变频器培训基础篇

1调速原理

2负载类型

3变频器原理、功能、应用及选型

3.1 低压交直交通用变频器硬件系统介绍

3.2 变频控制原理：

3.3 变频器常用功能介绍

3.4 变频器控制方式应用简介

3.5 变频器选型原则

4、 结构IP等级简介

1.调速原理

交流异步电机的机械特性公式

n＝60f/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

交流同步电机的机械特性公式

n＝60f/p

    n：电机转速  

    f：给电机供电的交流电频率  

p：电机极对数  

电动机调速方式

在变频器出现前同步电机无法实现调速功能，因此只能在定速传动领域使用

三相交流鼠笼电机尽管调速性能不佳，但其结构坚固、经久耐用且价格低廉

   还是在一些性能较低的传动现场使用

2.负载类型

电气传动系统负载可以分为三大类：

恒转矩负载：

负载转矩TL与转速n无关，任何转速下TL总保持恒定或基本恒定。例如传送带、搅拌机，挤压机、钻床,容积泵等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒转矩负载。

变频器拖动恒转矩性质的负载时，低速下的转矩要足够大，并且有足够的过载能力。如果需要在低速下稳速运行，应该考虑标准异步电动机的散热能力，避免电动机的温升过高。

恒功率负载： 

磨床, 高速车床, 绕线筒、机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载。负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。当速度很低时，受机械强度的限制，TL不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择有很大的影响。电动机在恒磁通调速时，最大容许输出转矩不变，属于恒转矩调速；而在弱磁调速时，最大容许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。如果电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致时，即所谓"匹配"的情况下，电动机的容量和变频器的容量均最小。

变转矩负载：

在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度n的2次方成正比。随着转速的减小，转矩按转速的2次方减小。这种负载所需的功率与速度的3次方成正比。当所需风量、流量减小时，利用变频器通过调速的方式来调节风量、流量，可以大幅度地节约电能。由于高速时所需功率随转速增长过快，与速度的三次方成正比，所以通常不应使风机、泵类负载超工频运行。

3.变频器原理、功能、应用及选型

 3.1 低压交直交通用变频器硬件系统介绍

变频器的输出波形

输出电流波形接近正弦波，谐波成分为导致变频器输出干扰的主要原因。

输出电压波形为脉冲波，其形成机制称为脉宽调制技术

变频器简化系统电路

3.2 变频控制原理：

交流调速的控制核心是：只有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380V 50Hz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，控制相对复杂，直到90代计算   机技术迅速发展才真正大范围使用

通用变频器和高性能变频器的区别：

3.3 变频器常用功能介绍

启动方式

从启动频率启动

变频器输出由0直接变化为启动频率对应的交流电压，而后在此基础上按照加速曲线逐步提高输出频率和输出电压直到设定频率到达。

  注：启动频率不宜过大，否则会造成启动冲击或过流

先制动后从启动频率再启动

  变频器先给电机通脉冲直流，使电机保持在停止状态，然后再按照从启动频率方式直接启动。

  注：一般应用在负载初始状态不确定的场合

转速跟踪启动

  直接将正在自由旋转的电机或负载由当前速度驱动到预定速度

  注：非常适用于水泵的工频变频切换或重要设备的异常停机后的快速恢复

停车方式

减速停车

  变频器接到停止命令后按照减速时间对应曲线逐渐减小输出频率，到0后停机。

  注：这种方式最常用，当直流母线电压过高时会自动启动能耗制动，此时需配置制动单元，否则会报减速过电压

自由停车

  变频器接到运行停止命令后，立刻中止输出，负载靠自然阻力停止。

  注：变频器故障时的停车方式就是自由停车

减速＋直流制动停车

  变频器接到运行停止命令后，按照减速时间对应曲线逐渐减少输出频率，当  到达某一预设频率，即开始直流制动（通脉冲直流）停车，防止电机爬行

  注：对于大惯量负载或有定位要求的场合非常适用

其它功能：

3.4 变频器控制方式应用简介

键盘控制

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

外部端子控制（单机）

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

常与外部逻辑电路或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

外部端子控制（多机）

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

通讯控制

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

3.5 变频器选型原则

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）

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）

4、 结构IP等级简介

IP（INGRESS PROTECTION）防护等级系统是由IEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草。将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到电器内之带电部分，以免触电。IP防护等级是由两个数字所组成，第1个数字表示防止外物侵入的等级，第2个数字表示防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高。

     IP等级通常以IPXX表示，两个标示数字所表示的防护等级如表一及表二所示：

表一：

表二：