变频器基本知识及应用

逆变器会产生少量谐波 基波、低次谐波及高次谐波
交直流电抗器
转矩脉动 漏电流，出力不足
降低电动机噪声
调整后频率
可能产生机械共振
滤波器 增加载波频率
跳跃频率
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设定频率
苏州市创捷工业控制技术有限公司 地址：苏州新区金山路3号 邮编：215011 电话：0512-68086418
谢 谢！
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创捷
变频器在风机、水泵等控制系统中的应用
二、变频器的内部结构
变频器的主回路
变频器的控制回路
变频器的开关电源
三、变频器的分类
四、变频器的使用
变频器的选型 变频器的安装及接线 变频器的参数设置及调试
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变频器使用中的相关问题
创捷
一、变频器的工作原理
1.变频器的基本概念 改变极对数
n 60 f1 1 s
p
(转子转速）
改变转差率 改变供电频率
变频调速
1.风创机捷的基本参数及特性曲线
1)风机的基本参数 风量Q 表示单位时间流过风机的空气量，其单位为 m3 s。
创捷
变频器讲座
变频器基本知识及应用
1
创捷
鼠笼型异步电动机
鼠笼型异步电机的结构、工作原理及机械特性
变频器的基本知识
变频器的工作原理 变频器的内部结构 变频器的分类 变频器的使用
变频器在风机、水泵等控制系统中应用
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创捷
引言
交流变频调速系统： 工频交流电
变Байду номын сангаас
f
交流
U 电机
频
交流电
负 载
器
交流变频调速技术：
2）确定变频器的运行功能 操即理作正通面/道C反O板M。转分电、为位停VVG三RCN计FID止种、：点动等U1P-）/3DK的N 物
3）变频器运行命令通道 4）变频器频率给定通道
操作反面馈量板（多R功UN能、端ST子OP、JOG） 脉冲给定
控串给定端制行量 子端口子（模F拟WDV、CIR给EV定、CO（M）PL偏U差S极E限）
转子切割磁场
旋转磁场 三个时刻磁场也相差120度
旋转磁场
120
7
创捷三、鼠笼型异步电动机的机械特性
P 3UI cos 起动电流
停动转矩 （最大转矩） I1
n0
60 f1 p
s n0 n n0
n 60 f1 1 s
p
起动转矩
T
定子电流I1 转矩T
TL
0 （s=1）
A
额定转矩
额定电流
励磁电流
n2
10
创捷
定子每相感应电动势的有效值：
Eg 4.44 f1N1kN1m
Tem Cmm I2
m
Eg f1
常数
式中 f1 ——供电频率（定子频率）
N1——定子每相绕组串联匝数
k N 1——基波绕组系数
m ——每极气隙磁通量
Eg U1 U 0
U1 f1
Eg f1
m
常数
U1 : 定子端电压
U0 : 定子阻压降
o
π
回R
2π
VD11 调V制D13 法 VD15
2π
调制ω波t （v正1o弦波） v3
v5π
U
路 u0
E
S
To
输出电
压减小
π 一倍
u0 E
VD12
2π
VD14
V
VD16 W
ωt
VD2 VD4 VD6
o
πN
2π
v2
v4
v6
ωt
o
π
2π
U 。 ooE0I（缓U1等冲波2功关3率的系变异开（、 、 、/P逆过幅 等 形 率 断 、 正 列 化缓短UNORST冲 步 关正三通P过为如当AP流电不价（器顺电弦脉W变弦角NuC冲路PN载什何要电电电过M、A波波等于如件序压波冲路B脉器、么控求uAB振振电开oP过路宽期正导及都时该机源0D上N过一制输荡荡C宽保A压的望弦通时可，如续阻关PN器器的VV面整速C系出I.得b保输把ＤＡ、DD脉的波、间变一何G流.调护保作12出）列频B到持流v保的全v过ＣＣ）T基二21为制t护平直波电波载开 关 电 源护极－－分中比（滑流:整路电）管无再换vVVＡＤ较电间U析通v的电4DD流3器压P作功生相路34缓驱电ＣＣ储N直压频低，过得）冲动路用电电电率一能－－流平u到缓RooEu流流流：我调降倍UD操显单Uu环输DＤＡ电稳LUVV冲的PCA作示元(C驱N出风驱电节B们节。 ，为Ｃ Ｃ直T中扇 动 路N基1，P减下动－A可脉T流DUu2波间当C滤小U面PC输 E电Ｄπ 电VN以冲Eπ 处电 检 电负波t入波各πPt中AＣtR压 测 路滤制路控载理看占t动C量OU的制M波充发P电动。提D外出空纹N信存电部生CABPN供功号路储波电指u：比容变令A通率滤B制路I电类ππ化来道U运模G-掉动E力似BVVP时A控）块TDDN调tC，控算电开C：12制制驱Pv制制子关信v节2电U1号回动UD器逆t动动P输C路路保件NV变VD单电D护出3v放4vU电3大4电D元阻、电路CR路隔2控温Rrt离uL电测压πUUS制度U4流电PVUV信检8直N一5检路检22号测流 PNt通rππUD系输信母讯A面效P测C出号线ω列N22CT电π π t积原UVW2电脉压ωω＝t(冲等理tT路T1 1tT15T2T2ω ω 2)Utt
X3fm外ax部故障输入 Y1变频器运行t中
Y2频率到达信号
设定多功能输入、输出端子
TA变频器故障
t1
t2
t
输出电压 AO1输出电流 t
AO2设定频率
设定特殊功能参数
转矩提升、AVR直功流能制、动停电再起动、t自动限流功能等
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4.变频器使用中的相关问题 普通电机低速运行的散热较差
外加散热风扇 选用变频电机
1
三相异步电动机结构示意图
1—机座；2—定子铁心；3—定子绕组；
笼型电动机的转子绕组
6
4—转子铁心；5—转子绕组
1—铜环；2—铜条
创捷
二、鼠笼型异步电动机的工作原理
通入 定子的三相绕组
每相绕组产生磁场
三相交流电
每相绕组的空间位置相差120度 三相交流电的相与相电压相差120度
电磁转矩
转子电流
结合旋转磁场
电压
电
枢
电 阻
即 励 U U 0 U磁电1 U 输 U 出电0 流Eg
励磁绕组I逆f 变器频率 端电压的补偿
矢量控制
U流1 U 恒定
分 量
f1
速度-转矩特性（U/f一定）
转矩 他励直流电机原理图
Tem Cmm I2
直接转矩控制
0 3HZ
10HZ 20HZ 30HZ 40HZ
50HZ
以转矩为控转制矩电对流象分，量 通过检测电机定子电压转和速 电
流，并与给定值相比较得出差值，再依据瞬时空
间矢量理论计算出电机的速磁度-转链矩特和性（转有电矩压补偿 ，时）从而实现13 对电动机转矩的直接控制。
创捷
二、变频器的内部结构
主回路
M
保护电路
驱动电路
I/O电路
运算电路
检测电路
开关电源
控制回路
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E
整流
uc
滤波 充电载波制（动三角E波） 逆变
主
EVD1 VD3 VD5 ur缓冲 P
5.功率等级 依据电动机的标准等级来划分的,如0.4KW、37KW
6.负载特性 P型和G型等
7.输入电源 三相输入或单相输入，220V、380V等
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创捷
四、变频器的使用
1.变频器的选型 负载：恒转矩负载、平方转矩负载及恒功率负载
艾默生变频器： G型机（恒转矩负载）
负载特性
P型机（平方转矩负载）
通用变频器（V/F）：风机、水泵
同步转速n1（s=0）
转速n
9550P TM n
转差速度（n1s）
制动区域
电动区域
发电区域
n0、n :同步转速、转子转速 s、f1、p : 转差率、供电频率、极对数
（转矩为正）
（转矩为负）
异步电动机的一般特性（工频电源传动）
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创捷
变频器的基本知识
一、变频器的工作原理
变频器的基本概念 变频器的工作特性 变频器的控制方式
距离
20～30m；用双绞线距离更短 2、采用电流信号（4～20mA) 用屏蔽电缆，
可达80～100m
3、用RS232通讯口 距离限制在15～20m
变频器的连4接、采用RS485通讯口 距离可达1200m(波特率 为9600bps）
主回路接线
控制回路接线
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创捷
变频器主回路接线 变频器控制回路接线
R STN 隔离开关 断路器或熔断器
创捷
实际构造：
操作键盘
设置参数的存储
参数显示信号 运算电路、控制部分及I/O电路
接口板 主控板
检测电路 驱动电路 保护电路
控制信号 保护信号
检测信号 工作电源
驱 动 板（开关电源）
检测温度
6路PWM驱动信号 制动单元的驱动信号
模块
5V、10V、24V
电源板 缓冲电阻
（整流、逆变） 短路开关
散热
散热器、风扇
5）其他基本参数设定
输（出频通率过上位模机拟控CC制I给即定RS485t） 上位机
闭环给定量
＋
给定量调整
－
偏差极限
闭调节环特性
反馈量调整
比例增益
t
积分增益
＋
闭环反馈量 22
设定与创频捷率相关的参数
设定加减速方式及相应时间
输出频率
如：X1外部复位信号
设定起动、停止方式
起动频率 X2外部停机命令
输出频率
基频 （电机的额定频率）
能量守恒
变频器输出的额定电压 （定子的额定端电压）
m
U1N f1
变频器的输出频率 （定子上的频率）
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创捷
电刷
转矩
U
V/F3恒.变定频控器制缺 原的点因措控在 定低：施制低 子速方速 端性式时 电能压差提UEff补升 111g0偿比多机UUm1变较用、(1f0常1HUZ频简于水数0 2)调单通泵0HZI速用类ma30HZ最型机4T0基变械nHTZem本频的电5动0H时Z控器节C转速m制，能再生E空方m时如运载aI时2式转风TL 。T电2 枢T0
电力电子、自动控制、微电子、电动机学等技术 特色：
优异的调速性能 显著的节能效果 在各领域中广泛的适用性
电力、纺织与化纤、建材、石油、化工、冶金、市政、造纸、食品饮料、烟草3 等 行业以及公用工程（中央空调、供水、水处理、电梯等）
创捷
优势体现：
负载类型
特性曲线 M=f(n) P=f(n)
恒转矩M=C P/M
调压调频原理（Variable Voltage Variable
Frequency）即VVVF :改变变频器的输出频率 （定子频率）的同时改变变频器的输出电压 （定子端电压），使磁通保持恒定，电机能稳
变频器最基 本工作原理
定运行。
11
创捷
2.变频器的工作特性
变频器的输出电压
Tem Cmm I2
转子电流
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创捷一、变频器在风机控制系统中的应用
风机、水泵、空气压缩机 使用量大：总量约４２００万台 装机容量约1.1亿千瓦 效率低：实际运行效率仅为３０～４０％ 损耗电能占总发电量的３８％以上
风、水流量要求处于变工况运行 “大马拉小车” 在进行系统设计时，容量选择得较大
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么么么么方面
• Sds绝对是假的
环境
1、变1、频环器境与温电度机：的-距10离～40℃ 变频2、器环在境裕湿量度方：面2已0～经9作0％了R充H,分无考结虑露，基本
能满3足、1振00动m内：的小接于线5.9距m离/s2要(0求.6G。) 2、变4、频气器体与杂控质制：室无的腐距蚀离性、爆炸性气 1、体采、用无电金压属信粉号尘（、0～少1尘0V埃) 使用屏蔽电缆在
控制精度及响应要求
矢量变频器：轧钢机
电动机的额定电流和额定容量
容 量
启动转矩大，加减速时间短
增
大 负载为恒转矩负载，且有过载需求
一
级 海拔高度超过1000米的地区
变频器的额定输出电流 1.1电机额定电流
变频器的额定输出电流（1.1～1.2)所有电机额定电流总和
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创捷
2.频器的安装及接线(以艾默生的变频器举例说明)
M P
n
平方转矩 M n2 恒功率P=C
P/M
P/M
M P
n
P M
n
功率与转速关系 P n
P n3
PC
使用变频器目的 节能为主
节能为主 调速为主
节能效果
一般
显著
较小
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创捷
鼠笼型异步电动机
一、鼠笼型异步电动机的基本结构 二、鼠笼型异步电动机的工作原理 三、鼠笼型异步电动机的机械特性
5
创捷 一、鼠笼型异步电动机的基本结构
一、变频器在风机控制系统中的应用
风机的基本参数及特性曲线 风机的节能原理
应用实例－煤矿通风机中变频变压调速系统的应用
二、变频器在水泵控制系统中的应用
水泵的基本参数、特性曲线及节能原理
应用实例－变频技术在恒压供水控制系统中的应用
三、变频器在中央空调系统中的应用
中央空调系统的构成及工作过程
中央空调的节能改造
滤波电容
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创捷
变频器实体：
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创捷
三、变频器的分类
1.主回路的结构 AC
专指AC-DC-AC结构
2.滤波器件
整
DC 电压型
AC 逆
AC
AC
电流型
整
逆
流
变
流
变
3.调制方式 PAM脉幅调制:通过调节直流母线电压的幅值来实现的。
4.功能
PWM脉宽调制:通过调节脉冲占空比来实现的。
通用变频器、高性能变频器（矢量变频器）及专用变频 器（如艾默生TD2100供水专用节能变频器）
交流输入电抗器
接触器
输入EMI滤波器
RST
PE U
V
P1 W +-
输出EMI滤波器
直流电抗器 制动单元
制动电阻
交流输出电抗 器
M
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创捷
三相运行方R式EV分10为00五种，按优先级依次
3.变频器的参数设置及调试 380V为点：动电ST运机行的>闭级环数运，行额>MPLC运行P>多
1）设定电机的铭牌参数 段速指运定率F变行WD电等频>普流等器通、。PC接2C运额4I受行定运功行命令（启动