在国内应用多的是MM420通用型、MM430风机水泵型、MM440矢量型变频器。
MM4系列变频器采用高性能的V/f控制或矢量控制技术,提供低速高转矩输出和良好的动态特性,具备超强的过载能力,能够满足广泛的应用场合,其创新的BiCo(内部功能互联)功能有无可比拟的灵活性。
MM4各个型号的变频器操作控制相同,参数设置方式一致,通信方式兼容
在工业领域,由于三相交流异步电动机价格低,易维护,自20世纪中叶就一直作为重要的电力驱动装置使用。交流异步电动机初用于转速恒定场合,但随着变频器的发展,交流异步电动机通过变频器进行调速的应用也越来越广泛。
1.1 变频器的产生及概念
变频技术的诞生背景是交流电动机无级调速的广泛需求。1968年,以丹佛斯为代表的高技术企业开始批量化生产变频器,开启了变频器工业化的新时代。20世纪80年代中后期,美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器技术实用化,商品投入市场,得到了广泛应用。近二十年,国产变频器逐步崛起,现已逐渐抢占高端市场。
交流电动机使用的是交流电源。对于交流电源,其电压和频率均按各国的规定有一定的标准。对于具有标准的电压和频率的交流供电电源称之为工频交流电。例如我国所使用的单相工频交流电压为220V,三相工频交流电压为380 V,频率均为50Hz。
通常,把电压和频率固定不变的工频交流电源变换为电压或频率可变的交流电的装置称之为“变频器”。在实际应用中,变频器主要用于三相交流异步电动机的调速,又称变频调速器。
在使用变频器对交流异步电动机进行调速时,先将50Hz工频交流电源接入变频器,由变频器改变电源频率,输出0~50Hz可调频率的工作电源给交流异步电动机,从而改变交流异步电动机的转动速度。
变频器的品牌众多,在占有率比较高的国外品牌主要有SIEMENS(西门子)、ABB、Yaskawa(安川)、MitsubishiElectric(三菱电机)、Schneider Electric(施耐德电气)、Emerson(艾默生)、FujiElectric(富士电机),还有中国的台达(DELTA)、汇川、英威腾、安邦信和欧瑞等。变频器实物外观。
1.2 变频器的基本结构
根据变频器的变换环节,变频器分为交-交变频器和交-直-交变频器。交-交变频器是把频率固定的交流电变换成频率连续可调的交流电,而交-直-交变频器是先把频率固定的交流电整流成直流电,再把直流电逆变成频率连续可调的交流电。由于把直流电逆变成交1流电的环节较易控制,在频率的调节范围和改善频率后电动机的特性等方面,交-直-交变频器比交-交变频器具有更大的优势。
以交-直-交变频器为例,变频器的基本结构主要由整流电路、滤波电路和逆变电路等组成的主电路,以及控制电路等组成。
通常,整流电路是由功率二极管VD组成的三相桥式整流电路构成,实现将外部交流电源输入的工频交流电转变成脉动直流电。
滤波电路一般由电容C和电阻R组成,其作用是将整流电路输出的脉动直流电变为较为平整的直流电。
逆变电路通常由电力电子全控功率器件VT和功率二极管VD构成,作用是将直流电变换为频率和电压可调的三相交流电。其中全控功率器件在控制电路的控制下交替导通或关断,输出一系列宽度可调和脉冲周期可调的矩形脉冲波形,使输出电压幅值和频率都可调,从而使被控电动机实现节能和调速;而功率二极管构成续流电路,为电动机和变频器之间的能量传递提供通路。
控制电路是给变频器中的主电路提供控制信号的回路,主要包括运算电路、电压/电流检测电路、速度检测电路、驱动电路和保护电路等组成部分,主要任务是接收各种信号,并进行运算,输出计算结果,完成对整流电路的电压控制(可控型)和对逆变电路的开关控制,以及完成各种保护功能等。
1.3 变频器的工作原理
常用变频器的主电路。其中,L1、L2、L3输入外部三相交流电,频率恒定(我国内地为50Hz);经过整流电路和滤波电路后,在PN两端输出稳定的直流电源;再经过逆变电路,通过有规律地通断开关元件VT,在U、V、W端输出频率和电压可调的电源给异步电动机,从而实现对异步电动机的速度调节等控制。
逆变电路中,常用的开关元件有绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、功率场效应晶体管(MOSFET)、大功率晶体管(GTR)及门极关断晶闸管(GTO)等。IGBT融合了 GTR 与MOSFET的优点,具有容量大,开关频率高(高可达20kHz)等特点。目前,新型正弦波脉宽调制(SPWM)逆变器均以IGBT为开关元件,通过参考正弦电压波和载频三角波互相比较,决定主开关的导通时间来实现调压,利用脉冲宽度的改变来得到幅值不同的正弦基波电压。
变频器有许多分类方法,当然,还有许多其他的分类方法。
根据变频器的变换环节,变频器分为交-交变频器和交-直-交变频器。交-交变频器,即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流,又称直接式变频器。交-直-交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流,再把直流变换成频率电压可调的交流,又称间接式变频器,是目前广泛应用的通用型变频器。
按照主电路工作方式分类,变频器可以分为电压型变频器和电流型变频器。电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器,直流回路的滤波使用的是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器,其直流回路滤波使用的是电感。
按照开关方式分类,变频器可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器。PAM控制变频器是通过改变电压源或电流源的幅值进行输出控制的,而PWM控制变频器是在变频器输出波形的一个周期内产生一串脉宽可调的脉冲,其等值电压为正弦波,波形较平滑。高载频PWM控制变频器是一种改进的PWM控制变频器,在这种控制方式中,载频被提高到人耳可以听到的频率(10~20kHz)以上,从而达到降低电动机噪声的目的。
在西门子变频器产品中,SINAMICS系列驱动产品是西门子变频器新的驱动平台,
其中,SINAMICS V系列产品注重基本性能,该产品坚固耐用,易于安装使用,成本低,操作简单,例如V20。SINAMICSG系列产品属于常规性能变频器,对电动机的转速的动态性能要求不太高,适用于对动态性能有基本或中等需求的场合,例如G120。SINAMICS系列是高性能变频器,有高动态性能和精度要求,适用于工厂和机械制造中苛刻的单轴和多轴应用,以及广泛的运动控制任务,应用场合为复杂,例如S110、S120和S150。SINAMICSDCM变频器适用于直流电压场合。SINAMICS中压系列变频器适用于额定功率较高的场合,交流电压等级范围为2.3~11 kV。
3.1.2 SINAMICS G120系列变频器
对于 SINAMICS G 系列变频器,主要包括G110、G110D、G120、G120P、G120C、G120D、G120L、G130和G150等。
其中,G120系列变频器可实现对交流异步电动机进行低成本、高精度的转速/转矩控制。从结构形式的不同,主要分为内置式变频器(例如G120、G120P、G120L)、紧凑型变频器(例如G120C)和分布式变频器(例如G120D)