变频器培训基础篇.docx
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变频器培训基础篇
变频器培训基础篇
1调速原理
2负载类型
3变频器原理、功能、应用及选型
3.1低压交直交通用变频器硬件系统介绍
3.2变频控制原理：
3.3变频器常用功能介绍
3.4变频器控制方式应用简介
3.5变频器选型原则
4、公司测试项目及设备介绍（待补充）
4.1电性能测试
4.2EMC测试
4.3安规测试
4.4环境可靠性测试
5、变频器CE认证竞争优势分析
5.1CE认证简介
5.2常规的CE认证证书内容的解读
5.3常见CE认证的分析和我司优势
6、结构IP等级简介
7、常见通讯方式简介
7.1CC-Link:
7.2InterBus:
7.3HART:
7.4基金会总线:
7.5P-net现场总线:
7.6Swift-Net：
7.7AS-i:
7.8CAN:
8、2010年国内变频器市场概况（待补充）
8.1国内低压变频器市场概况
8.2行业概况
8.3变频器厂家概况
1调速原理
交流异步电机的机械特性公式
n＝60f/p（1-s）
n：
电机转速
f：
给电机供电的交流电频率
p：
电机极对数
s：
转差率
交流同步电机的机械特性公式
n＝60f/p
n：
电机转速
f：
给电机供电的交流电频率
p：
电机极对数
电动机调速方式
调速方式名称
控制对象
特点
变极调速
交流异步电动机
有级调速，系统简单，最多4段速
调压调速
无级调速，调速范围窄
电机最大出力能力下降，效率低
系统简单，性能较差
转子串电阻调速
变频调速
交流异步电动机
交流同步电动机
真正无级调速，调速范围宽
电机最大出力能力不变，效率高
系统复杂，性能好
可以和直流调速系统相媲美
●在变频器出现前同步电机无法实现调速功能，因此只能在定速传动领域使用
●三相交流鼠笼电机尽管调速性能不佳，但其结构坚固、经久耐用且价格低廉
还是在一些性能较低的传动现场使用
2负载类型
电气传动系统负载可以分为三大类：
恒转矩负载：
负载转矩TL与转速n无关，任何转速下TL总保持恒定或基本恒定。
例如传送带、搅拌机，挤压机、钻床,容积泵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。
恒功率负载：
磨床,高速车床,绕线筒、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，TL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。
变转矩负载：
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。
3变频器原理、功能、应用及选型
3.1低压交直交通用变频器硬件系统介绍
变频器的输出波形
⏹输出电流波形接近正弦波，谐波成分为导致变频器输出干扰的主要原因。
⏹输出电压波形为脉冲波，其形成机制称为脉宽调制技术
变频器简化系统电路
类别
作用
主要构成器件
主
回
路
整流部分1
将工频交流变成直流，输入无相序要求，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波
整流桥
逆变部分2
将直流转换为频率电压均可变的交流电，输出无相序要求，其输出电压为非正弦波，输出电流近似正弦
IGBT
制动部分3/4
消耗过多的回馈能量，保持直流母线电压不超过最大值
单管IGBT和制动电阻,大功率制动单元外置
上电缓冲6
降低上电冲击电流，上电结束后接触器自动吸合，而后变频器允许运行
限流电阻和接触器
储能部分5
保持直流母线电压恒定，降低电压脉动
电解电容和均压电阻
控制回路
键盘7
对变频器参数进行调试和修改，并实时监控变频器状态
MCU（单片机）
控制电路8
交流电机控制算法生成，外部信号接收处理及保护
DSP（或两个MCU）
结构件
散热器
将整流桥、逆变器产生的热量散发出去
温度传感器
检测散热器温度，确保模块工作在允许温度环境下
风扇
配合散热器，将变频器内部的热量带走，有直流风扇（24V）和交流风扇两种
3.2变频控制原理：
交流调速的控制核心是：
只有保持电机磁通恒定才能保证电机出力，才能获得理想的调速效果
V/F控制－－－－简单实用，性能一般，使用最为广泛。
只要保证输出电压和输出频率恒定就能近似保持磁通保持恒定。
例:
对于380V50Hz电机，当运行频率为40HZ时，要保持V/F恒定，则40HZ时电机的供电电压:
380×（40/50）＝304V。
低频时，定子阻抗压降会导致磁通下降，需将输出电压适当提高
矢量控制－－－性能优良，可以与直流调速媲美，技术成熟较晚。
模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变换来实现对异步电机定子励磁电流分量和转矩电流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，进而达到良好的转矩控制性能，实现高性能控制。
性能优良，控制相对复杂，直到90代计算机技术迅速发展才真正大范围使用
通用变频器和高性能变频器的区别：
项目
通用变频器
高性能变频器
控制算法
V/F控制＋转矩提升
同步机异步机控制算法基本相同
开环矢量控制（无速度传感器矢量控制）
闭环矢量控制（有速度传感器矢量控制）
异步机和同步机需要不同的控制算法
调速范围
<1:
40
1:
100（开环矢量）,1:
1000（闭环矢量）
启动转矩
无要求
180%0.5Hz（开环矢量），
200%0速（闭环矢量）
稳速精度
与转差有关（2-3%）
0.5%（开环矢量），0.05%（闭环矢量）
转矩控制
无
有
控制算法
简单
复杂
电机参数
不依赖电机参数，支持同时驱动不同类型不同功率的电机
电机参数对控制性能的影响较大，一般只能驱动一台电机
3.3变频器常用功能介绍
●启动方式
从启动频率启动
变频器输出由0直接变化为启动频率对应的交流电压，而后在此基础上按照加速曲线逐步提高输出频率和输出电压直到设定频率到达。
注：
启动频率不宜过大，否则会造成启动冲击或过流
先制动后从启动频率再启动
变频器先给电机通脉冲直流，使电机保持在停止状态，然后再按照从启动频率方式直接启动。
注：
一般应用在负载初始状态不确定的场合
转速跟踪启动
直接将正在自由旋转的电机或负载由当前速度驱动到预定速度
注：
非常适用于水泵的工频变频切换或重要设备的异常停机后的快速恢复
●停车方式
减速停车
变频器接到停止命令后按照减速时间对应曲线逐渐减小输出频率，到0后停机。
注：
这种方式最常用，当直流母线电压过高时会自动启动能耗制动，此时需配置制动单元，否则会报减速过电压
自由停车
变频器接到运行停止命令后，立刻中止输出，负载靠自然阻力停止。
注：
变频器故障时的停车方式就是自由停车
减速＋直流制动停车
变频器接到运行停止命令后，按照减速时间对应曲线逐渐减少输出频率，当到达某一预设频率，即开始直流制动（通脉冲直流）停车，防止电机爬行
注：
对于大惯量负载或有定位要求的场合非常适用
其它功能：
功能
功能简介
控制算法
交流电机的控制方案，包括V/F控制、增强V/F控制、矢量控制
多段速
用外部端子组合选择多个内部已预设的频率作为运行频率
内置PID
闭环控制必选功能
PLC运行
由用户自由编程的多段定时自动变速功能
加减速曲线
确定目标设备的加减速时间，有直线和S曲线两种
跳跃频率
为避免机械谐振特设的变频器不能长期稳定运行的指定频率带
AVR
根据电网电压自动调整输出电压
自动限流
电流超过预设值后变频器自动调整输出频率和电压防止跳闸
过压失速
加减速过程中直流母线电压过高后变频器自动停止加减速
过流失速
加减速过程中电流超过预设值后变频器自动停止加减速
转速跟踪
直接将正在自由旋转的电机由当前速度驱动到预定速度
载频自动调整
变频器根据噪声和自身温度自动调整载频到最佳值
音调调整
改变电机发出的声音以适应现场要求
3.4变频器控制方式应用简介
键盘控制
特点：
●运行命令由键盘上的RUN和STOP决定
●运行方向一般由变频器内部参数决定
●运行给定由键盘修改特定功能码完成
●方便快捷
适用场合
●在设备调试时广泛使用
●应用在简单且实时性不强的单机场合
外部端子控制（单机）
特点：
●运行命令由外部启停按钮决定，通过变频器外部端子FWD/REV决定运行方向
●运行给定一般由外部模拟端子决定：
PLC模拟输出电位器
●常与外部逻辑电路或PLC共同控制变频器
适用场合
●应用在实时性较强独立系统
●使用范围最广
外部端子控制（多机）
使用场合：
各类小型生产线或系统
特点：
●实时性好
●调试维护方便
●线路复杂，抗干扰能力差
通讯控制
使用场合：
●各类中大型生产线或系统特点：
●所有控制均通过通讯电缆
●线路相对简单，自动化
水平高，信息交换量大
●实时性好，抗扰能力强
●为防止网络故障，特设独立急停功能
●投入大，调试维护困难
3.5变频器选型原则
考虑变频器运行的经济性和安全性，变频器选型保留适当的余量是必要的。
要准确选型，必须要把握以下几个原则：
●充分了解控制对象性能要求。
一般来讲如对启动转矩、调速精度、调速范围要求较高的场合则需考虑选用矢量变频器，否则选用通用变频器即可
●了解负载特性，如是通用场合，则需确定变频器是G型还是P型
●了解所用电机主要铭牌参数：
额定电压、额定电流。
●确定负载可能出现的最大电流，以此电流作为待选变频器的额定电流。
如果该电流小于适配电机额定电流，则按适配电机选择对应变频器，考虑成本因素，如选用的是通用变频器，则可以选择P型机
●以下情况要考虑容量放大一档：
1、长期高温大负荷
2、异常或故障停机会出现灾难性后果的现场
3、目标负载波动大
4、现场电网长期偏低而负载接近额定
5、绕线电机、同步电机或多极电机（6极以上）
充分了解各变频器支持的选配件是正确选配的基础。
对于变频器的选配件选配，必须要把握以下几个原则：
●以下情况要选用交流输入电抗器、直流电抗器民用场合，如：
宾馆中央空调、电机功率大于55KW以上电网品质恶劣或容量偏小的场合，如不选用可能会造成干扰、三相电流偏差大，变频器频繁炸机
●以下情况要选用交流输出电抗器：
变频器到电机线路超过100米（一般原则）
●以下情况一般要选用制动单元和制动电阻：
提升负载、频繁快速加减速、大惯量（自由停车需要1min以上，恒速运行电流小于加速电流的设备）
使用通用变频器的行业和设备
使用矢量变频器的行业和设备
纺织绝大多数设备
纺织有张力控制场合需使用
冶金辅助风机水泵、辊道、高炉卷扬
冶金各种主轧线、飞剪
石化用风机、泵、空压机
\
电梯门机、起重行走
电梯、起重提升
供水
\
油田用风机、水泵、抽油机、空压机
\
电厂风机水泵、传送带
\
市政锅炉、污水处理
\
部分拉丝机牵引
拉丝机的收放卷
\
凹版印刷
水泥、陶瓷、玻璃生产线全线
\
传送带矿山风机泵
矿山提升机
卷烟制丝
卷烟成型包装
低速造纸及配套风机水泵、制浆
高速造纸、切纸机、复卷机
4、公司测试项目及设备介绍
4.1电性能测试
4.2EMC测试
4.3安规测试
4.4环境可靠性测试
5、变频器CE认证竞争优势分析
5.1CE认证简介
产品认证：
◆产品认证是各个不同的经济体根据自己国家或经济体相关的政策法规和标准要求所展开的产品确认性的行为。
◆产品认证是一种法律行为，其依据是相关经济体所制定的一系列法规和标准。
◆产品认证的主体一般来说是相关经济体指定的具体检测机构，可以是其国家机构也可以是相关的经过授权的第三方机构。
◆认证是一种技术壁垒，同时也是一种产品质量保证的手段
◆认证对于客户来说是一个信心的保证，同时对生产厂家来说又是一个沉重的负担。
认证的分类：
◆根据认证的种类不同可以分为：
产品认证、零部件认证、归属地认证等
◆根据认证的具体内容不同可以分为：
EMC认证、安规认证、入网认证等
◆根据认证的标准体系分：
欧标认证（如CE等）、美标认证（如：
UL和CSA等）
欧盟商品自由流通四个环节
◆法规（条例）Regulation-强制性，成员国法律不得与之抵触
◆指令（技术法规）Directive-强制性，规定了产品的基本安全要求和途径。
◆协调标准HarmonizedStandard-技术规范，非强制性，取代成员国标准。
◆合格评定ConformityAssessment-确定是否满足基本安全途径。
八种模式。
CE认证适用的范围
欧盟+欧洲经济区+东欧：
奥地利、比利时、丹麦、芬兰、法国、德国、希腊、爱尔兰、意大利、卢森堡、荷兰、葡萄牙、西班牙、瑞典、英国等二十几个国家。
对于非欧盟以外的国家：
CE认证还可以被当作一个标准符合度的标志，在某些认证机构处，CE认证的报告可以用来简化相关的认证手续。
CE标记的含义
CE是法语“ConformiteEuropeene”简称。
1、厂商通过一种“途径”来满足“欧洲指令要求”。
2、目的是使欧盟内的产品的进出口更简化，只需满足一套法律法规要求。
3、有取代各国产品标记之势，Kite-mark,GS-mark
CE认证的具体要求
◆CE实际上是一种DOC模式的认证，其具体的认证流程如下：
1、确认相应的欧盟指令（Directive）及安全标准（EN）
2、比较指令基本安全要求，采取符合性措施
3、建立技术文件（TCF）
4、EC型式试验（如指令要求）
5、签署符合性声明（DoC）
6、产品上标贴CE标志（CEMarking）
◆CE认证中对技术文件的要求
1、该文件由生产厂家负责制定，旨在提供产品有关的设计、生产和使用的信息
2、文件的内容包括证实产品对于适用要求的符合性证据。
3、技术文件应涉及产品设计阶段、生产阶段和产品运行阶段。
4、技术文件应证明产品符合相关指令基本要求。
5、技术文件需以欧盟成员国语言（英语）。
6、随时提供（48小时），技术文件必须至少保留10年以上。
◆CE认证中技术文件的内容
1、产品详细描述：
产品总图、电气原理图、主要零部件清单
2、风险评估，针对风险从设计、制造各环节采取的措施
3、使用说明书
4、质量保证文件
5、检测报告
6、说明产品符合哪个指令或标准。
7、由指定机构合格证书（CoCorAoCetc.）（这个合格证书只有在欧盟产品目录上所要求强制性认证的产品才需要）
认证机构所做的事情：
检测报告，合格证书。
变频器相关CE认证要求
1、变频器不属于欧盟要求强制认证的产品种类，其完全可以不进行CE认证。
2、由于欧洲国家已经对CE有了一个习惯性要求，我们才需要迎合客户进行CE认证。
3、CE是一种Doc认证，我们可以自我声明，也就是我们按照CE认证的程序可以自己准备所有要求的技术文件，然后签署符合性声明即可，符合性声明由公司法人签署。
4、认证公司在CE认证中的作用就是协助生产厂家验证产品是否达到欧洲相关标准指令要求，并协助准备相关技术文件。
5、变频器涉及到的指令文件主要有：
低电压指令：
2006/95/ECEMC指令：
2004/108/EC
6、所有指令文件都有版本问题，因而CE报告也有版本的问题。
CE认证是否就是一个认证证书？
CE认证是一个产品的Doc认证，其具体包含的内容根据产品的特定种类有不同的内容。
CE认证涉及到的指令：
机械指令：
出具单独的机械安全的认证证书
低电压指令：
一般针对低电压类产品的电气安全要求
EMC指令：
针对相关电气类产品的EMC要求
对于变频器涉及到了低电压指令和EMC指令。
对于电梯在以上两个指令的基础上增加了机械指令。
注意：
其实我们公司的CE认证还缺少了一个符合性声明。
不过这个只是一个我们自己签署的文件。
5.2常规的CE认证证书内容的解读
我司CE认证证书的解读
EMC证书
安规证书
待补充
5.3常见CE认证的分析和我司优势
国内CE认证的现状分析
CE认证现在在国内基本上处于一个比较混乱的态势，而且大部分国内厂家对CE认证的重要性和投入都不是很足，因而存在很多虚假认证的问题，具体的问题主要有以下几种：
1、用一个型号的认证替代一个系列，如利用CHF100A-004G/5R5P-4的机型来做认证，实际认证证书上写CHF100A系列。
2、随便找一个第三方认证机构来做认证，这些认证机构实际上大部分是某些国外认证机构在国内办事处或者分公司的代理，其利用国外公司的名义在国内出具一些虚假报告，或者是含金量不高的报告，由于价格问题，这些机构甚至可能只出报告，不做试验，有些连样品都不看。
3、认证型号和实际产品不符，由于CE报告只对样品负责，可能存在货不对版的问题。
我司CE认证的原则
INVT基本上是按照一个标准的规范来做CE认证的
1、我司加贴CE标签的产品，其全部都进行了CE认证测试，包含每个箱体的不同功率产品，全部进行过测试。
2、我司所有产品的测试全部都是由TUV-SUD直接进行的，经过长期的合作，我们的测试人员已经具备了相关的测试资质，其已经可以直接进行测试，并协助TUV-SUD人员撰写测试报告。
3、我司后续再推行TUV-mark的认证，也就是我们将在我们的新产品上加贴TUV-SUD的标签，这将会要求我们后续所有的更改，所有的升级全部受控，其更改将全部要求进行安规审核，确保没有问题的情况下才可以实施。
我司的CE认证将给客户带来什么
1、没有法律风险
首先我们已经针对每个产品都准备了完善的技术资料，如果确实需要我们可以做到48小时之内立即提供，但是对于那些只做单个型号产品的厂家来说，这存在很大的风险，一旦发生，可能存在海关扣留货物、禁止销售甚至是罚款的处罚。
2、额外的质量保证
我们针对每个机型都做了详细的测试，并对所有的板件、器件都进行了详细的试验和控制，而且作为世界最大认证集团之一的TUV来说，其对CE的要求特别严格，特别是我们未来全新系列产品全部要加贴TUV-SUD的mark，其控制更是严格，不仅控制样品，还对后续更改和生产进行控制，从而更加确保了产品的质量。
3、产品的可信度
TUV-SUD属于世界上最大的认证集团之一，其在欧洲有很高的知名度，由其出具的认证报告在国外，特别是在德国这个技术至上的国家都是被广泛认可的。
6、结构IP等级简介
IP（INGRESSPROTECTION）防护等级系统是由IEC（INTERNATIONALELECTROTECHNICALCOMMISSION）所起草。
将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。
这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到电器内之带电部分，以免触电。
IP防护等级是由两个数字所组成，第1个数字表示防止外物侵入的等级，第2个数字表示防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高。
IP等级通常以IPXX表示，两个标示数字所表示的防护等级如表一及表二所示：
表一：
数字
防护范围
说明
0
无防护
对外界的人或物无特殊的防护
1
防止大于50mm的固体外物侵入
防止人体（如手掌）因意外而接触到电器内部的零件，防止较大尺寸（直径大于50mm）的外物侵入
2
防止大于12mm的固体外物侵入
防止人的手指接触到电器内部的零件，防止中等尺寸（直径大于12.5mm）的外物侵入
3
防止大于2.5mm的固体外物侵入
防止直径或厚度大于2.5mm的工具、电线及类似的小型外物侵入而接触到电器内部的零件
4
防止大于1.0mm的固体外物侵入
防止直径或厚度大于1.0mm的工具、电线及类似的小型外物侵入而接触到电器内部的零件
5
防止外物及灰尘
完全防止外物侵入，虽不能完全防止灰尘侵入，但灰尘的侵入量不会影响电器的正常运作
6
防止外物及灰尘
完全防止外物及灰尘侵入
表二：
数字
防护范围
说明
0
无防护
对水或湿气无特殊的防护
1
防止水滴侵入
垂直落下的水滴（如凝结水）不会对电器造成损坏
2
倾斜15度时，仍可防止水滴侵入
当电器由垂直倾斜至15度时，滴水不会对电器造成损坏
3
防止喷洒的水侵入
防雨或防止与垂直的夹角小于60度的方向所喷洒的水侵入电器而造成损坏
4
防止飞溅的水侵入
防止各个方向飞溅而来的水侵入电器而造成损坏
5
防止喷射的水侵入
防止来自各个方向飞由喷嘴射出的水侵入电器而造成损坏
6
防止大浪侵入
装设于甲板上的电器，可防止因大浪的侵袭而造成的损坏
7
防止浸水时水的侵入
电器浸在水中一定时间或水压在一定的标准以下，可确保不因浸水而造成损坏
8
防止沉没时水的侵入
电器无限期沉没在指定的水压下，可确保不因浸水而造成损坏
7、常见通讯方式简介
目前最具有影响力的现场总线有：
CC-Link，Inter-Bus，HART，基金会总线，P-net现场总线，SWIFTNET，AS-i，PROFIBUS，CAN等。
7.1CC-Link:
CC-Link是Control&CommunicationLink（控制与通信链路系统）的缩写，在1996年11月，由三菱电机为主导的多家公司推出，其增长势头迅猛，在亚洲占有较大份额，目前在欧洲和北美发展迅速。
在其系统中，可以将控制和信息数据同时以10Mbit/s高速传送至现场网络，具有性能卓越、使用简单、应用广泛、节省成本等优点。
其不仅解决了工业现场配线复杂的问题，同时具有优异的抗噪性能和兼容性。
CC-Link是一个以设备层为主的网络，同时也可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层。
2005年7月CC-Link被中国国家标准委员会批准为中国国家标准指导性技术文件。
7.2InterBus:
InterBus是一个传感器/调节器总线系统，特别适用于工业用途，能够提供从控制级设备至底层限定开关的一致的网络互联。
它通过一根单一电缆来连接所有的设备，而无需考虑操作的复杂度，并允许用户充分利用这种优势来减少整体系统的安装和维护成本。
INTERBUS作为IEC61158标准之一，广泛地应用于制造业和机器加工行业中，用于连接传
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