变频器AFE培训教程共73页

P 27 of 202
IGBT的控制和触发
DC 正
ASIC 控制器
DC 负
驱动 驱动
Upper IGBT - requires isolation and ‘Charge Pump’ (or separate) Power Supply.
Lower IGBT - direct Drive is referenced to DC Negative and common Power Supply
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 14 of 202
冲量等效定理
根据现代控制理论可知:
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的负载环节上时,其产生的效果基本 相同.这就是冲量等效定理.
冲量既窄脉冲所围成的封闭图形面积.
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
单相
三相
P 26 of 202
逆变器的组成
•逆变模块(IGBT) •散热板 •触发电路板(IGD) •控制电源板(PSU) •主控板(CUVC) •主回路保险(熔芯) •中间回路电容. •散热风机 •显示面板(PMU) •接口转换板(IVI) •通讯板(CBP2)
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
2.保 持 电 压 为 额 定 值 在 额 定 频 率 以 上 调 速 ，受 到 电 机 绕 组 绝 缘 强 度 的 限 制 ， 定 子 电 压 不可 能 与 频 率 成 比 例 地 升 高 ，只 能 保 持 在 额 定 电 压 ，此 时 气 隙 磁 通 将 随 频 率 的 升高 而 反 比 例 地 下 降 ，进 入 弱 磁 调 速 范 围 。
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 9 of 202
力矩性能
Torque
Voltage
0
0.5
1.0 1.2 1.5
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
Frequency
P 10 of 202
调速结论1
Customer Terminals
Display and buttons
D/A Converter
Isolated Supplies
Power Supply
DC Positive Driver
Protection and Filtering
Microprocessor
Vector and PWM Processor A/D Converters
在 进 行 脉 宽 调 制 时 ，使 脉 冲 系 列 的 占 空 比 按 正 弦 规 律 来 安 排。当 正 弦 值 为 最 大 时 ，脉 冲 宽 度 也 最 大 ，而 脉 冲 间 的 间 隔 则 最 小 。反 之 亦 然 。这 样 的 电 压 脉 冲 系 列 可 以 使 负 载 电 流 中 的 高 次 谐 波 成 分 大为 减 少 。
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 7 of 202
交流调速方法
异步电机的调速方法：
n=60f1(1-s)/PN
• 变 频 调 速 ：改 变 电 源 的 频 率 • 变 极 调 速 ：改 变 电 机 的 极 对 数 • 改 变 转 差 率 :绕 线 电 机 转 子 串 电 阻 调 速 、定 子 调 压 调 速 、串 级 调 速、
Vector Units have fully isolated ASIC controller and therefore at least six opto-isolators
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 28 of 202
变频器和逆变器的结构图
3AC 380 - 480 V
滤波器
电抗器
~
变频器
=
~
制动 电阻
M
3~
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
3AC 380 - 480 V
滤波器
电抗器
变频器 ~
=
~
制动
电阻
M
3~
逆变器
=
=
~
~
M
M
3~
3~
P 29 of 202
进线电抗器
安装进线电抗器是为了减小变频器、整流单元和整流/回馈单元的谐波电流 进线电抗器也能限制由于电源电压的突变而产生的电流冲击
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 24 of 202
整流单元结构图
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 25 of 202
整流示意图
整流二 极管
输入电 压
DC 电 压
二极管电 流
单相
三相
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 3 of 202
西门子变频器简介3
MASTERDRIVES装置可以做成以下形式产品： 1. 接到交流三相电网上的变频器， 2. 接到直流母线上的逆变器， 3. 向直流母线提供电源的整流单元。 多种系统元件和附件扩展了产品的应用范围。 顶驱电控系统因功率较大故采用整流单元+逆变器结构。
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 2 of 202
西门子变频器简介2
SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制系列变频器是全系列通用型和模 块化的产品： 标准装置功率范围从0.55 kW～ 2300 kW。 覆盖全球的三相交流电网电压，380 V～ 690 V。 按照使用场合及所需功率，可做成4种结构，即增强书 本型、书本型、装机装柜型及变频调速柜。 模块化的硬件、软件使其能够达到精确配合、最经 济的解决方案。
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 4 of 202
MasterDriver变频器
Compact PLUS Compact
紧凑加强型
紧凑型
Chassis 机架式
Cabinet 柜体
0.5 - 18.5 kW
2.2 - 37 kW
45 - 2300 kW 45 - 6000 kW
Serial i/o
EE PROM
Control Boards
Driver DC Negative
Power Section
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 18 of 202
D Type
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors)
电压 电流 开关损耗
开
关
一毫秒
IGBTs 是 可 靠 ，高 效 和 快 速 的 电 力 电 子器 件
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 19 of 202
预充电电阻 +
-
电 容 充 电 通 过 预 充 电 电 阻，预 充 电 继 电 器
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 21 of 202
整流和逆变概念
整流: 把交流电变成(整流成)直流电的电路称为整流电路.
逆变: 把直流电变成(逆变成)交流电的电路称为逆变电路.
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 23 of 202
整流单元的组成
•可控硅(SCR,Thyristor) •散热片 •触发电路板(A23)+控制电源板 •主控板(CUR) •主回路保险(熔芯) •散热风机 •显示面板(PMU) •通讯板(CBP2)
MC (运动控制) 250kW
其应用包括定位、同步操作以及凸轮轴驱动等。
VC (矢量控制)
应用于绕线机、拉丝机、造纸及薄膜工业、升降机等。
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 5 of 202
世界范围内使用
DeviceNET
IEC
3 AC 380 - 415 V 50 Hz
P 13 of 202
PWM脉 宽 调 制 技 术
两种基本的调制方法：
• 脉 幅 调 制 PAM(Pulse Amplitude Modulation):
变 频 器 在 改 变 输 出 频 率 的 同 时，也 同 时 改 变 输 出 电 压 的 幅 值 PAM 需 要 同 时 调 节 两 个 部分 ：整 流 部 分 和 逆 变 部 分，二 者 之 间 还 必 须 满 足 一 定 的关 系，故 控 制 电 路 复 杂
IEC 3 AC 380 - 440 V 50/50 Hz 3 AC 500 - 550 V 50/50 Hz
适用于所有的电源频率和所有的应用标准
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 6 of 202
电机基本公式3
U=E=4.44 X f X k X U=E=定子电压 f=供电频率 k= 系数(常数) = 磁通
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 11 of 202
调速结论2
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 12 of 202
变频调速特点
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 15 of 202
等效示意图1
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 16 of 202
等效示意图2
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 17 of 202
控 制 框 图 - MASTERDRIVE Vector Control
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
P 1 of 202
西门子变频器简介1
SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列矢量控制的 变频器是具有IGBT 逆变器、全数字技术的有电压中间回 路的变频器。
它同西门子三相交流电动机一起为所有工业领域和所有 应用场合提供高性能、最经济的解决方案。
• 脉 宽 调 制 PWM(Pulse Width Modulation):
变 频 器 在 改 变 输 出 频 率 的 同 时，也 同 时 改 变 输 出 电 压 的 脉 冲 占 空 比 PWM 只 控 制 逆 变 器 部 分，与 PAM 相 比 ，控 制 电 路 简 单
• 正 弦 波 脉 宽 调 制 技 术 SPWM：
P 8 of 202
VVVF 变 频 调 速 的 基 本 要 求
1.保 持 磁 通 恒 定 U1E1=4.44f1w1k1 U1/f1=C1 M=Cm I2cos 从 以 上 两 公 式 可 以 作 如 下 分 析: U1不 变 时, f1 M U1不 变 时, f1 磁 路 饱 和铁 损 增 加,绕 组 过 分 发 热 ，功 率 因 素 降 低 。 故,只 调节 f 不 行, 需 同 时 调 节 U1和 f1才 可 以 保 持 磁 通 的 恒 定.。
双 馈 调速
变 频 调 速 ：变 频 调 速 范 围 宽，平 滑 性 好，效 率 高，具 有 良 好 的 静 态 性 能 和 动 态 性 能，应 用 广 泛。
变频器按其结构可分为交直交变频器和交交变频器
Aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 50HZ
整流器
DC 环 节
逆变器
AC VVVF
50HZ AC
变频器
AC VVVF
Siemens Factory Automation Engineering Ltd.
3 AC
500 V 50 Hz
3 AC 660 - 690 V 50 Hz
CAN
PROFIBUS
DP
IEC / NEMA 3 AC 380 - 460 V 50/60 Hz
CC Link
IEC 3 AC 415 - 440 V 50 Hz
IEC / NEMA 3 AC 380 - 460 V 50/60 Hz