变频器原理第7章ppt课件.ppt
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1、变频技术原理与应用,第7章 变频技术的综合应用,教学重点 变频器在工业设备、恒压供水系统、空 调系统、楼宇自动化系统上的应用。教学难点 变频器在恒压供水系统的应用。,7.1 变频技术在空调设备上的应用,空调电动机一般为380 V、1555 kW。变频器电源可采用三相输入、三相输出,也可采用单相输入、三相输出。,7.1.1 中央空调 1.中央空调系统的构成,图7-1 中央空调系统的构成,Pt1、Pt2 、Pt3为 Pt100温度传感器,冷却风扇,1)冷冻机组 2)冷却水塔 3)外部热交换系统,2.中央空调的拖动系统 中央空调的拖动系统通常由以下几个部分组成。 1)冷冻机组拖动系统 如图7-2所示
2、为冷冻机组拖动系统的控制电路。,图7-2 冷冻机组拖动系统的控制电路,制动电阻,欠压保护线圈,制动电阻,欠压保护线圈,2)风机拖动系统如图7-3所示为风机拖动系统的控制电路。,图7-3 风机拖动系统的控制电路,检测室内温度,检测送风管道压力,3.中央空调的变风量系统 中央空调的变风量系统采用的是变频控制。如图7-4所示为变风量系统主回路控制回路的原理图。,图7-4 变风量系统主回路的控制回路,图7-5 变风量系统主回路原理图,检测电机电流,4.中央空调系统的调试,7.1.2 家用空调 分体式空调在家庭生活中使用较多,分体式变频空调的工作原理如图7-6所示。,1.利用变频控制节能2.压缩机运行和
3、停止时,损耗明显减少 3.舒适性改善 4.消除电源频率变化的影响 5.启动电流减小,图7-6 分体式变频空调的工作原理,变频,输入波形,7.2 变频技术在机床设备上的应用,7.2.1 变频器在外圆磨床上的应用 变频器的无级调速、软启动、恒转矩输出,满足了机械加工设备对恒速度、恒转矩的要求。对磨床可避免产生振刀纹、烧糊纹等。,1.外圆磨床加工的负载特性 外圆磨床的主砂轮电动机的转速等于砂轮输出的转速,磨削力的大小取决于砂轮电动机的输出转矩。,图7-7 外圆磨床加工的电动机负载特性,2.外圆磨床加工中变频器的选择 根据系统运行的特点,选择带自动转矩提升功能的通用型Uf变频器。该类具有自动转矩提升、
4、柔性PWM控制功能,可实现更低噪声运行,有多于10段的转速控制。,3.外圆磨床加工系统的启动与调速 外圆磨床的主砂轮电动机的启动电路在继电器控制电路中多采用星三角型转换启动电路,启动时有一定的惯量冲动。如图7-9所示为主砂轮电动机的控制原理图。,L1、L2、L3为输入端子,U、V、W为输出端子,频率调整电位器,控制端子,显示变频器频率,显示电机运行电压,控制线屏蔽,考虑到砂轮启动的惯性,变频器软启动时间设定为10 s,停止制动时间设定为15 s,根据不同类型的砂轮,启动转矩可在最大转矩的5080之间调节设定。,4.外圆磨床系统的调试变频器要根据以下几种情况进行系统调试:(1)磨削砂轮平衡精度的
5、提高。(2)低速时的散热情况。(3)消除电磁干扰。(4)变频器选择由负荷率确定。,7.2.2 变频技术在铣床上的应用 1.铣床系统设置 系统的硬件以变频调速器MICROMASTER为传动控制设备,其硬件结构如图7-10所示。,图7-10 铣床传动控制设备的硬件结构,L1、L2、L3为输入端子,U、V、W为输出端子,频率调整电位器,控制端子,显示电机运行电压,控制线屏蔽,2.铣床系统控制 对于不同型号的铣床,变频器可通过设置参数P1300实现多种不同的运行方式来控制变频器输出电压和电动机转速间的关系:本系统中采用了无传感器矢量控制方式,用固有的滑差补偿对电动机的速度进行控制。,变频器恒压供水装置
6、如图7-11所示。,图7-11 变频器恒压供水装置,7.3 变频技术在恒压供水设备上的应用,变频器输入电源,变频器输出电源,变频器控制电源,液位控制反馈信号,管道压力控制反馈信号,电机运行电源,变频器面板,7.3.1 恒压供水控制技术 恒压供水装置实现无水自动停泵,低水压全速运行,变频泵转速、管网压力数码显示,过电流保护及工作电流显示,变频器故障显示、蜂鸣器、电铃报警,管网过水压自动停泵并报警,一次水不足自动停泵,抗干扰能力强等。如图7-12所示为供水系统配置图。,图7-12 恒压供水系统配置图,图7-13 恒压供水系统简化工作原理图,7.3.2 恒压供水控制回路,以三台泵为例,恒压供水控制回
7、路由主供水回路、备用回路、一个清水池及泵房组成。其中,泵房装有1号3号共3台泵机,还有多个电动闸阀或电动蝶阀控制各供水回路和水流量。控制系统采用了以PLC为核心的多功能高可靠性控制系统。为防止变频器停电不工作时,系统给变频器反送电,造成变频器元件损坏,KMl和KM2、KM3和KM4、KM5和KM6必须进行机械互锁。,恒压供水控制系统的泵机部分原理如图7-14所示。,图7-14 泵机部分原理图,管道压力控制信号,变频器输出电源,手动控制接触器,变频器控制使用的接触器,控制接触器工作,控制水源的闸阀,变频器输入电源,7.3.3 恒压供水控制系统的工艺要求 恒压供水控制系统的工艺要求包括以下几点:
8、(1)供水压力要求恒定,波动一定要小,尤其在换泵时。 (2)三台泵根据压力的设定,采用“先开先停”的原则。 (3)为了防止一台泵长时间运行,需设定运行时间。当时间到时,自动切换到下一台泵,以防止泵长时间不用而锈死。 (4)要有完善的保护和报警功能。 (5)为了检修和应急要设有手动功能。 (6)需具有水池防抽空功能。,7.3.4 恒压供水控制系统PLC的选型 泵机部分采用以PLC和变频器为中心组成的恒压供水控制系统。系统由S7-200 CPU224,ABB ACS400系列7.5 kW变频器和具有压力显示的PID调节器组成。利如图7-15所示为采用PLC控制的系统框图。,图7-15 采用PLC控
9、制的系统框图,7.3.5 恒压供水控制系统PLC的I/O分配 恒压供水控制系统占用PLC的4个输入点,9个输出点,具体的I/O分配见表7-1。,表7-1 I/O分配表,7.3.6 变频器的技术参数 相关参数设定见表7-2。,表7-2 ABB ACS400型变频器参数设定,7.3.7 恒压供水控制系统电气原理 1.电气控制系统的主电路 电气控制系统的主电路,如图7-16所示。M1、M2、M3为三台电动机,交流接触器KMlKM6控制三台电动机的运行,FRl、FR2、FR3为电动机M1、M2、M3的热继电器,QFl、QF2、QF3、QF4、QF5分别为主电路、变频器和三台泵的断路器。,图7-16 电
10、气控制系统的主电路,变频器控制电路,QF3、QF4、QF5为手动控制电路,图7-17 电气控制系统的PLC接线,PLC输入端子,PLC输出端子,PLC输入控制信号,PLC输出信号,PLC输入电源,2.电气控制系统的PLC接线,3.电气控制系统的控制电路 电气控制系统的控制电路如图7-18所示。SA为手动自动转换开关。,图7-18 电气控制系统的控制电路,手动、自动转换,自动工作继电器触点,工作显示指示灯,PLC电源输入,手动工作继电器触点,SB1SB6为手动按钮,KM2、KM4、KM6为手动控制接触器,KM1、KM3、KM5为自动控制接触器,PLC输出端子,7.4 变频技术在自动生产线上的应用
11、,变频器控制密度板联动生产线系统采用的是MICROMASTER440系列变频器,所具有的Profibus网络和BICO控制功能,通过工业控制计算机和PLC,利用Profibus网络控制及变频器外部端子两种控制方法,对变频器进行自动和手动控制。正常时采用第1命令数据组CDS进行Profibus网络控制(自动控制);网络有故障时采用第2命令数据组,即变频器外部端子控制(手动控制)。,7.4.1 变频器控制密度板联动生产线系统的概述,7.4.2 变频器控制密度板联动生产线系统配置 变频器控制密度板联动生产线系统配置,根据控制的要求,需要14台容量不同的变频器,变频器的选用如下:(1)6SE6440-
12、2UD22-2BA0型2.2 kW变频器2台。(2)6SE6440-2UD24-0BA0型4 kW变频器3台。(3)6SE6440-2UD33-0EA0型30 kW变频器2台。(4)6SE6400-1BP00-0AA0型变频器7台。,7.4.3 变频器控制密度板联动生产线系统单线图,图7-19 变频器控制密度板联动生产线系统单线图,7.4.4 变频器控制密度板联动生产线系统原理图 变频器控制密度板联动生产线系统原理图如图7-20所示。该系统由7台变频器组成,图中仅绘出了两台。,图7-20 变频器控制密度板联动生产线系统原理图,主电路开关,匹配电抗器,变频器控制电路,变频器主电路,变频器程序输入
13、,7.4.5 变频器控制密度板联动生产线系统的主要调节参数 以一台容量为4kW的变频器为例说明主要调节参数。 1.电动机参数的设定 电动机参数的设定如下(电动机参数的第1和第2驱动数据组DDS所设置参数均相同):P100.0=0.00 P304.0=380.00 P305.0=7.80 P307.0=4.00P308.0=0.82 P310.0=50.00 P311.0=1400.00 P1082.0=50.00P1121.0=5.00 P1300.0=20.00 P300.0=2.00 P1120.0=5.00,2.数字量I/O及BICO的参数数字量I/O及BICO的参数设定如下:P700.
14、0=6.00 P700.1=2.00 P701.0=99.00 P810=722.00P702.0=0.00 P702.1=1.00 P703.0=0.00 P703.1=13.00P704.0=0.00 P704.1=14.00 P1000.0=6.00 P1000.1=1.003.Profibus网络的参数Profibus网络参数的设定如下:P918=10 (根据Profibus地址)R2090(B0:从CB收到的控制字1),7.5.1 变频技术在照明上的应用 1.高频照明技术的概述 在我国实施的“绿色照明工程”中,变频电子节能灯是主要推广项目。,7.5 变频技术在照明和家用电器上的应用,
15、图7-21 高频照明灯工作原理图,2.高频照明技术原理 高频照明技术是气体放电灯的高频高效化技术。气体放电灯可分为两类。 1)冷阴极辉光放电灯 2)热阴极辉光放电灯,高频照明是利用高频电子镇流器对荧光灯灯管实施高频电流预热灯丝,再施以高频高压脉冲启辉灯管,最后以高频常压来保持灯管的正常工作。,3.高频照明实例 1)高频镇流器原理 高频照明的高频电来源于高频镇流器,高频镇流器是一种高频振荡器。如图7-22和图7-23所示。,图7-22 LC并联谐振型电路,图7-23 LC串联谐振型电路,灯管,耦合器,高频部分,耦合器,灯管,高频部分,图7-22中LC并联谐振型镇流器全部输出功率通过变压器耦合,变
16、压器的性能直接影响镇流器及整个光源系统的效率,同时,LC并联谐振电路对逆变管的耐压要求较高,因此,现代高频整流器一般都采用LC串联谐振型电路。,2)镇流器的典型电路 镇流器的典型电路可以分为以下几种: (1)32 W日光灯镇流器典型电路如图7-24所示为一种32 W日光灯镇流器的工作原理图。组成镇流器的电路有:整流滤波电路、高频振荡电路以及输出负载电路三部分。,图7-24 32 W日光灯镇流器电工作原理图,整流滤波部分,高频部分,输出部分,(2)卤素灯高频镇流器典型电路。,图 7-25 卤素灯高频镇流器电路,(3)高低频镇流器典型电路。如图7-26所示为高低频镇流器基本原理图。,高强度气体放电
17、灯HID在高频工作时,会因声共振引起电弧不稳、闪烁甚至灭弧。因此采用的一种低频矩形波电路来克服这种现象。,图7-26 高低频镇流器基本原理图,(4)调光典型电路。电位器式无级调光台灯电路如图7-27所示。,图7-27 电位器式无级调光台灯电路,负载,(5)高频无极灯照明。高频无极放电灯是集电子技术、真空科学、功率电学、等离子体科学、磁性材料科学等领域综合应用的高新技术产品,又称为电子灯泡。,高频无极放电灯的结构如图7-28所示。无极灯在结构上由三部分组成,即高频发生器(高频电源)、功率耦合器和涂有稀土荧光粉的玻璃泡壳组成。,图7-28 高频无极放电灯的结构,高频发生器,灯泡,耦合器,图7-29
18、 高频无极放电灯电源原理图,如图7-29所示为高频无极放电灯电源原理图。,高频产生电路,匹配电感,灯泡,耦合器,7.5.2 变频技术在家用电器上的应用,1.变频洗衣机 1)变频洗衣机的工作原理 变频洗衣机不同于普通洗衣机,它利用电动机调速控制技术对它的电动机、动力传动系统以及控制系统进行变频控制。如图7-30所示。,图7-30 变频洗衣机的控制原理图,2. 变频冰箱 变频冰箱采用专用变频压缩机和驱动器,使用变频控制系统,利用模糊控制原理实现系统的最佳运行,冰箱压缩机转速在2 0004 000 r/min之间变化,提高了制冷效率。,3.变频微波炉 变频微波炉以变频器替代了传统微波炉内的变压器,变
19、频器通过变频电路可以将50 Hz的电源频率任意地转换成20 00045 000 Hz的高频率,通过改变频率来得到不同的输出功率。,4.变频彩电 数字变频彩电是新兴的变频家电,它采用数字变频技术,运用动态帧/行扫描速度转换,将电视台发送的隔行扫描信号转换为逐行扫描信号进行显示,并将场频从50 Hz提升到75 Hz。,5.变频空调 变频空调通过压缩机转速的变化,可以实现制冷量随室外温度的上升而上升,下降而下降,这样就实现了制冷量与房间热负荷的自动匹配,改善了舒适性,也节省了电力,变频空调通过变频器改变电流/电压频率来调节压缩机的转速。,6.高频电磁炉 高频电磁炉是应用电磁感应原理对食品进行加热的。
20、其工作原理如图7-32所示。,图7-32 高频电磁炉的工作原理图,高频电磁炉在工作时,交流电压经过整流器转换为直流电,又经高频电力转换装置使直流电变为超过音频的高频交流电,将高频交流电加在扁平空心螺旋状的感应加热线圈上,由此产生高频交变磁场。 高频电磁炉利用高频感应加热使锅直接发热,没有燃气和电加热的炽热部分,因此,不但安全,还大幅度提高了加热效率。,7.6.1 不间断电源 不间断电源简称为UPS,是一种恒压型不间断电源。主要用于瞬时断电或事故停电即时辅助供电,并维持一定的时间,以减少停电带来的损失。同时,要求稳频稳压,减少谐波对电网功率因数的污染,改善电网供电质量。,7.6 变频技术在电源技
21、术上的应用,1.UPS的输入电压 输入电压一般为176253 V。 1)后备式UPS 2)在线式UPS,2.UPS的输出电压 正弦波输出的UPS的输出电压一般为220 V,浮动范围为3%,稳定性优于交流电。,3.UPS的输入、输出电流 输入、输出电流是选用UPS的重要指标,输入电流大小和波形反映UPS效率和功率因数。输出电流直接反映UPS逆变器输出的能力。,4.UPS的后备时间 一般UPS的后备时间设计值为510 min,后备时间会受到下列因素的影响: (1)负载大小与后备时间不成线性关系。 (2)电池寿命般可达35年。,7.6.2 UPS的典型实例 1.UPS的电路分析 如图7-33所示为单
22、相在线式UPS框图。,图7-33 单相在线式UPS框图,2.UPS各部分的功能 1)逆变控制器 逆变控制器是由基准正弦发生器、误差放大器与PWM调制器构成的。如图7-34所示。,图7-34 逆变控制器调制出的PWM信号,2)逆变控制器的驱动电路 如图7-35所示为逆变控制器的驱动电路。它由隔离电路的辅助电源和驱动器EXB840构成,完成对4个IGBT管的控制,驱动器同时带有过饱和保护的功能。,图7-35 逆变控制器的驱动电路,电源输入,稳压部分,3)H型桥式逆变器,图7-36 H型桥式逆变器,C12、C13为缓冲电容,4)缓冲电路 缓冲电路是指由图7-36中的C12、C13组成的电路。,5)I
23、GBT保护 UPS的保护主要是指对IGBT进行保护,通过限流作用实现过电流关断和过功率损耗的热关断保护;通过电压箝位实现过电压保护;温度过高进行热关断保护;如果驱动功率不足,进行栅极欠电压关断保护。,3.关键元件的选用 IGBT的选用,由于开关频率为20 kHz,故应选用第三代速度高、饱和压降低的IGBT。,7.6.3 车载电源实例 1.车载电源电路分析 如图7-37所示为车载电源系统。12 V直流电压经过高频逆变和高频整流,得到一个350 V直流电压,由TL494芯片产生控制信号,再经过全桥DCAC逆变电路,得到220 V50 Hz交流电压而输出。为防止主电路对控制电路的干扰,通常把主电路和
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