01 变频器的基本原理、应用及内部结构和电路.pdf

变频器的基本原理、应用 及内部结构和电路 . AC Drive Basics 变频器的基本原理 Types of frequency converters 变频器的类型变频器的类型 Current controlled frequency converters 电流控制型变频器电流控制型变频器 Voltage controlled frequency converters 电压控制型变频器电压控制型变频器 Structure of an AC drive 交直交交流传动的结构交直交交流传动的结构 UlineUdU2 at 1/2fmaxU2 at fmax Uline Ud U2 U1 V1 W1 M 3 Motor V1V3V5 V2 V6V4 - Ud L1 L2 L3 4 123 L, choke R, charging resistor Line converter Rectifier 整流器整流器 DC link Intermediate circuit 中间回路中间回路 Inverter 逆变器逆变器 Control electronics 控制回路控制回路 20KW以下交直交变频器电原理图以下交直交变频器电原理图 20KW30KW 交直交变频器电原理图交直交变频器电原理图 40KW90KW 交直交变频器电原理图交直交变频器电原理图 110KW355KW 交直交变频器电原理图交直交变频器电原理图 变频器的应用 1. 维修费用 2. 产量上升 3. 节能 4. 更好的质量 kWh 为什么要为什么要使用变频器使用变频器 总而言之，使用变频器的目的总而言之，使用变频器的目的 1 节能降耗节能降耗------离心水泵离心水泵 P shaft power ρ ρ density Q flow H head η η efficiency [Q] 1 m3/s 3600 m3/h 1000 l/s [H] 10 m 9,81 * 104Pa 1 atm g 9,81 m/s2 η ρgHQ P *** HQkP** when η is constant Q2 Q1 n3 n2 n1 R1 R2 A1 A2 A1 A1A1 H H1 H2 H H Q 红色－－泵曲线 水泵在调速中转速分别为n1高速、n2中速、n3低速时 的输出特性曲线即扬程和流量关系。 黄色－－管网曲线 通过调节阀门大小进行节流调节时的R1阀门大、R2阀 门小时的输出管网特性曲线即扬程和流量关系。 二者交叉点为实际工作点如A1、A1、A2。 若流量过剩，需要减小流量时－－ 水泵转速不变，为高速n1，将阀门关小，从R1到R2，流量减小，但扬程增加（工作 点A1到A1），水泵消耗功率基本不减小。 保持阀门最大为R1，水泵从n1减速到n2，工作点从A1到A2。其扬程和流量都减小， 则水泵消耗功率明显减小。由此可知由变频器控制的恒压供水系统具有明显的节能效 果。 在满足流量工艺要求的前提下，水泵消耗功率与频率的立方成正比 若50Hz时100KW，则45Hz时73KW，40Hz时51KW 总而言之，使用变频器的目的总而言之，使用变频器的目的 2 生产运行工艺必须生产运行工艺必须 Paper Machines Paper Machines 纸机纸机 Winders Winders 卷取机卷取机 Super Calenders Super Calenders 超级压光机超级压光机 Calenders Calenders 压光机压光机 Dryers Dryers 烘干机烘干机 Presses Presses 压榨机压榨机 Coaters Coaters 涂料机涂料机 Extruders Extruders 挤压机挤压机 总而言之，使用变频器的目的总而言之，使用变频器的目的 2 生产运行工艺必须生产运行工艺必须 纺织机械纺织机械 粗纱机 细纱机 分条整经机 浆染联合机 高速弹力丝机 涤纶短纤维后处理 联合机 印染机 圆网印花机 无纺设备 总而言之，使用变频器的目的总而言之，使用变频器的目的 2 生产运行工艺必须生产运行工艺必须 钢铁冶金钢铁冶金 烧结辊道 高炉上料 转炉倾动 氧枪提升 钢包提升 热轧 变频器的内部结构和电路 100KW以下 R2-R6 壁挂按装法兰按装 100KW以上 R7-R8 落地安装 柜体式变频器 X39控制盘电缆插控制盘电缆插 I/O 接线端子（可拆卸接线端子（可拆卸 可选模块接口可选模块接口 可选模块接口可选模块接口 光纤扩展模块接光纤扩展模块接 R2-R4 带转轴的控制盘托架， 左侧转动托架，可见到 带转轴的控制盘托架， 左侧转动托架，可见到 I/O端子排端子排 控制电缆屏 层接地端子 控制电缆屏 层接地端子 360˚接地）接地） 结构 RDCO-01 RDCO-02 RDCO-03 10 MB 5 MB 10 MB 10 MB 5 MB 5 MB 10 MB 10 MB 5 MB 5 MB 5 MB 5 MB CH0 CH1 CH2 CH3 RMBA RDNA RLON RPBA RCAN RCNA RMBP RETA RIBA RAIO RDIO RTAC MODBUS通讯协议适配器通讯协议适配器 DEVICENET通讯协议适配器通讯协议适配器 LONWORKS通讯协议适配器通讯协议适配器 PROFIBUS-DP通讯协议适配器通讯协议适配器 CANOPEN通讯协议适配器通讯协议适配器 CONTROLENT通讯协议适配器通讯协议适配器 MODBUSPLUS通讯协议适配通讯协议适配 ETHTRNET通讯协议适配器通讯协议适配器 INTERBUS-S通讯协议适配器 扩展模拟I/O模块 扩展模拟I/O模块 脉冲编码器接口模 通讯协议适配器 扩展模拟I/O模块 扩展模拟I/O模块 脉冲编码器接口模 Options List 0 1 2 3 对外界面 RS485 传动的连传动的连 N系列系列ACS600扩展接口扩展接口 R系列扩展接系列扩展接 Modle bus 主从连主从连 调试工具 自定义编 调试工具 自定义编 . 标准标准I/O接接 模拟输入 模拟输出 数字输入 数字输出 模拟输入 模拟输出 数字输入 数字输出 10V电位器电电位器电 -10V电位器电源电位器电源 24V数字量电数字量电 ACS 800 全部器件安裝到一个外壳中，保证结构紧凑。外壳的防护等级是全部器件安裝到一个外壳中，保证结构紧凑。外壳的防护等级是 IP 21或或IP 55 。。 ACS800-01 Panel backward compatible Plastic Cover Panel Holder Option boardsnew Profibus DB DeviceNet Interbus-S Lonworks CAN open Modbus Digital and analogue I/O extensions Pulse Tachometer Interface DDCS Adapter Skeleton plastic Motor Control and I/O Board Main Circuit Board Chokes and Other Main Circuit Components Main Frame and Heatsink Fan Gland Box EMC Board option Separate Cover for IP55 option Internal Braking Chopper option ACS 800 外形外形 R2-R6 3-140KVA,230-500V R2 R3 R5 R4 R6 ACS800-01 Construction 结构 ACS800-04 Construction 结构 Slots for cables going to the RMIO board in the RDCU unit. The cables are wound on the top of the module. 控制电缆线，去控制电缆线，去RMIO板（位于板（位于RDCU单元单元 进线电缆接线进线电缆接线 cable terminals 紧固紧固 Fastening points 模块前模块前 Front cover 低位置接线低位置接线 Three additional holes for fastening the cable terminal plate to a lower position or for connecting cable lugs 基基 Pedestal 紧固支紧固支 Fastening bracket 紧固紧固 Fastening points 电机电缆接线电机电缆接线 Motor cable terminals 接地电缆接线接地电缆接线 PE terminal 备用电缆接线备用电缆接线 Alternate output cable terminals 制动斩波器接线制动斩波器接线 Brake chopper and intermediate circuit DCbus terminals ACS800-07 Construction 结构 ACS800-04/R6/R7/R8 ACS800-07/0070-0610KVA DSU modules INU modules ACS800-07/0609-3490KVA 1 柜体框架柜体框架 2 冷热空气隔离板冷热空气隔离板 3 电源输入电缆（包括电源输入电缆（包括PE）） 4 熔断开关熔断开关 5 接触器接触器 6 变频器模块变频器模块 7 电机电缆（包括接地）电机电缆（包括接地） 8 电机和电机和IO控制单元控制单元-RDCU 包括包括 RMIO 板板 9 外部控制电缆外部控制电缆 ACS800-07 Construction 结构 ACS800-07 nxR8i 结构 Frame for -control board -I/O -options M DSUDSUINUINUINU Frame for -control board -I/O -options Plug in connectors Supply cable terminals ACS800-07 nxR8i 结构 主电路图（R2 R3,主电路图（R2 R3, ACS 800 主电路图的功能对于同一外形尺寸都一样。主电路图的结构取决 于变频器的外形尺寸。在小型的 主电路图的功能对于同一外形尺寸都一样。主电路图的结构取决 于变频器的外形尺寸。在小型的 ACS 800 变频器，由于电流小，大多数功 能集成在主电路板上。 变频器，由于电流小，大多数功 能集成在主电路板上。R2 和和 R3的制动斩波器为标配内置。示传动提及更小的制动斩波器为标配内置。示传动提及更小 RRMC/RVAR RINT DC Capacity bankDC Capacity bank 230V230V500V500V GroundGround 缓冲电容缓冲电容 标配制动斩波标配制动斩波 内置共模电压滤波器，制动斩波器，EMC滤波内置共模电压滤波器，制动斩波器，EMC滤波 温度监温度监 R2 R3R2 R3 REME/RVAR is EMC protection and varistor board. Unit can be equipped only with varistor board without EMC components or with the board with all the components RRFC REME/RVAR是是EMC保护和压敏电阻板。保护和压敏电阻板。 Snubber capacitor is used for overvoltage protection with the varistors. 缓冲电容用于使用压敏电阻做过压保护的电路里缓冲电容用于使用压敏电阻做过压保护的电路里。 DC capacitors are charged with the charging resistor. In the end of the charging sequence the relay closes and bypasses the resistor. DC 电容器组通过充电电阻使电容充电。充电到最终，继电器闭合，将电阻旁路。电容器组通过充电电阻使电容充电。充电到最终，继电器闭合，将电阻旁路。 Aluminium electrolytic DC-capacitors have discharging/balancing resistors connected in parallel with the capacitors. 铝电解电容并联着均压电阻。铝电解电容并联着均压电阻。 DC-inductors choke with the DC-capacitors are a filter circuit and an energy storage for DC-power. DC电抗器与电抗器与DC电容一起构成滤波电路。并且储存有足够的电容一起构成滤波电路。并且储存有足够的DC能量。能量。 Braking chopper is standard in R2 and R3. Braking resistor will be connected between UC and BR terminals. Resistor is optional. R2和和 R3标配制动斩波器。外部的制动电阻连接标配制动斩波器。外部的制动电阻连接UC 和和BR端子。制动电阻是可选的。端子。制动电阻是可选的。 Cooling fans is controlled on when power is switched on, and always when the motor is started. When motor is not running, cooling fan stops after a delay R2 to R6. - R2 to R6 have one power module, which includes inverter bridge and bridge. 电源开关闭合，电机运行时，冷却风机被控制，电机不运行时，冷却风机延时后停止（电源开关闭合，电机运行时，冷却风机被控制，电机不运行时，冷却风机延时后停止（R2-R6。。 R2-R6有一个功率模块，包括逆变器桥和输入桥。有一个功率模块，包括逆变器桥和输入桥。 Temperature is measured from the power module. 温度是在功率模块进行测量。温度是在功率模块进行测量。 Earth fault protection is based on the unbalance of the measured output currents. 接地故障保护是基于测量不平衡的输出电流。接地故障保护是基于测量不平衡的输出电流。 主电路图主电路图（（R2，， R3 主电路图（R4主电路图（R4 主电路图（R4主电路图（R4 R4R4 diode bridge is made of three two-pack diode modules. 输入二极管桥是由三个桥臂模块组成。输入二极管桥是由三个桥臂模块组成。 Braking chopper is an optional feature in R4 and larger units. 在在R4和更大的单元中，制动斩波器是可选件和更大的单元中，制动斩波器是可选件。 R4 includes one IGBT module in the inverter bridge. 在在R4中，逆变桥由一个中，逆变桥由一个 IGBT功率板模块组成。功率板模块组成。 Temperature is measured from the heat sink in R4 to R6. R4-R6中，温度测量来自于散热器中，温度测量来自于散热器。 主电路图（R4主电路图（R4 主电路图（R5,R6主电路图（R5,R6 主电路图（R5,R6主电路图（R5,R6 R5 R6R5 R6 A separate AC-choke is used in frames R5 to R8 instead of a DC-choke. R5 to R8中，使用交流电抗器，代替直流电抗器。中，使用交流电抗器，代替直流电抗器。 diode bridge is made of three two-pack thyristor/diode modules. 整流桥由三个晶闸管整流桥由三个晶闸管-二极管桥臂模块组成。二极管桥臂模块组成。 bridge thyristors are controlled closed when charging current flows through the resistor and diode. After charging period thyristors are controlled fully contactive. 充电电流流经充电电阻和充电二极管时，晶闸管关闭。充电 之后，晶闸管为全通状态。 充电电流流经充电电阻和充电二极管时，晶闸管关闭。充电 之后，晶闸管为全通状态。 RFI-choke and EMC components are optional. 主电路图（R5 R6主电路图（R5 R6 主电路图（R7,R8主电路图（R7,R8 主电路图（R7,R8主电路图（R7,R8 R7 R8R7 R8 Braking chopper and resistor are optional units. 制动斩波器和制动电阻是可选件。制动斩波器和制动电阻是可选件。 Cooling fan is on always when there is power connected into the unit. 变频器得电时。冷却风机一直开通变频器得电时。冷却风机一直开通。 R7 and R8 include three IGBT modules in the inverter bridge. R7 and R8逆变桥含有三个逆变桥含有三个IGBT功率板模块。功率板模块。 Optical connectors V1,V2 on the AINT-01 board are connected to optical cables coming from RMIO-board. 来自于来自于RMIO板的光缆，通过板的光缆，通过 V1,V2连接到连接到 AINT-01板。板。 Temperature is measured from the IGBT module. 温度测量来自于温度测量来自于IGBT功率板模块。功率板模块。 主电路图（R7,R8,主电路图（R7,R8, 主电路图（R7,R8主电路图（R7,R8 R8 NRFC-751 and ARFC-03 boards are EMC options. 主电路图（R8主电路图（R8 主电路完成对电机提供驱动功率的变换过程 电路板 控制电路完成计算，通讯，数据采集和电机控制等功能。 主电路完成对电机提供驱动功率的变换过程 电路板 控制电路完成计算，通讯，数据采集和电机控制等功能。 Electrical board电路电路 I/O接接 Port1Port2 Port3 RMIO -01 ACS 800-01 电路板的连接。电路板的连接。