变频器技术知识培训-艾默生.ppt

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中国工控网,国内小型PLC市场需求,（亿元）,数据来源：

中国工控网,国内常用变频器品牌,欧美品牌西门子、施耐德、ABB丹佛斯、ROCKWELL、VACON、西威日本品牌富士、三菱、安川、三垦、日立、欧姆龙松下电工、东芝国产品牌安邦信、森兰、英威腾、惠丰港台品牌台达、东元韩国品牌LG英国品牌CT、艾默生EV系列及SK系列,主要产品MDI,变频电机一体化（小型化）变频技术网络化变频传动分布化变频环保化,主要竞争产品PLC,体积小型化功能中型化应用简单化行业设计化,电气传动基础知识电气传动系统概述,电气传动基础知识电气传动的目的和意义,目的根据设备和工艺的要求通过改变电机速度或输出转矩改变终端设备的速度或转矩,意义,注：

并不是所有的设备使用电气传动装置后都可以节能,电气传动基础知识交流电机的机械特性,交流异步电机的机械特性公式,n60f/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,T：

电机力矩,N：

速度,n0,额定,异步机机械特性,最大,交流同步电机的机械特性公式,n60f/pn：

电机转速f：

给电机供电的交流电频率p：

电机极对数,n0,额定,最大,T：

电机力矩,同步机机械特性,交流异步电机广泛应用在传动系统中交流同步电机目前已开始在纺织行业广泛使用,电气传动基础知识电气传动系统基本工作原理,电力传动系统运动方程式,T电机转矩T负载转矩加速运行T电机转矩T负载转矩减速运行T电机转矩T负载转矩恒速运行,电机转矩控制性能是影响电气传动系统性能高低的最重要因素,T电机转矩T负载转矩,电气传动基础知识电气传动系统工作原理,速度模式：

以控制转速恒定为目的，控制设备根据设定速度要求自动调整电机转矩适应外部的负载变化，达速时电机转矩等于负载转矩应用：

如常规调速系统（电梯、各类生产线），转矩模式以控制电机转矩恒定为目的，达速时电机转矩等于负载转矩，但电机的运转速度不确定，如果控制不当可能会引起传动设备超速损坏等事故为保证系统安全，必须额外考虑限速或超速保护应用：

如：

开卷/收卷,T电机转矩T负载转矩,电气传动基础知识电气传动系统负载特性,传动机构,电动机,生产机械,负载特性,摩擦恒转矩生产流水线起重行走,速度,T负载转矩,势能恒转矩电梯起重机提升,恒功率速度越低，负载转矩越大机床开卷机/收卷机,变转矩速度越低，负载转矩越小风机水泵,负载转矩大小于与转速无关,电气传动基础知识交（直）流电气传动系统的特点,直流电气传动系统特点：

控制对象：

直流电动机控制原理简单，一种调速方式性能优良，对硬件要求不高电机有换向电刷（换向火化）电机设计功率受限电机易损坏，不适应恶劣现场需定期维护,交流电气传动系统特点：

控制对象：

交流电动机控制原理复杂，有多种调速方式性能较差，对硬件要求较高电机无电刷，无换向火化问题电机功率设计不受限电机不易损坏，适应恶劣现场基本免维护,70年代以前直流占统治地位，交流调速只在大功率电机调速上使用目前交流调速已经占统治地位,早,晚,发展时间,电气传动基础知识交流电气传动系统的发展历程,变频器基础知识变频器定义及其特点,变频器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（VariableVoltageVariableFrequency）变频器的控制对象三相交流异步电机和三相交流同步电机，标准适配电机极数是2/4极,变频调速的优势（与其它交流电机调速方式对比）,变频器基础知识变频技术发展历程,控制算法,功率半导体技术,V/F控制,SCR,GTR,矢量控制,IGBT,计算机技术,单片机DSP,IGBT大容量化,更高速率和容量,如：

矩阵式变频器,大功率传动使用变频器，体积大，价格高,未来发展方向完美无谐波,PWM技术,SPWM,PWM优化新一代开关技术,无速度矢量控制电流矢量V/F,70年代,80年代,60年代,90年代,高速DSP专用芯片,00年代,超静音变频器开始流行解决了GTR噪声问题变频器性能大幅提升大批量使用，取代直流,算法优化,更大容量更高开关频率,PWM,空间电压矢量调制技术,变频器体积缩小，开始在中小功率电机上使用,变频器基础知识变频器分类,交直交电压型变频器因结构简单，功率因素高（接近1），目前广泛使用,变频器基础知识基本工作原理,整流部分,储能环节,逆变部分,M,控制系统,交流,交流低压交直交通用变频器系统框图,直流,直流,交流,整流器：

将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波逆变器：

将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电流近似正弦,变频器基础知识基本工作原理,单相逆变电路工作原理,S1,S3导通,S2,S4导通,S1,S3导通,S2,S4导通,S1,S3导通,S2,S4导通,f1,f2,Ed,U1,逆变器的功能：

通过改变开关管导通时间改变输出电压的频率通过改变开关管导通顺序改变输出电压的相序,变频器基础知识基本工作原理,S1,S4,S5,S2,S3,S6,U,V,Ed,W,561,UUV,UVW,UVW,612,123,234,345,456,561,612,三相逆变电路（电压型）,Ed,特点：

（180导电型）输出电压的波形是矩形波，电流波形是正弦波。

谐波分量太大。

电机谐波损耗增加，发热严重甚至烧坏电机。

逆变器从直流侧向交流侧传送的的功率是脉动的，转矩脉动较大，低速运行时影响转速的平稳。

直到从通信技术中采用PWM调制才大大的缓解了以上问题,电机,三相逆变电路（电压型）,变频器基础知识基本工作原理,将上图电压源换成电流源就是电流型变频器特点（120导电型）输出电压的波形是正弦波，电流波形是矩形波。

与负载性质无关。

逆变器从直流侧向交流侧传送的的功率是脉动的，转矩脉动较大，低速运行时影响转速的平稳。

直到从通信技术中采用PWM调制才大大的缓解了以上问题,变频器基础知识基本工作原理,调制解调器（PWM）调制解调器的英文是MODEM，其作用是利用模拟信号传输线路传输数字信号。

电子信号分两种，一种是“模拟信号”，一种是“数字信号”。

我们使用的电话线路传输的是模拟信号，而PC机之间传输的是数字信号。

所以当你想通过电话线把自己的电脑连入Internet时，就必须使用调制解调器来“翻译”两种不同的信号。

连入Internet后，当PC机向Internet发送信息时，由于电话线传输的是模拟信号，所以必须要用调制解调器来把数字信号“翻译”成模拟信号，才能传送到Internet上，这个过程叫做“调制”。

当PC机从Internet获取信息时，由于通过电话线从Internet传来的信息都是模拟信号，所以PC机想要看懂它们，还必须借助调制解调器这个“翻译”,这个过程叫作“解调”。

合起来就是“调制解调”,变频器基础知识基本工作原理,SPWM调制,PWM（PulseWidthModuration）调制PWM调制是：

利用半导体开关器件的导通和关断把直流电压调制成电压可变、频率可变的电压脉冲列。

SPWM调制是：

三角波和正弦波相交获得的PWM波形直接控制各个开关可以得到脉冲宽度和各脉冲间的占空比可变的呈正弦变化的输出脉冲电压电压，能获得理想的控制效果：

输出电流近似正弦载波频率必须高，才能保证调制后得到的波形与调制前效果相同GTR变频器由于开关频率太低，电机噪声较大。

IGBT有效的解决了这个问题,变频器基础知识核心控制算法,交流调速的控制核心：

在预定的频率（速度范围内）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，控制相同复杂，直到90代计算机技术迅速发展才真正大范围使用,变频器基础知识核心控制算法,变频器基础知识变频器关键技术指标,输入侧额定工作电压：

给变频器供电的额定工作电压电压允许波动：

限制变频器的最高和最低工作电压，避免损坏变频器频率波动范围：

50/60Hz5输出侧额定输出电压：

变频器的最大输出电压，由额定工作电压决定额定电流：

变频器能够长期输出的最大电流过载能力：

变频器的输出电流允许超过额定电流的倍数和时间，由逆变模块决定最大输出频率：

变频器能够输出的最大工作频率频率精度：

输出频率的准确度（相对于设定频率）频率分辩率：

指给定运行频率的最小改变量防护等级一般是IP20（“0”代表不防水）,变频器的构成实用原理框图,1,4,3,2,5,6,7,8,部分小功率变频器使用的单相220V,变频器的构成实用原理框图,变频器的构成实用原理框图,变频器的构成主回路关键器件,IPM（智能功率模块）,PIM（功率集成模块）,变频器的构成用户接口,主回路接口,控制回路接口模拟量输入模拟量输出通讯接口,控制回路接口开关量输入开关量输出编码器接口,变频器的构成主回路接口,工频电网输入380V3PH/220V3PH220V1PH,制动电阻,直流电抗器,三相交流电机,变频器的构成控制回路接口,变频器的构成键盘及功能,频率单位,点动键,电流单位,电压单位,转速,线速,四位数码管显示,运行命令指示灯,运行命令切换键,LCD文字说明,增减键,ENTER进入键,数据确认键,变频器参数编程简易调试或应用,变频器基本应用功能启动方式,起动频率起动先直流制动再起动转速跟踪起动,t,f,t,f,f,起动频率,1、起动频率不易过高否则容易过流或损伤设备2、如电机未停止，采用该模式可能导致过流或过压,1、制动频率、电压不易过高，则容易过流或损伤设备2、常用于风机,1、电机运行频率自学习2、常用于水泵和大惯量负载（离心机），可降低故障影响,变频器基本应用功能转速跟踪,功能定义：

对旋转的电机实施启动时，需要平稳不跳闸启动功能特点：

变频器先检测当前电机转速和方向后以该速度为起点平滑再启动适用：

风机、水泵,变频器基本应用功能停车方式,减速停车减速直流制动自由停车,t,f,t,f,f,按照预设的减速时间降低输出频率一直到零如果时间太短，会造成泵升电压，需配置制动单元和电阻,在制动频率前动作和减速停车完全相同制动起始频率、电压时间要合理选定，由小到大逐渐变化,停车时间取决与负载阻力，和减速时间没有关系,制动频率,变频器基本应用功能加减速时间,频率,时间,Fmax最大输出频率,加速时间,减速时间,变频器基本应用功能点动运行,一般在调试时使用，如：

确定运转方向、反向倒车等,变频器基本应用功能多段速运行,通过外部端子实现8/16段不同的速度电梯、起重、洗衣机等常用,变频器基本应用功能PLC功能,变频器基本应用功能通讯控制,通过一根二芯/四芯电缆，遵守公共的通讯协议，可任意读取控制网上设备的状态，可以实现启停、参数设置、报警、复位、方向设置等操作，节省了大量的连线,RS485（MODBUS）,变频器基本功能,变频器保护功能,由于变频器大量的使用了各种半导体器件，如整流桥、IGBT、电解电容等，要想保证变频器长期稳定工作，则必须保证各器件工作在其允许条件下。

超出条件则必须立刻或延时停止变频器工作，待异常条件消失后才能重新开始工作，如保护失效或动作延迟将导致变频器出现不可恢复性损害。

关键技术指标,G和P的差别就在于两种机型的过载不一样，P型机同样可以用于恒转矩场合,关键技术指标,我司产品情况TD3000关键技术指标,我司产品情况通用产品功能对照表,供水专用变频器关键技术指标,可灵活配置常规泵、消防泵、排污泵、休眠泵，最大实现7台变频固定泵和4台循环泵方式变频固定泵方式：

有且只有一台泵变频运行，其他泵只能工频运行循环泵方式：

所有的泵都可以根据需求变频或工频运行支持6段压力运行，并能指定节假日压力，以适应供水压力的变化需求优化工频休眠泵和零流量停机功能，不用水自动停机，最大限度地节水节电内置时钟芯片，可实现泵定时启停和轮换，均衡工作时间，防止泵锈死内置消防控制功能，即使变频器故障时，仍能自动启动消防泵自带管网超/欠压、火警/水池缺水等多种保护，保障供水安全；故障自动电话拨号功能，实现泵房无人职守运行。

供水专用变频器主要功能,电梯专用变频器主要特点,采用TI公司最新DSP，工作时钟50MHz，高速处理丰富灵活的可编程接口14路开关量输入,2路集电极开路输出，3路继电器输出2路模拟输入，分别作为速度源和称重输入内置编码器和分频接口，最大分频128内置双PG接口和双编码器电源（12V/5V）,支持业界常用编码器：

异步：

集电极开路/推挽/差动编码器同步：

不带串行通讯的SINCOS编码器和带UVW位置信号的正交增量型编码器内置同步机和异步机矢量控制算法支持距离控制、多段速控制及模拟速度控制，自带楼层自学习功能内置接触器抱闸功能内置停电应急运行功能,张力控制专用变频器主要特点,硬件配置、功率等级与TD3000完全相同，在其基础上增加了张力控制功能内置卷径计算功能，支持三种卷径计算方法线速度计算绕圈算法外接卷径传感器内置三种张力控制方式开环张力模式，变频器工作在转矩模式下，必须选用编码器闭环张力模式，变频器工作在转矩模式下，必须选用编码器闭环张力速度模式，变频器工作在速度模式下，编码器可选内置张力锥度控制内置断带检测功能,选配件,定义由于不同客户对变频器都有各自独特的要求，鉴于成本和体积，不可能把这些功能全部做到变频器中去，因此变频器厂家将这些常用的功能分类做成独立于变频器并能和变频器配合使用的可选配设备分类调试LCD键盘，中文显示抑制电网谐波交流输入电抗器，直流电抗器、输入滤波器抑制输出谐波交流输出电抗器、输出滤波器快速刹车用制动单元、制动电阻，两者必须配合使用通讯选配件PROFIBUS总线适配器、远程控制盒,选配件,注：

“”表示该系列变频器支持或有对应选配件,选配件,交流输入电抗器/直流电抗器高次谐波电流抑制抑制合闸等浪涌电压，保护变频器的输入电路抑制变频器上电时的尖峰电流抑制三相电压不平衡对变频器产生的影响（交流输入电抗器效果最好）提高功率因素（交流输入电抗器：

0.9，直流电抗器：

0.95），提高供电变压器的利用率注：

75G以上变频器产品标准配置直流电抗器交流输出电抗器高次谐波电流抑制漏电流抑制降低电机噪声,选配件,PROFIBUS总线适配器TDS-PA01作用通过TDS-PA01适配器能将变频器无缝接入任意支持PROFIBUSDP现场总线网络中，此时变频器作为一个从站（只被动接收主站命令，不能访问其他任何站点），允许主站对变频器进行如下操作；向变频器发送控制命令，如：

启动、停止、故障复位等修改变频器的输出频率，读取变频器的各种运行和状态参数修改变频器的功能码适用机型关键技术指标24VDC供电，最高波特率12MBPS,EVO-RC03远程控制盒作用我司独有通讯主站，支持MODBUS协议，可和我司最多32台变频器组网主要控制功能向变频器发送控制命令，如：

启动、停止、故障复位等，修改变频器的输出频率，读取变频器的各种运行和状态参数修改变频器的功能码特点：

较少的投入就可替代昂贵的PLC实现简易的通讯控制适用机型EV1000/EV2000关键技术指标24VDC供电，最高波特率38400bps，最大距离1000m,我司产品情况选配件,选配件,变频器应用变频器运行的两大要素,运行给定,运行命令,决定速度大小（直接速度给定、多段速、PID结果）,决定电机的运行方向决定变频器是启动还是停止,变频器运行的两大要素,变频器应用键盘控制,工频电源,外部延长电缆,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,变频器应用外部端子控制（单机）,工频电源,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,启动,停止,开关量端子模拟量端子,变频器应用外部端子控制（多机）,工频电源,启动,停止,工频电源,速度给定,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,开关量端子模拟量端子,开关量端子模拟量端子,变频器应用通讯控制,工频电源,启动,停止,工频电源,速度给定,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,通讯接口,通讯接口,单根电缆,人机界面,通讯接口,变频器选型选型原则,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）,变频器选型选型原则,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）,选型原则,产品解决方案公共直流母线技术,整流单元,电机,AC电源,电机,电机,电网能量回馈单元,能耗制动组件,。

电机,DCBUS,电机,产品解决方案现场总线,PROFIBUS-DP/DEVICENET,减速机,适配器,TDSPA01,变频器,电机,网辊,毛布,产品解决方案生产线同步,主给定,主给定,主给定,主给定,主给定,主给定,主给定,辅给定,辅给定,辅给定,辅给定,辅给定,辅给定,产品解决方案张力控制,放卷,主驱动,收卷,线速度输出/输入,频率设定,张力设定,张力设定,PG,PG,产品解决方案电梯控制,专用控制器或PLC,上行/停止,下行/停止,上下平层,使能,停车请求,距离控制使能,减速点通过,多段速,分频输出,模拟速度指令,变频器故障,变频器运行,停电应急运行,开门,关门,开门到位,关门到位,电梯井道信号,抱闸控制,接触器控制,编码器反馈,编码器反馈,称重信号,产品解决方案恒压供水,手动,自动,压力反馈,消防,清水液位,污水液位,压力设定,供水逻辑控制,常规供水消防供水,污水排水,市政管网,污水收集,市电,休眠,