变频器基本原理讲座
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速度
VT特性曲线
转矩
A 100%
变转矩曲线 (VT)
速度(RPM)
变频器的基本功能 和可选功能
斜坡上升/下降
基本功能
改变速度 启动/停止
维持速度 自由趟车
限制保护
启动/停止
•三线启/停采用按钮
启动绿接18号端子 停止红接19号端子
•二线启/停采用开关
接18号端子
•启/停也可通过操作面板实 现
制动 负载维持
夹持 点动 改变方向
负载维持功能
冷却塔 第二泵
冷却器 第一泵
变频器跟踪监视
1. 电流 2. 电压 3. 频率 4. 功耗
估计负载，优化
运行速度
制动功能
•由于惯性大，传送带的停止过程 要比设定的时间长 •电机运行处在发电机状态，电机速度比同 步转速快 •能量反馈到电机 •变频器会报过电压报警 •电机随后处在自由趟车状态
变频器的不同名称
•可调频率驱动器 Adjustable Frequency Drive (AFD) •频率转换器 Frequency Converter (FC) •可变频率驱动器 Variable Frequency Drive (VFD) •逆变器 Inverter (to most motor manufactures) •可变速度驱动器 Variable Speed Drive •可调速度驱动器 Adjustable Speed Drive
n =n0 -S
三相交流电动机机械特性
P轴 = K × U × I P =Mn
三相交流电动机机械特性
转矩
M最大
M启动
100%
A
Synchronous Speed
速度(RPM)
电机负载特性及应用实例
恒转矩（CT)
恒功率（CP)
变转矩（VT)
转矩-速度曲线和负载曲线
电机
速度 转 矩
应用对象 转 矩
•F 安培力 •B 磁感应强度 •I 电流 •L 导体长度
电动机原理
左手定则
磁场
电动机组成及运行原理
定子
转子
电动机运行原理
磁通 轴
旋转磁场 旋转导条
三相交流电动机旋转磁场和同步转速
n 60f p
n0 60f p
•n0 同步转速 rpm •f 频率 Hz •p 电机极对数
S=n0 -n
•S 滑差 •n 轴转速
•通常情况下只需要 200gpm就可以维 持提水站的工作要 求。泵控制采用
ON/OFF策略,用液 位开关提供通/断信 号
•ON/OFF策略造成 泵过度磨损
•每次启动都有5-7倍 电流
浪费 能量
需要的 能量
安装阀门控制
•传统的办法是在泵 下游安装阀
结果 •控制了流量 •泵全速工作 •压力上升
安装变频器
改变方向
变频器有此功能，无需接触 器。 实现方法：
•改变参数，将运行方向改成双向 •连接12号和19号端子（出厂设定为 反转）
制动功能
解决方案：
1. 采用带有制动单元的变频器，制动 单元连接制动电阻，电能转化成热 能释放。
2. 向交流电机注入直流电会产生制动 力
3. 直流母线并联，实现负载共享是另 一种解决方案
4. 交流制动
夹持功能-提升机
传统的方法是采用机械抱闸， 主要确点是变速箱的齿轮易 磨损，甚至断裂。过程不是 平稳的。
速度
速度
物料传送带
转 矩
功 率 启动转矩大，静态时恒转矩运行。
速度 速度
轧辊
n v
n
• 轧辊，转矩正比于速度
转 矩
速度 功 率
速度
离心泵
转 T∝n2 矩
速度
功 P∝n3 率
离心机，离心泵转矩正比于 速度平方
速度
变频器对传送带的控制
转矩
100%
恒转矩曲线
额定转矩 同步转速
速度(RPM)
CT特性的例子
节约 能量 需要 能量
•液位传感器监视水位， 信号送给变频器 变频器控制泵电机速度 •工作在新的位置 •同时改善性能和效率
控制流量的好处
•节约能量和资金 •延长设备使用寿命
电磁感应原理(发电机原理)
e N dΦ dt
•Ф 磁通量 •e 感应电动势 •N 线圈匝数
右手定则
磁场
切割磁力线
F= B×I×L
变频器监视电机转矩和电流
自由趟车
自由趟车的触发
自由停车触发两种途径
•人为方式，断开27号端子和 12号间的连接
•变频器过载或过压，跳闸以保护 变频器
速度维持
为了保持电机在恒定的速度上运行， 变频器会根据负载 轻重补偿频率，象传送带那样，无 论箱包多少，轻重如何，传送带以 设定的速度运行。
可选功能
为什么要用
？
变频器
用市电供电的电机驱动
应用对象
由变频器供电的电机驱动
应用对象 输出
变频器应用——提水站
假定每小时1英寸 的雨水对应的最大 流量是360gpm
•泵曲线显示了压力和流量的关系 •系统曲线显示了系统的要求 •设计的工作点显示了最大的系统要求下的最大流量要求
按1英寸/小时雨水设计
• 设定举例
上升时间
1. 最高频率50HZ 2. 上升时间 20 秒 3. 频率设定25HZ
实际上升时间：20×（25/50）=10秒
限制保护
电流
限制保护作用
•保护电机和变频器 •安全考虑
速度
转矩
反馈值
转矩极限和电流极限
如果象传送带这样的装 置由于负载过重或其他 原因，超过了转矩极限 和电流极限，变频器就 会跳闸，避免事故发生。
•通讯方式
速度设定和改变
改变速度设定方法
•电位器 •电压 •电流 •通讯 •脉冲列
•也可通过操作面板实现
速度改变的例子-传送带，水泵
斜坡/上升，下降
在启动和停止的过程中， 速度急剧变化会造成物体失去 平衡，解决办法采用 斜坡升，降曲线
斜坡：上升/下降时间
速度
参考值 时间
பைடு நூலகம்
下降时间
• 上升/下降时间的设定 以最高频率为基准
夹持功能-提升机
采用变频器方案
•首先变频器速度降至零，然后制 动。 •过程平稳，齿轮不会磨损和断裂 •变频器在0速时有160%制动转矩 •在0速时，电机仍有电流流过， 产生热量，由于风扇停止，热量 难以散发。 •短期使用 •如果需要较长时间制动，仍需使 用机械制动
改变方向
改变方向
传统的方法：
•改变电机三相输入中 任意两相的接线即可 •通常通过继电器-接触器 实现
•搅拌机 •提升机 •电梯 •灌瓶机 •传送带 •送料机 •螺杆压缩机
转矩短时可达160%
转矩
160%
最大转矩
恒转矩曲线
A
100%
速度(RPM)
CP特性曲线
转矩(T)
100%
恒转矩
恒功率
基频
高频
速度(RPM)
CP特性应用实例
CP 特性
转矩
1800rpm
2400rpm 3000rpm 3600rpm
VT特性曲线
转矩
A 100%
变转矩曲线 (VT)
速度(RPM)
变频器的基本功能 和可选功能
斜坡上升/下降
基本功能
改变速度 启动/停止
维持速度 自由趟车
限制保护
启动/停止
•三线启/停采用按钮
启动绿接18号端子 停止红接19号端子
•二线启/停采用开关
接18号端子
•启/停也可通过操作面板实 现
制动 负载维持
夹持 点动 改变方向
负载维持功能
冷却塔 第二泵
冷却器 第一泵
变频器跟踪监视
1. 电流 2. 电压 3. 频率 4. 功耗
估计负载，优化
运行速度
制动功能
•由于惯性大，传送带的停止过程 要比设定的时间长 •电机运行处在发电机状态，电机速度比同 步转速快 •能量反馈到电机 •变频器会报过电压报警 •电机随后处在自由趟车状态
变频器的不同名称
•可调频率驱动器 Adjustable Frequency Drive (AFD) •频率转换器 Frequency Converter (FC) •可变频率驱动器 Variable Frequency Drive (VFD) •逆变器 Inverter (to most motor manufactures) •可变速度驱动器 Variable Speed Drive •可调速度驱动器 Adjustable Speed Drive
n =n0 -S
三相交流电动机机械特性
P轴 = K × U × I P =Mn
三相交流电动机机械特性
转矩
M最大
M启动
100%
A
Synchronous Speed
速度(RPM)
电机负载特性及应用实例
恒转矩（CT)
恒功率（CP)
变转矩（VT)
转矩-速度曲线和负载曲线
电机
速度 转 矩
应用对象 转 矩
•F 安培力 •B 磁感应强度 •I 电流 •L 导体长度
电动机原理
左手定则
磁场
电动机组成及运行原理
定子
转子
电动机运行原理
磁通 轴
旋转磁场 旋转导条
三相交流电动机旋转磁场和同步转速
n 60f p
n0 60f p
•n0 同步转速 rpm •f 频率 Hz •p 电机极对数
S=n0 -n
•S 滑差 •n 轴转速
•通常情况下只需要 200gpm就可以维 持提水站的工作要 求。泵控制采用
ON/OFF策略,用液 位开关提供通/断信 号
•ON/OFF策略造成 泵过度磨损
•每次启动都有5-7倍 电流
浪费 能量
需要的 能量
安装阀门控制
•传统的办法是在泵 下游安装阀
结果 •控制了流量 •泵全速工作 •压力上升
安装变频器
改变方向
变频器有此功能，无需接触 器。 实现方法：
•改变参数，将运行方向改成双向 •连接12号和19号端子（出厂设定为 反转）
制动功能
解决方案：
1. 采用带有制动单元的变频器，制动 单元连接制动电阻，电能转化成热 能释放。
2. 向交流电机注入直流电会产生制动 力
3. 直流母线并联，实现负载共享是另 一种解决方案
4. 交流制动
夹持功能-提升机
传统的方法是采用机械抱闸， 主要确点是变速箱的齿轮易 磨损，甚至断裂。过程不是 平稳的。
速度
速度
物料传送带
转 矩
功 率 启动转矩大，静态时恒转矩运行。
速度 速度
轧辊
n v
n
• 轧辊，转矩正比于速度
转 矩
速度 功 率
速度
离心泵
转 T∝n2 矩
速度
功 P∝n3 率
离心机，离心泵转矩正比于 速度平方
速度
变频器对传送带的控制
转矩
100%
恒转矩曲线
额定转矩 同步转速
速度(RPM)
CT特性的例子
节约 能量 需要 能量
•液位传感器监视水位， 信号送给变频器 变频器控制泵电机速度 •工作在新的位置 •同时改善性能和效率
控制流量的好处
•节约能量和资金 •延长设备使用寿命
电磁感应原理(发电机原理)
e N dΦ dt
•Ф 磁通量 •e 感应电动势 •N 线圈匝数
右手定则
磁场
切割磁力线
F= B×I×L
变频器监视电机转矩和电流
自由趟车
自由趟车的触发
自由停车触发两种途径
•人为方式，断开27号端子和 12号间的连接
•变频器过载或过压，跳闸以保护 变频器
速度维持
为了保持电机在恒定的速度上运行， 变频器会根据负载 轻重补偿频率，象传送带那样，无 论箱包多少，轻重如何，传送带以 设定的速度运行。
可选功能
为什么要用
？
变频器
用市电供电的电机驱动
应用对象
由变频器供电的电机驱动
应用对象 输出
变频器应用——提水站
假定每小时1英寸 的雨水对应的最大 流量是360gpm
•泵曲线显示了压力和流量的关系 •系统曲线显示了系统的要求 •设计的工作点显示了最大的系统要求下的最大流量要求
按1英寸/小时雨水设计
• 设定举例
上升时间
1. 最高频率50HZ 2. 上升时间 20 秒 3. 频率设定25HZ
实际上升时间：20×（25/50）=10秒
限制保护
电流
限制保护作用
•保护电机和变频器 •安全考虑
速度
转矩
反馈值
转矩极限和电流极限
如果象传送带这样的装 置由于负载过重或其他 原因，超过了转矩极限 和电流极限，变频器就 会跳闸，避免事故发生。
•通讯方式
速度设定和改变
改变速度设定方法
•电位器 •电压 •电流 •通讯 •脉冲列
•也可通过操作面板实现
速度改变的例子-传送带，水泵
斜坡/上升，下降
在启动和停止的过程中， 速度急剧变化会造成物体失去 平衡，解决办法采用 斜坡升，降曲线
斜坡：上升/下降时间
速度
参考值 时间
பைடு நூலகம்
下降时间
• 上升/下降时间的设定 以最高频率为基准
夹持功能-提升机
采用变频器方案
•首先变频器速度降至零，然后制 动。 •过程平稳，齿轮不会磨损和断裂 •变频器在0速时有160%制动转矩 •在0速时，电机仍有电流流过， 产生热量，由于风扇停止，热量 难以散发。 •短期使用 •如果需要较长时间制动，仍需使 用机械制动
改变方向
改变方向
传统的方法：
•改变电机三相输入中 任意两相的接线即可 •通常通过继电器-接触器 实现
•搅拌机 •提升机 •电梯 •灌瓶机 •传送带 •送料机 •螺杆压缩机
转矩短时可达160%
转矩
160%
最大转矩
恒转矩曲线
A
100%
速度(RPM)
CP特性曲线
转矩(T)
100%
恒转矩
恒功率
基频
高频
速度(RPM)
CP特性应用实例
CP 特性
转矩
1800rpm
2400rpm 3000rpm 3600rpm