变频器AFE培训教程PPT课件

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1、西门子变频器简介1 SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列矢量控制的 变频器是具有IGBT 逆变器、全数字技术的有电压中间回 路的变频器。 它同西门子三相交流电动机一起为所有工业领域和所有 应用场合提供高性能、最经济的解决方案。第1页/共72页西门子变频器简介2 SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制系列变频器是全系列通用型和模块化的产品： 标准装置功率范围从0.55 kW 2300 kW。覆盖全球的三相交流电网电压，380 V 690 V。按照使用场合及所需功率，可做成4种结构，即增强书本型、书本型、装机装柜型及变频调速柜。模块化的硬件、软件使其能够达到精确配

2、合、最经济的解决方案。第2页/共72页西门子变频器简介3MASTERDRIVES装置可以做成以下形式产品：1. 接到交流三相电网上的变频器，2. 接到直流母线上的逆变器，3. 向直流母线提供电源的整流单元。多种系统元件和附件扩展了产品的应用范围。 顶驱电控系统因功率较大故采用整流单元+逆变器结构。第3页/共72页Compact PLUS紧凑加强型Compact紧凑型Chassis机架式0.5 - 18.5 kW2.2 - 37 kW45 - 2300 kW MC (运动控制) 250kWCabinet柜体45 - 6000 kWVC (矢量控制)其应用包括定位、同步操作以及凸轮轴驱动等。应用于

3、绕线机、拉丝机、造纸及薄膜工业、升降机等。MasterDriver变频器第4页/共72页IEC3 AC 380 - 415 V 50 Hz3 AC 500 V 50 Hz3 AC 660 - 690 V 50 HzIEC / NEMA3 AC 380 - 460 V 50/60 HzIEC / NEMA3 AC 380 - 460 V 50/60 HzIEC3 AC 380 - 440 V 50/50 Hz3 AC 500 - 550 V 50/50 HzIEC3 AC 415 - 440 V 50 Hz适用于所有的电源频率和所有的应用标准DeviceNETPROFIBUS DPCC Link

4、CAN世界范围内使用第5页/共72页 U=E=4.44 X f X k X U=E=定子电压 f=供电频率 k= 系数(常数) = 磁通电机基本公式3第6页/共72页异 步 电 机 的 调 速 方 法 ：n=60f1(1-s)/PN 变 频 调 速 ：改 变 电 源 的 频 率 变 极 调 速 ：改 变 电 机 的 极 对 数 改 变 转 差 率 :绕 线 电 机 转 子 串 电 阻 调 速 、定 子 调 压 调 速 、串 级 调 速 、 双 馈 调速 变 频 调 速 ：变 频 调 速 范 围 宽，平 滑 性 好，效 率 高，具 有 良好 的 静 态 性 能 和 动 态 性 能，应 用 广 泛

5、。变 频 器 按 其 结 构 可 分 为 交 直 交 变 频 器 和 交 交 变 频 器整 流 器逆 变 器DC 环 节AC50HZACVVVF变 频 器50HZACACVVVF交流调速方法第7页/共72页1.保 持 磁 通 恒 定 U1E1=4.44f1w1k1 U1/f1=C1 M=Cm I2cos 从 以 上 两 公 式 可 以 作 如 下 分 析: U1不 变 时, f1 M U1不 变 时, f1 磁 路 饱 和铁 损 增 加,绕 组 过 分 发 热 ，功 率 因 素 降 低 。 故,只 调节 f 不 行, 需 同 时 调 节 U1和 f1才 可 以 保 持 磁 通 的 恒 定.。

6、2.保 持 电 压 为 额 定 值 在 额 定 频 率 以 上 调 速 ，受 到 电 机 绕 组 绝 缘 强 度 的 限 制 ， 定 子 电 压 不可 能 与 频 率 成 比 例 地 升 高 ，只 能 保 持 在 额 定 电 压 ，此 时 气 隙 磁 通 将 随 频 率 的 升高 而 反 比 例 地 下 降 ，进 入 弱 磁 调 速 范 围 。VVVF 变 频 调 速 的 基 本 要 求第8页/共72页00.51.01.21.5TorqueVoltage 力 矩 性 能Frequency第9页/共72页调速结论1第10页/共72页调速结论2第11页/共72页变频调速特点第12页/共72页 PW

7、M脉 宽 调 制 技 术两 种 基 本 的 调 制 方 法 ： 脉 幅 调 制 PAM(Pulse Amplitude Modulation): 变 频 器 在 改 变 输 出 频 率 的 同 时，也 同 时 改 变 输 出 电 压 的 幅 值 PAM 需 要 同 时 调 节 两 个 部分 ：整 流 部 分 和 逆 变 部 分，二 者 之 间 还 必 须 满 足 一 定 的关 系，故 控 制 电 路 复 杂 脉 宽 调 制 PWM(Pulse Width Modulation): 变 频 器 在 改 变 输 出 频 率 的 同 时，也 同 时 改 变 输 出 电 压 的 脉 冲 占 空 比 P

8、WM 只 控 制 逆 变 器 部 分，与 PAM 相 比 ，控 制 电 路 简 单 正 弦 波 脉 宽 调 制 技 术 SPWM：在 进 行 脉 宽 调 制 时 ，使 脉 冲 系 列 的 占 空 比 按 正 弦 规 律 来 安 排。当 正 弦 值 为 最 大 时 ，脉 冲 宽 度 也 最 大 ，而 脉 冲 间 的 间 隔 则 最 小 。反 之 亦 然 。这 样 的 电 压 脉 冲 系 列 可 以 使 负 载 电 流 中 的 高 次 谐 波 成 分 大为 减 少 。第13页/共72页冲量等效定理 根据现代控制理论可知: 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的负载环节上时,其产生的效果基本相同.

9、这就是冲量等效定理. 冲量既窄脉冲所围成的封闭图形面积.第14页/共72页等效示意图1第15页/共72页等效示意图2第16页/共72页Protection and FilteringMicroprocessorDisplay and buttonsCustomer TerminalsD TypeSerial i/oA/D ConvertersD/A ConverterEE PROM控 制 框 图 - MASTERDRIVE Vector ControlDriverDriverDC PositiveDC NegativePower SupplyIsolated SuppliesControl B

10、oardsPower SectionVector and PWM Processor第17页/共72页IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors)电 压电 流一 毫 秒开 关 损 耗开 关 IGBTs 是 可 靠 ，高 效 和 快 速 的 电 力 电 子器 件 第18页/共72页续 流 二 极 管Commutation (Flywheel) Diodes are required to divert the inductive current when the IGBTs are not conducting.If the diodes have a slo

11、w recovery, a short circuit current will flow.Fast diodes with a low recovered charge are used.第19页/共72页预 充 电 电 阻+-电 容 充 电 通 过 预 充 电 电 阻，预 充 电 继 电 器 第20页/共72页+-电 流 监 控 系 统123451. DC 侧 监 控 器 直 接 到 ASIC - 6SE922. DC侧 监 控 器 通 过 光 藕 连 接 - 6SE923. 电 阻 和光 藕 - MIDIMASTER Vector x 34. 霍 尔 元 件 - MICROMASTER

12、Vector x 25. IGBT侧 监 视 器 x 6第21页/共72页整流和逆变概念 整流: : 把交流电变成(整流成)直流电的电路称为整流电路. 逆变: : 把直流电变成(逆变成)交流电的电路称为逆变电路.第22页/共72页整流单元的组成 可控硅(SCR,Thyristor) 散热片 触发电路板(A23)+控制电源板 主控板(CUR) 主回路保险(熔芯) 散热风机 显示面板(PMU) 通讯板(CBP2)第23页/共72页整流单元结构图第24页/共72页输 入 电 压单 相 三 相 DC 电 压 单 相 三 相 整 流 二 极 管 二 极 管 电 流整流示意图第25页/共72页逆变器的组成

13、 逆变模块(IGBT) 散热板 触发电路板(IGD) 控制电源板(PSU) 主控板(CUVC) 主回路保险(熔芯) 中间回路电容. 散热风机 显示面板(PMU) 接口转换板(IVI) 通讯板(CBP2)第26页/共72页Lower IGBT - direct Drive is referenced to DC Negative and common Power SupplyUpper IGBT - requires isolation and Charge Pump (or separate) Power Supply.驱 动驱 动ASIC控 制 器 DC 正 DC 负 Vector Unit

14、s have fully isolated ASIC controller and therefore at least six opto-isolators IGBT的控制和触发第27页/共72页变频器和逆变器的结构图M3变频器滤波器电抗器3AC 380 - 480 V=制动电阻M3=M3=M3逆变器3AC 380 - 480 V=滤波器电抗器变频器制动电阻第28页/共72页进线电抗器 安装进线电抗器是为了减小变频器、整流单元和整流/回馈单元的谐波电流 进线电抗器也能限制由于电源电压的突变而产生的电流冲击第29页/共72页出线电抗器 输出电抗器用于补偿在长导线时的容性再充电电流及限制在相应电

15、机导线长度下，在电机端子上的dv/dt 。 第30页/共72页MasterDrive基本控制功能 V/F特性 转矩控制 速度控制 频率控制第31页/共72页具有具有V/f V/f 特性的转速控制特性的转速控制 通用的V V/ /f f 特性: : 作为频率控制，具有滑差补偿，用于异步电动机的单独传动和多电机传动，无高动态性能要求. 例如，泵，风扇，简单的牵引装置。第32页/共72页电 压 与 频 率 的 关 系压 频 比 控 制 方 式 适 合 于 大 多 数 场 合.二 次 曲 线 控 制 适 用 于 风 机、水 泵 负 载 以 达到 节 能 的 效 果.特 殊 的 控 制 曲 线 可 以

16、用 来 控 制 特 殊 的 电 机 和 运 用 场 合.矢 量 控 制 和 磁 通 电 流 控 制 系 统 可 以 单 独 控 制 电 机 的 励 磁.因 为 感 应 电 机 的 工 作 象 一 台 变 压 器, 频 率 减 小 时 电 压 也 必 须 减 少 .第33页/共72页磁 通 电 流 控 制 (FCC)IloadIfluxItotal如 果 电 机 电 压 可 知 ，那 么 总 的 输 出 电流 可 以 分 解 为 负 载 分 量 和 励 磁 分 量 . 励 磁 分 量 部 分 可 以 单 独 控 制 并 且 可 以 实 现 电 机 的 磁 通 优 化 .磁 通 电 流 控 制 没

17、 有 全 矢 量 控 制 效 果 好 ，因 为 矢 量 控 制 考 虑 了 转 子 的 实 际 位 置.第34页/共72页V/f控制原理图第35页/共72页 在 DC 电 机 中 , 磁 场 是 一 个 独 立 的 绕 组 产 生 ( 激 磁 绕 组 ) 因 此 电 机 电 枢 电 流 和 磁 通 电 流 可 以 单 独 控 制.在 AC 电 机 中, 定 子 绕 组 电 流 包 含 励 磁 和 转 矩 部 分，因 此 很 难 单 独 控 制 电 机 的 力 矩 和 磁 通. 仅 仅 控 制 电 流 幅 值 ，不 能 实 现 电 机的 力 矩 和 磁 通 的 单 独 控 制，所 以 矢 量 控

18、 制 必 须 同 时 控 制 电 流 的 幅 值 和 相 位分 别 控 制 电 机 的 磁 通 和 力 矩 可 以 实 现 优 化 的 控 制 性 能 零 速 时 的 高 输 出 力 矩 ，负 载 变 化 时 的 快 速 响 应 . 矢量控制技术第36页/共72页AC InverterAC MotorEncoderload为 了 控 制 交 流 电 机 的 力 矩 和 磁 通 ，定 子 电 流 必 须 同 时 控 制 幅 值 和 相 位 即 矢 量 控 制 而 不 是 标 量 控 制.为 了 控 制 定 子 电 流 的 相 位，所 以 必 须 知 道 转 子 的 位 置。所 以 全 矢 量 控

19、 制, 必 须 采 用 一 码 盘 来 检 测 电 机 转 子 的 位 置.SupplyPosition Feedback 什 么 是 矢 量 控 制 ?第37页/共72页磁 场 定 向 矢 量 控 制 框 图 2% 2% 1% 弱 磁 范 围 5% fmax/fn*fslip/10 力 矩 上 升 时 间 50ms 25ms 10ms 力 矩 波 动 2% 2% IP20的调速柜中，附加有风扇。在环境温度TU=40C时，风扇工作寿命为35,000小时，因此必须及时更换风扇，保证变频器运转。调速柜滤网应按时检查，如果它已脏到不能保证正常空气进入，则必须更换。尘埃沉积在调速柜内，应由合格人员按安

20、全规定定期按时予以清理，无论如何，最少每年一次，可用刷子和吸尘器进行清理，对于不易接近的地方可用干燥的压缩空气（最大压力1bar）。第68页/共72页4. 维护中间回路电容器的充电：存放时间不得超过一年。如变频调速柜存放时间过长，变频器中间回路电容器在启动时必须充电。否则，当电网电压加在装置上时，电容器可能损坏。具体操作可联系SFAE工程师完成。第69页/共72页4. 维护特别注意：调速柜上方有散热空气排放的通风口，不允许放置任何物品阻碍通风。在调速柜上方施工作业时，必须将调速柜上方用遮挡物覆盖，防止其它东西（如工具，碎石，棉布等）落入柜内，损坏调速柜内的器件设备。调速柜检修后，必须仔细检查柜内是否留有其他工具或金属导体。并重新安装好强电保护透明挡板，防止触电。第70页/共72页谢 谢 ！第71页/共72页感谢您的观看。第72页/共72页