变频器工作原理

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1、变频调速器的基础知识1) 调速:根据工况需要调整设备运行速度,以达到节能降耗、减少磨损、按需生产等目的。2)直流调速(DCControler/motor):由直流控制器调节直流电机以达到调整速度的目的。3)交流变频调速(ACinverter/motor):由变频器输出频率变化的三相交流电流从而控制交流电机的转速。4)矢量变频调速(ACvectorinverter):通过复杂的计算变换,使交流变频器按照直流电机的控制方式去控制交流电机,从而达到精确速度控制、转矩控制、提高输出扭矩等特性。5)伺服控制系统(Servocontrolsystem):在运动系统中引入速度反馈或位置反馈元件,通过负反馈的

2、作用达到极其精密的的速度控制、定位控制以及高动态响应。10,几个常见工业元件:1) 测速发电机(Tacho-generator):种转速测量元件,有交流、直流之分。2) 旋转变压器(Resolver):一种经济、准确地转速和角位移测量元件。3) 光电编码器(Encoder):一种精密的角位移、转速测量元件,适合在位置控制系统中作为反馈元件。4) PLC:工业用计算、控制装置,实现逻辑、时序、计算等控制功能,一般作为整个自动化控制系统的上位主机。5) HMI(Human-MachineInterface):人-机界面。6) 现场总线(Field-BusSystem):应用于工业控制现场的串行通讯

3、总线系统,大幅度降低接线成本,提高控制的抗干扰能力。7) 分布式控制(Distributedcontrol):区别于传统的集中式控制,强调各个节点设备的智能化,一般由现场总线系统将各子设备连接起来。极大地提高系统应用的灵活性、可靠性,降低上位机的运算负担。11,关于电机的三个术语:1)防护等级(ProtectionCode):(IP*)考察一个设备防止异物进入和防水的能力,使IEC标准之一。其两个数字分别代表防异物和防水的能力,数值越高表明可以防止更细小的物体进入以及经受更强烈的水流冲击。一般为IP54(防尘,防泼洒水滴)以上防护等级的设备可以直接应用于露天。2)绝缘等级(Insulation

4、Grade):考察一个电气设备(一般针对电机)在保证良好绝缘特性的前提下所能承受的极限温升能力,是IEC标准之一。一般有B级(85度)、F级(105度)、H级(125度)。3)工作制。三.知识入门1、什么是变频器?变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。2、PWM和PAM的不同点是什么?PWM是英文PulseWidthModulation(脉冲宽度调制)缩写,按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度,以调节输出量和波形的一种调值方式。PAM是英文PulseAmplitudeModulation(脉冲幅度调制)缩写,是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度,以调节输出量值和波形

5、的一种调制方式。3、电压型与电流型有什么不同?变频器的主电路大体上可分为两类: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,其直流回路滤波石电感。4、为什么变频器的电压与电流成比例的改变?异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的,在额定频率下,如果电压一定而只降低频率,那么磁通就过大,磁回路饱和,严重时将烧毁电机。因此,频率与电压要成比例地改变,即改变频率的同时控制变频器输出电压,使电动机的磁通保持一定,避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。5、电动机使用工频电源驱动时,电压下降

6、则电流增加;对于变频器驱动,如果频率下降时电压也下降,那么电流是否增加?频率下降(低速)时,如果输出相同的功率,则电流增加,但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。6、采用变频器运转时,电机的起动电流、起动转矩怎样?采用变频器运转,随着电机的加速相应提高频率和电压,起动电流被*在150%额定电流以下(根据机种不同,为125%200%)。用工频电源直接起动时,起动电流为67倍,因此,将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动(起动时间变长)。起动电流为额定电流的1.21.5倍,起动转矩为70%120%额定转矩;对于带有转矩自动增强功能的变频器,起动转矩为100%以上,可以带全负载起动。7、

7、V/f模式是什么意思?频率下降时电压V也成比例下降,这个问题已在回答4说明。V与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的,通常在控制器的存储装置(ROM)中存有几种特性,可以用开关或标度盘进行选择。&按比例地改V和f时,电机的转矩如何变化?频率下降时完全成比例地降低电压,那么由于交流阻抗变小而直流电阻不变,将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。因此,在低频时给定V/f,要使输出电压提高一些,以便获得一定地起动转矩,这种补偿称增强起动。可以采用各种方法实现,有自动进行的方法、选择v/f模式或调整电位器等方法9、在说明书上写着变速范围606Hz,即10:1,那么在6Hz以下就没有输出功率吗?在6H

8、z以下仍可输出功率,但根据电机温升和起动转矩的大小等条件,最低使用频率取6Hz左右,此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。变频器实际输出频率(起动频率)根据机种为0.53Hz.10、对于一般电机的组合是在60Hz以上也要求转矩一定,是否可以?通常情况下时不可以的。在60Hz以上他有50Hz以上的模式)电压不变,大体为恒功率特性,在高速下要求相同转矩时,必须注意电机与变频器容量的选择11、所谓开环是什么意思?给所使用的电机装置设速度检出器(PG),将实际转速反馈给控制装置进行控制的,称为“闭环”,不用PG运转的就叫作“开环”。通用变频器多为开环方式,也有的机种利用选件可进行PG反馈。

9、12、实际转速对于给定速度有偏差时如何办?开环时,变频器即使输出给定频率,电机在带负载运行时,电机的转速在额定转差率的范围内(1%5%)变动。对于要求调速精度比较高,即使负载变动也要求在近于给定速度下运转的场合,可采用具有PG反馈功能的变频器(选用件)。13、如果用带有PG的电机,进行反馈后速度精度能提高吗?具有PG反馈功能的变频器,精度有提高。但速度精度的植取决于PG本身的精度和变频器输出频率的分辨率。14、失速防止功能是什么意思?如果给定的加速时间过短,变频器的输出频率变化远远超过转速(电角频率)的变化,变频器将因流过过电流而跳闸,运转停止,这就叫作失速。为了防止失速使电机继续运转,就要检

10、出电流的大小进行频率控制。当加速电流过大时适当放慢加速速率。减速时也是如此。两者结合起来就是失速功能。16.关于漏电流的问答Q:有那些漏电流的形式?A:有2种:电机电缆对地漏电流和电缆Q:为什么会有漏电流的问题?A:不使用变频器时,漏电流一般较小。使用变频器时,因为逆变器的功率模块高速开关,输出电流中有高次谐波的存在。有因为电缆对地、电缆之间存在电感,因此产生了较大的漏电流(可达不用变频器时的10倍)。Q:漏电流和开关频率有和关系?A:开关频率越小,漏电流越小。Q:漏电流和电机功率的关系?A:功率越大,漏电流越大。Q:漏电流和接地的关系?A:无直接关系。但接地不好会增加触电的可能性。Q:漏电流

11、对策有那些?A:降低开关频率,是电缆之间,电缆和地的距离增加,增加开关的漏电流设定水平等。Q:对变频器的漏电流水平可有什么规定?A:现在还没有。17.目前,变频交流调速已遍布冶金、电力、等各个领域。变频器是利用交流电动机的同步转速随电机电压频率变化而变化的特性而实现电动机调速运行的装置,其中,有几个参数的设定非常重要,将直接影响变频器的合理使用。几个重要参数的设定1.V/f类型的选择V/f类型的选择包括最高频率、基本频率和转矩类型等。最高频率是变频器-电动机系统可以运行的最高频率。由于变频器自身的最高频率可能较高,当电动机容许的最高频率低于变频器的最高频率时,应按电动机及其负载的要求进行设定。

12、基本频率是变频器对电动机进行恒功率控制和恒转矩控制的分界线,应按电动机的额定电定电压设定。转矩类型指的是负载是恒转矩负载还是变转矩负载。用户根据变频器使用说明书中的V/f类型图和负载的特点,选择其中的一种类型。我们根据电机的实际情况和实际要求,最高频率设定为83.4Hz,基本频率设定为工频50Hz。负载类型:50Hz以下为恒转矩负载,5083.4Hz为恒功率负载。2. 如何调整启动转矩调整启动转矩是为了改善变频器启动时的低速性能,使电机输出的转矩能满足生产启动的要求。在异步电机变频调速系统中,转矩的控制较复杂.在低频段,由于电阻、漏电抗的影响不容忽略,若仍保持V/f为常数,则磁通将减小,进而减

13、小了电机的输出转矩。为此,在低频段要对电压进行适当补偿以提升转矩。可是,漏阻抗的影响不仅与频率有关,还和电机电流的大小有关,准确补偿是很困难的。近年来国外开发了一些能自行补偿的变频器,但所需计算量大,硬件、软件都较复杂,因此一般变频器均由用户进行人工设定补偿。针对我们所使用的变频器,转矩提升量设定为1%5%之间比较合适。3. 如何设定加、减速时间电机的运行方程式:式中:Tt为电磁转矩;T1为负载转矩电机加速度dw/dt取决于加速转矩(Tt,T1),而变频器在启、制动过程中的频率变化率则由用户设定。若电机转动惯量J、电机负载变化按预先设定的频率变化率升速或减速时,有可能出现加速转矩不够,从而造成

14、电机失速,即电机转速与变频器输出频率不协调,从而造成过电流或过电压。因此,需要根据电机转动惯量和负载合理设定加、减速时间,使变频器的频率变化率能与电机转速变化率相协调。检查此项设定是否合理的方法是按经验选定加、减速时间设定。若在启动过程中出现过流,则可适当延长加速时间;若在制动过程中出现过流,则适当延长减速时间;另一方面,加、减速时间不宜设定太长,时间太长将影响生产效率,特别是频繁启、制动时。我们将加速时间设定为15s,减速时间设定为5s。4频率跨跳V/f控制的变频器驱动异步电机时,在某些频率段。电机的电流、转速会发生振荡,严重时系统无法运行,甚至在加速过程中出现过电流保护使得电机不能正常启动

15、,在电机轻载或转动量较小时更为严重。因此变通变频器均备有频率跨跳功能,用户可以根据系统出现振荡的频率点,在v/f曲线上设置跨跳点及跨跳点宽度。当电机加速时可以自动跳过这些频率段,保证系统正常运行。5过负载率设置该设置用于变频器和电动机过负载保护。当变频器的输出电流大于过负载率设置值和电动机额定电流确定的0L设定值时,变频器则以反时限特性进行过负载保护(0L),过负载保护动作时变频器停止输出。2.6电机参数的输入变频器的参数输入项目中有一些是电机基本参数的输入,如电机的功率、额定电压、额定电流、额定转速、极数等。这些参数的输入非常重要,将直接影响变频器中一些保护功能的正常发挥,一定要根据电机的实

16、际参数正确输入,以确保变频器的正常使用。四.变频器在调试与使用过程中经常遇到的问题1. )其中过电压现象最为常见。过电压产生后,变频器为了防止内部电路损坏,其过电压保护功能将动作,使变频器停止运行,导致设备无法正常工作。因此必须采取措施消除过电压,防止故障的发生。由于变频器与电机的应用场合不同,产生过电压的原因也不相同,所以应根据具体情况采取相应的对策。2、)过电压的产生与再生制动所谓变频器的过电压,是指由于种种原因造成的变频器电压超过额定电压,集中表现在变频器直流母线的直流电压上。正常工作时,变频器直流部电压为三相全波整流后的平均值。若以380V线电压计算,则平均直流电压Ud=1.35U线=513V。在过电压发生时,直流母线上的储能电容将被充电,当电压上升至700V左右时,(因机型而异)变频器过电压保护动作。造成过电压的原因主要有两

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