變頻器培訓基礎篇

1調速原理

2負載類型

3變頻器原理、功能、應用及選型

3.1 低壓交直交通用變頻器硬件系統介紹

3.2 變頻控制原理：

3.3 變頻器常用功能介紹

3.4 變頻器控制方式應用簡介

3.5 變頻器選型原則

4、 結構IP等級簡介

1.調速原理

交流異步電機的機械特性公式

n＝60f/p(1-s)

    n：電機轉速  

    f：給電機供電的交流電頻率  

    p：電機極對數

s：轉差率

交流同步電機的機械特性公式

n＝60f/p

    n：電機轉速  

    f：給電機供電的交流電頻率  

p：電機極對數  

電動機調速方式

在變頻器出現前同步電機無法實現調速功能，因此只能在定速傳動領域使用

三相交流鼠籠電機盡管調速性能不佳，但其結構堅固、經久耐用且價格低廉

   還是在一些性能較低的傳動現場使用

2.負載類型

電氣傳動系統負載可以分為三大類：

恒轉矩負載：

負載轉矩TL與轉速n無關，任何轉速下TL總保持恒定或基本恒定。例如傳送帶、攪拌機，擠壓機、鉆床,容積泵等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載都屬于恒轉矩負載。

變頻器拖動恒轉矩性質的負載時，低速下的轉矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩速運行，應該考慮標準異步電動機的散熱能力，避免電動機的溫升過高。

恒功率負載： 

磨床, 高速車床, 繞線筒、機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產線中的卷取機、開卷機等要求的轉矩，大體與轉速成反比，這就是所謂的恒功率負載。負載的恒功率性質應該是就一定的速度變化范圍而言的。當速度很低時，受機械強度的限制，TL不可能無限增大，在低速下轉變為恒轉矩性質。負載的恒功率區和恒轉矩區對傳動方案的選擇有很大的影響。電動機在恒磁通調速時，最大容許輸出轉矩不變，屬于恒轉矩調速；而在弱磁調速時，最大容許輸出轉矩與速度成反比，屬于恒功率調速。如果電動機的恒轉矩和恒功率調速的范圍與負載的恒轉矩和恒功率范圍相一致時，即所謂"匹配"的情況下，電動機的容量和變頻器的容量均最小。

變轉矩負載：

在各種風機、水泵、油泵中，隨葉輪的轉動，空氣或液體在一定的速度范圍內所產生的阻力大致與速度n的2次方成正比。隨著轉速的減小，轉矩按轉速的2次方減小。這種負載所需的功率與速度的3次方成正比。當所需風量、流量減小時，利用變頻器通過調速的方式來調節風量、流量，可以大幅度地節約電能。由于高速時所需功率隨轉速增長過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應使風機、泵類負載超工頻運行。

3.變頻器原理、功能、應用及選型

 3.1 低壓交直交通用變頻器硬件系統介紹

變頻器的輸出波形

輸出電流波形接近正弦波，諧波成分為導致變頻器輸出干擾的主要原因。

輸出電壓波形為脈沖波，其形成機制稱為脈寬調制技術

變頻器簡化系統電路

3.2 變頻控制原理：

交流調速的控制核心是：只有保持電機磁通恒定才能保證電機出力，才能獲得理想的調速效果

V/F控制－－－－簡單實用，性能一般，使用最為廣泛。只要保證輸出電壓和輸出頻率恒定就能近似保持磁通保持恒定。例: 對于380V 50Hz電機，當運行頻率為40HZ時，要保持V/F 恒定，則40HZ時電機的供電電壓:380×（40/50)＝304V。低頻時，定子阻抗壓降會導致磁通下降，需將輸出電壓適當提高

矢量控制－－－性能優良，可以與直流調速媲美，技術成熟較晚。模仿直流電機的控制方法，采用矢量坐標變換來實現對異步電機定子勵磁電流分量和轉矩電流分量的解耦控制，保持電機磁通的恒定，進而達到良好的轉矩控制性能，實現高性能控制。性能優良，控制相對復雜，直到90代計算   機技術迅速發展才真正大范圍使用

通用變頻器和高性能變頻器的區別：

3.3 變頻器常用功能介紹

啟動方式

從啟動頻率啟動

變頻器輸出由0直接變化為啟動頻率對應的交流電壓，而后在此基礎上按照加速曲線逐步提高輸出頻率和輸出電壓直到設定頻率到達。

  注：啟動頻率不宜過大，否則會造成啟動沖擊或過流

先制動后從啟動頻率再啟動

  變頻器先給電機通脈沖直流，使電機保持在停止狀態，然后再按照從啟動頻率方式直接啟動。

  注：一般應用在負載初始狀態不確定的場合

轉速跟蹤啟動

  直接將正在自由旋轉的電機或負載由當前速度驅動到預定速度

  注：非常適用于水泵的工頻變頻切換或重要設備的異常停機后的快速恢復

停車方式

減速停車

  變頻器接到停止命令后按照減速時間對應曲線逐漸減小輸出頻率，到0后停機。

  注：這種方式最常用，當直流母線電壓過高時會自動啟動能耗制動，此時需配置制動單元，否則會報減速過電壓

自由停車

  變頻器接到運行停止命令后，立刻中止輸出，負載靠自然阻力停止。

  注：變頻器故障時的停車方式就是自由停車

減速＋直流制動停車

  變頻器接到運行停止命令后，按照減速時間對應曲線逐漸減少輸出頻率，當  到達某一預設頻率，即開始直流制動（通脈沖直流）停車，防止電機爬行

  注：對于大慣量負載或有定位要求的場合非常適用

其它功能：

3.4 變頻器控制方式應用簡介

鍵盤控制

特點：

運行命令由鍵盤上的RUN和STOP決定

運行方向一般由變頻器內部參數決定

運行給定由鍵盤修改特定功能碼完成

方便快捷

適用場合

在設備調試時廣泛使用

應用在簡單且實時性不強的單機場合

外部端子控制（單機）

特點：

運行命令由外部啟停按鈕決定，通過變頻器外部端子FWD/REV決定運行方向

運行給定一般由外部模擬端子決定：PLC 模擬輸出電位器

常與外部邏輯電路或PLC共同控制變頻器

適用場合

應用在實時性較強獨立系統

使用范圍最廣

外部端子控制（多機）

使用場合：

    各類小型生產線或系統

特點：

 實時性好

 調試維護方便

 線路復雜，抗干擾   能力差

通訊控制

使用場合：

各類中大型生產線或系統特點：

所有控制均通過通訊電纜

線路相對簡單，自動化

水平高，信息交換量大

實時性好，抗擾能力強

為防止網絡故障，特設獨立急停功能

投入大，調試維護困難

3.5 變頻器選型原則

考慮變頻器運行的經濟性和安全性，變頻器選型保留適當的余量是必要的。要準確選型，必須要把握以下幾個原則：

充分了解控制對象性能要求。一般來講如對啟動轉矩、調速精度、調速范圍要求較高的場合則需考慮選用矢量變頻器，否則選用通用變頻器即可

了解負載特性，如是通用場合，則需確定變頻器是G型還是P型

了解所用電機主要銘牌參數：額定電壓、額定電流。

確定負載可能出現的最大電流，以此電流作為待選變頻器的額定電流。如果該電流小于適配電機額定電流，則按適配電機選擇對應變頻器，考慮成本因素，如選用的是通用變頻器，則可以選擇P型機

以下情況要考慮容量放大一檔：

1、長期高溫大負荷         

2、異常或故障停機會出現災難性后果的現場

3、目標負載波動大         

4、現場電網長期偏低而負載接近額定

5、繞線電機、同步電機或多極電機（6極以上）

充分了解各變頻器支持的選配件是正確選配的基礎。對于變頻器的選配件選配，必須要把握以下幾個原則：

以下情況要選用交流輸入電抗器、直流電抗器民用場合，如：賓館中央空調、電機功率大于55KW以上電網品質惡劣或容量偏小的場合，如不選用可能會造成干擾、三相電流偏差大，變頻器頻繁炸機

以下情況要選用交流輸出電抗器：變頻器到電機線路超過100米（一般原則）

以下情況一般要選用制動單元和制動電阻：提升負載、頻繁快速加減速、大慣量（自由停車需要1min以上，恒速運行電流小于加速電流的設備）

4、 結構IP等級簡介

IP（INGRESS PROTECTION）防護等級系統是由IEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草。將電器依其防塵防濕氣之特性加以分級。這里所指的外物含工具，人的手指等均不可接觸到電器內之帶電部分，以免觸電。IP防護等級是由兩個數字所組成，第1個數字表示防止外物侵入的等級，第2個數字表示防濕氣、防水侵入的密閉程度，數字越大表示其防護等級越高。

     IP等級通常以IPXX表示，兩個標示數字所表示的防護等級如表一及表二所示：

表一：

表二：