辽河油田维修电工技术比赛变频器培训.ppt

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变频器技术讲座,辽河石油职业技术学院,主讲教师:

贯宇,1.1变频器操作注意事项,1不能对变频器内部零件进行耐压测试，这些半导体零件易受高电压损坏。

2变频器接地端子务必正确接地。

3变频器必须安装好前盖才能接通电源，通电后不能取下前盖，否则可能发生触电事故；不能在送电中实施接、配线。

4变频器运行时不可以切离电动机，否则会造成变频器过电流跳闸，甚至变频器主电路烧毁。

5变频器接通电源时，即使处于停止状态，其端子上仍带电，不能接触。

否则可能发生触电事故。

6变频器关闭电源后，在充电指示灯熄灭前，其端子上仍带电，不能接触。

否则可能发生触电事故。

7不能采用接通和断开主电路电源的方法来控制变频器的运行和停止。

否则可能引起事故。

8若变频器设置了自动重起功能，当发生跳闸停止情况时，按跳闸原因会自动实现再起动，此过程中不能靠近电动机及所拖动的机械，以免危险。

9变频器可以很容易地实现由低频到高频的运行，务必确定电动机及其拖动机械的工作频率范围。

1.2变频器使用注意事项,1严禁将变频器的输出端子U、V、W连接到AC电源上。

2变频器要正确接地，接地电阻小于10。

3变频器存放两年以上，通电时应先用调压器逐渐升高电压。

存放半年或一年应通电运行一天。

4变频器断开电源后，待几分钟后方可维护操作，直流母线电压（P+，P-）应在25V以下。

5.避免变频器安装在产生水滴飞溅的场合。

6.不准将P+、P-、PB任何两端短路。

7.主回路端子与导线必须牢固连接。

8.变频器驱动三相交流电机长期低速运转时，建议选用变频电机。

9.变频器驱动电机长期超过50HZ运行时，应保证电机轴承等机械装置在使用的速度范围内，注意电机和设备的震动、噪音。

10.变频器驱动减速箱、齿轮等需要润滑机械装置，在长期低速运行时应注意润滑效果。

11.变频器在一确定频率工作时，如遇到负载装置的机械共振点，应设置跳跃频率避开共振点。

12.变频器与电机之间连线过长，应加输出电抗器。

13.严禁在变频器的输入侧使用接触器等开关器件进行频繁启停操作。

14.电机首次使用或长期放置后使用，必须对电机进行绝缘检测。

使用500V电压型兆欧表检测，电机绝缘电阻大于5M。

15.对电机绝缘检测时必须将变频器与电机连线断开。

16.在变频器的输出侧，严禁连接功率因数补偿器、电容、防雷压敏电阻。

17.变频器的输出侧严禁安装接触器、开关器件。

18.变频器在海拔1000米以上地区使用时，须降额使用。

19.变频器输入侧与电源之间应安装空气开关和熔断器。

20.变频器输出侧不必安装热继电器。

21.变频器使用寿命影响变频器寿命的元件大致有三种：

自身冷却风扇上电时限流电阻短路接触器中间环节大容量电解电容注意：

前两个元件是机械磨损元件，一般寿命为五年，第三个元件规定为五年，一般情况下五年后测量一下电容值，如果小于额定值的80%就应更换，实际上，如果变频器一直连续运行，电解电容可用十年。

控制线应与主回路动力线分开，控制线采用屏蔽电缆。

22.变频器与负载的配置变频器长期工作电流I变长=I电115%（I电-电动机额定电流）变频器短期工作电流（可持续12分钟）I变短=I变150%（I变-变频器额定电流）变频器瞬时工作电流（可持续数秒钟）I变瞬=I变180%,二.电动机的基础知识,1.异步电动机构造和原理,图2-1异步电动机构造,a）外形b）定子c）转子,2.旋转原理,图2-2三相交流异步电动机旋转原理,a）三相交流电流b）三相绕组c）旋转原理,3.电动机定子和转子的能量传递,图2-3能量传递,a）从电能转变成机械能b）定子与转子能量传递,4.定子和转子电流间的关系,图2-4,电流特性：

输入电机电流=励磁电流+转矩电流输出电流取决于负载的大小,5.电动势平衡示意图,图2-5定子侧电动势平衡图,6.负载改变时的速度变化,图2-6负载变化、速度变化,a）负载较轻b）机械特性c）负载较重,7.异步电动机的特性:

启动力矩电动机停止，通电后,电动机产生的力矩Ts=1.25TN;最大转矩电动机在最大转差Sm时，产生的最大转矩Tm;空载电流空载电流主要是励磁电流，转速几乎达到同步;电动状态电机产生转矩，带动负载转动;再生制动状态由于负载原因，电机实际转速超过同步转速，即设备带动电机转动.,三.变频器调速原理,380V50HZ,f=0500HZ,图3-1变频调速,变频调速f变极对数调速P变转差率调速S,1.变频调速原理,2.交直交变频器基本结构,图3-2交直交变频器主回路图,整流器,滤波器,逆变器,3.三相逆变桥示意图,图3-3三相逆变桥,4.开关元器件应满足的条件,图3-4开关元器件的条件,1.能承受足够大的电压和电流2.允许长时间频繁接通和关断3.接通和关断的控制十分方便,开关元器件应满足的条件,IGBT的特点：

耐压1200V开关频率高达3040KHZ驱动电路电流小，功耗很少,6.GTR大功率晶体管,图3-5GTR逆变桥,7.IGBT绝缘栅晶体管,图3-6IGBT逆变桥,38050HZ,8.变频器主电路图,图3-7变频器主电路结构图,9.整流和滤波电路,图3-8整流和滤波电路,10.充电过程的限流电路,图3-9合上电源时的充电过程,11.逆变电路的基本结构,图3-10逆变电路的结构,a）逆变电路b）输出电压波形c）输出电压等效波形,变频器的内部结构和主要功能,变频器主电路各器件作用,12.电动机状态,图3-11电动机状态,a）空载示意图b）矢量图c）电路图d）电压、电流曲线,13.励磁状态,图3-12励磁状态,a）带载示意图b）矢量图c）电路图d）电压、电流曲线,a）重载示意图b）矢量图c）电路图d）电压、电流曲线,14.发电机状态,图3-13发电机状态,反并联二极管的作用：

电机绕组磁场作功，发电状态，电流通过反并联二极管流向直流电路。

15.磁通传递能量,图3-14异步电动机的能量传递,磁通量须恒定,TM=KTI2MCOS2,磁路饱和励磁电流畸变，产生尖峰电流,磁通量磁路饱和电流增大,磁通量电机转矩TM下降,16.变频不变压磁通饱和,图3-15频率下降出现磁通饱和,17.磁路饱和的结果,图3-16励磁电流饱和与磁通的关系,a）简单磁路b）磁通不饱和c）磁通深度饱和,18.保持磁通不变,图3-17保持磁通不变的途径,变频须变压：

定子绕组电动势：

E1=4.44K1N1f1U1E1故U1=KMf1=KU1/f1=常数故U1/f1=常数故要保持恒定，只要变频又变压,19.定子等效电路,图3-18定子等效电路,a）定子绕组b）等效电路c）电动机的磁通,20.PAM（脉幅调制）整流变压逆变变频,图3-19脉幅调制,整流变压,逆变变频,21.PWM,图3-20脉宽调制,整流,逆变变频变压,脉宽调制,22.正弦脉宽调制（SPWM）,图3-21正弦脉宽调制（SPWM）,23.实现SPWM（单极性）,图3-22单极性调制,变频器是一种电源变换的设备，给电动机提供的电源必须满足电动机的使用要求。

即输出正弦波形的电压和电流。

逆变SPWM等幅不等宽的矩形脉冲波形面积，与正弦波形面积等效。

逆变器的特性：

24.双极性SPWM,图3-23双极性调制,25.双极性调制的死区及影响,图3-24双极性调制的死区及影响,载波频率提高，电磁噪音减少，电机获得较理想的正弦电流曲线。

开关频率高，电磁幅射增大，输出电压下降，开关元件耗损大。

载波频率的特性,26.低速转矩下降,

（1）电动机在fxfN时的机械特性,图3-25U/f=恒定值条件下的机械特性,27.转矩下降的原因分析U1下降I1r1在U1中的比例增大,28.低频电压补偿,图3-26电压补偿原理,U的大小随负载电流而变化U/F的比值只能设定一次；所以负载变动时不能始终工作在最佳状态，即轻载时磁路易饱和。

电压补偿的特性,29.矢量控制简述1）直流调速,图3-27直流电动机的调速特点,2）矢量控制的原理,图3-28矢量控制原理示意图,等效变换,30.在额定转速上的比较,图3-29额定转速上的比较,a）异步电动机特性b）直流电动机特性,四、电动机调速特点,1.变频器的输出电流,图4-1电动机的电流,2.电流和功率的关系,图4-2转速下降.输出功率下降.节能,变频器各部分电流关系：

变频器输出电流IM取决于负载转矩，当负载转矩恒定，IM大小与速度无关；直流回路的电流随频率下降而减少；变频器输入电流随频率下降而减少。

3.电机降速耗能低,图4-3电动机调速的特点,4.去掉减速器的错误,去掉减速器,图4-4用变频器取代减速器,！

能量守恒，降速降功率,5.增强带负载的能力,问题提出：

重物圆周运动到A点电机过载B点电机堵转，变频器过流,图4-5重物圆周运动,措施：

加大传动比，增加变频器输出功率,6.一台变频器带多台电动机,图4-6一台变频器带多台电动机,变频器的额定电流：

多台电动机同时启动和运行IN1.051.1IMN多台电动机分别启动IN（1.051.1IMNK1IST）/K2,一台变频器带多台电动机,IST=电机起动电流,K1=1.2，1.52自由状态,K2=1.5变频器过载能力,五.三种典型负载特性,1.恒转矩负载,图5-1恒转矩负载及其特性,a）带式输送机b）机械特性c）功率特性,2.恒功率负载,图5-2恒功率负载及其特性,a）卷径最小时b）卷径较大c）卷径最大,3.二次平方负载,图5-3二次平方负载及其特性,a）风机示图b）机械特性c）功率特性,-TL=KL*n2-PL=KP*n3,六.变频调速系统接电抗器的作用,1.变频器输出端接入电抗器的场合,图6-1需要接入电抗器的场合,a）电机与变频器距离远b）小变频器带轻载大电机,输出电抗器作用：

抑制变频器电磁幅射干扰抑制电动机电压谐振,2.输入交流电抗器,作用：

1）提高功率因数2）抑制高次谐波3）削弱电流浪涌,3.接入交流电抗器的场合,图6-3接入交流电抗器的场合,a）多台变频器接同一电源b）同一电源上接有大容量晶闸管设备,c）变压器容量超过变频器容量十倍以上d）电源电压不平衡度3%,4.直流电抗器,做用：

1）提高功率因数2）拟制电流尖峰,七.变频器的抗干扰,1.变频器的干扰源,图7-1变频器的电压、电流波形,2.电路耦合干扰,电路传播：

1）电源线2）地线,措施：

1）隔离变压器2）光耦隔离3）正确接地,3.感应耦合干扰,电磁感应静电感应,1）电磁感应是电流干扰传播方式2）静电感应是电压干扰传播方式,4.抗干扰措施,远离、相绞、屏蔽、不平行,图7-4绞线抗干扰,5.空中幅射干扰,图7-5空中幅射与接地,电磁幅射,6.抗干扰措施1）准确接地2）接入滤波器,图7-6接入滤波器抑制电磁幅射,八.制动电阻和制动单元,1.制动电路的工作特点,图8-1制动电路的场合,a）减速过程b）重物下降过程,2.能耗电路的工作特点,图8-2能耗电路的工作特点,3.制动电阻的粗算,图8-3制动电路,查制动电阻表,RB=2.5UDH/IMNUDH/IMN,九.变频器的功能,CVFG3,V+,VI1,VI2,I1,X7,V-,UF,GND,CM,脉冲信号,RS485,RP,RP1,020mA,1.外接给定端,1）电压信号给定端,2）电流信号给定端,3）脉冲给定,A,B,2.外接输入控制端子,图9-2外控输入电路,3.外接输出控制端子,图9-3外接输出控制端,1）故障输出端2）模拟量输出端3）通讯接口4）状态信号输出端,Ta,Tb,Tc,OC1,OC2,CM,AM,AO,AM-,4.V/F控制设定功能,图9-4基本频率Fb电机额定频率FN,基本频率,最大频率,特点：

U/F增大，磁通量增大，磁路饱和，转矩增大,5.基本频率电机额定频率,特点：

电机带载的能力减小,6.基本频率与最大频率,图9-6基本频率与最大频率,380V,380V,7.上限频率和下限频率,图9-7上限频率和下限频率,a）搅拌机b）上、下限频率,8.跳跃频率,特点：

变频器所带负载，在某一频率点发生机械共振，使用跳跃频率回避共振点,T（时间）,f（频率）,43HZ,33HZ,28HZ,60秒,5分钟,UVW,RST,V+,VI1,GND,FWD,X1,X2,CM,Y1,Y2,Y3,COM1,X1,X2,COM,FU,滤沙池,滤沙,自然水,干净水,干净水出口,冲洗水入口,电动阀,电动阀,逆止阀,逆止阀,风机,自然空气,滤布,PLC,9.事例供水厂滤沙池供风机调速工艺图,10.载波频率,图9-11载波频率的影响,11.转速多档控制,图9-12转速多档控制,12.多档转速控制,图9-13多档转速控制,13.PLC控制电路,图9-14PLC控制电路,14.工频启动与变频启动,图9-15异步电动机启动,a）工频启动转差b）工频启动特性c）工频启动电流,d）变频启动转差e）变频启动特性f）变频启动电流,变频起动、工频运行、自动工频转换,1投入运行后就不允许停机的设备如果由变频器拖动，则变频器一旦出现跳闸停机，应马上将电动机切换到工频电源。

2应用变频器拖动是为了节能的负载如果变频器达到满载输出时就失去了节的作用，这时也应将变频器切换到工频运行,15.加速防跳闸自处理功能,图8-16加速自处理功能,a）暂停加速b）延长加速时间,16.启动功能,图9-17启动功能,a）起动频率b）暂停加速c）起动前直流制动,17.加速时间与电流,特点：

加速时间过短易出现过电流,启动频率配合转矩提升功能，最佳调整启动转矩特性，设定值过大，会出现过电流故障。

启动前直流制动，应用自由转动的设备，风机类。

起动特性：

18.升速方式,图9-19升速方式,19.降速时间与直流电压,特点：

减速时间过短，直流电压升高,20.接入制动电路,图9-21接入制动电路,21.直流制动,图9-22直流制动的原理,a）刨床示图b）直流制动原理c）直流制动功能,刨台,床身,直流制动的特性：

1）准确停车变频器给电动机输入直流电，在电机定子上产生静止恒定磁场，使电机快速停止。

22.停机功能,图9-23停机方式,a）预置时间减速停机b）自由停机c）直流制动停机,23.控制电路,图9-24正转控制电路,a）变频器电路b）控制电路,变频器正反转控制,24.脉冲启动,图9-25脉冲启动电路,a）三线控制接线b）电源控制电路,AM,AM-,25.两地控制,图9-26两地升降速控制,26.频率到达与频率检测,图9-27频率到达与频率检测,a）频率到达b）频率检测,27.应用事例,图9-28粉末传送带调速控制,a）频率检测b）控制示意图,28.过流保护,图9-29变频器过流保护,29.过流故障的原因,图9-30过流故障原因,a）负载堵转b）输出短路c）内部直流短路,30.其他原因引起的过流,a）加速过快b）电动机磁饱和c）内部采样误差,31.过电压原因,a）电源电压过高b）减速过快c）电容补偿器引起,32.欠电压原因,a）线流电路断路b）电源缺相c）大功率晶闸管设备干扰,储气罐,压力传感器,33.PID自动闭环调节,图9-34PID自动闭环控制,VI1,V+,储气罐,压力传感器,34.外界PID调节器,图9-35外界PID闭环控制,II,GND,35.转矩提升（转矩补偿，电压补偿）,图9-36电压补偿的原理,a）电压补偿的含义b）补偿前情况c）电压补偿的结果,转矩提升特性：

TS=KU2X/FX电压提高，转矩提升补偿过份，励磁饱和，电流畸变,36.不同补偿程度的电流转矩曲线,图9-37转矩补偿后的电流转矩曲线,37.转差补偿频率变动,图9-38转差补偿功能,实训一变频器运行控制,一、实训目的1学习变频器工程应用时的起动、正反转控制方法；2学习控制电路的安装。

二、实训器材三相接触器1只（参数根据变频器的使用电压和电流而定）；中间继电器2只（参数根据变频器的使用电压和电流而定）；空气断路器1只；起动停止组合按钮1只；正转、反转、停止组合按钮1只；变频器1台；电动机1台；50002W线绕可变电阻1只；导线若干。

变频器组件图,变频器安装板示意图,实训二变频工频切换运行,一、实训目的1.掌握变频工频切换电路的工作原理；2.学习控制电路的安装与调试基本知识。

二、实训器材接触器3只；中间继电器2只；旋转开关1只；延时继电器1只；蜂鸣器1只；白炽灯泡1只（以上元器件参数根据所用电源电压值选取）。

安装导线若干，变频器1台，电动机1台。

三、控制电路工作原理变频器拖动系统中根据生产要求常常需要进行变频工频运行切换。

例如，变频器运行中出现故障时需及时将电动机由变频运行切换到工频运行。

手动控制变频-工频切换电路,实训三变频器正反转运行的PLC控制,一、实训目的学习PLC控制变频器的正反转运行电路的安装与调试二、实训器材变频器组件板1块、PLC组件板1块、旋转开关2只、点动开关2只、按钮开关1只、220V信号灯4只、空气开关1只、接触器1只、导线若干。

三、实训内容及步骤分析正反转运行控制原理SA1是旋转开关，用于起动PLC工作；SB1是变频器的通电按钮；SB2是变频器的断电按钮；SA2是变频器的正反转运行旋转开关。

结合电路图及梯形图分析控制原理。

PLC控制变频器正反转接线图,PLC控制变频器工频/变频运行切换电路,变频器多段速控制,谢谢各位！

祝:

大家学有所成！