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1、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
2、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
3、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
4、，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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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-
12、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
13、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-480V10%，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-Ne
14、t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。,
