变频器的结构、原理及生产工艺流程.ppt
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1、绿色驱动,普传科技 Powtran Technology Co.,ltd,清 新 自 然,主 编 : 武 磊 电话 : 13828872012 技术交流QQ群125856978,让顾客满意 提高竞争力 我与普传共发展,变频器的结构、原理及应用,第一讲 变频结构,一.产品介绍,1.普传变频器的几大系列:,PI97系列、PI168系列、PI2000系列、PI7000系列、PI7100系列、PI7600、PI7800及POWTRAN制动单元等。,2.普传变频器PI7600、PI7800系列简介:,PI7600、PI7800系列变频器应用先进的空间电压矢量PWM控制技术、矢量控制技术,采用高性能的功率
2、模块和先进的变频器制造工艺,是普传公司设计制造的新一代高品质、多功能变频器。无论是简单的变频控制还是高性能的伺服应用,在PI7600、PI7800系列中都能找到合适的解决方案。 主要产品包括:PI7600G PI7800G(通用型)、PI7600F PI7800F(风机水泵型)、PI7600H PI7800H(中频重负荷型)、PI7600Z PI7800Z(注塑机专用型)等等。广泛应用于钢铁、港口、煤炭、化工、纺织、油田、机床、机械、电厂、制药、建材、造纸等行业。,第一讲 变频器的结构,3.普传变频器PI7600、PI7800系列特点:,采用DSP(数字信号处理器)为核心的控制单元,实现高速高
3、性能控制;,集V/F控制、V/F+PG控制、矢量控制+PG三种控制功能为一体;,三种空间电压矢量波形产生方式;,死区补偿功能,实现低频率大输出转矩;,自动转差补偿;,十种频率设定方式,模拟端子可以接受010V、020mA之内的自定义范围信号;,第一讲 变频器的结构,可实现最多七段速度和八段加速度控制;,转速追踪启动和断电再恢复运行功能;,强大的通讯功能,支持标准的RS485与Can Bus, 同时提供远控键盘功能;,人性化显示菜单,中文液晶显示,配以LED显示, 同时显示3个状态参数;,特有逆变模块(IGBT)温升监控功能,风扇调节 可控,适时降低电机噪音和温升;,PID调节的直流电流制动;,
4、高效的故障查询与记录功能,方便排除故障;,在三相交流永磁同步电机控制中表现同样出色。,第一讲 变频器的结构,4. 普传制动单元,【1】普传的制动单元(BRAKE UNIT)主要用在变频器需急降速、刹车、定位的场合,变频器在降速时,由于负载惯性的关系,急降速时会将动能变成电能储存在直流母线上,因此必须使用本制动(电阻)器将回生电压予以消耗,否则变频器将会跳过压保护或故障。,【2】一般适用于离心机、洗衣机、天车、电梯、纺织机械、造纸机械、伸线机械(拉丝机)、绕线机、制药、比例联动系统中均可使用。,【3】其他方面,适用于各种品牌的变频器;,规格齐全200V/380V/440V/480V;,第一讲 变
5、频器的结构,容量范围大,单台可使用到110KW(400V);,允许并联使用,没有容量限制;,允许在电网变动大的场合使用;,保护齐全:具有短路、低电压、过电压、快速保险丝、 过热等保护功能;,性能价格比佳;,功率电阻为选用件;,可订制电阻箱。,第一讲 变频器的结构,二.普传变频器铭牌说明:,三.普传变频器型号说明:,第一讲 变频器的结构,第一讲 变频器的结构,二.普传变频器结构划分:,(一) PI7600系列,1. 4N2B,第一讲 变频器的结构,2. 4N3B,第一讲 变频器的结构,2. 4N4B,第一讲 变频器的结构,(一) PI7800系列,1. 1N2,第一讲 变频器的结构,2. 1N3
6、,3. 2N1,第一讲 变频器的结构,3. 2N2,4. 2N3,第一讲 变频器的结构,5. 2N4,6. 3N1,第一讲 变频器的结构,6. 3N2,第一讲 变频器的结构,三.变频器结构:,变频器由主回路和控制回路构成。其中主回路是一个交-直-交结构。控制回路是整个变频器的核心,发出各种指令以使变频器有不同的响应和动作。,第一讲 变频器的结构,一. 变频器构成:主回路和控制回路,主回路,交直回路,直交回路,能耗制动电路,外部接线,整流电路,逆变电路,限流电路,滤波电路,续流电路,吸收电路,输入侧,输出侧,切换电路,第一讲 变频器的结构,控制回路,内部控制回路,外部控制回路,主控板,电源板,键
7、盘,驱动板,外接输入电路,外接输出电路,外接给定电路,(一)主回路 1、交-直回路部分,第一讲 变频器的结构,【1】整流电路 由整流管组成三相整流桥,将电源的三相交流全波整流成直流。如电源的线电压为UL,则三相全波整流后平均直流电压Ud 的大小是 Ud=1.35UL,【2】滤波电路 利用电容滤平全波整流后的电压纹波,当负载变化时,使直流电压保持平稳。,【3】限流电路 利用限流电阻限流,因为变频器在上电瞬间,电解电容的充电电流很大,为了防止过大的冲击电流损坏主电容和整流桥,电路内串入限流电阻,其作用是将电容的充电电流限制在允许的范围以内。,第一讲 变频器的结构,整流回路,限流回路,滤波回路,逆变
8、、续流回路,+,R,T,U,V,W,P,N,+,主回路原理图,S,_,_,第一讲 变频器的结构,2、直-交回路部分 【1】逆变电路 利用逆变管组成逆变桥,把整流所得的直流电,再“逆变”成频率可调的交流电。这是变频器实现变频的具体环节,因而是变频器的核心部分。,【2】续流电路 利用续流二极管实现。其主要功能是: A因为电动机的绕组是电感性的,其电流具有无功分量。为无功电流返回直流电源时提供“通道”。 B当频率下降、电动机处于再生制动状态时,再生电流返回给直流电路。 C在逆变过程中,同一桥臂的两个逆变管,处于不停地交替导通和截止的状态。在交替导通和截止的换相过程中,需要它提供通路。,第一讲 变频器
9、的结构,3、能耗制动电路 【1】制动电阻 电动机在工作频率下降过程中,将处于再生制动状态,拖动系统的机械能转换成电能回馈到直流电路中,使直流电压Ud 不断地上升,甚至可能达到危险的地步。利用制动电阻来消耗这部分回馈电压,使Ud 保持在允许范围内。 【2】制动单元 制动单元Vb由单颗IGBT及其驱动电路构成。其功能是为放电电流Ib流经Rb提供通路。,4、外部接线 如下图所示,变频器的输入端接至频率固定的三相交流电源;输出端输出的是频率在一定范围内连续可调的三相交流电,接至电动机。,第一讲 变频器的结构,0-400HZ 3,第一讲 变频器的结构,二控制回路 1、内部控制回路 【1】控制板 顾名思义
10、,它控制着整个变频器信号的运作, 通过中央处理器发出各种工作信号和各种警示信号,发出各种运行指令和保护指令,以使变频器功能实现。 【2】键盘 A、显示 分为待机参数显示、运行数据显示、故障、保护显示。 在待机状态下查找参数。在运行状态下,显示各种运行数据,如频率、电流、电压。当变频器出现故障显示跳保护参数。 B、操作 通过键盘可以实现变频器的正转,反转,停车以及一些参数的修改,方法。 【3】电源板 电源板的作用是为整个变频器内部的元器件提供工作电源,以满足元器件的工作。 【4】驱动板 当驱动板接收到CPU的驱动信号后,开始驱动,以使IGBT实现逆变效果。,第一讲 变频器的结构,2、外部控制电路
11、 【1】外接给定电路 A、开关状态控制 B、脉冲信号控制 【2】外接输入控制电路 外部的控制信号通常是由开关来传递的。控制开关的通、断信息,通过变频器输入电路的光耦合器而传递到内部的控制电路中。 【3】外部输出控制电路 一种是内部继电器的触点;另一种是晶体管的集电极输出。,第二讲 变频器的原理,一.变频器的调速原理:,1、变频器的功用 变频器的功用是,将频率固定(通常为工频50Hz)的交流电(三相的或单相的)变换成频率连续可调(多数为0400Hz)电压可调的(三相或单相)交流电源。变频过程中只有频率变化,电能不发生变化。,2、异步电机的调速 【1】 电机的旋转速度为什么能够自由地改变? 1:
12、r/min 电机旋转速度单位:每分钟旋转次数,也可表示为rpm. 例如:2极电机 50Hz 3000 r/min 4极电机 50Hz 1500 r/min $电机的旋转速度同频率成比例,此处所指的电机为感应式交流电机,在工业中所使用的大部分电机均为此类型电机。 感应式交流电机(以后简称为电机)的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。 由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值 (为2的倍数,例如极数为2,4,6),所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。 另外,频率能够在电机的外面调节后再供给电机,这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。,第二讲 变频器的原理
13、,因此,以控制频率为目的变频器,是做为电机调速设备的优选设备。 n = 60f/p n: 同步速度 f: 电源频率 p: 电机极对数,$ 改变频率和电压是最优的电机控制方法,第二讲 变频器的原理,如果仅改变频率而不改变电压,频率降低时会使电机出于过电压(过励磁),导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。 输出频率在额定频率以上时,电压却不可以继续增加,最高只能是等于电机的额定电压。 例如:为了使电机的旋转速度减半,把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz,这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V.,【2】 当电机的旋转速度(频率)改变时,其输出转矩会怎样
14、? A、工频电源 由电网提供的动力电源(商用电源) B、起动电流 当电机开始运转时,变频器的输出电流 变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动,第二讲 变频器的原理,电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大,而当使用变频器供电时,这些冲击就要弱一些。工频直接起动会产生一个大的起动电流。而当使用变频器时,变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的,所以电机起动电流和冲击要小些。 通常,电机产生的转矩要随频率的减小(速度降低)而减小。 通过使用磁通矢量控制的变频器,将改善电机低速时转矩的不足,甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。,【3】其它和输出转矩有关的因素 发热和散热能力决定变频器
15、的输出电流能力,从而影响变频器的输出转矩能力。 载波频率: 一般变频器所标的额定电流都是以最高载波频率, 最高环境温度下能保证持续输出的数值。 降低载波频率, 电机的电流不会受到影响。但元器件的发热会减小。 环境温度:就象不会因为检测到周围温度比较低时就增大变频器保护电流值.,第二讲 变频器的原理,海拔高度: 海拔高度增加, 对散热和绝缘性能都有影响。一般1000m以下可以不考虑。 以上每1000米降容5%就可以了。,(二)、变频器的类型特点 根据变频器的特点和基本性能,普传变频器属于如下类型:,1、按变换环节分:交-直-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率连续可调
16、的三相(或单相)交流电。由于把直流电逆变成交流电的环节较易控制,因此,在频率的调节范围、以及改善变频后电动机的特性等方面,都具有明显的优势。目前也迅速普及应用。,2、按电压的调制方式分:SPWM(脉宽调制) SPWM即脉冲宽度调制,英文为:Sine Pulse Width Modulation 控制方式主要是对逆变电路开关器件的通断进行控制,使输出端,第二讲 变频器的原理,得到一系列幅值相等而宽度按正弦分布的不等的脉冲列,其基波为正弦波输出。 变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比(按正弦规律安排的正弦波脉宽调制)方式来实现,我们的变频器也是采用此方法。,3、按直流环节的贮能方式分:电压
17、型 直流环节的贮能元件是电容器,直流电源为恒压源工作方式,简称电压型。,4、按工作原理分:V/F控制变频器 目前 我们的变频器也是采用此种方式控制,这种控制方式的特点是对变频器的电压和频率同时进行控制,通过使V/F(电压和频率比)的值保持一定而得到所需的转矩特性,采用V/F控制的变频器控制电路简单,成本低,多用于对精度要求不高的通用变频器。,第二讲 变频器的原理,(三)、变频器的保护功能::,为了防止变频器本身和三相异步电动机损坏,使变频器能停止工作或者有效地抑制电压、电流值,变频器的保护回路设置了多种保护功能失速。,1、过压保护: (1)、电源过电压 对于电源电压的上限,一般规定不能超过额定
18、电压的10%,当电源线电压为380V时,其上限值为420V。当变频器输入电源电压发生冲突,电压急剧升高,变频器对直流母线电压进行实时检测,达到保护值时进行OU保护。,(2)、再生过电压 一般是变频器停车时、减速太快、电动机回馈能量使PN电压急剧升高引起。此保护采用变频器使电动机快速减速时,再生功率直流电路电压将升高,有时超过允许值,可采取停止变频器运转或停止快速减速的办法,防止过电压。,第二讲 变频器的原理,2、欠压保护: 当电源电压太低,电源瞬时停电,电网容量太小或电网内有较大的冲击电流。,3、电流限幅保护: 当变频器执行加速运行时,由于加速过快或电机负载过大,变频器输出电流以会急速上升,若
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