变频器AFE培训教程.ppt
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1、第二部分: 变频器AFE介绍,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。,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
2、、软件使其能够达到精确配合、最经 济的解决方案。,西门子变频器简介3,MASTERDRIVES装置可以做成以下形式产品: 接到交流三相电网上的变频器, 接到直流母线上的逆变器, 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。,Compact PLUS 紧凑加强型,Compact 紧凑型,Chassis 机架式,0.5 - 18.5 kW,2.2 - 37 kW,45 - 2300 kW,MC (运动控制) 250kW,Cabinet 柜体,45 - 6000 kW,VC (矢量控制),其应用包括定位、同步操作以及凸轮
3、轴驱动等。,应用于绕线机、拉丝机、造纸及薄膜工业、升降机等。,MasterDriver变频器,世界范围内使用,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,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
4、 良好 的 静 态 性 能 和 动 态 性 能,应 用 广 泛。 变 频 器 按 其 结 构 可 分 为 交 直 交 变 频 器 和 交 交 变 频 器,交流调速方法,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.。 2.保 持 电 压 为 额 定 值 在
5、 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,0,0.5,1.0,1.2,1.5,Torque,Voltage,Frequency,调速结论1,调速结论2,变频调速特点,PWM脉 宽 调 制 技 术,两 种 基 本 的 调 制 方 法 : 脉 幅 调 制 PAM(Pulse Amplitu
6、de 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 PWM 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
7、 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 。,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.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.,等效示意图1,等效示意图2,Protection and Filter
8、ing,Microprocessor,Display and buttons,Customer Terminals,D Type,Serial i/o,A/D Converters,D/A Converter,EE PROM,控 制 框 图 - MASTERDRIVE Vector Control,Driver,Driver,DC Positive,DC Negative,Power Supply,Isolated Supplies,Control Boards,Power Section,Vector and PWM Processor,IGBT(Insulated Gate Bipolar
9、 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,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 slow recovery, a short circuit current will flow. Fast diodes with a low recovered
10、charge are used.,预 充 电 电 阻,+,-,电 容 充 电 通 过 预 充 电 电 阻,预 充 电 继 电 器,+,-,电 流 监 控 系 统,1,2,3,4,5,1. DC 侧 监 控 器 直 接 到 ASIC - 6SE92 2. DC侧 监 控 器 通 过 光 藕 连 接 - 6SE92 3. 电 阻 和光 藕 - MIDIMASTER Vector x 3 4. 霍 尔 元 件 - MICROMASTER Vector x 2 5. IGBT侧 监 视 器 x 6,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)
11、交流电的电路称为逆变电路.,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),整流单元结构图,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,逆变器的组成,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),Lower IGBT - direct D
12、rive is referenced to DC Negative and common Power Supply,Upper IGBT - requires isolation and Charge Pump (or separate) Power Supply.,驱 动,驱 动,ASIC 控 制 器,DC 正,DC 负,Vector Units have fully isolated ASIC controller and therefore at least six opto-isolators,IGBT的控制和触发,变频器和逆变器的结构图,M,3,=,M,3,=,M,3,逆变器,3AC
13、 380 - 480 V,=,滤波器,电抗器,变频器,制动,电阻,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,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机导线长度下,在电机端子上的dv/dt 。,MasterDrive基本控制功能,V/F特性 转矩控制 速度控制 频率控制,具有V/f 特性的转速控制,通用的V/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。,电 压 与 频 率 的 关 系,压 频
14、 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 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 .,磁 通 电 流 控 制 (FCC),Iload,Iflux,Itotal,如 果 电 机 电 压 可 知 ,那 么 总 的 输 出 电流 可 以
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