康沃變頻器的簡(jiǎn)單介紹報(bào)告人:李?yuàn)^祥2005年12月28日目錄第一章通用變頻器發(fā)展史

第一節(jié)通用變頻器發(fā)展歷史及特點(diǎn)第二節(jié)新型變頻器發(fā)展趨勢(shì)第二章通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理第一節(jié)通用變頻器的類別結(jié)構(gòu)第二節(jié)通用變頻器的工作原理

第三節(jié)康沃變頻器簡(jiǎn)介第四節(jié)國(guó)內(nèi)外其他變頻器簡(jiǎn)介2第一章通用變頻器發(fā)展史

第一節(jié)通用變頻器發(fā)展歷史及特點(diǎn)隨著微機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和調(diào)速控制理論的不斷發(fā)展，變頻器作為一種智能調(diào)速“電源”也在不斷地更新。從變頻器問(wèn)世以來(lái)，通用變頻器主要經(jīng)歷以下幾個(gè)發(fā)展階段：80年代初期的模擬式、80年代中期的數(shù)字式、90年代初期的智能式、90年代中期的多功能型及現(xiàn)在的集中型通用變頻器。通用變頻器發(fā)展主要有以下特點(diǎn)：

１、功率器件不斷更新?lián)Q代雙極晶體管BJT、絕緣柵雙極晶體管IGBT、集成門極換流晶閘管IGCT、巨型晶體管GTO

2、應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大

在紡織、印染、塑膠、石油、化工、冶金、造紙、食品、裝卸搬運(yùn)等行業(yè)都有著廣泛應(yīng)用3.控制理論不斷成熟3第二節(jié)新型通用變頻器發(fā)展趨勢(shì)1、低電磁噪音、靜音化

新型通用變頻器采用高頻載波方式的正弦波SPWM調(diào)制實(shí)現(xiàn)靜音化2、專用化

新型通用變頻器為更好地發(fā)揮變頻調(diào)速控制技術(shù)的獨(dú)特功能，并盡可能滿足現(xiàn)場(chǎng)控制的需要，派生了許多專用機(jī)型如風(fēng)機(jī)水泵空調(diào)專用型、起重機(jī)專用型、恒壓供水專用型、

交流電梯專用型、紡織機(jī)械專用型、機(jī)械主軸傳動(dòng)專用型、電源再生專用型、中頻驅(qū)動(dòng)專用型、機(jī)車牽引專用型等。3、系統(tǒng)化

通用變頻器除了發(fā)展單機(jī)的數(shù)字化、智能化、多功能化外，還向集成化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。第一章通用變頻器發(fā)展史4第一章通用變頻器發(fā)展史4、網(wǎng)絡(luò)化新型通用變頻器可提供多種兼容的通信接口，支持多種不同的通信協(xié)議，內(nèi)裝RS485接口，可由個(gè)人計(jì)算機(jī)向通用變頻器輸入運(yùn)行命令和設(shè)定功能碼數(shù)據(jù)等，通過(guò)選件可與現(xiàn)場(chǎng)總線：Profibus-DP、Interbus-S、DeviceNet、ModbusPlus、CC-Link、LONWORKS、Ethernet、CANOpen、T-LINK等通訊5、操作傻瓜化新型通用變頻器機(jī)內(nèi)固化的“調(diào)試指南”會(huì)引導(dǎo)你一步一步地填入調(diào)試表格，無(wú)需記住任何參數(shù)，充分體現(xiàn)了易操作性。6、內(nèi)置式應(yīng)用軟件

新型通用變頻器可以內(nèi)置多種應(yīng)用軟件，有的品牌可提供多達(dá)130余種的應(yīng)用軟件，以滿足現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制的需要，如PID控制軟件、張力控制軟件、速度級(jí)鏈、速度跟隨、電流平衡、變頻器功能設(shè)置軟件、通訊軟件等5第一章通用變頻器發(fā)展史7、參數(shù)自調(diào)整

用戶只要設(shè)定數(shù)據(jù)組編碼，而不必逐項(xiàng)設(shè)置，通用變頻器會(huì)將運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)調(diào)整到最佳狀態(tài)（矢量型變頻器可對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行自整定）。8、功能設(shè)置軟件化

通用變頻器的功能可以在WINDOWS95/98環(huán)境下設(shè)置并下裝，并可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。6第二章通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理第一節(jié)、通用變頻器的類型從結(jié)構(gòu)上可分為：1、交—交變頻器2、交—直—交變頻器從變頻電源的性質(zhì)分（見圖3）

1、電流源型：中間直流濾波環(huán)節(jié)采用大電感濾波，電源內(nèi)阻抗為零的恒壓源，輸出電流波形為矩形波。2、電壓源型：中間直流濾波環(huán)節(jié)采用大電容濾波，電源內(nèi)阻抗為無(wú)窮大的恒流源，輸出電壓波形為矩形波。

兩者性能差別：無(wú)功能量的緩沖回饋制動(dòng)調(diào)速時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)適用范圍7第二章通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理

不可控整流器PWM逆變器UVWCF（A）電壓源型不可控整流器PWM逆變器RSTUVW（B）電流源型圖2-1：電壓源型和電流型交-直-交型變頻器LFIB8圖2-2、通用變頻器主回路圖VD1VD3VD5VD4VD6VD2RSTRBVBC1C2V1V3V5V4V6V2D1D3D5D4D6D2RSPNKSRC1、2IB整流電路濾波電路制動(dòng)電路逆變電路9第二章通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理（一）、變頻器的主回路電壓型變頻器主電路包括：整流電路、中間直流電路、逆變電路三部分組，交-直-交型變頻器結(jié)構(gòu)見圖21、整流電路：

VD1~VD6組成三相不可控整流橋，220V系列采用單相全波整流橋電路；380V系列采用橋式全波整流電路。若電源線電壓為UL，三相全橋整流后平均直流電壓UD=1.35UL，直流母線電壓為535V2、中間濾波電路：整流后的電壓為脈動(dòng)電壓，必須加以濾波；濾波電容CF除濾波作用外，還在整流與逆變之間起去耦作用、消除干擾給電機(jī)感性負(fù)載提供必要的無(wú)功功率，由于該大電容儲(chǔ)存能量，在斷電的短時(shí)間內(nèi)電容兩端存在高壓電，因而要在電容充分放電后才可進(jìn)行操作。3、限流電路：由于儲(chǔ)能電容較大，接入電源時(shí)電容兩端電壓為零，因而在上電瞬間濾波電容CF的充電電流很大，過(guò)大的電流會(huì)損壞整流橋二極管，為保護(hù)整流橋上電瞬間將充電電阻RL串入直流母線中以限制充電電流，當(dāng)CF充電到一定程度時(shí)由開關(guān)SL將RL短路。10第二章通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理4、逆變電路：逆變管V1~V6組成逆變橋?qū)⒅绷麟娔孀兂深l率、幅值都可調(diào)的交流電，是變頻器的核心部分。常用逆變模塊有：GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等，一般都采用模塊化結(jié)構(gòu)有2單元、4單元、6單元5、續(xù)流二極管D1~D6：其主要作用為：（1）電機(jī)繞組為感性具有無(wú)功分量，VD1~VD7為無(wú)功電流返回到直流電源提供通道（2）當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，再生電流通過(guò)VD1~VD7返回直流電路。（3）V1~V6進(jìn)行逆變過(guò)程是同一橋臂兩個(gè)逆變管不停地交替導(dǎo)通和截止，在換相過(guò)程中也需要D1~D6提供通路。11第二章通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理6、制動(dòng)電阻RB和制動(dòng)單元VB電機(jī)在工作頻率下降中，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將可能超過(guò)此時(shí)的同步轉(zhuǎn)速（n=60f/P）而處于再生制動(dòng)（發(fā)電）狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能將反饋到直流電路中使直流母線（濾波電容兩端）電壓UD不斷上升（即所說(shuō)的泵升電壓），這樣變頻器將會(huì)產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)，甚至可能損壞變頻器，因而需將反饋能量消耗掉，制動(dòng)電阻就是用來(lái)消耗這部分能量的。制動(dòng)單元由開關(guān)管與驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，其功能是用來(lái)控制流經(jīng)RB的放電電流IB

12第二章通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理

（二）變頻器的控制回路

變頻器控制部分一般有：CPU單元、顯示單元、電流檢測(cè)電壓檢測(cè)單元、輸入輸出控制端子、驅(qū)動(dòng)放大電路、開關(guān)電源等（見圖2）。1、CPU單元：

采用16位單片機(jī)或DSP，變頻器專用單片機(jī)如：INTEL87C196MH，速度為幾十ns級(jí)。矢量控制型采用雙CPU。2、開關(guān)電源單元：變頻器控制電源為開關(guān)電源：有±24V，±15V，+5V等輸出，其輸入在主電路直流母線側(cè)取得。3、電流檢測(cè)單元：采用HALL元件檢測(cè)變頻器輸出側(cè)電流。對(duì)于加速、減速、運(yùn)行中過(guò)流、變頻過(guò)載及電機(jī)過(guò)載的檢測(cè)是：由CPU通過(guò)檢測(cè)輸入的脈沖頻譜來(lái)區(qū)分的。

4、顯示單元：其功能為人機(jī)界面、參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)/故障顯示、遠(yuǎn)距離操作等５、控制端子：模擬輸入、輸出端子；開關(guān)量輸入輸出端子；故障輸出端子；

6、驅(qū)動(dòng)電路：ＣＰＵ產(chǎn)生的PWM波經(jīng)專用驅(qū)動(dòng)芯片、驅(qū)動(dòng)放大電路后給IGBT。13第二章通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理第二節(jié)變頻器工作原理通用變頻器的基本控制方式（V/F控制）

由n=60f/P（1-S）（P為極對(duì)數(shù)）可知通過(guò)改變頻率f可改變電機(jī)速度，由三相異步電機(jī)定子相電動(dòng)勢(shì)有效值：E=4.44kfn?，知：當(dāng)f大于電機(jī)額定頻率fN時(shí)，氣隙磁通?將會(huì)小于額定磁通量?N，結(jié)果使電機(jī)的鐵心沒有得到充分利用而造成浪費(fèi)；當(dāng)f小于電機(jī)額定頻率fN時(shí)，氣隙磁通?將會(huì)大于額定磁通量?N，電機(jī)鐵心飽和，導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)，因而要實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，最好在變頻時(shí)保持每極磁通量?不變。

基頻以下（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）：當(dāng)頻率較低時(shí)認(rèn)為定子相電壓U≈E，要使?不變則：U/f=常數(shù)即可。低頻時(shí)U和E都較小，定子繞組阻抗不能再忽略，這時(shí)可將電壓U抬高一些以補(bǔ)償定子電壓，基頻以下控制屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”。基頻以上控制（恒功率調(diào)速）：基頻以上調(diào)速時(shí)電壓U不能超過(guò)額定壓Un，最多只能保持在額定電壓Un。頻率上升電壓不變將使磁動(dòng)勢(shì)減弱、轉(zhuǎn)矩減小，但由于同步轉(zhuǎn)速上升可認(rèn)為輸出功率基本不變。故基頻以上變頻調(diào)速屬于“弱磁恒功率調(diào)速”14第二章通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理第三節(jié)、康沃變頻器件節(jié)康沃變頻器簡(jiǎn)介（一）康沃變頻器產(chǎn)品種類目前主要有以下大系列產(chǎn)品：G1/G2通用型變頻器P1/P2風(fēng)機(jī)水泵專用型變頻器S1高性能系列單相變頻器ZS注塑機(jī)專用型變頻器ZC注塑機(jī)一體化節(jié)能控制器Smp簡(jiǎn)易型單相小功率變頻器15第二章通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理G2/P2系列ZS系列ZC系列G1/P1系列S1系列16第二章通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理二）康沃變頻器的特點(diǎn)1、調(diào)制方式和載波頻率

康沃公司的G1/P1系列變頻器產(chǎn)品具備了隨機(jī)調(diào)制、異步調(diào)制、分段同步調(diào)制三種調(diào)制方式，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。隨機(jī)調(diào)制是一種嶄新的調(diào)制方式，，采用這種調(diào)制方式，變頻器對(duì)外部的射頻干擾將大幅度減弱，因而產(chǎn)品的EMC各項(xiàng)指標(biāo)得到大幅提升。

除G2系列產(chǎn)品外，大部分產(chǎn)品的載波頻率可高達(dá)12.5KHz，并且可以長(zhǎng)期在12.5KHz的載波頻率下滿載運(yùn)行，高載波頻率配合獨(dú)特的隨機(jī)調(diào)制技術(shù)使電源輸出波形接近完美，進(jìn)一步提高低頻轉(zhuǎn)矩。另一獨(dú)特之處調(diào)制方式和載波頻率可以在線調(diào)整，在運(yùn)行中也不例外，可以在不停機(jī)的情況下比較不同的調(diào)制方式和不同的載波頻率所帶來(lái)的運(yùn)行效果，從而選擇最優(yōu)的參數(shù)設(shè)置。2、優(yōu)良的死區(qū)補(bǔ)償技術(shù)

高的載波頻率如果沒有高超的死區(qū)補(bǔ)償技術(shù)，變頻器運(yùn)行的穩(wěn)定性將降低。康沃公司采用自行開發(fā)的專有技術(shù)進(jìn)行死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償，可得到近乎完美的正弦電流波形，因此不會(huì)因載波頻率過(guò)高而可能給系統(tǒng)帶來(lái)的不穩(wěn)定因素，同時(shí)采用死區(qū)補(bǔ)償。

17第二章通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理3、快速的自動(dòng)限流功能

康沃變頻器內(nèi)部有兩套自動(dòng)限流算法同時(shí)運(yùn)行。在正常使用情況下，能夠承受200%的沖擊性負(fù)載而不保護(hù)跳閘，因此能夠保證在任何性質(zhì)的負(fù)載條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

4、自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行

獨(dú)立研制的自動(dòng)節(jié)能解藕算法，可以根據(jù)自動(dòng)偵測(cè)的電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前負(fù)載狀況，實(shí)時(shí)微調(diào)變頻器的輸出電壓和頻率，使電動(dòng)機(jī)工作在最高效率的勵(lì)磁狀態(tài)，而不是限定在額定勵(lì)磁下工作，使用這一功能，可進(jìn)一步節(jié)能10%左右，在負(fù)載頻繁變化的系統(tǒng)中其節(jié)能效果更為明顯。

5、內(nèi)置PID控制功能

靈活多變的內(nèi)置PID控制功能（控制器結(jié)構(gòu)可由用戶任意選擇），完全可以替代傳統(tǒng)變頻器所需的外加PID控制器，從而簡(jiǎn)化用戶系統(tǒng)

6、可編程多段速運(yùn)行

內(nèi)藏簡(jiǎn)易PLC功能，7種可編程的運(yùn)行頻率、其中S1、G2/P2系列可達(dá)16段速，運(yùn)行方向和運(yùn)行時(shí)間分別可任意設(shè)定，也可用外部端子選擇，3種循環(huán)運(yùn)行模式可選，其中擺頻運(yùn)行功能在適合紡織設(shè)備控制要求。

18第二章通用變頻器結(jié)構(gòu)與原理7、RS485通訊

內(nèi)含RS485通訊接口，可進(jìn)行最多31臺(tái)變頻器的連網(wǎng)，方便構(gòu)成遠(yuǎn)端集成控制網(wǎng)絡(luò)。也可以設(shè)置其中一臺(tái)變頻器為主機(jī)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變頻器的連動(dòng)控制，其設(shè)定頻率與控制指令與主機(jī)完全同步。8、G2/P2系列內(nèi)置定時(shí)器與計(jì)數(shù)器可方便客戶在不同應(yīng)用場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)不同的控制功能9、轉(zhuǎn)速跟蹤功能：當(dāng)交流電動(dòng)機(jī)在停車過(guò)程中由于電動(dòng)機(jī)的剩磁，即使電機(jī)定子沒