变频器基本组成、原理及10种控制方式.docx

变频器基本组成原理及10种控制方式目录?变频器组成原理2?变频器的基本结构3?电压型变频器结构框图：5?几种典型的交一直一交变频器的主电路6?交一直一交电压型变频电路6?交一直一交电流型变频电路7?交一直一交电压型变频器与电流型变频器的性能比较7?变频器的控制对象7?【三相异步电动机】7?变频器的动作原理8?电动机的速度：转矩特性8?变频器的用途9?【变频器的用途其实就是“节约能源”】9?变频器的选型要点IO?变频器的安装方法13?安全注意事项：13?【注意】14?【安装时的注意要点】14?【接线时的注意要点】15?变频器的运行方式16?加速、减速时间的设定：16?马达的转矩特性17?【容许连续运行的转矩】17?【短时间最大转矩】17?【启动转矩】17?变频器的保护机能18?【故障跳闸及处置】18?异常现象：开机上电无任何显示18?异常现象：上电后一直显示PoFF18?异常现象：电源跳间19?异常现象：电机不运转19?异常现象：电机反转19?异常现象：包机稳态运行中转速波动20?【电流保护机能（SCsOC、OD20?【有关变频器保护功能的注意事项】21?INV的选型计算21?【负载类型的选择】21?恒转矩负载：21?恒功率负载：21?风机、泵类负载：22?中央空调系统变频改造23?冷却水循环系统：23?供水系统变频节能改造24?【冷却水泵变频控制】24?【冷温水泵变频控制】24?冷却塔风机变频控制】25?【采用变频器其他益处】25?中央空调机组外变频器控制方式】25?中央空调末端设备：变风量机组变频控制25变频器组成原理变频器的基本结构调速用变频器构成：主电路、控制电路、保护电路图1变频器主电路工作原理ACDCACO整流逆变KUUI1.1.VC恒压恒频(CVCF)中间直流环节变压变频(VWF)图2变压变频装置结构框图按照不同的控制方式，交一直一交变频器可分成以下三种方式:采用可控整流器调压、逆变器调频的控制方式，其结构框图。C-50HzcCACDCAC可控整流逆变*调压调频WVF可控整流器调压、逆变器调频的控制方式的特点：在这种装置中，调压和调频在两个环节上分别进行，在控制电路上协调配合，结构简单，控制方便。但是，由于输入环节采用晶闸管可控整流器，当电压调得较低时，电网端功率因数较低。而输出环节多用由晶闸管组成多拍逆变器，每周换相六次，输出的谐波较大，因此这类控制方式现在用的较少。采用不控整流器整流、斩波器调压、再用逆变器调频的控制方式，其结构框图。整流环节采用二极管不控整流器，只整流不调压，再单独设置斩波器，用脉宽调压，这种方法克服功率因数较低的缺点；但输出逆变环节未变，仍有谐波较大的缺点；采用不控制整流器整流、脉宽调制(PWM)逆变器同时调压调频的控制方式，其结构框图。AC-AC调压调频不控制整流器整流、脉宽调制(PWM)逆变器同时调压调频的控制方式的特点：在这类装置中，用不控整流，则输入功率因数不变；用(PWM)逆变，则输出谐波可以减小。PWM逆变器需要全控型电力半导体器件，其输出谐波减少的程度取决于PWM的开关频率，而开关频率则受器件开关时间的限制。采用绝缘双极型晶体管IGBT时，开关频率可达IOkHZ以上，输出波形已经非常逼近正弦波，因而又称为SPWM逆变器，成为当前最有发展前途的一种装置形式。在交一直一交变频器中，当中间直流环节采用大电容滤波时，直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻抗为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波，这类变频器叫做电压型变频器画翻电流型变频器结构框图:当交一直一交变频器的中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比较平直，因而电源内阻抗很大，对负载来说基本上是一个电流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，这类变频器叫做电流型变频器。几种典型的交一直一交变频器的主电路画翻交一直一交电压型变频电路常用的交一直一交电压型PWM变频电路。交一直一交电压型PWM变频电路采用二极管构成整流器，完成交流到直流的变换，其输出直流电压Ud是不可控的；中间直流环节用大电容C滤波；电力晶体管V1V6构成PWM逆变器，完成直流到交流的变换，并能实现输出频率和电压的同时调节，VDlVD6是电压型逆变器所需的反馈二极管。画翻交一直一交电流型变频电路出可控的直流电压U,实现调压功能；中间直流环节用大电感1.滤波；逆变器采用晶闸管构成的串联二极管式电流型逆变电路，完成直流到交流的变换，并实现输出频率的调节。画翻交一直一交电压型变频器与电流型变频器的性能比较特点名称电压型变频器电流型变频器储能元件电容器电抗器输出波形的特点电压波形为矩形波电流波形近似正弦波电流波形为矩形波电压波形为近似正弦波回路构成上的特点有反馈二极管直流电源并联大容量电容（低阻抗电压源）电动机四象限运转需要再生用变流器无反馈:极管直流电源串联大电感（高阻抗电流源）电动机四象限运转容易特性上的特点负载短路时产生过电流开环电动机也可能稳定运转负载短路时能抑制过电流电动机运转不稳定需要反馈控制适用范围适用于作为多台电机同步运行时的供电电源但不要求快速加减的场合适用于一台变频器给台电机供电的单电机传动，但可以满足快速起制动和可逆运行的要求变频器的控制对象【三相异步电动机】三相异步电动机主要由定子、转子、转轴组成，当在定子绕组上加上三相交流电压时，将会产生一个旋转磁场，该旋转磁场的速度由加在定子绕组上的三相交流电压的频率所决定。位于该磁场中的转子绕组，将切割旋转磁场的磁力线，根据电磁感应原理，在转子绕组中将产生感应电动势和感应电流，感应电流与旋转磁场的磁通互相作用而产生电磁力，即转矩。转子及转轴将沿着与旋转磁场相同的方向旋转。任意改变三相定子绕组的两个电压相位，即可使磁场旋转的方向发生改变，电动机的转向也将随之变化，即可逆控制。旋转磁场的转速称为同步转速，同步转速是根据电动机的极数和电源频率来决定的。由于需要有转矩输出，电动机的实际转速总是落后于同步转速，它们之间的差值称为转差率。?.变频器的动作原理?.1.电动机的速度：转矩特性?.1.【变频器的用途其实就是“节约能源”】风机、泵等需要控制流量（风量）的场合，采用变频器控制或挡板控制，其消耗的电力和流量（风量）的关系如下图。所需电力(%O10%50%80%100%风量流量：二酸徜号Crnpdgdz流量（风量）小的场合，变频器的节电的效果特别明显。例：宾馆等场所中央空调系统的运行流量：85%：2000小时、60%：2000小时。合计4000小时/年、马达：15kW1台。一年间所节省的能源：50,10OkWh-24,90OkWh=25,20OkWh/年。使用时需要特别注意的问题：使用之前应认真阅读产品的使用手册，正确使用变频器。使用错误会导致变频器无法运行或降低使用寿命，最严重时可导致变频器被损坏。?.变频器的选型要点嘶环器(MCCB)功率改善扼渔图电源(电源等级选择)容数压率源相电按电50/60Hz：应在变频器额定电源容以上选择与供电电源和电动机的稳定电压两者相匹配的电压等级.©电源电压的容许波动范围为+10%、-15%.过高电压的修入会导致变频嘉损坏。故缸谪源投入时异常的电压波形会导致变频器内部的浪涌吸收元件(ZNR)损坏!【标准冲击电压波形】马达(额定电压、容的选择)断路舒(MCC8) 种类:三相异步电动机1B：200230VAC/380-46OV>ACJ 定量XO.2、O.4、0.75kW 修定电流：1.4、2.4、3.6AJ根据变嫌器的电压选定根据变频的容里选定功率改善扼波圈 不要用变辣器物动除三相异步电动机以外的任何负我 单相马达不能使用， 使用将殊马达时，应注意.马达问通4阿列尼斯(ArrheniUS)特性1CrC加倍定律是什么？电容器在变频器的内部主要是作为平滑过滤舞使用“电容器因K内部进行化学反应，寿命随环境温度影响较大“一般的铝电解电容都具有阿列尼斯特性，即湿鹿每提裔10,C.其寿命降低50V因此变频器的寿命取决于使用温度”一般正常使用的情况下平滑电容的'猊i匠激犍地留j纯) 周围温度年平均30,C 负载率80%以下卜标准更换年数5年 劳动率每天12小时以下电源茂频器处围设备的选择断路器：在选择断路器时，其动作特性应符合变强器电流特性匹配的需今iiint*(NCCB)要，避免因变频器接入电源时产生的浪涌而误动作，应使用产品说明书上所推荐的断路器等级。行盆苦电费接触器：一般使用时不需要电磁接触器“如果安装了电磁接黑，不'要用它控制变叛器的启动或停止.功率改善掘流四:需改善功率因素时予以连接.对抑制高次谐波有一定的效果.除入滤波器:对外围设备造成电气干扰时使用。带缺相保护的热缗电器热维电器:变吸器内置的热敏元件是作为过负载保护之用的.对于缺相保护,请使用带缺相保护的热敏维电器。不要用电源M或负载侧接装的电磁接触器控制变疑器的启动、停止.异常跳两C甚乍损坏变SHi电源例系IR的迸行OH/OFF操作会导致变频器发生故第。在变疑器运行时负或到进行F/OFF操作，会产生很大的冲击电流，导致变频器，信号:Crnpdgdz马达的右动加停止放使用变疑器的运行信号来进行厂不可!马达变频器运行中50Hz雷磁接触器(或断路器)产生的冲击电流是马达稳定电流的储以上/?.变频器的安装方法?.1.安全注意事项：为防止受伤、事故，请务必遵守以下事项。使用前请仔细阅读“产品介绍”、“使用手册”，以便正确使用。确认在开始使用之前，您对此装置及其安全信息和所有注意事项都已知晓。?.2.【注意】。危除严禁在通电的情况下，触摸变频器的内部和接线端子。接线、维护检查时，在输入电源OFF(关)后，过5分钟以上再进行。运行中散热器、制动电阻会产生高温请不要触摸。以避免烫伤。输出端子(UVW)请不要连接交流电源。以避免受伤,火灾及机器的损坏。迅微信号:门叩龙出施工前请再一次确认产品使用说明书上有关“安全注意”方面的事项。?.3.【安装时的注意要点】1.容许的周国温度：-1。+5OC变荻器的寿命受环境温度的影响很大.不要在通风散热不良的环境中安芸变装器C«.应在容许温度负圉内使用！不狭中清封间在的装要小安密空！2,3垂直安装变频器垂直以外的安芸会降低变频器的散热效果，产生问谈、故障.1同OX×垂直安装水平安装横向安装3,请避开下列场所日光苴射场所。有风雨、水滴、油滴的场所.木材等可燃恺材质上安装及拳近可燃物.漂浮油污、粉尘、棉尘的场所发生可燃性气体、腐蚀性气体等的场所.振动大的场所湿度大，府水汽的场所.湿度在90%以下！了至，微信,号:Cfnpdgdz?.4.【接线时的注意要点】1.主回路端子接线摘入端子（R1S.T）接电源、输出端子（U,V,W）接马达。主电路接线完毕，一定要确认连接是否牢固.诺务必接上地线，以辞免发生触电及火灾。2.注意在变频器的电线间请勿进行绝缘电阻测试。请勿对控制电路进行兆欧表的法!量.不要在临出蜻子U、V、上通接交流电源.以避免发勺故窿U谙确认商品的赖定电K与交流电源的电压一致.以避免受伤火灾.在变频器的电线间请勿进行绝缘电阻测试.DO3.注意【理由】变频器的检出电压波形是高电压脉冲波形，所以在进相电容器冲/放电中会产生过电流!变禁蒿的榆出端谙勿安装进相电容或浪涌制动2这会导致变频器发生故障或使电客器苫受捡，如果已经接上了，诂拆除。变阕S4.控制端子接线 控制信号线请使用屏蔽线，并与动力线或强电电路分离布线.（206以上）去防止电气干扰造成试动作° 控制信号线的接线长度应在30M以下。*防止电气干扰造成误动作” 控制端子请连接无电压接点信号或开路集电极信号.*如果对这些端子施加电压会损坏内邰电路，导致故障.用开路集电极输出要动感性负载时.诏一定要连接续流二极管"2?.变频器的运行方式V/F曲线.，力矩提升【恒转矩模式】【平方转矩模式】在启动或低速运行时，有时会出现转矩不足的情况，此时需要进行适当的转矩提升，使输出电压增高，从而使力矩增大U恒定转矩方式一般用于输送带、起重机、挤压机等重力负载.平方转矩方式港用于风机、气泵等流体负载“可以达到很好的节能效果。醒力矩提升数值设定，应注怠变频器在启动和运行时的帏出，*'力裁典第5½Bd?上转矩提升太强，可能会引起过流跳闸、马达过热或喙声增加现我I'。''一?.1.加速、减速时间的设定：第一加速时间、第一减速时间【加速时间】加速时间【减速时间】从S5Hz到最大输出频率的加速时间加速时间过快会发生OC跳闸从最大输出频率到05H7的减速时间减速时间过快会发生OU跳闸急剧的加速、减速在变频器的应用中是不可取的。加速时应避免过电流产生，启动电流应在变频器的额定过载电流以内减速时应尽量避免过电压的产生。（加、减速时间设定推荐】加速、减速时的最大输出电流W变频器Si定电流Xiy舞""?.马达的转矩特性?.1.【容许连续运行的转矩】采用变频器驱动通用异步电动机的时候，由于输出含有高频波成分，电机的温升要有些增大，特别是低速时，电机的冷却效果变差，故不可长时间低速运行。通用异步电动机在低速运行时，输出力矩变低，需降低负载使用。?.2.【短时间最大转矩】在变频器的额定过负荷电流（150%1分钟）范围内，能输出的最大力矩值。选择V/F控制的时候，根据力矩提升的设定，力矩特性不同。?.3.【启动转矩】与使用商用电源直接驱动通用电机的始动力矩不同。用变频器驱动的时候，请把电机的始动电流、加速时的电流控制在变频器的过负荷额定电流以下。（推荐：额定电流l3以下）。?.1.【故障跳闸及处置】?.1.1.异常现象：开机上电无任何显示可能原因：电网电压过低；直流辅助电源故障；充电电阻损坏；对策：检查电网电压；寻求服务；寻求服务；?.1.2.异常现象：上电后一直显示PoFF可能原因：电网电压偏低;电压检测通道异常；对策：检查电网电压；寻求服务；?.1.3.异常现象：电源跳闸可能原因：节电器输入侧短路；空气开关容量过小；对策：检查配线或寻求服务；增大空气开关容量；?.1.4.异常现象：电机不运转可能原因：接线错误；运行方式设定错误；负载过大或电机堵转；对策：检查接线；重新设定运行方式；减轻负载或调整电机状况；?.1.5.异常现象：电机反转可能原因：电机接线相序错误；对策：U、V、W中任意两相输出接线对调;异常现象：电机未能顺利加减速可能原因：加减速时间设置不合适；失速过流点设置过低；过压失速防止动作；载波频率设置不当或出现振荡；负载过重；对策：重新设置加减速时间；增大失速过流点的设定值；增大减速时间或减小负载惯性；减小载波频率；减小负载或增大节电器功率等级；?.1.6.异常现象：电机稳态运行中转速波动可能原因：负载波动过大；电机过载保护系数设置过低；频率设定电位器接触不良；对策：减小负载波动；增大电机过载保护系数；更换电位器或寻求服务；?.2.【电流保护机能（SCxOCxOD注）下记的特性是WVF的设计基准值100%125%140%165%输出电流（额定电流%）?.3.【有关变频器保护功能的注意事项】200%O1.：125%.60s（电子热敏功能选择可）O1.:140%、60s（固定）O1.:165%、10s（固定）OC：20Ok0.1s（固定）SC:IPH过电流检出Cus以上）、一二微信号:Cfnpdgdz变频器内装有失速防止、限定电流、过电流保护等许多保护功能。这些保护功能是用于在突发的异常情况下保护变频器的，而不是通常使用的控制功能。因此，在通常使用状态下，请尽量避免让这些功能处于工作状态中。在用于某些用途时，可能会缩短变频器的寿命或损坏变频器。变频器在实际应用时，必须用测量仪器检测输出电流等，确认异常跳闸存储器内容，并确认使用说明中记载的所有注意事项及商品规格绝无问题。INV的选型计算®【负载类型的选择】演翻恒转矩负载：负载转矩T1.与转速n无关，任何转速下T1.总保持恒定或基本恒定。例如，传送带、搅拌机，挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒转矩负载。变频器拖动恒转矩性质的负载时，低速下的转矩要足够大，并且有足够的过载能力。如果需要在低速下稳速运行，应该考虑标准异步电动机的散热能力，避免电动机的温升过高。倒翻恒功率负载：机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比,这就是所谓的恒功率负载。负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。当速度很低时，受机械强度的限制，T1.不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择有很大的影响。电动机在恒磁通调速时，最大容许输出转矩不变，属于恒转矩调速；而在弱磁调速时，最大容许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。如果电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致时，即所谓“匹配”的情况下，电动机的容量和变频器的容量均最小。恒功率负载画翻风机、泵类负载:风机藕勰1.wZ在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度n的2次方成正比。随着转速的减小，转矩按转速的2次方减小。这种负载所需的功率与速度的3次方成正比。当所需风量、流量减小时，利用变频器通过调速的方式来调节风量、流量，可以大幅度地节约电能。由于高速时所需功率随转速增长过快，与速度的三次方成正比，所以通常不应使风机、泵类负载超工频运行。风机泵类负载画中央空调系统变频改造风抗感翻号:“如纯根据中央空调系统的配置情况对冷却水系统、冷冻水系统及冷却塔风机系统进行变频改造。采用变频器配合可编程控制器组成控制单元，其中冷却水泵，冷冻水泵均采用温度自动闭环调节即用温度传感器对冷却水、冷冻水的水温进行采样，并转换成电信号（一般为420mA,O1OV等）后送至P1.C,P1.C将该信号与设定值进行比较运算后决定变频器输出频率，以达到改变冷冻水泵、冷却水泵转速从而达到节能目的。在冷却水、冷冻水循环系统，各装设一套变频器，其中冷却变频器供2台冷却水泵切换使用；冷冻变频器供2台冷冻水泵切换使用。（如下图）：国冷却水循环系统:回水与出水温度之差，反应了需要进行交换的热量；根据回水和出水温度之差，通过控制循环水的速度来控制热交换的速度，在满足系统冷却需要的前提下，达到节电的目的。温差大说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷却泵的转速，增大循环速度，加速冷却水的降温；温差小，说明冷冻机组产生的热量小，可降低冷却泵的循环速度，以节约电能。采用变频调速器驱动，两台冷却泵互为备用，可编程控制器（P1.C）根据传感器检测到的温差信号,同设定温差比较后控制变频器驱动电机运转。P1.C先控制变频器软启动电动机Ml,当Ml到达额定转速时，仍未达到设定温差值时，P1.C控制Ml切换到工频电网运行，然后再启动M2,经P1.C控制变频器调节电机M2运转，从而控制冷却水的循环速度；当电机M2工作在下限转速值时，如果检测值大于设定值，P1.C控制电机Ml停机，同时控制变频器调节电机M2转速从而达到设定要求。在冷冻循环系统中，由于出水温度比较稳定，因此仅回水温度就足以反应了房间的温度，所以P1.C可根据回水温度进行控制。回水温度高，说明房间温度高，应提高冷冻泵转速，加快冷冻水的循环；反之回水温度低说明房间温度低，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度，以节约能源（其控制过程同冷却泵循环系统类似）。画供水系统变频节能改造澳化锂机组或电制冷（氟利昂）机组的中央空调系统，主机自身能量消耗由机组控制，机外电力消耗组不能控制，而这部分成本是相当高，却通常被人忽视了。尤其是溟化锂机组，额定状态制冷运行时，机外水泵、冷却塔电机耗电量约占总体能源消耗成本30%（以每公斤油2元、每度电1元计算）。从环境保护角度、用户切身利益角度，都应将中央空调系统设计成最节能系统。采用变频器来控制机外水泵电机、冷却塔电机是最简单、最有效节能措施。一般情况节电20%50%,每年可节省机组及系统总运行费用12%20%,十分惊人。画；【冷却水泵变频控制】中央空调冷却水泵功率是空调冷冻机组压缩机满负荷工作设计，当环境温度及各种外界因素，冷冻机组不需要开启全部压缩机组，此时空调冷凝系统所需要冷却量也相应减小，这时就可以变频调速器来调节冷却水泵转速，降低冷却水循环速度及流量，使冷却水冷负荷被冷凝系统充分利用，达到节能目。通过我们对中央空调变频节能改造得到以下数据，其冷却水泵、冷温水泵低流量运行时，可以大幅度节省电力，尤其针对直燃机冷却水流量曲线特点，采用变频控制，意义更大，以远大BZ型直燃机中央空调系统采用海利普变频器控制水泵测试数据为例：当制冷量75%时，机组所需冷却水流量34%,水泵电耗约20%；当制冷量50%时，机组所需冷却水流量22%,水泵电耗约15%。画；【冷温水泵变频控制】中央空调冷媒水泵功率是空调满负荷工作设计，当宾馆、酒店、大厦需要冷量或热量没有达到空调满负荷，这时就可以变频器调速器来调节冷媒水泵转速，降低冷媒水循环速度，使冷量和热量到充分利用，达到节能目。制冷、采暖共用一台水泵，则冬季水泵流量只需50%,自然可大大节省电力；冬夏分泵运行，也可低负荷季节适当降低流量，如90%流量时，电耗约75%。回【冷却塔风机变频控制】风机功率一般都较小，节电水泵明显。但风机采取变频控制能极大有助于冷却水恒温，这机组制冷恒温极为关键；且能使机组溶液循环稳定，获得最大限度节省燃料。冷却塔风扇低转速运行还能大幅度减少漂水，节省水源、延缓水质劣化、减少水雾对周围影响。国【采用变频器其他益处】变频器启动、停止过程是渐强、渐弱式，能消除电机启动对电网冲击。并可避免电机因过载而引起故障。电机经常处于低负荷运行，能大幅度延长电机及水泵、风机寿命，同时因没有启动、停止冲击，加上流量减少，管路承压及所受冲击力减小，故对管道、阀门、末端设备也起到了保护作用。另，设备噪音、震动均减小，保护了环境。国【中央空调机组外变频器控制方式】 冷却水出/入口温度改变水泵转速，调整流量； 冷却水入口温度改变冷却塔风机转速，调整水温； 冷温水出/入口温差改变水泵转速，调整流量； 冷却水出水温度改变水泵转速，调整流量； 冷媒水回水温度改变水泵转速，调节水流量。变风量机组也是中央空调系统重要组成部分，其性能指标（风量、冷量、噪音、用电量）优劣，变风量机组本身性能外，更重要还取决于控制模式、控制器性能、品质。中央空调不断普及，变风量机组调节控制器已经经历了三个发展阶段：第一阶段：风阀调节。能起到调节风量作用，但电能量消耗大、噪音大。第二阶段：可控硅调压调速。能起到调节风量、冷量、节能作用，对变风量机组噪音有一定改良作用，其缺点是体积大、可靠性稳定性低、故障率高。第三阶段：变频调节。能最大限度满足变风量机组对风量、冷量、噪音调节要求，节能效果更明显,体积小，可靠性稳定性高。