模块八交流调速系统.ppt
模块八 交流调速系统,任务名称 变频调速系统的分析、检测与维护,教学目标,知识目标： 能识读交流调速系统的原理图 掌握分析典型交流调速系统所需的知识和方法 掌握系统校正对交流调速系统进行分析和改进的方法 掌握常用电子仪器仪表使用方法 掌握交流调速系统检测及故障排除方法,教学目标,能力目标： 会选购和检测变频器 能正确使用常用电子仪器仪表 具有识读交流调速系统原理图的能力 能分析典型交流调速系统的三性 掌握系统校正对交流调速系统进行分析和改进的方法 能检测、排除交流调速系统故障,教学目标,素质目标: 养成正确使用电子仪器仪表的习惯 培养学生文献检索、资料查找与阅读能力 培养自主学习能力 培养学生团队精神与协作能力，使学生具有一定的岗位意识及岗位适应能力,教学内容,交流调速的基本类型 变频调速的构成及基本要求 变频器的分类和特点 正弦波脉宽调制（SPWM）变频器 转速开环、恒压频比控制的变频调速系统 转速闭环转差频率控制的变频调速系统 交流调速系统检测及故障排除方法,绝缘栅双极晶体管(IGBT)正弦脉宽调制(SPWM )型交流变频电路 绝缘栅双极晶体管(IGBT)及其驱动、保护电路 IGBT管的特点 绝缘栅双极晶体管(IGBT)(Insulated Gate Bipolar Transistor)将双极型晶体管和场效晶体管两者结合起来，它的前面部分类似场效应管，它的后面部分则类似双极型晶体管。 其特性兼有和两者的优点。,IGBT的驱动与保护 采用EXB841模块驱动IGBT的接线图，其中脚用来采集集电极电压(电流大、电压Uc升高)，若电流过大，Uc升高，则VD1截止，模块内部电路使脚呈现低电平，这样，将使VL导通，发出过电流保护信号； EXB841内部电路使IGBT的栅极呈现 -5V低电平，使IGBT获得可靠截止保护。 输入信号线要求采用屏蔽双绞线。,图8-1 采用EXB841模块驱动IGBT的接线图,二极管整流器IGBT逆变器构成的交直交变压变频电路 电路的组成 由二极管整流器和IGBT逆变器构成 其工作原理是先将380V/220V、50Hz的三相交流电，经三相二极管桥式整流器变换成直流电，使直流电再经过又IGBT构成的三相逆变器，通过正弦脉宽调制（SPWM）（Sinusoidal Pulse Width Modulation）控制，变换成电压和频率都可调的三相交流电，去供给三相异步（或同步）电动机。,图8-2 交直交变压变频电路的原理图,图8-3 电流型变频器和电压型变频器 a)电流型变频器 b) 电压型变频器,IGBTSPWM(电压源型)交流变压变频电路的工作原理 1.逆变器的工作原理 逆变器是将直流电变换成交流电的装置。 图8-4中直流电是50Hz的交流电经过二极管桥式整流后，变换成电压为Ud的直流电源，属电压型。 在由四个IGBT开关管组成的电路中，以V1与V4为一组，V2与V3为另一组，使之交替通、断，便能在负载上形成交流电。,图8-4 单相IGBTSPWM(电压型)交流变压变频电路原理图,2.正弦脉宽调制(SPWM)的波形分析,图8-5 SPWM波 a) 正弦波 b) SPWM波,图8-6 单极性SPWM波形分析,图8-7 双极性SPWM波形分析 a)信号波与载波的比较 b) 双极性SPWM波形,3.正弦脉宽调制的实现 综上所述，改变信号电压的频率，即可改变逆变器输出基波的频率(频率可调范围一般为0400Hz)；改变信号电压的幅值，便可改变输出基波的幅值。载波信号的频率比较高(可达15kHz以上)，在负载电感(如电动机绕组的电感)的滤波作用下，可以获得与正弦基波基本相同的正弦电流 采用SPWM控制，逆变器相当一个可控的功率放大器。,交流调速的基本方案与变压变频的基本控制方式 交流调速的基本方案 转差率为转子与定子旋转磁场的转速差n对同步转速n1之比，即 由上式及n1=60f1/p有,变压变频调速的基本控制方式 异步电动机转速 调节频率f1时，却会改变电动机的磁通。异步电动机每相定子绕组的感应电动势为： 由上式有： 结论：当电压频率变化时，磁极下的磁通也将发生变化。,a) 基频以下(U1/f1=恒量) b)基频以上(U1=恒量),三相异步电动机变频调速时的机械特性图,对IGBTSPWMVVVF交流调速系统的分析过程大致为： 预设给定值(转向、转速)起动信号给定积分器U/f函数发生器SPWM控制电路驱动电路主电路(IGBT管三相逆变电路)三相异步电动机。此外还有过电压、过电流、过热等保护环节和其他辅助环节等。,模拟式IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统 模拟式IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统原理图,图8-10 模拟式IGBTSPWMVVVF交流调速系统原理框图,系统主电路为由三相二极管整流器IGBT逆变器组成的电压型变频电路。 供电对象为三相异步电动机。 IGBT采用专用驱动模块驱动。 SPWM生成电路的主体是由正弦发生器产生的正弦信号波，与三角波发生器产生的载波，通过比较器比较后，产生正弦脉宽调制波（SPWM波）。,1、开通延时器： 它使待导通的IGBT管在换相时稍作延时后再驱动（待桥臂上另一1GBT完全关断)。这是为了防止桥臂上的两个IGBT管在换相时，一只没有完全关断，而另一只却又导通，形成同时导通，造成短路。 2、 Vf函数发生器 SPWM波的基波频率取决于正弦信号波的频率，SPWM的基波的幅值取决于正弦信号波的幅值。Vf函数发生器的设置，就是为了在基频以下，产生一个与频率f1成正比的电压，作为正弦信号波幅,值的给定信号，以实现恒压频比(Vf恒量)的控制。在基频以上则实现恒压弱磁升速控制。函数发生器的输出特性即为图81中的Ul一f1曲线。,3、积分电路 它的主体是一个具有限幅的积分环节，以将正、负阶跃信号，转换成上升和下降，斜率均可调的，具有限幅的，正、负斜坡信号。正斜坡信号将使起动过程变得平稳，实现软起动，同时也减小了起动时的过大的冲击电流。负斜坡信号将使停车过程变得平稳。 4、给定环节 图中，Sl为正、反向运转选择开关。电位器RPl调节正向转速；RP2调节反向转速。S2为起动、停止开关，停车时，将输入端接地，防止干扰信号侵入。 5、其他环节 此系统还设有过电压、过电流等保护环节以及电源、显示、报警等辅助环节，图中未画出。但此系统末设转速负反馈环节，因此是一个转速开环控制系统。,此系统的工作过程大致如下： 由给定信号(给出转向及转速大小) 起动(或停止)信号给定积分器(实现平稳起动、减小起动电流)V/f函数发生器(基频以下，恒压频比控制；基频以上，恒压控制)SPWM控制电路(由体现给定频率和给定幅值的正弦信号波与三角波载波比较后产生SPWM波)驱动电路模块主电路(IGBT管三相逆变电路)三相异步电动机(实现了VVVF调速) 。,用于0.122.2kW鼠笼式电机的速度和转矩控制,ACS100变频器,8.4通用变频器,“通用”一词有两方面的含义： 一是这种变频器可用以驱动通用型交流电动机，而不一定使用专用变频电动机； 二是通用变频器具有各种可供选择的功能，能适应许多不同性质的负载机械。 通用变频器的功能 通用变频器产品大致分为三类： 1普通功能型 控制通用变频器 2高功能型 控制通用变频器 3高动态性能矢量控制通用变频器,通用变频器的结构,硬件的组成: 1整流单元 2逆变单元 3滤波环节 4计算机控制单元 5主电路接线端子 6控制电路接线端子 7操作面板 8冷却风扇,通用变频器的使用 1、变频器的选择 根据控制功能把通用变频器分为3类:普通功能型 控制变频器;具有转矩控制功能的 控制变频器和矢量控制变频器。 根据负载的要求选择变频器： (1)风机、泵类负载 (2)恒转矩类负载 (3)对一些动态性能要求较高的生产机械,通用变频器的使用,变频器容量的计算：,变频器容量的计算参数定义,通用变频器的使用,各种系列变频器都有其标准接线端子，主要分为两部分： 一部分是主电路接线； 另一部分是控制电路接线。 FRN变频器的控制端子分为五部分： 频率输入 控制信号输入 控制信号输出 输出信号显示 无源触点端子,变频器的调试和运行,变频器外部接线 FRN-G9S/P9S变频器的基本原理接线图,主电路接线端子 变频器的制动电阻安装方式 （1）容量较小的变频器，内部装有制动电阻，若需要较大容量的外部制动电阻，可接在P(+)和DB之间； （2）7.5KW以上的变频器内的制动电阻,为了增加制动能力,可将制动控制单元接于P(+)和N(-)端，外部制动电阻接于P(+)和DB端。,变频器的调试和运行 （1）通电前检查 （2）系统功能设定 1频率的设定 2功能设定 3试运行 变频器的自身保护功能及故障分析,西门子全新一代标准变频器MicroMaster420,-MicroMaster420是全新一代模块化设计的多功能标准变频器。它友好的用户界面，让你的安装、操作和控制象玩游戏一样灵活方便。全新的IGBT技术、强大的通讯能力、精确的控制性能、和高可靠性都让控制变成一种乐趣。 主要特征： 200V-240V ±10%，单相/三相，交 流，0.12kW-5.5kW； 380V-480V±10%，三相，交流， 0.37kW-11kW； 模块化结构设计，具有最多的灵 活性； 标准参数访问结构，操作方便。,控制功能：,线性v/f控制，平方v/f控制，可编程多点设定v/f控制； 磁通电流控制（FCC），可以改善动态响应特性； 最新的IGBT技术，数字微处理器控制； 数字量输入3个，模拟量输入1个，模拟量输出1个，继电器输出1个； 集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP通讯模块/Device-Net模板； 具有7个固定频率，4个跳转频率，可编程； “捕捉再起动“功能； 在电源消失或故障时具有“自动再起动“功能； 灵活的斜坡函数发生器，带有起始段和结束段的平滑特性； 快速电流限制（FCL），防止运行中不应有的跳闸； 有直流制动和复合制动方式提高制动性能； 采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接。,保护功能：,过载能力为150额定负载电流，持续时间60秒； 过电压、欠电压保护； 变频器过温保护； 接地故障保护，短路保护； I2t电动机过热保护； 采用PTC通过数字端接入的电机 过热保护； 采用PIN编号实现参数连锁； 闭锁电机保护，防止失速保护。,通用变频器小结,通用变频器在采购时，有名牌、类型的选择、容量的计算以及性价比的分析等。在使用前，有说明书的阅读、理解、摘要和注意事项的记忆等。在使用时，则有外部的接线(包括导线的选择，合理的布线等)和控制信号接线，有功能的设定，频率的设定以及通电前的检查等。通电后，则有工况的记录和各种数据的测量与处理(如转向、转速、振动、噪声、温升以及升、降速是否平滑，运行是否稳定等)。 运行中还有故障的发现、分析、诊断和排除等。,
