变频器讲座课件
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变频器的选择与使用
吴延明
兰州理工大学电信学院
Date: 2020/9/22
Page: 1
主要内容：
第一讲：变频器的基础理论
变频器的定义
变频器应用场合及特点 变频器的种类及其结构
变频器常用的电力电子器件
变频器的基本控制方法
第二讲：变频器的选择与使用
常见品牌变频器简介
变频器的安装与接线
变频器实际应用中的误区
(1)采用土领电源恒速运转 (2)定子电压控制 (3)带轮调速
提高设备的效率( 节省设备)
金属加工机械
采用高频电机进行高速运转 直流发电机—电动机
减少维修(恶劣环 境的对策)
纤维机械(主要为纺纱机) ，机床的主袖传动，生产取代直流电机 流水线，车辆传动
直流电机
提高质量 提高舒适性
机床 搅拌机 纤维机械 制茶机
变频器选型方法
变频器的保护与抗干扰
Date: 2020/9/22
Page: 2
第一讲：变频器的基础理论
变频器的定义
变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源 转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电 子变换装置。 英文简称VVVF ( Variable Voltage Variable Frequency）
Page: 9
交-直-交变频器
Date: 2020/9/22
Page: 10
Date: 2020/9/22
Page: 11
Date: 2020/9/22
Page: 12
交-交与交-直-交变频器之比较
交-交变频器
交-直-交变频器
▪ 过载能力强 ▪ 效率高输出波形好 ▪ 但输出频率低 ▪ 使用功率器件多 ▪ 输入无功功率大
药品机械、化学工厂
7
低速时定转矩输出
低速时电机堵转也无妨
定尺寸装置
8
可以调节加减速的大小
能防止载重物倒塌
运送机械
9
可以使用笼型电动机，不需维修 不需要维护电动机
生产流水线、车辆、电梯
Date: 2020/9/22
Page: 4
变频器在工业领域中的节电潜力
序号
项目名称
需改造数量或千瓦数
1 轧机、提升机(变频器交流传动代替直流传动)
Date: 2020/9/22
Page: 7
3. 按直流环节的储能方式分（对交直交）: (1)电流型 直流环节的储能元件是电感线圈LF,如图所示。
(2)电压型 直流环节的储能元件是电容器CF,如图所示。
4. 其它类型变频器: 能量回馈变频器 高压变频器
Date: 2020/9/22
Page: 8
交交变频器
2.按电压的调制方式分: (1) PAM (脉幅调制) 变频器 输出电压的大小通过改变直流电压的大小来进行调制。在中小 容量变频器中，这种方式几近绝迹。 (2) PWM (脉宽调制) 变频器 输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。 目前普通应用的是占空比按正弦规律安排的正弦脉宽调制 (SPWM)方式。
▪ 交交变频电路，也称周波变流器 ▪ 把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电
路，属于直接变频电路。
▪ 广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实际使用 的主要是三相输出交交变频电路。（由三组输出电压相 位各差120°的单相交交变频电路组成）。
单相交交变频电路 原理图和输出电压 波形
Date: 2020/9/22
320万台
2 电力机车和内燃机车(变频交流代直流)
3 IGBT直流励磁电源(代替晶闸管)
4 无轨电车(交流变频调速或直流斩波代替电阻调速)
5
工矿电机车(变频交流 或直流斩波代电阻调速)
6 风机，水泵(交流变频调速代替风门，阀门)
120台电力机车 30万kw 5000辆
5x105辆
3700万台改造10％ 即370万台
(1)采用工频电源恒速运转 (2)采用挡板、阀门控制 (3)机械式变速机 (4)液压联轴器
各种搬运机械
(1)多台电机以比例速度运转； (2)联动运转，同步运转
(1)机械式变速减速机 (2)定子电压控制 (3)电磁滑差离合器控制
提高产量
机床 撤运机械 纤维机械 游梁式抽油机
(1)增速运转 (2)消除缓冲起动停止 (3)对稠油降低冲次
30
30
20 30 5 30 30
30
年节电量 ／亿kw·h
26 6O 3．5 1.0
20
51
30 9 5.6 3．1 21.6
51．2
282
Date: 2020/9/22
Page: 5
变频器的应用效果
应用效果
用途
应用方法
以前的调速方式
节能
省力化 自动化
鼓压风机机、、精泵纺、机搅拌机、挤((用12变))调 采频逸 用器运 工调转 频速电运源转恒相速结运合转与采
f = 50 Hz
+
~
整流器
–
f1、U1 可调
逆变器
M
3~
Date: 2020/9/22
Page: 3
变频器应用场合及特点
变频技术的应用可分为两大类：一种是用于传动调速；另 一种是用于各种静止电源。
表1—1变频器传动的特点
序号 1
2
变频器传动的特点 可以使标准电机调速
可以连续调速
效果 可以使原有电动机调速 可选择最佳速度
7 高效节能荧光灯(逆变镇流器)
5000万台
8 中频感应加热电源(逆变电源)
100万台
9 电解电源
10 电焊机(IGBT逆变电源)
11 电镀电源
12
搅拌机，挤压机，精纺机，纤维机械，抽油机，空压 机，起重机
13 总计
400万kw 200万台改造10％
即20万台 340万台
2000万kw
节电百分比 (％) 30 25 20 30
用途 风机、水泵、空调、 一般机械
机床、搅拌机、压缩机、游粱式抽油机
3wenku.baidu.com
起动电流小
电源设备容量可以小
压缩机
4
最高速度不受电源影响
最大工作能力不受电源频率影响
泵、风机、空调、一般机械
5
电动机可以高速化、小型化
可以得到用其它调速装置不能实现的高速 度
内圆磨床、化纤机械、运送机械
6
防爆容易
与直流电机相比，防爆容易、体积小、成 本低
▪ 高次谐波对电网影响 大
▪ 结构简单 ▪ 输出频率变化范围大 ▪ 功率因数高 ▪ 谐波易于消除
空调机
选择无级的最佳速度运转
采用工频电源恒速运转
采用压缩机调速运转， 续温度控制
进行连 采用工频电源的通、断控制
Date: 2020/9/22
Page: 6
变频器的种类及其结构
1.按变换环节分: (1)交-交变频器 把频率固定的交流电源直接变换成频率可调的交流电，又称 直接式变频器。 (2)交-直-交变频器 先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频 率连续可调的交流电，又称间接式变频器。
吴延明
兰州理工大学电信学院
Date: 2020/9/22
Page: 1
主要内容：
第一讲：变频器的基础理论
变频器的定义
变频器应用场合及特点 变频器的种类及其结构
变频器常用的电力电子器件
变频器的基本控制方法
第二讲：变频器的选择与使用
常见品牌变频器简介
变频器的安装与接线
变频器实际应用中的误区
(1)采用土领电源恒速运转 (2)定子电压控制 (3)带轮调速
提高设备的效率( 节省设备)
金属加工机械
采用高频电机进行高速运转 直流发电机—电动机
减少维修(恶劣环 境的对策)
纤维机械(主要为纺纱机) ，机床的主袖传动，生产取代直流电机 流水线，车辆传动
直流电机
提高质量 提高舒适性
机床 搅拌机 纤维机械 制茶机
变频器选型方法
变频器的保护与抗干扰
Date: 2020/9/22
Page: 2
第一讲：变频器的基础理论
变频器的定义
变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源 转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电 子变换装置。 英文简称VVVF ( Variable Voltage Variable Frequency）
Page: 9
交-直-交变频器
Date: 2020/9/22
Page: 10
Date: 2020/9/22
Page: 11
Date: 2020/9/22
Page: 12
交-交与交-直-交变频器之比较
交-交变频器
交-直-交变频器
▪ 过载能力强 ▪ 效率高输出波形好 ▪ 但输出频率低 ▪ 使用功率器件多 ▪ 输入无功功率大
药品机械、化学工厂
7
低速时定转矩输出
低速时电机堵转也无妨
定尺寸装置
8
可以调节加减速的大小
能防止载重物倒塌
运送机械
9
可以使用笼型电动机，不需维修 不需要维护电动机
生产流水线、车辆、电梯
Date: 2020/9/22
Page: 4
变频器在工业领域中的节电潜力
序号
项目名称
需改造数量或千瓦数
1 轧机、提升机(变频器交流传动代替直流传动)
Date: 2020/9/22
Page: 7
3. 按直流环节的储能方式分（对交直交）: (1)电流型 直流环节的储能元件是电感线圈LF,如图所示。
(2)电压型 直流环节的储能元件是电容器CF,如图所示。
4. 其它类型变频器: 能量回馈变频器 高压变频器
Date: 2020/9/22
Page: 8
交交变频器
2.按电压的调制方式分: (1) PAM (脉幅调制) 变频器 输出电压的大小通过改变直流电压的大小来进行调制。在中小 容量变频器中，这种方式几近绝迹。 (2) PWM (脉宽调制) 变频器 输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。 目前普通应用的是占空比按正弦规律安排的正弦脉宽调制 (SPWM)方式。
▪ 交交变频电路，也称周波变流器 ▪ 把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电
路，属于直接变频电路。
▪ 广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实际使用 的主要是三相输出交交变频电路。（由三组输出电压相 位各差120°的单相交交变频电路组成）。
单相交交变频电路 原理图和输出电压 波形
Date: 2020/9/22
320万台
2 电力机车和内燃机车(变频交流代直流)
3 IGBT直流励磁电源(代替晶闸管)
4 无轨电车(交流变频调速或直流斩波代替电阻调速)
5
工矿电机车(变频交流 或直流斩波代电阻调速)
6 风机，水泵(交流变频调速代替风门，阀门)
120台电力机车 30万kw 5000辆
5x105辆
3700万台改造10％ 即370万台
(1)采用工频电源恒速运转 (2)采用挡板、阀门控制 (3)机械式变速机 (4)液压联轴器
各种搬运机械
(1)多台电机以比例速度运转； (2)联动运转，同步运转
(1)机械式变速减速机 (2)定子电压控制 (3)电磁滑差离合器控制
提高产量
机床 撤运机械 纤维机械 游梁式抽油机
(1)增速运转 (2)消除缓冲起动停止 (3)对稠油降低冲次
30
30
20 30 5 30 30
30
年节电量 ／亿kw·h
26 6O 3．5 1.0
20
51
30 9 5.6 3．1 21.6
51．2
282
Date: 2020/9/22
Page: 5
变频器的应用效果
应用效果
用途
应用方法
以前的调速方式
节能
省力化 自动化
鼓压风机机、、精泵纺、机搅拌机、挤((用12变))调 采频逸 用器运 工调转 频速电运源转恒相速结运合转与采
f = 50 Hz
+
~
整流器
–
f1、U1 可调
逆变器
M
3~
Date: 2020/9/22
Page: 3
变频器应用场合及特点
变频技术的应用可分为两大类：一种是用于传动调速；另 一种是用于各种静止电源。
表1—1变频器传动的特点
序号 1
2
变频器传动的特点 可以使标准电机调速
可以连续调速
效果 可以使原有电动机调速 可选择最佳速度
7 高效节能荧光灯(逆变镇流器)
5000万台
8 中频感应加热电源(逆变电源)
100万台
9 电解电源
10 电焊机(IGBT逆变电源)
11 电镀电源
12
搅拌机，挤压机，精纺机，纤维机械，抽油机，空压 机，起重机
13 总计
400万kw 200万台改造10％
即20万台 340万台
2000万kw
节电百分比 (％) 30 25 20 30
用途 风机、水泵、空调、 一般机械
机床、搅拌机、压缩机、游粱式抽油机
3wenku.baidu.com
起动电流小
电源设备容量可以小
压缩机
4
最高速度不受电源影响
最大工作能力不受电源频率影响
泵、风机、空调、一般机械
5
电动机可以高速化、小型化
可以得到用其它调速装置不能实现的高速 度
内圆磨床、化纤机械、运送机械
6
防爆容易
与直流电机相比，防爆容易、体积小、成 本低
▪ 高次谐波对电网影响 大
▪ 结构简单 ▪ 输出频率变化范围大 ▪ 功率因数高 ▪ 谐波易于消除
空调机
选择无级的最佳速度运转
采用工频电源恒速运转
采用压缩机调速运转， 续温度控制
进行连 采用工频电源的通、断控制
Date: 2020/9/22
Page: 6
变频器的种类及其结构
1.按变换环节分: (1)交-交变频器 把频率固定的交流电源直接变换成频率可调的交流电，又称 直接式变频器。 (2)交-直-交变频器 先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频 率连续可调的交流电，又称间接式变频器。