通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院第三章 通用变频器 及其应用技术高玉萍阿克苏职业技术学院通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院 目的：学习变频器的结构和工作原理，变频 器的变频调速原理及调速特性，三相异 步电动机的变频调速控制。 要求：掌握变频器及其调速的基本原理、通 用变频器的操控方式及调速应用技术。通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院 重点：变频器的变频调速原理、通用变频 器的三相异步电机调速控制中的应用。 难点：变频器的工作原理、变频调速控制 方式通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院 3.1 变频器的结构及工作原理 3.2 西门子通用变频器简介 3.3 通用变频器基本操控方式及应用 举例第三章 通用变频器 及其应用技术通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院3.1 变频器的结构及工作原理变频器通常是指VVVFI变频器变频变 压调速器，也称变频调速器。 VVVFI：variable voltage 逆变：IGBT （绝缘栅双极晶体管Insulated-Gate Bipolar Transistor）三相桥式逆变器，将直流电再逆成 交流电。输出为PWM(Pulse Width Modulation)波形，或 者正弦脉宽调制SPWM波，当这种波形的电压加到负载上时 ，由于负载电感作用，使电流连续化，变成接近正弦形波 的电流波形; 控制电路：完成对主电路的控制，产生输出逆变桥所需要 的各驱动信号，通常用PWM或SPWM调制信号作为逆变器的 控制信号。 3.1 变频器的结构及工作原理通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院变频核心是逆变 通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院 一、西门子通用变频器分类：3.2 西门子通用变频器简介 矢量型 MM440 节能型 MM430 通用型 MM420 简易型 MM410 SIMAMICA G110 SIMATIC ET200SFC通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院3.2 西门子通用变频器简介 二、西门子通用变频器特点： 矢量型 MM440：功能强大，多面手，应用广泛。 提供低速高转矩输出和良好的动态特性，具备超强 的过载能力和无可比拟的灵活性。 主要特征： 200-240 10%，单相/三相，交流，0.12KW-45KW； 380V-480V 10%,三相，交流，0.37KW -250KW; 矢量控制方式，可构成闭环矢量控制， 闭环转矩控制； 高过载能力，内置制动单元； 三组参数切换功能通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院一、西门子通用变频器分类：节能型 MM430：传动平稳，轻松无忧；专用于 风机和泵类的变转矩控制。具有高度的可靠性和灵 活性。实现多泵切换、手动/自动切换、旁路功能、 断带及缺水检测、节能运行方式。 主要特征： 380V-480V 10%,三相，交流，7.5KW-250KW; 风机和泵类变转矩负载专用； 牢固的EMC（电磁兼容性）设计； 控制信号的快速响应；通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院通用型 MM420：简单灵活，模块化设计是全新一代模块 化设计的多功能标准变频器。它界面友好，操作灵活方便。全 新的IGBT技术、具有强大的通讯能力、精确的控制性能和高 可靠性。 主要特征： 200-240 10%，单相/三相，交流，0.12KW-5.5KW； 380V-480V 10%,三相，交流，0.37KW-11KW; 矢量控制方式，可构成闭环矢量控制，闭环转矩控制； 高过载能力，内置制动单元； 模块化结构设计，具有最多的灵活性 标准参数访问结构，操作方便。 控制特性：通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院简易型 MM410：紧凑型标准变频器。小巧、灵活 、安装简单，使用方便 主要特征： 200-240 10%，单相，交流，0.12KW-0.75KW 结构紧凑，采用自冷式散热器 集成的RS485通讯接口 丰富的模块化选择 控制功能：线性V/F控制，平方V/F控制，多点设定V/F控制通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院 SIMAMICA G110：具 有现代现代先进水平 和多种优点平滑而连 续的速度控制，运行 噪声低，安装空间小 ，可靠性高、寿命长 。 主要特征： 具有多种运行功能 配置简单 由单相电源供电通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院 SIMATIC ET200SFC:用于 分布式I/O系统 特点：集成化的设计，具有 多功能模块结构，安装简 单，灵活性大，运行费用 低等特点，由控制单元和 功率模块组成。通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院3.3 通用变频器基本操控方式 及应用举例一、变频调速原理：由电动机转速公式：n=(1-s)60f1/p1可知，只要连续改变电动机交流电源频率 f1 ，就可实现电动机的连续调速通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院3.3 通用变频器基本操控方式 及应用举例 二、变频调速的控制方式：交流电机是一个非线性强耦合的系统，其数 学模型的最大特点是高阶、多变量、非线性， 因此有以下几种不同的控制方式： 转速开环，恒压频比控制（U/f)转速闭环，转差频率控制这种控制方式：结构简单，成本低，可满足一般 的平滑要求，但系统的静态和动态性能不好。这种控制具备了直流电机双闭环控制的优 点，结构简单，系统的动态和静态性能较 好，但设计结果与实际有差距，效果不令 人满意。通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院矢量控制这种控制方法是将电机定子电流矢量在适当的坐标系上分解为励磁电流和转矩电流矢量，分别进行保持励磁电流矢量的幅值不变，直接以瞬时转矩电流矢量为控制对象，因此电机可获得很快的阶跃响应。 直接转矩控制采用空间矢量法不考虑使定子解耦，而是直接控制电磁力矩，直接对逆变器的开关状态进行选择，省去了复杂的矢量变换，所以对转矩的控制动态性能较高，响应快，且无超调。通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院三、三相异步电动机的变频调速控制额定频率以下的调速： 须保 恒定不变，即始终保持U1/f1=常数 调速过程中电磁转矩不变，属恒转矩调速 额定频率以上的调速： 随着f1升高 将下降，n上升，属于恒功率调速通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院三、三相异步电动机的变频调速控制三相异步电动机变频调速时的机械特性： U1/f1=常数时的变频调速机械特性 U1=U1N时的变频调速机械特性通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院二、应用举例 以某恒转矩负载为例:要求最高转速为 720r/min;最低转速为80r/min（调速范围 n9）。满负荷时负载侧的转矩为 140Nm。原选电动机的数据:PN11kW，nN 1440r/min。原有传动装置的传动比为2。今采用变频调速，用户要求不增 加额外的装置，如转速反馈装置及风扇等 。但可以适当改变皮带轮的直径，在一定 的范围内调整传动比。通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院 相关的计算如下:（1）电动机的额定转矩根据电动机的额定功率和额定转速求出:TMN72.95Nm （2）负载转矩的折算值根据负载转矩与传动比求出:TL70Nm（3）电动机的负荷率根据电动机轴上的负载转矩与额定转矩 求出:0.96 通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院 （4）核实允许的变频范围 由图5-24知，当负荷率为0.96时，允许 频率范围是1952Hz，调频范围为f2.74n（9）显然，与负载要求的调速范围相去甚远 。（5）减小负荷率的思考 由图5-24，如果负荷率为70%的话，则 允许调频范围为（670）Hz，调频范围为f11.7n（9）通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院 电动机轴上的负载转矩应限制在:TL72.9570%51Nm确定传动比:2.745选2.75（6）校核电动机的转速范围nMmax7202.751980r/minnMmin802.75220r/min通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院 额定转差率s0.04工作频率范围 假设在调速过程中，转差 率不变，则fmax68.75Hz70Hzfmin7.64Hz6Hz可见，增大了传动比后，就可以减小电 动机的负荷率，使工作频率在允许范围内 。通用变频器及其应用技术CH3电气控制与电气控制与PLCPLC阿克苏职业技术学院小 结1、变频器的结构及工作原理 2、西门子通用变频器简介 3、通用变频器基本操控方式 及应用举例 1）变频调速原理2）变频调速的控制方式