交流变频驱动系统 北京京诚瑞达电气工程技术所

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1 交流变频驱动系统 北京京诚瑞达电气工程技术所
交流变频驱动系统 北京京诚瑞达电气工程技术所 2019/1/18 中冶京诚电气所 中冶京诚电气所

2 主要内容 概述 整流回馈单元 逆变器与变频器 装置启动与调试 常见故障 变频装置选型 1580辅传动设计 2019/1/18 中冶京诚电气所

3 西门子公司驱动产品 直流驱动产品 交流驱动产品 各种工业的应用及要求 SIMADYN D SIMADYN D * SIMODRIVES
专业型 特殊的高精度工艺控制, 高速通讯及驱动控制应用 数控机床的驱动应用 DC-Master (6RA70, 6RM70) SIMOREG K (6RA24, 6RM24) Master Drives (6SE70 / 71) 工程型 冶金, 纺织, 造纸, 化工等闭环控制的高精度应用 3~6KV等高压应用 MV SIMOVERT S MM440(MMV、MDV) MM430(Eco) MM420(MM) MM410/MM411 SIMOREG K 6RA23 6RA28(<=600A) 通用型 风机, 水泵, 传输等开环控制的简单应用 各种工业的应用及要求 2019/1/18 中冶京诚电气所

4 概述-变频系统的构成 变流器 大量使用的是二极管/晶闸管桥整流器，它把工频电源变换为直流电源。
变流器 大量使用的是二极管/晶闸管桥整流器，它把工频电源变换为直流电源。 平波回路 抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压(电流)。可以省去电感。 逆变器 逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率。 制动回路 电动机在转差率为负时，再生能量可用制动回路(开关和电阻)消耗。 2019/1/18 中冶京诚电气所

5 概述 2019/1/18 中冶京诚电气所 类型 比较项目 交—直—交变频器 交—交变频器 换能方式 两次换能，效率略低 一次换能，效率较高
晶闸管换相方式 强迫换相或负载换向 电网电压换向 所用器件数量 较少 较多 调频范围 频率调节范围宽 一般情况下，输出最 高频率为电网频率的1/3～1/2 电网功率因数 采用晶闸管整流器时, 功率因数略低； 采用二极管整流器时, 功率因数高 较低 适用场所 可用于各种电力拖动装 置，稳频稳压电源和不间断电源 适用于低速大功率拖动 类型 比较项目 电压型变频器 电流型变频器 直流回路虑波环节 电容器 电抗器 输出电压波形 矩形波 决定于负载，对异步电动机负载近似为正弦波 输出电流波形 决定于逆变器电压与负载电动机电势 输出阻抗 小 大 回馈制动 需在电源侧设置反并联逆变器 方便，主电路不需附加设备 调速动态响应 较慢 快 对晶闸管的要求 关断时间要短，对耐压要求一般较低 耐压高，对关断时间无特殊要求 适用范围 多电动机拖动，稳频稳压电源 单电动机拖动，可逆拖动 2019/1/18 中冶京诚电气所

6 概述-变频系统的构成 现阶段低压变频器的四大特点： 逆变单元IGBT 电压源型 脉宽调制 矢量控制 2019/1/18 中冶京诚电气所

7 概述-变频器系统的构成 2019/1/18 中冶京诚电气所

8 概述 U/f控制：逆变器采用IGBT元件组成,用PWM方式进行控制。逆变器的脉冲发生器同时受控于频率指令和电压指令，而U与f之间的关系是由曲线发生器（模式形成）决定的。这样以PWM控制之后，变频器的输出频率、输出电压之间的关系就是曲线发生器所确定的关系。 转速的改变是靠改变频率的设定值来实现的，电动机的实际转速要根据负载的大小，即转差率的大小来决定。负载变化时，在不变条件下，电机转速将随负载转矩变化而变化，故它常用于速度精度要求不十分严格或负载变动较小的场合。 转速开环控制，无需速度传感器，控制电路简单，负载可能是通用的标准异步电动机，所以通用性强，经济性好，是目前通用变频器产品中使用较多的一种控制方式。 U=4.44 f • k • Φ U / f = C N=60f*(1-s)/Pr 2019/1/18 中冶京诚电气所

9 概述 矢量控制。U/f控制思想建立在异步电动机的静态数学模型上，动态性能指标不高。对于轧钢、造纸设备等对动态性能要求较高的场合，可以采用矢量控制。 采用矢量控制方式的目的，主要是为了提高变频调速的动态性能。根据交流电动机的动态数学模型、利用坐标变换手段，将交流电动机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流，并分别加以控制，即模仿自然解耦的直流电动机控制方式，对电动机磁场和转矩分别进行控制，以获得类似于直流调速系统的动态性能。 在矢量控制方式中，磁场电流和转矩电流可以根据可测定的电动机定子电压、电流的实际值经计算求得。磁场电流和转矩电流再与相应的设定值相比较并根据需要进行必要的校正。 (1)良好的速度追踪性能； (2)速度控制可低至零速； (3)负载变化对调速精度影响小； 2019/1/18 中冶京诚电气所

10 整流回馈单元 整流回馈单元由可控硅三相正反桥整流器组成 正桥进线端连接进线电抗器，反桥进线端连接自藕变压器
由三相交流电源取得电动状态能量，将直流母线发电能量送回电网。 整流回馈单元根据实际负荷需要可以实现并联或单独工作。 整流回馈单元的控制原理和硬件结构类似直流调速装置,闭环控制功能由微处理器系统和ASICS实现全部数字化。 2019/1/18 中冶京诚电气所

11 整流回馈单元 整流回馈单元由电压环和电流环构成双闭环系统；
公共直流母线电压给定值为1.35倍的交流进线电压，电压环和电流环的参数由装置带有的自调谐功能进行整定。 整流回馈单元的功率部分由2个反并联晶闸管桥组成，可在输入端电网和逆变器中间回路之间整流和回馈。 2019/1/18 中冶京诚电气所

12 整流回馈单元 2019/1/18 中冶京诚电气所

13 整流回馈单元 采用整流回馈单元+逆变器调速方案优点:
1、当多台电机同时工作，有的处于电动状态，有的处于制动状态时，电动状态与制动状态可通过直流母线交换能量，减少整流单元容量。 2、多台逆变单元共用整流单元，可根据同时系数适当减小整流单元容量，节省设备投资和安装空间。 3、当多台逆变单元同时需要快速制动时，整流单元可快速向电网回馈能量，保证制动效果。 2019/1/18 中冶京诚电气所

14 整流回馈单元 2019/1/18 中冶京诚电气所

15 整流回馈单元 2019/1/18 中冶京诚电气所

16 逆变器与变频器 MASTERDRIVE变频传动核心模块是交直交PWM型调速控制装置，其逆变功率器件采用IGBT；
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17 逆变器与变频器 2019/1/18 中冶京诚电气所

18 逆变器与变频器 CUVC CBP2 SLB EB1 ADB+LBA DTI 2019/1/18 中冶京诚电气所

19 2019/1/18 中冶京诚电气所

20 装置启动与调试 回复出厂设置 电机参数设置 装置参数优化 辅助功能设置 控制字与状态字 通讯参数设置 自由功能块 2019/1/18
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21 装置启动与调试 变频器常见问题及处理办法 2019/1/18 中冶京诚电气所

22 变频传动装置选型 负载类型： A、成组辊道传动： 采用V/F线性控制 配电方式：变频装置－辊道开关箱－辊道电机 B、要求速度或位置精确控制：
采用带编码器矢量控制(或DTC) C、负载是双/多电机，机械耦合： 采用主/从控制方案 2019/1/18 中冶京诚电气所

23 变频传动装置选型 变频辅传动方案选择： A、变频器＋制动单元＋制动电阻 B、公共直流母线＋逆变器 适用于区域传动数量少，回馈制动要求低的场合
适用于区域传动数量多，配电集中场合 处于制动和电动状态电机可以通过直流母线交互能量 多台逆变器共用整流单元，可以节省设备投资。 公共直流母线构成： 整流单元＋制动单元＋制动电阻+直流母线 整流回馈单元＋直流母线 2019/1/18 中冶京诚电气所

24 变频传动装置选型 整流变压器容量选择 采用整流回馈单元作为整流器，功率因数约0.93~0.96,一般选取整流变二次电压等于105％变频电机额定电压。 整流变压器负荷分配必须要考虑到工艺要求和设备布置情况等因素影响,应该整个车间统一考虑变压器的布置和选取。 整流变压器容量＝电机容量总和x 同时系数/电机效率/电机功率因数/变频器效率 同时系数选取根据工艺要求，考虑各个负载运行情况，找出负荷最大的连续运行工况，决定同时系数大小。 2019/1/18 中冶京诚电气所

25 变频传动装置选型 整流回馈单元容量选择 整流单元按照区域设备分组的原则进行分配，尽量将同一区域设备划分到同一组公共直流母线，
避免同时出现过负荷运行的设备集中分配到同一母线。 整流单元容量＝电机容量总和x同时系数x同时过载系数/电机效率/逆变器效率 2019/1/18 中冶京诚电气所

26 变频传动装置选型 逆变器容量选择 工艺参数：生产所需最大转矩、转速，过载周期 设备参数：电机额定/最大转矩、转速，过载能力
同时系数：辊道类负载 原 则：逆变器最大电流 > 电机最大工作电流 逆变器容量＝电机容量x同时系数X过载因子/电机效率/电机功率因数/1.36 2019/1/18 中冶京诚电气所

27 1580辅传动设计 公共直流母线分组 电气室布置 profibus网络 换辊小车控制 特殊控制：转矩控制、主从并联 2019/1/18
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