MM440变频器简明教程课件

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1、MM440MM440MM440MM440变频器变频器变频器变频器简明教程简明教程简明教程简明教程莱钢培训中心莱钢培训中心 王王 兵兵MM440变频器简明教程课件第一章 通用变频器的工作原理 第一节 通用变频器的发展概况一、通用变频器的发展过程一、通用变频器的发展过程 自20世纪80年代初通用变频器问世以来，通用变频器更新换代了五次：第一代是80年代初的模拟式通用变频器，第二代是80年代中期的数字式通用变频器，第三代是90年代初的智能型通用变频器，第四代是90年代中期的多功能通用变频器，本世纪研制上市了第五代集中型通用变频器。通用变频器的发展情况可以从以下几个方面来说明。MM440变频器简明教程

2、课件1、通用变频器的应用范围不断扩大 其产品正向三个方面发展变化：其一，向无需调整便能得到最佳运行的多功能与高性能型变频器方向发展；其二，向通过简单控制就能运行的小型及操作方便的变频器方向发展；其三，向大容量、高起动转矩及具有环境保护功能的变频器方向发展。MM440变频器简明教程课件2、通用变频器使用功率器件不断更新换代 GTO（门极可关断晶闸管）、GTR(双极型晶体管)、IGBT（绝缘栅双极晶体管）及智能模块IPM（Intelligent Power Module）、集成门极换流晶闸管IGCT（Integrated Gate Commutated Thyristor）。MM440变频器简明教

3、程课件3、控制方式不断发展 第一阶段：80年代初日本学者提出了基本磁通轨迹的电压空间矢量（或称磁通轨迹法）。第二阶段：70年代初由西德F.Blasschke等人提出的矢量控制。第三阶段：1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论。MM440变频器简明教程课件4、PWM控制技术进一步发展 PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。由于PWM 可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点，因此在交流传动乃至其他能量变换系统中得到广泛应用。从最初采用模拟电路完成三角调制波和参考正弦波比较，产生正弦脉宽调制SPWM信号以控制功率器件的开关开始，到目前采用全数字化方案，完成优化的实

4、时在线的PWM信号输出，PWM 在各种应用场合仍占主导地位，并一直是人们研究的热点。MM440变频器简明教程课件二、通用变频器技术的发展趋势二、通用变频器技术的发展趋势 通用变频器的发展是世界经济高速发展的产物。其发展的趋势大致如下：1、主控一体化 2、小型化 3、低电磁噪音化 4、专用化 5、系统化 6、在数字控制技术与接口技术方面MM440变频器简明教程课件第二节第二节 通用变频器的基本工作原理通用变频器的基本工作原理 在各种异步电机调速控制系统中，目前效率最高、性能最好在各种异步电机调速控制系统中，目前效率最高、性能最好的系统是变压变频调速控制系统。异步电动机的变压变频调速控的系统是变压

5、变频调速控制系统。异步电动机的变压变频调速控制系统一般简称为变频器。由于通用变频器使用方便、可靠性高，制系统一般简称为变频器。由于通用变频器使用方便、可靠性高，所以它成为现代自动控制系统的主要组成元件之一。所以它成为现代自动控制系统的主要组成元件之一。根据异步电动机的转速表达式根据异步电动机的转速表达式 可知，改变频率就能改变电动机的转速，但是在实际实验中可知，改变频率就能改变电动机的转速，但是在实际实验中发现单纯改变电动机的频率会烧坏电动机，为什么呢？发现单纯改变电动机的频率会烧坏电动机，为什么呢？MM440变频器简明教程课件一、变频器的基本控制方式一、变频器的基本控制方式 如果如果 f1大

6、于电机的额定频率大于电机的额定频率 f1N，那么气隙磁通量那么气隙磁通量 M 就会小于额定就会小于额定气隙磁通量气隙磁通量MN。其结果是：尽管电机的铁心没有得到充分利用是一种浪费，。其结果是：尽管电机的铁心没有得到充分利用是一种浪费，但是在机械条件允许的情况下长期使用不会损坏电机。但是在机械条件允许的情况下长期使用不会损坏电机。44.41111F F=MrNfkEMM440变频器简明教程课件一、变频器的基本控制方式一、变频器的基本控制方式 如果如果 f1小于电机的额定频率小于电机的额定频率 f1N，那么气隙磁通量，那么气隙磁通量 M 就会大就会大于额定气隙磁通量于额定气隙磁通量M。其结果是：电

7、机的铁心产生过饱和，从而导。其结果是：电机的铁心产生过饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。MM440变频器简明教程课件一、变频器的基本控制方式一、变频器的基本控制方式 要实现变频调速，在不损坏电机的条件下，充分利要实现变频调速，在不损坏电机的条件下，充分利用电机铁芯，发挥电机转矩的能力，最好在变频时保持用电机铁芯，发挥电机转矩的能力，最好在变频时保持每极磁通量每极磁通量M为额定值不变。为额定值不变。对于直流电机，励磁系统是独立的，尽管存在电枢反应，但只对于直流电机，励磁系统是独立的，尽管存在电枢反应，但只要对电枢反应作适当

8、的补偿，保持要对电枢反应作适当的补偿，保持M不变是很容易做到的。在交不变是很容易做到的。在交流异步电机中，磁通是定子和转子磁动势合成产生的，如何才能保流异步电机中，磁通是定子和转子磁动势合成产生的，如何才能保持磁通基本不变呢？持磁通基本不变呢？MM440变频器简明教程课件1、基频以下调速基频以下调速 由前面的式子可知，要保持由前面的式子可知，要保持M不变，当频率不变，当频率f1从额定值从额定值f1N 向下调节时，向下调节时，必须同时降低必须同时降低E1，使，使E1/f1常数。即采用电动势与频率之比恒定的控制方常数。即采用电动势与频率之比恒定的控制方式。式。然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制

9、的，当电动势的值较高时，然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势的值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压U1E1，则得，则得MM440变频器简明教程课件1、基频以下调速基频以下调速 这是恒压频比的控这是恒压频比的控制方式。在恒压频比条制方式。在恒压频比条件下改变频率时，我们件下改变频率时，我们能够证明：机械特性基能够证明：机械特性基本上是平行下移的，如本上是平行下移的，如图所示。图所示。MM440变频器简明教程课件、基频以上调速基频以上调速 在基频以上调速时，频在基频以上调速时，频率可以从率可以从f1N往上增高，但电

10、往上增高，但电压压U1却不能超过额定电压却不能超过额定电压U1N，最多只能保持，最多只能保持U1=U1N。由。由下式可知，这将迫使磁通随下式可知，这将迫使磁通随频率升高而降低，相当于直频率升高而降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。流电机弱磁升速的情况。MM440变频器简明教程课件、基频以上调速基频以上调速 在基频在基频f1N以上变频调速时，由于以上变频调速时，由于电压电压U1=U1N 不变，我们不难证明当不变，我们不难证明当频率提高时，同步转速随之提高，最频率提高时，同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上移，如右图大转矩减小，机械特性上移，如右图所示。由于频率提高而电压不变，气所示。由于频

11、率提高而电压不变，气隙磁动势必然减弱，导致转矩减小。隙磁动势必然减弱，导致转矩减小。由于转速升高了，可以认为输出功率由于转速升高了，可以认为输出功率基本不变。所以，基频以上变频调速基本不变。所以，基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。属于弱磁恒功率调速。图图图图222222MM440变频器简明教程课件 通过分析可得如下结论：当通过分析可得如下结论：当f1 f1N时，变频装置必时，变频装置必须在改变输出频率的同时改变输出电压的幅值，才能须在改变输出频率的同时改变输出电压的幅值，才能满足对异步电动机变频调速的基本要求。满足对异步电动机变频调速的基本要求。这样的装置通称变压变频（这样的装置通称变压变频

12、（VVVF）装置，其中）装置，其中VVVF是英文是英文Variable Voltage Variable Frequency的缩写。这的缩写。这是通用变频器工作的最基本原理也是设计变频器时所满足是通用变频器工作的最基本原理也是设计变频器时所满足的最基本要求。通用变频器是如何实现变压又变频的呢？的最基本要求。通用变频器是如何实现变压又变频的呢？MM440变频器简明教程课件二、二、SPWM控制技术原理控制技术原理 目前技术很容易实现的一种方法：逆变器的输出波形是一系列等目前技术很容易实现的一种方法：逆变器的输出波形是一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，这些波型与正弦波等效，等效的原则是每幅不等宽的矩形

13、脉冲波形，这些波型与正弦波等效，等效的原则是每一区间的面积相等。如果把一个正弦半波分作一区间的面积相等。如果把一个正弦半波分作n等分，然后把每等分，然后把每等等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合。这样，由点相重合。这样，由n个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦波的半周等效，称作弦波的半周等效，称作 SPWM波形。波形。MM440变频器简明

14、教程课件二、二、SPWM控制技术原理控制技术原理 iMM440变频器简明教程课件1、SPWM的模拟控制方法的模拟控制方法 MM440变频器简明教程课件MM440变频器简明教程课件1、SPWM的模拟控制方法的模拟控制方法(单极性单极性SPWMSPWM技术技术)单极性调制的工作特单极性调制的工作特点是：每半个周期内，逆点是：每半个周期内，逆变桥同一桥臂的两个逆变变桥同一桥臂的两个逆变器件中，只有一个器件按器件中，只有一个器件按脉冲系列的规律时通时断脉冲系列的规律时通时断地工作，另一个完全截止；地工作，另一个完全截止；而在另半个周期内，两个而在另半个周期内，两个器件的工作情况正好相反。器件的工作情况

15、正好相反。流经负载流经负载Z的便是正、负的便是正、负交替的交变电流。交替的交变电流。MM440变频器简明教程课件1、SPWM的模拟控制方法的模拟控制方法(单极性单极性SPWMSPWM技术技术)单极性调制的工作特单极性调制的工作特点是：每半个周期内，逆点是：每半个周期内，逆变桥同一桥臂的两个逆变变桥同一桥臂的两个逆变器件中，只有一个器件按器件中，只有一个器件按脉冲系列的规律时通时断脉冲系列的规律时通时断地工作，另一个完全截止；地工作，另一个完全截止；而在另半个周期内，两个而在另半个周期内，两个器件的工作情况正好相反。器件的工作情况正好相反。流经负载流经负载Z的便是正、负的便是正、负交替的交变电流

16、。交替的交变电流。MM440变频器简明教程课件 只要能保证加在电动机上只要能保证加在电动机上的三相对称电流是近似的三相对称电流是近似正正弦波，电动机的定子就能弦波，电动机的定子就能产生能够会旋转的产生能够会旋转的“NS”极磁场，电动机的转子极磁场，电动机的转子就会跟着旋转起来。就会跟着旋转起来。MM440变频器简明教程课件MM440变频器简明教程课件形成正向电流过程（形成正向电流过程（1）MM440变频器简明教程课件形成正向电流过程（形成正向电流过程（2）MM440变频器简明教程课件形成反向电流过程（形成反向电流过程（1 1）MM440变频器简明教程课件形成反向电流过程（形成反向电流过程（2

17、2）MM440变频器简明教程课件 双极性调制的工双极性调制的工作特点是作特点是:逆变桥在工逆变桥在工作时，同一桥臂的两作时，同一桥臂的两个逆变器件总是按相个逆变器件总是按相电压脉冲系列的规律电压脉冲系列的规律交替地导通和关断，交替地导通和关断，而流过负载而流过负载 Z的电流的电流是按线电压规律变化是按线电压规律变化的交变电流。的交变电流。1、SPWM的模拟控制方法的模拟控制方法(双极性双极性SPWM技术技术)MM440变频器简明教程课件MM440变频器简明教程课件SPWM的软件控制法 n软件控制法是由微型计算机来实现SPWM控制的方法，是目前经常采用的一种方法。根据其软件制作方法的不同，有如下

18、三种方法：n（1）表格法（又称 ROM法）n（2）随时计算法（又称 RAM法）n（3）实时计算法MM440变频器简明教程课件13通用变频器的基本结构通用变频器的基本结构n一、变频器的基本外形结构一、变频器的基本外形结构 MM440变频器简明教程课件二、变频器的分类二、变频器的分类 1 1、按电路结构分、按电路结构分（1 1）交）交交变频器交变频器 把频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源。把频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源。其主要优点是没有中间环节，故变换效率高。但其连续可调的频其主要优点是没有中间环节，故变换效率高。但其连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的率范

19、围窄，一般为额定频率的 l l2 2以下，故它主要用于容量较大以下，故它主要用于容量较大的低速拖动系统中。的低速拖动系统中。（）交（）交直直交变频器交变频器 先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。在这类装置中，用不可控整流，则输率连续可调的三相交流电。在这类装置中，用不可控整流，则输入功率因数不变；用入功率因数不变；用PWMPWM逆变，则输出谐波可以减小。逆变，则输出谐波可以减小。MM440变频器简明教程课件电压源型变频器电压源型变频器 在交在交直直交变压变频装置中，交变压变频装置中，当中间直流环节采用大

20、电容滤波当中间直流环节采用大电容滤波时，直流电压波形比较平直，在时，直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻抗为零的理想情况下是一个内阻抗为零的恒压源，输出交流电压是矩形波恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫做电或阶梯波，这类变频装置叫做电压源型变频器。压源型变频器。电流源型变频器电流源型变频器 当交当交直直交变压变频装置交变压变频装置的中间直流环节采用大电感滤波的中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比较平直，因时，直流电流波形比较平直，因而电源内阻抗很大，对负载来说而电源内阻抗很大，对负载来说基本上是一个电流源，输出交流基本上是一个电流源，输出交流电流是矩形波或阶梯

21、波，这类变电流是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫做电流源型变频器。频装置叫做电流源型变频器。2 2、按滤波方式分、按滤波方式分MM440变频器简明教程课件电压源型和电流源型变频器的差异电压源型和电流源型变频器的差异n从主电路上看，电压源型变频器和电流源型变频器的区别仅从主电路上看，电压源型变频器和电流源型变频器的区别仅在于中间直流环节滤波器的形式不同，但是这样一来，却造成两在于中间直流环节滤波器的形式不同，但是这样一来，却造成两类变频器在性能上相当大的差异，主要表现如下：类变频器在性能上相当大的差异，主要表现如下：n （1）无功能量的缓冲：）无功能量的缓冲：对于变压变频调速系统来说，变频对于变压

22、变频调速系统来说，变频器的负载是异步电机，属感性负载，在中间直流环节与电机之间，器的负载是异步电机，属感性负载，在中间直流环节与电机之间，除了有功功率的传送外，还存在无功功率的交换。逆变器中的电除了有功功率的传送外，还存在无功功率的交换。逆变器中的电力电子开关器件无法储能，无功能量只能靠直流环节中作为滤波力电子开关器件无法储能，无功能量只能靠直流环节中作为滤波器的储能元件来缓冲，使它不致影响到交流电网。因此也可以说，器的储能元件来缓冲，使它不致影响到交流电网。因此也可以说，两类变频器的主要区别在于用什么储能元件两类变频器的主要区别在于用什么储能元件(电容器或电抗器电容器或电抗器)来来缓冲无功能

23、量。缓冲无功能量。MM440变频器简明教程课件n （2）回馈制动：如果把不可控整流器改为可控整流器，虽然电）回馈制动：如果把不可控整流器改为可控整流器，虽然电力电子器件具有单向导电性，电流力电子器件具有单向导电性，电流 Id不能反向，而可控整流器的输不能反向，而可控整流器的输出电压是可以迅速反向的，因此，电流源型变压变频调速系统容易出电压是可以迅速反向的，因此，电流源型变压变频调速系统容易实现回馈制动，从而便于四象限运行，适用于需要制动和经常正、实现回馈制动，从而便于四象限运行，适用于需要制动和经常正、反转的机械。与此相反，采用电压源型变频器的调速系统要实现回反转的机械。与此相反，采用电压源型

24、变频器的调速系统要实现回馈制动和四象限运行却比较困难，因为其中间直流环节有大电容钳馈制动和四象限运行却比较困难，因为其中间直流环节有大电容钳制着电压，使之不能迅速反向，而电流也不能反向，所以在原装置制着电压，使之不能迅速反向，而电流也不能反向，所以在原装置上无法实现回馈制动。必须制动时，只好采用在直流环节中并联电上无法实现回馈制动。必须制动时，只好采用在直流环节中并联电阻的能耗制动，或者与可控整流器反并联设置另一组反向整流器，阻的能耗制动，或者与可控整流器反并联设置另一组反向整流器，工作在有源逆变状态，以通过反向的制动电流，而维持电压极性不工作在有源逆变状态，以通过反向的制动电流，而维持电压极

25、性不变，实现回馈制动。这样做，设备就要复杂多了。变，实现回馈制动。这样做，设备就要复杂多了。MM440变频器简明教程课件n （3）调速时的动态响应：由于交）调速时的动态响应：由于交直直交电流源型变压变频交电流源型变压变频装置的直流电压可以迅速改变，所以由它供电的调速系统动态响装置的直流电压可以迅速改变，所以由它供电的调速系统动态响应比较快，而电压源型变压变频调速系统的动态响应就慢得多。应比较快，而电压源型变压变频调速系统的动态响应就慢得多。n （4）适用范围：由于滤波电容上的电压不能发生突变，所以）适用范围：由于滤波电容上的电压不能发生突变，所以电压源型变频器的电压控制响应慢，适用于作为多台电

26、机同步运电压源型变频器的电压控制响应慢，适用于作为多台电机同步运行时的供电电源但不要求快速加减速的场合。电流源型变频器则行时的供电电源但不要求快速加减速的场合。电流源型变频器则相反，由于滤波电感上的电流不能发生突变，所以电流源型变频相反，由于滤波电感上的电流不能发生突变，所以电流源型变频器对负载变化的反应迟缓，不适用于多电机传动，而更适合于一器对负载变化的反应迟缓，不适用于多电机传动，而更适合于一台变频器给一台电机供电的单电机传动，但可以满足快速起动、台变频器给一台电机供电的单电机传动，但可以满足快速起动、制动和可逆运行的要求。制动和可逆运行的要求。MM440变频器简明教程课件3、按控制方式分

27、 （1）u/f控制 按一定规律对变频器的频率和电压进行控制，称为u/f控制方式。基频以下可以实现恒转矩调速，基频以上则可以实现恒功率调速。（2）矢量控制 根据交流电动机的动态数学模型，利用坐标变换的手段，将交流电动机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流，并分别加以控制，即模仿直流电动机的控制方式对电动机的磁场和转矩分别进行控制，可获得类似于直流调速系统的动态性能。矢量控制又可分为磁通矢量控制、电压矢量控制和转矩矢量控制等。MM440变频器简明教程课件4、按外形分类 （1）书本型结构 书本型结构的功率一般为0.75k37kw （2）装柜型结构 装柜型结构的功率一般为45k1500kw MM

28、440变频器简明教程课件 三、变频器的额定值和频率指标变频器的额定值和频率指标n1输入侧的额定值输入侧的额定值 n2输出侧的额定值输出侧的额定值n（1）输出电压输出电压UNn（2）输出电流）输出电流 INn（3）输出容量（）输出容量（KVA）n（4）配用电动机容量（）配用电动机容量（KW）PNn（5）过载能力）过载能力n3频率指标频率指标n （1）频率范围）频率范围n （2）频率精度）频率精度n （3）频率分辨率）频率分辨率MM440变频器简明教程课件四、变频器的主电路四、变频器的主电路MM440变频器简明教程课件1、交交-直部分直部分（1）整流电路）整流电路（2）滤波电容器）滤波电容器 CF

29、（3）限流电阻）限流电阻 RL与开关与开关 SL（4）电源指示）电源指示 HLMM440变频器简明教程课件2、直交部分、直交部分（1）逆变管）逆变管V1V6（2）续流二极管）续流二极管VD7VD12 (3)缓冲电路缓冲电路MM440变频器简明教程课件缓冲电路的形成过程缓冲电路的形成过程MM440变频器简明教程课件缓冲电路的形成过程缓冲电路的形成过程MM440变频器简明教程课件缓冲电路的形成过程缓冲电路的形成过程MM440变频器简明教程课件缓冲电路的形成过程缓冲电路的形成过程MM440变频器简明教程课件3、制动电阻和制动单元、制动电阻和制动单元（1）制动电阻）制动电阻RB（2）制动单元）制动单元 VBMM440变频器简明教程课件