汇川变频产品介绍——王进亚.pptx
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变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,NeverStopImprovingNeverStopImproving,变频器原理及应用,变频器产品线2015年,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,变频器的发展史,NeverStopImproving,60年代,变频器开始在日本诞生,主要为解决纺纱机的启动和调速工艺问题。
采用SCR、V/F控制的柜式机方案。
体积巨大。
80年后代随电力电子技术的发展,使用GTR、特别是90年代的IGBT技术的成功应用,克服了变频器体积大,易用性差等缺陷,带来了变频器在工业领域广泛应用。
其中IGBT技术的应用,是变频器发展史上标志性突破。
90年代中,矢量控制技术的成功应用,又极大改善了V/F模式应用的局限性,把变频器由调速器变成了对交流电机的精准控制器。
这又是变频器发展史上标志性的突破。
进入本世纪,变频器进入了大容量、多电压等级、精准传动、高功率密度设计、高易用性、多点同步传动等多维度大发展的时代。
变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,80年代中后期,变频进入中国主要是以跟随整套设备进口方式;集中在大型国企的大型生产线的引进项目上。
90年代初,变频器作为独立的产品开始被引进中国。
三肯第一、FUJI第二,以项目市场为主。
但大型成套设备的引进开始爆炸式增长。
95年,一部分进口成套设备开始国产化,OEM需求开始启动,日系三菱、安川,欧系SIEMENSABB进入中国96年,台湾品牌进入大陆,变频器国产化开始98年,华为进入变频器领域,是变频器国产化进程中标志性事件00年后,国产品牌如雨后春笋,华为开始矢量变频器的研发03年,汇川成立,历史已经证明、未来将继续证明,这是国产变频器改变行业格局的标志性事情,NeverStopImproving,变频器在国内的发展史,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,20年多年,中国工业用变频器市场总需求达150亿;70%以上市场为海外品牌占有;第一、第二集团格局分明,欧系两大品牌全面领先;汇川在第二集团略微领先,但成长最快。
2013年中国变频器市场份额格局,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,变频器简介,NeverStopImproving,什么是变频器变频器是控制电机转速的机器,它将50HZ交流电源整成直流,再通过逆变将直流转化为电压频率可调的交流电源,通过改为电网的频率来改为电机的转速(改变旋转磁场的频率)异步电机转速公式如式
(1)所示:
n=60*f/p*(1-s)n:
电机转速(r/min)f:
电源频率(HZ)p:
电机磁极对数(改电机参数、非无级)s:
转差率(调压、转子串电阻.),变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,变频器的控制对象交流电动机,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,为什么要使用变频器(为什么调速),NeverStopImproving,负载工艺过程需要:
电梯、机床、电动汽车节能:
风机、水泵、注塑机(IS300)调速可以提高系统的性能:
多点同步控制启动可以减小电网、机械等的应力:
软启动器、起重控制转矩的场合:
卷驱控制,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,变频器使用后带来的优缺点,NeverStopImproving,优点a、调速方便(相对与调压调速、转子电子调速等)。
b、节能(与具体负载、使用情况有关)。
c、启动电流小、对电网冲击小(与直接启动比)。
d、功能多样,有利于自动化生产、提高生产效率及自动化水平。
缺点a、对其他设备干扰大。
b、输出电压是PWM波形,对电机温升及绝缘有不利影响。
c、是一个故障源,容易损坏(相对而言)。
d、调试、维护等需要一定的技术水平。
变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,变频器的分类,1、电流型电流型变频器由整流、直流(电压不稳定)、逆变器和控制逻辑组成电流型变频器储能元件为电抗器,动态响应快,可直接实现回馈制动,变频调速系统可以频繁、快速的实现四象限运行,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,变频器的分类,2、电压型电压源型变频器由整流、直流母线(电压基本稳定)、逆变器和驱动保护电路四部分组成。
电压型变频器储能元件为电容器,被控量为电压,动态响应较慢,制动时需在电源侧设置反并联逆变器才能实现能量回馈(二象限、四象限),NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,StopImproving,变频器的外围设备,Never,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,二象限、四象限变频器概念,|,NeverStopImproving,|,|,|V,M,N,正向电动,正向发电,反向电动,反向发电,电机四个运行状态二象限变频器:
二极管整流桥,不能实现能量的双向流动,无法将电机回馈系统的能量送回电网,只能通过制动电阻把能量消耗,另二极管整流桥对电网产生较大谐波污染,但成本低,实现简单;四象限变频器:
IGBT做整流桥,能实现能量的双向流动,可将电机回馈系统的能量送回电网,对电网谐波污染小,适用于能量回馈转大、且对电网质量控制要求高场合,但成本高,实现起来有技术难度;,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,二象限变频器原理拓扑二极管整流上电缓冲直流电抗器电容滤波逆变输出,霍尔电流检测散热风扇单板:
控制板、驱动板.,二象限变频器原理,Transformerandcablingsimple,CurrentverydistortedIthd30%,6pulserectifierAC/DCDC/AC,最常见整流简单、实用成本低谐波含量大无能量回馈,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,二象限变频器原理,上电缓冲与滤波上电缓冲控制变频器上电时电网对变频器电容的电流冲击,二象限是加在直流线上,四象限加在电网输入侧(结构原因)滤波直流电抗器滤电流、电容滤电压,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,二象限变频器原理,电抗器不加电抗器、加交流电抗器、加直流电抗器输入电流谐波含量对比,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,二象限变频器原理,制动控制母线电压不超过上限、二象限系统中电机发机时能量回馈到母线上,使母线电压升高,通过制动单元制动电阻控制母线电压,使变频器不报过压;由制动单元加制动电阻组成,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,topImproving,二象限变频器原理,逆变-单相将直流电压转变为交流电压,频率和电压可根据需要调整,NeverS,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,二象限变频器原理,逆变-三相,opImproving,用IGBT代替S1S61、什么是IGBT(绝缘栅双极型晶体管)2、为什么要用IGBT?
NeverSt,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,二象限变频器特点,NeverStopImproving,组成:
二极管整流桥+上电缓冲+滤波+IGBT逆变+制动;不能实现能量的双向流动,无法将电机回馈系统的能量送回电网;电机发电运行时可通过制动单元把能量消耗在制动电阻上;母线电压不可控(母线电压=输入电压*1.35)二极管整流桥对电网产生较大谐波污染;另但成本低,可靠性高,实现简单;,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,四象限变频器原理,四象限变频器原理拓扑,组成:
LCL滤波+上电缓冲+IGBT整流+电容滤波+IGBT逆变,NeverStopImproving,L2:
升级电感器,感量比较大(15%),可控整流时做升压电感用;能量回馈时与C组成LC正弦波滤波器,滤除电压、电流谐波;L1:
网侧电抗器,感量较小(2%),与C组成LC滤波器,滤除电网高频谐波,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,四象限变频器原理,可控整流-IGBT整流,IGBT整流,减少谐波;可能量回馈、可调整母线电压;成本高、实现需要技术支撑;上电缓冲,加在交流侧;,PWMrectifier,AC/DCDC/AC,Transformerandcablingsimple,CurrentwaveformbestIthd5%,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,四象限变频器原理,能量回馈原理,四象限变频器原理拓扑把电网想像成电机,就不难理解能量为什么可以回馈了;当电机在电动时,能量从电网传到电机侧,当电机发电时,能量从电机侧回馈到电网侧,即是整流又是逆变;,电网,NeverStopImproving,电机,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,四象限变频器特点,NeverStopImproving,四象限变频器特点组成:
LCL滤波+上电缓冲+IGBT整流+滤波+IGBT逆变能量双向流动,电机发电能量可以回馈电网母线电压可控,很好的解决压频比问题电网电流谐波小(5%),减小电网谐波干扰;能量可回馈,回馈效率大于97%;具有无功电流补尝功能;可靠性没有二极管整流高;成本较高;实现需要技术支撑;,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,变频器主拓扑图原理,PWM原理示意图,PWM的输出电压频谱:
调制波+载波,NeverStopImproving,everStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,变频器主拓扑图原理,变频器主电路的关键信号,N,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,变频器控制回路原理,控制回路原理框图,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,变频器控制回路原理,用户I/O目的,便于用户控制变频器DI数字量输入DO数字量输出AI模拟量输入AO模拟量输出RELAY继电器输出PG电机转速检测PTC电机温度检测DP通讯485通讯CAN通讯,NeverStopImproving,Ne,verStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,变频器内部硬件构造,M,运算电路,检测电路,主回路保护电路驱动电路,I/O电路,控制回路,开关电源,控制板,键盘显示,输入输出,端子,风扇,盖板,用户I/O,DSP板,滤波电容,缓冲电阻,接触器,防雷压敏,IGBT/整流桥,电流检测,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,变频器构造分布,运算电路、控制部分及I/O电路,保护电路,5V、10V、24V,主控板,操作键盘,接口板,电源板,模块(整流、逆变),散热器、风扇,缓冲电阻,短路开关,滤波电容,6路PWM驱动信号,制动单元的驱动信号,设置参数的存储,参数显示信号,散热,检测温度,底,上,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,Never,StopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,电机控制方式VF算法控制,VF控制-原理VF控制属于开环控制,基本思路是通过V/F=常数保证电机磁通基本恒定,达到变频变压控制电机转速的目的。
变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,变频器控制模式-V/F,特点开环控制,动态响应和稳速精度比较差;低频出力不好、需要加转矩提升;容易与机械系统发生共振而出现系统的振荡;简单、可靠、使用方便、速度稳定度好,电机适应性强,无需设置电机参数,可一拖多,大拖小;应用风机,水泵,电源,对速度、转矩控制要求不高场合;,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,电机控制方式矢量算法控制,NeverStopImproving,矢量控制-原理模拟直流电机的控制方法,根据磁势和功率不变的原则,通过正交变换,将三相静止坐标上的电流量变换成二相静止坐标(Clarke变换)上;通过旋转变换从二相静止坐标变成二相同步旋转坐标(Park变换)。
最终将定子电流矢量分解成按转子磁场定向的2个直流分量id、iq。
id为励磁电流分量,iq为转矩电流分量。
控制id就相当于控制磁通,而控制iq就相当于控制转矩,从而实现磁通和转矩的解耦控制。
变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,闭环矢量控制算法,特点闭环控制,动态响应和稳速精度非常好,低频出力大,但速度稳定度不高,电机适应性差,电机参数需要准确设置,否则跑起来会发散,增加一个编码器,多一个故障点,可靠性差,只能一拖一,且功率匹配应用动态响应和稳速精度、低频出力要求高场合;,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,0.20.4,0.752.230,90200,400,800,1600,2240,KW,MD300系列,MD320系列,MD380/ND500系列,MD310系列,功率,MD810工程型,性能冶金,高速纸机,电力,风电,高端港口机械,石油石化。
印刷包装,金属制品,机床,起重机械,纺织印染。
陶瓷,建材,楼宇市政,城市供水,污水处理,农业灌溉,木工,纺织,玻璃,食品,电子,塑料挤出,各种风机及水泵。
NeverStopImproving,西门子S120ABBACS880,安川H1000台达C2000,三菱F740/安川A1000,安川V1000/台达E,台达EL/安川J1000,MD880高性能型,MD280/MD290系列MD210系列MD200系列MD300A,汇川技术低压变频器产品家族,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,MD210MD310市场定位,MD210:
对价格极其敏感的小型自动化设备,一般一台设备最大功率不超过2.2KW如:
电子设备,食品机械,玻璃机械,木工机械等。
对性能要求不高,只做基本的调速控制;模拟量或通信实现电机速度调节,对低速力矩要求不高,无快起快停控制要求;主要竞争对手:
台达EL,安川J1000等,国内一些低价竞争对手MD310:
对价格比较敏感,且一定性能要求的中小型自动化设备,一般功率范围30KW以下如:
陶瓷,小型机床,玻璃机械,木工机械等。
V/F性能要求低速转矩大,快起快停,一些中型设备需要开环矢量;主要竞争对手:
台达E,安川V1000等,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,主要特点:
实现异步机矢量控制(开环和闭环),V/F控制及V/F分离控制;同步机闭环矢量控制;可扩展PLC编程卡,支持多种PG卡(OC编码器,差分编码器,UVW差分,旋变等)可扩展多种总线(PROFIBUS-DP,MODBUS-RTU,CANlink,CANopen),通过CANlink总线可以实现两变频之间主从控制;,MD380市场定位电压等级及功率范围:
1)单相220伏:
0.4KW-2.2KW2)三相220伏:
0.4KW-75KW3)三相380伏:
0.75KW-400KW(450P)4)三相480伏:
0.75KW-400KW(450P)5)三相690伏:
55KW-500KW(560P),NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,目标行业印刷包装,金属制品,轨道牵引机车,矿井皮带机,起重机械,冶金,高端数控机床,石材磨边机,螺母攻丝机,无纺布设备,纺织机械等。
主要竞争对手安川H1000,台达C2000;已经解决的老产品不能解决的市场应用有:
印刷设备高档涂布机,凹版印刷机,解决转矩线性和转矩精度,+-10伏正反转矩控制。
冶金钢板退火生产线,解决低速小转矩控制精度,上位机通过DP总线读取输出转矩大小和方向。
金属制品拉丝机,漆包线,捻股机,解决低速大转矩控制,开环转矩线性,开环矢量对电机参数依赖降低,易用性更好。
NeverStopImproving,MD380市场定位,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,主要特点:
实现异步机矢量控制(开环和闭环),V/F控制及V/F分离控制;同步机闭环矢量控制;可扩展PLC编程卡,支持多种PG卡(OC编码器,差分编码器,UVW差分,旋变等)可扩展多种总线(PROFIBUS-DP,MODBUS-RTU,CANlink,CANopen),通过CANlink总线可以实现两变频之间主从控制;,NeverStopImproving,MD500市场定位规划电压等级及功率范围:
1)单相220伏:
0.4KW-2.2KW2)三相220伏:
0.4KW-75KW3)三相380-480伏:
0.75KW-400KW(450P),目前18.5kw-132kw4)三相690伏:
55KW-500KW(560P),变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,体现在产品性能指标、形态结构、客户体验易用性、可靠性和环境适应性、EMC安规设计等方面特点优势:
精确的速度、转矩控制,转矩线性度好。
优化的结构设计方案,直流电抗器/制动单元内置、应用新一代模块技术。
小体积、大冗余热设计,及适应环境的三防漆处理工艺,大风量风扇选用,噪音低;严格的关键部件元器件选型和检测,保障了机器长期运行中稳定可靠性;经久耐用,长寿命设计规范。
宽电压输入设计:
额定380480V;允许波动323V528V;可扩展性功能强,兼容常规通讯接口协议、内部可编程、和I/O功能扩展;具有监视与诊断功能的后台软件,简洁直观的让客户了解到设备和电机的运行状态;EMC指标提升,全系列满足CE认证,通过标配滤波器措施可达C2标准;过程PID功能在线参数自适应,更关注客户实际的体验效果。
NeverStopImproving,MD500市场定位,N,everStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,MD500,MD290产品选型,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,开环矢量算法控制,NeverStopImproving,特点1、相对VF低速带载能力比VF强;力矩响应比VF强;速度稳定度没有VF强;依赖电机参数,使用和调试较复杂。
2、相对闭环矢量不需要编码器;低速带载性能和力矩响应都比FVC差;对电机参数的依赖比FVC大。
应用动态响应和稳速精度、低频出力要求高场合,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,频率设置相关说明,最大输出频率是变频器允许输出的最高频率,如下图中的fmax;基本运行频率是变频器输出最高电压时对应的最小频率,一般是电机的额定频率。
如下图中的fb;最大输出电压是变频器输出基本运行频率时,对应的输出电压,一般是电机的额定电压,如下图中的VmaxfH、fL分别定义为上限频率和下限频率。
NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,模拟量对应的频率曲线,最大模拟输入量对应频率,指功能定义的最大模拟量对应的变频器输出频率,如下图中的fp,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,主频率设定指令,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,主+辅频率源合成输出,F0-05,F0-06,系数,合成频率,频率源Y,频率源X0:
数字设定UP/DW(不记忆)1:
数字设定UP/DW(记忆)2:
AI13:
AI24:
AI35:
脉冲设定(X5)6:
多段速7:
PLC8:
PID9:
通讯给定,A:
最大频率基准B:
频率源X基准0:
数字设定UP/DW(不记忆)1:
数字设定UP/DW(记忆)2:
AI13:
AI24:
AI35:
脉冲设定(X5)6:
多段速7:
PLC8:
PID9:
通讯给定,F0-03,F0-04,F0-07,NeverStopImproving,最终设定频率的合成方式多种多样。
频率源X和频率源Y之间可以叠加,Y的作用范围可以受最大频率或者当前X的限制,并乘以相应的系数。
频率源X和频率源Y可以方便切换;频率源X和合成频率(X+KY)也可以切换,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,频率设定/主辅运算/起停命令捆绑说明,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,加减速时间设定和调频功能,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,everStopImproving,PID功能说明,N,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,输入端子使用说明,o,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,输入端子漏型和源型接线方式,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,输出端子功能说明,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,接线示意图说明,主回路强电接线确认控制回路确认功能;模拟量确认信号;通讯功能确认接线;是否选择闭环编码器功能;输出信号确认功能;,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,基本调试流程,基本功能调试电机自学习功能配置试运行带载试运行正常生产观察,NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,电机调谐操作过程,Nev,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,erStopImproving,主频率源+辅助频率源设定频率应用,工程描述:
AI1使用010v电位器控制电机运行在0100Hz范围内;AI2使用PLC模拟量输出模块通道420mA控制叠加频率量-25Hz+25Hz;最高频率为125Hz正转,最低频率为-25Hz反转;最终输出频率由两路模拟量信号叠加。
NeverStopImproving,变频器|PLC|HMI|伺服驱动器|电机|大传动|新能源,基本PID应用,工程描述:
线缆在加工生产过程中,在收放线工序,通过摆杆控制线材恒线速度运行,目标给定值为摆杆中间位置,摆杆反馈信号通过010V接入AI2模拟量端子口。
在运行中摆杆的位置为PID控制量,摆杆的配重为线材的张力控制量,通过变频器内置的PID功能模块,实现恒张力恒线速度运行。
运行
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