变频器基础知识
课程与目标
课程 1、变频器原理及基本构成 1.1、变频器的基本原理 1.2、交流传动系统的基本构成及其元件的作用 2、变频器的性能指标 3、选型必须考虑的几个要素及选型办法
目标： 了解基本的变频知识，为前期的选型，后期调试及解决问题打下基础
变频器原理及基本构成
课程 1、变频器原理及基本构成 1.1、变频器的基本原理 1.2、交流传动系统的基本构成及其元件的作用 2、变频器的性能指标 3、选型必须考虑的几个要素及选型办法
输出电抗器的作用和选择
断路器/刀熔 进线接触器 进线电抗器 隔离变压器 输入滤波器
变频器及附件
出线接触器 输出电抗器 输出滤波器
交流电机
作用：延长变频到电机的距离。因为长距离 的电缆布线，会在电缆间形成寄生电容，造成 PWM后产生的反射被放大，并返回到变频器的 输出侧，造成功率因数下降的同时，危害变频 器的IGBT。 选择：因为以上的原因，且电缆的距离和电机 绝缘，电缆绝缘有很大的关系，所以建议电缆 距离超过90米时，选择加装出线电抗器——电 缆绝缘1200V，电机F级。其他长度和电缆绝缘 等级的关系请参考DRIVE-IN001。输出电抗器 的选择请参考选型手册。
可见异步电机的额定转速 n=N-S。比如经常见到的电机转速为1450RPM，这个转
速是怎么来的呢？看公式便知：
n=N-S=60F/P-S
F：工频 50Hz——电网供电频率 P：2对磁极 ——电机设计结构决定 S：50RPM ——电机绕组参数和形式决定
带入，可得： n=1450RPM
对于同步电机来说，转子是永磁体，他会被旋转磁场吸着同步旋转，所以叫同
而交流电机的转矩电流和励磁电流都是通过输 入给电机的三相电感应产生的，没有办法直接控制 （如右下图所示）；
为了达到直流电机的控制精度，人们想办法通 过坐标变换的方式，在变频器中建立了模拟直流电 机的数学模型，把励磁电流和转矩电流解耦，分别 控制，由此产生了矢量控制方式。
正是因为矢量控制模拟直流电机的控制原理， 所以需要建立精确的数学模型，而每个电机的参数 都不一样，为了使变频器控制电机达到最好的性 能，就必须让变频器“认识和了解”电机，所以调试 变频器的时候，要正确输入电机参数，且做整定。
常用变频器及附件清单
断路器/刀熔 进线接触器 进线电抗器 隔离变压器 输入滤波器
变频器及附件
出线接触器 输出电抗器
滤波器 电机终端器 交流电机
变频器本体 操作面板：人机交互 通讯板卡：信息交互 I/O板卡：PF750系列选件 编码器反馈卡：增量，绝对值 安全板卡：转矩关断，速度监控 辅助电源卡：24VDC 直流电抗器：工程型内置，保护IGBT，
于，它是铜做的，比玩具结实很多。
C
当定子里的旋转磁场运动起来后，转子表面的铜条
因为电磁感应而产生电磁力，于是便和定子磁场一起旋
转起来。
B1
B3
S A4
C4
C1B4A3N因为铜条只有切割磁场，才能产生电磁力，所以他们之间永远都有一个固定的
速度差，所以这种原理的电机就叫“异步电机”，这个速度差就叫“滑差”——S。由此
电机学原理
电机学原理 右图是一个鼠笼异步电机的示意图：
定子
其中，外圈和基座相连，不动，所以叫“定子”，三 相交流电接通到定子的线圈里，形成一个以N的速度旋 转的磁场。
内圈和负载相连，拖动负载旋转，所以叫“转子”，
380~ A
转子
N
A1 C2
B2
C3 A2
S
转子就像老鼠笼子一样，和玩具鼠笼不一样的地方在 B
变频器的调速原理
变频器的调速原理
变频器：顾名思义，能够改变频率的机器，它控制电机，通过改变电机供电电源的频 率，来调节电机的速度
为什么改变了电机供电电源的频率就能改变电机的速度呢？ 看到下面的公式就理解了：
N=60F/P
其中：N为电机定子磁场的同步转速 F为电机定子所供三相电源的频率 P为电机的磁极对数
变频器及附件
出线接触器 输出电抗器 输出滤波器
交流电机
作用1：安全连锁保护，可使用安全转矩 关断替代； 作用2：在使用一拖多拖动方式或者需要 工变频切换的时候用于启动、停止电机， 或者投入和切断电机电源。 选择：和进线接触器相同，如果工变频切 换，则需要考虑机械互锁，同时，和变频 自由停止端子连锁。
• SPWM——正弦脉宽调制 由右图所示：在相同时间间隔离里
，使 IGBT导通时方波的面积和对应正弦 波相应的面积相等，这种方法就叫做 SPWM。
改变调制波的频率和幅值，就可以 改变IGBT输出电压的频率和幅值。
由此可见，变频器的输出电压是方 波，但是通过电机电感的滤波，其电流 波形为正弦波。
变频器的控制方式——恒U/F控制
本速度的0.1%精度 闭环控制：1000：1的速度范围，带宽190弧度/秒，
基本速度的0.001%精度 开环控制：±5%，带宽600弧度/秒
闭环控制：±2%，带宽2500弧度/秒 标准V/Hz、完全自整定的无传感矢量控制、有编码 器或无编码器反馈的磁通矢量控制、感应电动机和
变频器原理及基本构成
课程 1、变频器原理及基本构成 1.1、变频器的基本原理 1.2、交流传动系统的基本构成及其元件的作用 2、变频器的性能指标 3、选型必须考虑的几个要素及选型办法
控制方法
控制方法 载波频率 输出电压范围 输出频率范围 频率精确度 频率控制
速度控制
转矩调节
电机控制方式
停止模式 加减速时间 S曲线时间
隔离变压器的作用和选择
断路器/刀熔 进线接触器 进线电抗器 隔离变压器 输入滤波器
变频器及附件
出线接触器 输出电抗器
滤波器 电机终端器 交流电机
作用1：高低频滤波，改善电源质量；使用 隔离变压器后，可不需要在加装输入滤波器 作用2：保护隔离，在回馈制动场合使用时， 可有效隔绝无功环流。 选择：常见的隔离变压器有自耦式和双绕组 式，价格差异很大，推荐选用双绕组式的 隔离效果更好。如遇价格压力，可选用铝制 导线。
输入滤波器的作用和选择
断路器/刀熔 进线接触器 进线电抗器 隔离变压器 输入滤波器
变频器及附件
出线接触器 输出电抗器
滤波器 电机终端器 交流电机
作用：高频滤波，改善电源质量；当回 路中有大量敏感电子元件时建议使用，在 类似伺服系统中，控制信号要求高动态响 应时必须使用。 选择：进线滤波器有多种形式，如LR滤 波器（进线电抗器其实就是一种LR滤波器， 可滤除低频谐波），LC滤波器和LCL滤波 器等，一般选LC滤波器即可。如无标准， 认证等方面需求可选国产产品，按电流选择。
变频器的制动方式——能耗制动
1.能耗制动
Ｖ。
Ｃ
M
R。
当泵升电压超过一定值时，Ｖ。导通，从 而把负载反馈的能量消耗在R。上。
变频器的制动方式——能量回馈制动
2.能量回馈制动
Ｃ
M
当负载回馈能量是,可控变流器工 作于有源逆变状态,将能量回馈电网
变频器原理及基本构成
课程 1、变频器原理及基本构成 1.1、变频器的基本原理 1.2、交流传动系统的基本构成及其元件的作用 2、变频器的性能指标 3、选型必须考虑的几个要素及选型办法
前面讲到，电机定子通入三相电后，会形成旋转磁场，旋转磁场在 定子绕组中会感应出电动势，他和频率有如下关系： 定子电动势有效值为:
E=4.44ψF
E：定子电动势有效值,可等效为定子电压U ψ: 电机磁通 F: 电机频率
由此公式可见，电机定子电压和频率成正比关系，所以保持电 机磁通恒定的控制方式，即为恒U/F控制方式。
输出滤波器的作用和选择
断路器/刀熔 进线接触器 进线电抗器 隔离变压器 输入滤波器
变频器及附件
出线接触器 输出电抗器 输出滤波器
交流电机
作用：延长变频到电机的距离。原因和输出 电抗器相同。 选择：输出滤波器常见的有dU/dt滤波器和正 弦波滤波器。其中输出滤波器可以把电缆的 长度延长至300米，超过300米建议选用正弦 波滤波器。另外，当变频器采用矢量控制时， 所有变频器都可以使用dU/dt滤波器,但不是 所有变频器都能使用正弦波滤波器。具体情 况要查找相关手册，参见DRIVE-IN001。 注：RA没有相关产品。
断路器/刀熔的作用和选择
断路器/刀熔 进线接触器 进线电抗器 隔离变压器 输入滤波器
变频器及附件
出线接触器 输出电抗器
滤波器 电机终端器 交流电机
作用：过流保护/回路分断。 选择：参考用户手册附录A，在选用 断路器时推荐使用电机保护断路器。 F8以上框架的柜机变频器内置熔断器 但不内置刀闸，方案配置时需要注意。
过载能力
PWM正玄波脉宽调制
2、4、8、12KHz
0V至电机额定电压
0-325Hz(2KHz载波)，0-650Hz(4KHz载波)
数字量输入：设置输出频率的±0.01%
模拟量输入：最大输出频率的±0.4% 基于滑差补偿的速度调节，40：1的速度范围，基本
速度的0.5%精度 开环控制：120：1的速度范围，带宽50弧度/秒，基
为避免电动机因频率的变化而导致磁路饱和引起励磁电流增大,功率因 数和效率降低,需要维持气隙磁通,所以在调节F时,E也回相应地变化, 即:E/F=K(恒定值)
变频器的控制方式——VC控制
因为交流电机较直流电机有体积小、易维护等 特点，所以在工业生产中广泛使用，但是在需要精 确调速的场合却无能为力。
因为直流电机的励磁电流和电枢电流是分开控 制的，直接调节电枢电流就可以调节电机转速和转 矩（如右上图所示）；
进线电抗器的作用和选择
断路器/刀熔 进线接触器 进线电抗器 隔离变压器 输入滤波器
变频器及附件
出线接触器 输出电抗器
滤波器 电机终端器 交流电机