變頻器知識淺談第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一1.變頻器的原理2.變頻器的分類3.森蘭高壓變頻器介紹4.變頻器的應用5變頻器的節能第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一1.變頻器的原理定義：將頻率，電壓都固定的交流電變成頻率，電壓連續可調的交流電的設備。第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一晶閘管電力晶體管GTR&門極可關斷晶閘管GTO雙極型絕緣柵晶體管IGBT&電力場效應晶體管MOS-FET變頻器技術的發展智能功率模塊IPM20世紀50年代20世紀60年代20世紀70年代20世紀80年代第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一2.變頻器的分類2.1按變換環節有無直流分類2.1.1交-交變頻器交-交變頻器直接將電網頻率和電壓都固定的交流電源變換成頻率和電壓都連續可調的交流電源。主要優點是沒有中間環節，變換效率高。缺點是連續可調的頻率范圍比較窄，且只能在電網固定頻率以下變化。一般為電網固定頻率的一半，主要用于電力牽引等容量較大的低速拖動系統中。2.1.2交-直-交變頻器交-直-交變頻器先把頻率固定的交流電整流成直流電，再把直流電逆變成頻率連續可調的三相交流電。交-直-交變頻器調節范圍寬，目前廣泛采用。第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一2.2按直流環節的儲能方式分類2.2.1電壓源型變頻器在交-直-交變頻裝置中，當中間直流環節采用大電容濾波時，直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一個內阻抗為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，這類變頻裝置叫做電壓源型變頻器。2.2.2電流源型變頻器當交-直-交變頻裝置的中間直流環節采用大電感濾波時，直流電流波形比較平直，因而電源內阻抗很大，對于負載來說基本上是一個電流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，這類裝置叫電流源型變頻器。第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一那么這兩類變頻器有何不同呢？我們來看。

特點名稱電壓源型變頻電路電流源型變頻器儲能元件電容器電抗器輸出波形的特點1.電壓波形為矩形波2.電流波形近似為正弦波3.低阻抗電壓源1.電流波形為矩形波2.電壓波形近似為正弦波3.高阻抗電流源回路構成上的特點1.有反饋二極管2.直流電源并聯大電容1.無反饋二極管2.直流電源串聯大電感特性上的特點負載短路時產生過電流負載短路時能抑制過電流適用范圍適用于作為多臺電動機同步運行時的供電電源，但不要求快速加減速的場合。適合于一臺變頻器給一臺電動機供電的場合，可以滿足快速起動，制動要求。第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一2.3按控制方式分類2.3.1v/f控制變頻器

v/f控制變頻器是在改變頻率的同時控制變頻器的輸出電壓，通過使壓頻比保持一定或按一定規律變化而得到所需要的轉矩特性，采用v/f控制的變頻器結構簡單，成本低，多用于要求精度不是太高的通用變頻器。2.3.2轉差率控制變頻器

轉差率控制方式是對v/f控制的一種改進。這種控制需要由安裝在電動機上的速度傳感器檢測出電動機的轉速，構成速度閉環。速度調節器的輸出為轉差頻率，而變頻器的輸出頻率則由電動機的實際轉速與所需轉差頻率之和決定。由于通過控制轉差率來控制轉矩和電流，與u/f控制相比，其加減速特性和限制過電流能力得到提高第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一2.3.3矢量控制變頻器矢量控制是一種高性能異步電動機控制方式，它的基本思路是將電動機的定子電流分為產生磁場的電流分量（勵磁電流）和與其垂直的產生轉矩的電流分量（轉矩電流），并分別加以控制。由于在這種控制方式中必須同時控制異步電動機定子電流的幅值和相位，即定子電流的矢量，因此這種控制方式成為矢量控制方式。2.3.4直接轉矩控制變頻器

直接轉矩控制與矢量控制不同，它不是通過控制電流，磁鏈等量來間接控制轉矩，而是把轉矩直接作為被控矢量來控制。其特點為轉矩控制是控制定子磁鏈，實現無傳感器測速。第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.森蘭高壓變頻器的介紹3.1森蘭高壓變頻器的型號說明SBH-100-315+選配件森蘭高壓變頻器電壓等級10KV額定輸出功率-第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.1.1森蘭SBH系列高壓變頻器外形圖

高壓變頻器主回路由輸入移相變壓器、功率單元、主控系統構成。第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.2森蘭高壓變頻器SBH系列基本原理

森蘭高壓變頻器高壓側采用移相變壓器進行多脈沖整流為其功率單元提供三相電源，再由主控系統控制其功率單元進行PWM波形輸出，從而得到變頻變壓的三相輸出，對電機進行變頻調速。第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.2.1移相變壓器將工頻高壓電源降為低壓電源提供給每個功率單元；采用移相多脈沖整流方式，降低輸入諧波含量；將每個功率單元輸入隔離，以便于波形疊加；第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.2.2功率單元原理圖相當于一個單相逆變器第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一森蘭SBH系列高壓變頻器采用功率單元串聯多電平方案功率單元實際上是一臺三相輸入、單相輸出的“低壓變頻器”，第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一森蘭高壓變頻器中各個單元可以相互替換，每相由多個單元串聯得到多重化的相電壓輸出。如圖所示（以5個單元串聯為列）：第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.2.3同層旁路原理當功率單元出現故障時，單元旁路功能自動地切除出現故障單元以及同層的另外兩相的單元而保證系統繼續正常運行。大大降低了停機的幾率。第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.3功率單元內核心元件介紹3.3.1整流橋主要作用是把交流電轉換為直流電，也就是整流，因此得名整流橋。它是利用二極管的單向導通原理來完成工作的。第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.3.2電解電容在整流電壓中含有6倍電源頻率的脈動電壓，逆變器工作時直流電壓也要波動。為使直流電壓盡量恒定，因此整流電路后要加直流電抗器和濾波電容，以濾除直流電壓中的交流成分，第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.3.3IGBT

與整流部分相反，逆變器是將直流變換為所要求頻率的交流，它是通過主控系統使其輸出PWM波形，再進行疊加，最終得到一相電壓的輸出。第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.變頻器的應用3.1變頻調速系統在恒壓供水系統中的應用3.1.1恒壓供水的意義所謂恒壓供水是指通過閉環控制，使供水壓力自動地保持恒定，其主要意義是：

1.提高供水的質量

2.節約能源

3.起動平穩

4.可以消除啟動和停機時的水錘效應第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一3.1.2恒壓供水的主電路（一拖二自動旁路）1、QF1、QF2、QF3為用戶側斷路器，QS1、QS2為刀閘開關，KM1、KM2為真空接觸器。2、KM1、KM2之間存在電氣連鎖，QS1、KM1之間存在電氣連鎖。當QS1合閘后，才允許合KM1；QS2合閘后，才允許合KM2。KM1分閘后才允許分、合QS1；KM2分閘后才允許分、合QS2。第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一通常在同一路供水系統中，設置兩臺泵，供水量大時開2臺，供水量少時開1臺。在采用變頻調速進行恒壓供水時，為節省設備投資，一般采用一臺變頻器。控制過程為：用水少時，由變頻器控制電動機M1進行恒壓控制，當用水量逐漸增加時，M1的工作頻率亦增加，當M1的工作頻率達到最高工作頻率50HZ時，而供水壓力仍達不到要求時，將M1切換到工頻電源供電。同時將變頻器切換到電動機M2上，由M2進行補充供水。當用水量逐漸減小，即使M2的工作頻率已降為0HZ，而供水壓力仍然偏大時，則關掉由工頻電源供電的M1，同時迅速升高M2的工作頻率，進行恒壓控制。第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一4.變頻器的節能4.1變頻器節能的原理N=60f/p*(1-s)f電機輸入電源頻率P

為異步電機極對數N為電動機拖動負載的轉速S滑差（一般為：0-0.05）交流異步電動機第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一變頻調速節能的基本原理是基于流量、壓力、轉速、轉矩之間的關系，如下；流量∝轉速壓力∝轉矩∝轉速的平方功率∝轉速的三次方。即水泵的轉速與流量的一次方成正比，壓力與流量的二次方成正比，軸功率與流量的三次方成正比，因此，在理想情況下：頻率流量（%）轉速（%）壓力（揚程）（%）功率

50HZ10010010010045HZ90908172.940HZ80806451.235HZ70704934.330HZ60603621.6第27頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一由上表可見，當需求流量下降時，可以通過調節轉速節約大量的電能。當流量減少30%，理論上講僅需額定功率的34.3%，即節約65.7%的電能。名詞解釋平方轉矩負載：

在各種風機、水泵、油泵中，隨葉輪的轉動，空氣或液體在一定的轉速范圍內所產生的阻力大致與轉速n的2次方成正比。隨著轉速的減小，轉矩按轉速的2次方減小。這種負載所需要的功率與速度的3次方成正比。恒轉矩負載：

負載轉矩與轉速n無關，任何轉速下總保持恒定或基本不變。例如傳送帶、攪拌機、擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載都屬于恒轉矩負載。恒功率負載：

機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產中的卷取機、開卷機等要求的轉矩大體與轉速成反比。這就是所謂的恒功率負載.第28頁，共30頁，2023年，2月20日，星期一變頻器有的地方用有節能效果，有的地方可能沒有。風機、水泵之類的需要調速的地方用變頻器，節能效果特別好。變頻器具有節電功能，前提條件是：第一,大功率并且為風機/泵類負載；第二，裝置本身具有節電空間；第三，長期連續運行。變