变频器的原理及应用1及危险源、危险点识别岗位培训培训人：培训人：变频器的定义变频器的定义变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软启动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。 变频器的基本组成n n变频器通常分为变频器通常分为变频器通常分为变频器通常分为4 4部分：部分：部分：部分：整流单元、高容量电容、整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。逆变器和控制器。n n整流单元：整流单元：整流单元：整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流将工作频率固定的交流电转换为直流电。电。n n高容量电容：高容量电容：高容量电容：高容量电容：存储转换后的电能。存储转换后的电能。n n逆变器：逆变器：逆变器：逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。n n控制器：控制器：控制器：控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。交流电动机。变频器的分类n n按变换的环节分类：按变换的环节分类：n n(1)(1)交交- -直直- -交变频器，则是先把工频交流通过交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。用的通用型变频器。n n(2)(2)可分为交可分为交- -交变频器，即将工频交流直接变换交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器成频率电压可调的交流，又称直接式变频器 。按直流电源性质分类：n n(1)电压型变频器n n电压型变频器特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。n n(2)电流型变频器n n电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器(电流型)。电流型变频器的特点(优点)是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。n n按主电路工作方法分类：电压型变频器、电流型变频器n n按照工作原理分类：可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等n n按照开关方式分类：可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器按照用途分类：可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。此外，变频器还可以按输出电压调节方式分类，按控制方式分类，按主开关元器件分类，按输入电压高低分类。按变频器调压方法：n n、PAM变频器是一种通过改变电压源Ud或电流源Id的幅值进行输出控制的。n n、PWM变频器方式是在变频器输出波形的一个周期产生个脉冲波个脉冲，其等值电压为正弦波，波形较平滑。n n按工作原理分：n n、U/f控制变频器(VVVF控制)n n、SF控制变频器(转差频率控制)n n、VC控制变频器(VectoryControl矢量控制)。按国际区域分类：按国际区域分类：n n、国产变频器：浙江三科、欧瑞传动、森兰、国产变频器：浙江三科、欧瑞传动、森兰、英威腾、蓝海华腾、迈凯诺、伟创、美资易泰帝英威腾、蓝海华腾、迈凯诺、伟创、美资易泰帝; ;n n、欧美变频器：、欧美变频器：ABBABB、西门子、日本变频器富、西门子、日本变频器富士三菱、韩国变频器、台湾变频器台达、香港变频器。士三菱、韩国变频器、台湾变频器台达、香港变频器。n n按电压等级分类：按电压等级分类：n n、高压变频器：、高压变频器：3KV3KV、6KV6KV、10KV10KVn n、中压变频器：、中压变频器：660V660V、1140V1140Vn n、低压变频器：、低压变频器：220V220V、380V380Vn n按电压性质分类：按电压性质分类：n n、交流变频器：、交流变频器：AC-DC-AC(AC-DC-AC(交交- -直直- -交交) )、AC-AC-AC(AC(交交- -交交) )n n、直流变频器：、直流变频器：DC-AC(DC-AC(直直- -交交) )n n变频器的工作原理n n主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“ “整流器整流器” ”，吸收在变流器和逆变器产生的电压，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的脉动的“ “平波回路平波回路” ”，以及将直流功率变换为交，以及将直流功率变换为交流功率的流功率的“ “逆变器逆变器” ”。 n n从上式可知，只要平滑地调节异步电机定子的供电频率f1，同步转速np随之改变，就可以平滑地调节转速n，从而实现异步电机的无级调速，这就是变频调速的基本原理。 u/f控制n nu/fu/f控制：控制：u/fu/f控制变频器的方法是在改变频率的控制变频器的方法是在改变频率的同时控制变频器的输出电压，通过使（电压和频同时控制变频器的输出电压，通过使（电压和频率的比）保持一定或按一定的规律变化，而得到率的比）保持一定或按一定的规律变化，而得到所需要的转矩特性。采用所需要的转矩特性。采用u/fu/f控制的变频器结构简控制的变频器结构简单，成本低，多用于要求精度不是太高的通用变单，成本低，多用于要求精度不是太高的通用变频器。频器。u/fu/f控制的原理控制的原理采用U/f控制以后异步电机的机械特性曲线是什么样的？ n n不同电压不同电压不同电压不同电压/ /频率协调控制方式时的机械特性频率协调控制方式时的机械特性频率协调控制方式时的机械特性频率协调控制方式时的机械特性0s10Te恒 Er /1 控制恒 Eg /1 控制恒 Us /1 控制ab c不同电压不同电压不同电压不同电压/ /频率协调控制方式时的机械特性频率协调控制方式时的机械特性频率协调控制方式时的机械特性频率协调控制方式时的机械特性qq恒恒Us/Us/ 1 1控制容易实现，机械特性基本上为平行控制容易实现，机械特性基本上为平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力时须对定子压降实行补偿。但低速带载能力时须对定子压降实行补偿。qq恒恒Es/Es/ 1 1控制是通常对恒压频比控制实行电压补控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到偿的标准，可以在稳态时达到气隙磁通恒定气隙磁通恒定，从，从而改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，而改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。产生转矩的能力仍受到限制。qq恒恒Er/Er/ 1 1控制可以得到和直流他励电机一样的线控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，机械特性曲线最硬，电磁转矩和转性机械特性，机械特性曲线最硬，电磁转矩和转差率成正比。差率成正比。U/f电压补偿的原理是什么？电压补偿的原理是什么？ n n所谓的所谓的U/fU/f电压补偿，其实就是伏电压补偿，其实就是伏/ /赫限制，是为了赫限制，是为了避免发电机或与发电机相连的变压器过激磁而设避免发电机或与发电机相连的变压器过激磁而设计的一个限制功能。通常计的一个限制功能。通常U/f=U/f=常数，即电压标幺常数，即电压标幺值与频率标幺值的比值在限制区段为一常数，多值与频率标幺值的比值在限制区段为一常数，多数调节器比值为数调节器比值为1.11.1，限制区段为，限制区段为40-47Hz40-47Hz。多数。多数励磁调节器设计有低频保护功能，当发电机频率励磁调节器设计有低频保护功能，当发电机频率低于下限频率，励磁调节器会发出命令逆变灭磁，低于下限频率，励磁调节器会发出命令逆变灭磁，即低频保护。即低频保护。变频器工作原理详解n1 1、变频器的主回路、变频器的主回路n电压型变频器主电路包括：整流电路、中间直流电路、逆变电路三电压型变频器主电路包括：整流电路、中间直流电路、逆变电路三部分组，交部分组，交- -直直- -交型变频器结构见附图交型变频器结构见附图1 1n1 1）整流电路：）整流电路：VD1VD6VD1VD6组成三相不可控整流桥，组成三相不可控整流桥，220V220V系列采用单相全波整系列采用单相全波整流桥电路；流桥电路；380V380V系列采用桥式全波整流电路。系列采用桥式全波整流电路。n2 2）中间）中间滤波电路滤波电路：整流后的电压为：整流后的电压为脉动电压脉动电压，必须加以滤波；，必须加以滤波；滤波电容滤波电容c1 c1 c2c2除滤波作用外，还在整流与除滤波作用外，还在整流与逆变逆变之间起之间起去耦去耦作用、消除干扰、提高作用、消除干扰、提高功率功率因因数，由于该大电容储存能量，在断电的短时间内电容两端存在高压电，因而数，由于该大电容储存能量，在断电的短时间内电容两端存在高压电，因而要在电容充分放电后才可进行操作。要在电容充分放电后才可进行操作。n3 3）限流电路限流电路：由于：由于储能储能电容较大，接入电源时电容两端电压为零，因而在电容较大，接入电源时电容两端电压为零，因而在上电瞬间上电瞬间滤波电容滤波电容CFCF的充电电流很大，过大的电流会损坏的充电电流很大，过大的电流会损坏整流桥整流桥二极管，为二极管，为保护保护整流桥整流桥上电瞬间将充电电阻上电瞬间将充电电阻RLRL串入直流串入直流母线母线中以限制充电电流，当中以限制充电电流，当CFCF充充电到一定程度时由开关电到一定程度时由开关SLSL将将RLRL短路。短路。n4 4）逆变电路逆变电路：逆变逆变管管V1V6V1V6组成组成逆变逆变桥将直流电逆变成频率、桥将直流电逆变成频率、幅值幅值都可调都可调的交流电，是变频器的核心部分。常用逆变模块有：的交流电，是变频器的核心部分。常用逆变模块有：GTRGTR、BJTBJT、GTOGTO、IGBTIGBT、IGCTIGCT等，一般都采用等，一般都采用模块化模块化结构有结构有2 2单元、单元、4 4单元、单元、6 6单元单元变频器工作原理详解n5 5）续流二极管续流二极管D1D6D1D6：其主要作用为：其主要作用为：n（1 1）电机）电机绕组绕组为感性具有无功分量，为感性具有无功分量，VD1VD7VD1VD7为无功电流返回到为无功电流返回到直流电源直流电源提供通道提供通道n（2 2）当电机处于制动状态时，再生电流通过）当电机处于制动状态时，再生电流通过VD1VD7VD1VD7返回返回直流电路直流电路。n（3 3）V1V6V1V6进行逆变过程是同一桥臂两个逆变管不停地交替导通和截止，在换相过程进行逆变过程是同一桥臂两个逆变管不停地交替导通和截止，在换相过程中也需要中也需要D1D6D1D6提供通路。提供通路。n6 6）缓冲电路缓冲电路n由于逆变管由于逆变管V1V6V1V6每次由导通切换到截止状态的瞬间，每次由导通切换到截止状态的瞬间，C C极和极和E E极间的电压将由极间的电压将由近乎近乎0V0V上升到上升到直流电压直流电压值值UDUD，这过高的电压增长率可能会损坏逆变管，这过高的电压增长率可能会损坏逆变管，吸收电容吸收电容的作的作用便是降低用便是降低V1V6V1V6关断时的电压增长率。关断时的电压增长率。n7 7）制动单元制动单元n电机在减速时电机在减速时转子转子的转速将可能超过此时的的转速将可能超过此时的同步转速同步转速（n=60f/Pn=60f/P）而处于）而处于再生制动再生制动（发电）状态，拖动系统的动能将反馈到（发电）状态，拖动系统的动能将反馈到直流电路直流电路中使直流中使直流母线母线（滤波电容滤波电容两端）电两端）电压压UDUD不断上升（即所说的泵升电压），这样变频器将会产生不断上升（即所说的泵升电压），这样变频器将会产生过压保护过压保护，甚至可能损坏，甚至可能损坏变频器，因而需将反馈能量消耗掉，变频器，因而需将反馈能量消耗掉，制动电阻制动电阻就是用来消耗这部分能量的。就是用来消耗这部分能量的。制动单元制动单元由开关管与由开关管与驱动电路驱动电路构成，其功能是用来构成，其功能是用来控制流控制流经经RBRB的放电电流的放电电流IBIB变频器工作原理图变频器的应用变频器的应用变频器的应用变频器的应用变频器的应用变频器的应用变频器的应用变频器的应用变频器的应用变频器的应用变频器危险源危险点识别1.变频器应安装在金属等不燃物体上否则会有引发火灾的危险。变频器应安装在无振动、无强腐蚀气体、无大量灰尘、无潮气的场所以确保变频器的健康寿命。2.变频器周围的环境温度请控制在40以下否则会有引发变频器过热损坏和引发火灾的危险。3.接电源线前请先确认电源电压与变频器的额定电压是否一致否则会有引发变频器炸机和引发火灾的危险。接电源线前请先确认输入电源处于关断状态否则会有触电的危险。4请勿将电源线错接到变频器的U-VW输出端子上否则会导致变频器损坏或炸机甚至引发火灾。变频器危险源危险点识别5.连接电机线到变频器前请先测试电机、电机连线不能有短路或接地相与相、相对地绝缘电阻应不小于5兆欧。请勿用兆欧表摇表测试变频器绝缘测试电机、电机连线绝缘时请务必将U-V-W端子连接断开否则会有引发变频器炸机和引发火灾的危险。变频器危险源危险点识别6.请务必将变频器及电动机的接地端子可靠接地接地电阻至少应在10欧姆以下4欧姆以下最佳否则会有引发触电和火灾的危险另外还有可能影响变频器稳定运行。变频器的-端子是内部直流主回路的负极请勿连接零线或地线否则会有引发变频器损坏和引发火灾的危险。变频器危险源危险点识别7.变频器输出端只允许连接三相交流电动机若电动机上连有补偿电容请务必拆除否则会有引发变频器过流报警及炸机的危险。变频器危险源危险点识别8.在接通运行信号的状态下打开电源或报警复位时电机会自动开始运行。操作前请务必先检查现场情况是否允许否则会有引发人员伤害和设备损坏的危险。最好先断开运行信号再打开电源或复位。变频器危险源危险点识别9.检修设备时请务必将变频器主电源断开仅断开运行信号不能保证设备100受控可能会因控制信号线意外短接、人员误操作启动设备会有引发人员伤害和设备损坏的危险。变频器危险源危险点识别