变坏。•3)变频器若要长电缆运行时，此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。•4)对于一些特殊的应用场合，如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等，此时会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。•5)当变频器用于控制并联的几台电机时，一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。•6)使用变频器控制高速电机时，由于高速电动机的电抗小，会产生较多的高次谐波。而这些高次谐波会使变频器的输出电流值增加。因此，选择用于高速电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器稍大一些。•7)变频器用于变极电动机时，应充分注意选择变频器的容量，使其最大额定电流在变频器的额定输出电流以下。•8)驱动防爆电动机时，变频器没有防爆构造，应将变频器设置在危险场所之外。•9)使用变频器驱动齿轮减速电动机时，使用范围受到齿轮转动部分润滑方式的制约。•10)变频器驱动绕线转子异步电动机时，大多是利用已有的电动机。绕线电动机与普通的鼠笼电动机相比，绕线电动机绕组的阻抗小。•11)对于压缩机、振动机等转矩波动大的负载和油压泵等有峰值负载情况下，如果按照电动机的额定电流或功率值选择变频器的话，有可能发生因峰值电流使过电流保护动作现象。•12)变频器驱动潜水泵电动机时，因为潜水泵电动机的额定电流比通常电动机的额定电流大,所以选择变频器时，其额定电流要大于潜水泵电动机的额定电流。•13)选择变频器时，一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。•16)单相电动机不适用变频器驱动。•17)电机负载非常轻时，即使电机负载电流在变频器额定电流之内，亦不能使用比电机容量小很多的变频器。•18)如果变频器的供电电源是自备电源，最好加上进线电抗器。九、PID控制•1、自动调节的控制过程本文的所谓自动调节控制，是指在生产过程中，对于某一个或若干个物理量进行自动调节的控制。在多数情况下，常常是恒值控制，如恒压控制、恒温控制等。•2、PID控制系统的含义与构成(1)PID调节的含义PID调节的全称是比例、积分、微分调节，是闭环控制中一种重要的调节手段，目的是使被控物理量迅速而准确地无限接近于控制目标。从根本上说，是使空气压缩机产生压缩空气的能力(在本系统中，取决于电动机的转速nM)和用户用气量之间保持平衡。(2)PID调节的控制信号在实行PID调节时，必须至少有两种控制信号:目标信号通常也称为目标值或目标给定信号,是与被控物理量的控制目标(如图中之pT)对应的信号,用XT表示。在图中,XT的大小由电位器RP根据实际要求给定,接至变频器的给定输入端VRF(当变频器的PID功能有效时,VRF端的作用将自动地由原来的频率给定转变为目标值给定);反馈信号也称为当前值，是通过传感器SP测得的与被控物理量的实际值对应的信号，用XF表示，接至变频器的反馈输入端VPF。PID调节功能将随时对XF与XT进行比较，以判断是否已经达到预定的控制目标。具体地说，它将根据两者的差值(XT-XF)，利用比例(Ｐ)、积分(Ｉ)、微分(Ｄ)的手段对被控物理量进行调整，直至反馈信号与目标信号基本相等(XT≈XF)，达到预定的控制目标为止。•3、P(比例)、I(积分)、D(微分)的控制作用(1)比例控制为了减小静差，应尽量增大比例增益，但由于系统有惯性，因此，KP太大了，当XF随着用户用气量的变化而变化时，XG＝KP(XT-XF)有可能一下子增大(或减小)了许多，使变频器的输出频率很容